Введение к работе
Актуальность работы. Решение задачи рационально» и безопасно" отработки запасов руд цветных и редких металлов под охраняемыми сооружениями невозможно без надежного маркшейдерского обеспечения и в частности исследования вопросов сдвижения горных пород при подземной разработке. Переход предприятий на полную хозяйственную самостоятельность уже не позволяет оставлять предохранительные целики неоправданно больших размеров или осуществлять экономически невыгодный снос подрабатываемых сооружений. Охрану подрабатываемых объектов целесообразно осуществлять на основе сравнения допустимых и прогнозных величин сдвижений и деформаций. В этой связи вопрос прогнозирования деформаций земной поверхности при подземной разработке руд представляется актуальным и до настоящего времени не нашедшим своего отражения в большинстве нормативно-методических документах по охране сооружений и природных объектов.
Разнообразие горно-геологических условий разработки рудных месторождений и, как следствие, форм проявления процесса сдвижения горных пород, предопределяют различный подход к прогнозированию сдвижений и деформаций земной поверхности. Успешное решение этого вопроса невозможно без анализа имеющихся достижений науки о сдвижении . горных пород и обобщения накопленных данных о фактических величинах сдвижений и деформаций земной поверхности.
В связи с преимущественно значительной мощностью рудных залежей, преобладанием систем разработок с обрушением пород и сравнительно малой средней глубиной разработок (400-500 м) сдвижение горных пород на рудных месторождениях как правило приводит к обрушению земной поверхности. Из практики известно, что примерное соотношение различных форм процесса сдвижения земной поверхности при разработке месторождений руд цветных и редких металлов следующее: 60% - обрушение земной поверхности; 30% - плавное сдвижение земной поверхности с деформациями, превышающими критические; 10% - устойчивое состояние земной поверхности или незначительные деформации земной поверхности менее критических» Однако именно в условиях обрушения земной поверхности расчетные методы прогноза величин сдвижений и деформаций земной поверхности разработаны менее всего, что сужает возможности извлечение запасов из предохранительных целиков.
Таким образом, в проблеме сокращения потерь в недрах и охране подрабатываемых объектов на земной поверхности прогнозирование сдвижений и деформаций земной поверхности является актуальной задачей.
Диссертационная работа выполнена в Государственном предприятии научно-исследовотельском институте горной геомеханики и маркшейдер-
ского дела (ВНИМИ). В основу диссертации положены результаты исследовали» I9fc3 - 1993 гг. по плановым работам 0294069000 № Г.Р. 01Ь900П44Ь "Выполнение комплексных исследований и разработка первое редакции Общих правил охраны сооружений, природных объектов и-горных выработок от вредного влияния подземных горных разработок месторождений руд цветных металлов", C2226040GO № Г.Р. 01830066363 "Провести научно-исследовательские работы на предприятиях организации п/я P-62I4 с целью разработки нормативно-методических документов по безопасному и эффективному ведению горных работ при подземной и открытой эксплуатации месторождений", 0294249000 "Научно-методическое обеспечение отработки предохранительных целиков на рудниках Иртышского ПЖ", в которых автор принимал участие в качестве ответственного исполнителя.
Цель работы состоит в установлении закономерностей процесса сдвижения горных пород при подземной разработке наклонных и крутопадающих залежей руд цветных к редких металлов в условиях обрушения земной поверхности и разработке на этой основе методик прогнозирования величин сдвижений и деформаций земной поверхности.
Основная идея работы заключается в использовании большого количества фактических данных об угловых параметрах и величинах процесс! сдвижения горных пород для их обобщения в виде геомеханических закономерностей, как основы для определения условий безопасной эксплуатации охраняемых объектов.
Задачи исследований. Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие основные задачи:
-
анализ факторов, влияющих на величины сдвижений и деформаци( земной поверхности и выявление из них основных для условий разработки рудных месторождений системами с обрушением горных пород и земно{ поверхности и в случаях перехода от систем с обрушением к закладке выработанного пространства;
-
определение поправок к углам сдвижения для нахождения положения характерных опорных точек в мульде сдвижения и величин сдвижений и деформаций земной поверхности в этих точках путем обобщения представительной выборки данных натурных инструментальных наблюдени{
-
определение характера изменения процесса сдвижения земной пс верхности в случаях перехода от систем с обрушением пород на закладку выработанного пространства на примере Малышевского месторсіждения редких металлов;
-
разработка методик прогнозирования величин сдвижений и дефоі маций земной поверхности, учитывающих особенности рассматриваемых ус ловий;
-
апробация и внедрение результатов.исследований при решении
вопросов охраны подрабатываемых сооружений на Малышевском месторождении.
Методика исследований. Для решения поставленных задач использовался комплексный метод исследований,- включающий инструментальные и визуальные наблюдения за развитием деформаций в толще пород и на земной поверхности, разработку новых способов и приспосоолегий для наблюдений за сдвижением горных пород, обобщение полученных данных с привлечением математической статистики и критериев надежности, станлартные испытания физико-механических свойств пород и компрессионных свойств закладочного материала.
Научные положения, выносимые на защиту.
