Содержание к диссертации
Введение
1. СОСТОЯНИЕ БОРЬБЫ С ГОРНЫМИ УДАРАМИ НА РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ
1.1. Предупреждение горных ударов на зарубежных рудниках
1.2. Горные удары, их прогноз и предупреждение на рудниках СССР . 15
1.3. Динамические проявления горного давления на железорудных месторождениях Урала ь26
1.4. Цель и задачи исследований 44
2. РАЗРАБОТКА'МЕТОДИКИ РАСЧЕТНОГО ПРОГНОЗА УДАРООПАСНОСТИ ВЫРАБОТОК В КРЕПКИХ ГОРНЫХ ПОРОДАХ 48
2.1. Физические свойства пород и их первоначальное напряженное состояние на железорудных месторождениях Урала 48
2.2. Напряженное состояние пород вокруг выработок и влияние на него горно-геологических и горно-технических факторов 59
2.3. Изучение механизма хрупкого разрушения пород на контуре выработки 92
2.4. Методика расчетного прогноза удароопасности выработок 109
Вывода 121
3. СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО УДАРООПАСНОСТИ ВЫРАБОТОК 123
3.1. Совершенствование параметров разгрузочных щелей для предупреждения удароопасности в выработках 124
3.2. Разработка безопасной технологии проходки выработок через нарушения, контакты пород и дайки. 147
3.3. Совершенствование выбора мероприятий по предупреждению удароопасности при составлении проектов 165
Выводы 174
4. ПРОВЕРКА И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ НА НШЗОРУДНЫХ ШАХТАХ УРАЛА 176
4.1. Проверка методики расчетного прогноза удароопасности выработок 176
4.2. Прогноз удароопасности выработок нижележащих горизонтов железорудных шахт Урала 188
4.3. Внедрение рекомендаций по предупреждению удароопасности выработок 194
4.4. Эффективность проведенных исследований .'... 203
Выводы 205
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 206
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 210
ПРИЛОЖЕНИЯ 225
- Предупреждение горных ударов на зарубежных рудниках
- Физические свойства пород и их первоначальное напряженное состояние на железорудных месторождениях Урала
- Совершенствование параметров разгрузочных щелей для предупреждения удароопасности в выработках
- Проверка методики расчетного прогноза удароопасности выработок
Предупреждение горных ударов на зарубежных рудниках
Горные удары на зарубежных рудниках известны более ста лет назад. Однако борьба с ними началась только после того, как они стали отмечаться в форме катастрофических явлений.
Наиболее частые и разрушительные горные удары отмечены на глубоких рудниках Индии, ЮАР, США, Канады и других стран.
В нашей отечественной литературе обобщения опыта предупреждения горных ударов на глубоких рудниках мира сделаны Малаховым Г.М, Черноусом А.П. и Стариковым Н.А. /1,2/. Анализируя случаи горных ударов (табл. 1.1)» авторы приходят к следующим выводам:
1. На рудных месторождениях горные удары начинаются часто с глубины 300 м, а с 600 м носят систематический характер, хотя известны случаи горных ударов и на небольших глубинах (150 м - Ко-лар, Индия; 225 м - Кройт, Австрия и др.).
2. Отмечается обилие горных ударов при проведении выработок в местах тектонических нарушений и секущих даек.
3. Горные удары чаще происходят после взрывных работ.
4. Горные удары происходят как в проходимых, так и в пройденных выработках. Наиболее удароопасными являются выработки, которые находятся в стадии проходки.
Физические свойства пород и их первоначальное напряженное состояние на железорудных месторождениях Урала
Исходя из основных причин горных ударов, а также цели исследований, важным моментом в методике прогноза удароопасности является определение физических свойств пород и их первоначального напряженного состояния.
Физические свойства пород и руд железорудных месторождений Урала определены в ИІЯ МЧМ СССР при решении вопросов управления горным давлением на рассматриваемых рудниках /46, 47, 48, 49/, а в последнее время при проведении исследований по проблеме горных ударов /43, 44, 50, 51/.
Испытания образцов пород проводились в лабораторных условиях по известным методикам /52, 53/ с соблюдением ГОСТов /54/. Обобщенные результаты этих исследований приведены в табл. 2.1.
Анализ результатов испытаний физических свойств пород показал следующее:
1. Для вмещающих пород и руд уральских железорудных месторождений наблюдается линейная зависимость между деформациями и напряжениями в пределах нагрузок от 5-10$ до 90-95$ от разрушающейи породы в этом интервале ведут себя как упругие тела.
Совершенствование параметров разгрузочных щелей для предупреждения удароопасности в выработках
Как уже было