I. Прогнозирование величин сдвижений и деформаций в мульде сдвижения лри обрушении земной поверхности (открытой форме сдвижения) следует производить применительно к отдельным участкам по характерным опорным точкам, положение которых определять угловыми параметрами процесса сдвижения, при этом граничные углы, углы трещинообва-зования и оорушения рассчитывать по углам сдвижения, как наиболее изученным на рудных месторождениях, путем ввода в них соответствующих поправок.
Z. При открытой форме сдвижения максимальные величины оседаний и деформаций земной поверхности вне зоны обрушения зависят от комплексного показателя относительной прочности вмещающего массива горных пород и степени подработанности земной поверхности и практически не зависят от выемочной мощности рудной залежи.
3. Переход на эакладьу выработанного пространства при отраоот-ке предохранительных целиков приводит к закрытой форме сдвижения земной поверхности, при которой максимальные величины сдвижения и деформаций остаются приуроченными к ранее образовавшейся зоне обду-щения, кривая оседания земноя поверхности аппроксимируется зависимостью дробно-линейного вида, граничные углы выполаживяются с увеличением глубины разработки.
Научная новизна работы заключается в следующем:
-
обобщены и впервые систематизированы значения углов обрушения на месторождениях руд цветных и редких металлов, позволяющих прогнозировать размеры зоны обрушения на земной поверхности со средней квадратической погрешностью + о0;
-
определены величины сдвижения и деформаций земной поверхности в характерных опорных точках на границе зон обдчления и трещин и выявлена их зависимость от комплексного показателя относительной прочности массива горных пород, учитывающего среднюю прочность коренных пород на одноосьое сжатие, их степень трещиноватости и мощность наносов, а также объемную плотность пород и глубину ведения
горных работ;
3) установлен характер изменения деформирования земной поверхности при переходе от системы с обрушением пород к закладке выработанного пространства, определены зависимости для расчета граничных углов и величин сдвижений и деформаций в мульде сдвижения, образовавшейся под совместным влиянием ведения горных работ с обрушением и закладкой выработанного пространства.
Достоверность научных положений, выводов, аналитических зависимо тей обоснована натурными наблюдениями на 5 месторождениях руд цветных и редких металлов, 80 профильных линиях, заложенных в толще пород и на земной поверхности, результатами сопоставления расчетных и фактических значений величин сдвижений и деформаций земной поверхности, промышленной проверкой результатов методик прогноза, разработанных по результатам исследований, в которых автор участвовал в течение 15 лет.
Личный вклад автора :
выполнение комплексных инструментальных наблюдений по определению величин сдвижений и деформаций земной поверхности на Ново--Березовском, Березовском, Иртышском и Белоусовском рудниках Иртышского полиметаллического комбината, Золотушинском руднике Алтайского ГОКа и на Малышевском месторождении руд редких металлов;
обобщение и статистическая обработка результатов экспериментальных исследований по определению угловых параметров процесса сдвижения горных пород на месторождениях руд цветных и редких металлов;
обоснование и разработка методик прогнозирования величин сдвижений и деформаций земной поверхности в условиях ее обрушения и в случаях перехода of систем с обрушением к закладке выработанного пространства;
разработка новых приспособлений и способов проведения маркшейдерских инструментальных наблюдений, повышающих их точность и производительность.
Практическая ценность работы заключается в разработке инженерных методов прогнозирования величин сдвижений и деформаций земной поверхности, позволяющих обосновать возможность безопасной отработки запасов ценных руд в предохранительных целиках и избежать необоснованных затрат при назначении конструктивных мер защиты подрабатываемых объектов.
Предложены новые способы и приспособления для производства натурных маркшейдерских наблюдений, включающие: способ передачи высотной отметки в шахту, механизированную наблюдательную станцию и устройство для определения величины оседания земной поверхности.
Реализация работы. Основные результаты работы вошли в "Указания по определению параметров процесса сдвижения, построению зон опасных сдвижений и предохранительных целиков на месторождениях руд редких металлов с изученным процессом сдвижения" (Л.:ВНИМИ, 1986.--50 с), в "Общие правила охраны сооружений, природных объектов и горных выработок от вредного влияния подземных горных разработок месторождений руд цветных металлов (проект 1990 р.), во "Временные правила охраны сооружений, природных объектов и горных-выработок от вредного влияния подземных горных разработок на золоторудных месторождениях" (Иркутск, 1993.- 76 с).
Апробация работы. Основное содержание работы, а также отдельные ее положения докладывались и получили одобрение на производственно--технических совещаниях Малышевского рудоуправления (1988, 1989, 1990 гг.), на совещаниях представителей УНИПРОмеди, Пермского политехнического' института, Иргиредмета и ВНИМИ по разработке "Общих правил охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок месторождений руд цветных металл в"(Ле- нинград 1989, Свердловск 1990), на X Всесоюзной научной конференции с участием научно-исследовательских институтов "Физические проце сы горного производства"j Москва, МГИ, 1991, на секциях научно-технического Совета ВНИМИ по сдвижению горных пород, устойчивости бортов разрезов, геологическому и гидрогеологическому обеспечению горных работ (Ленинград, ВНИМИ, 1988 - 1993 гг.).
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 13 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 149 страниц состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 117 наименований, содержит II таблиц, 32 рисунка.
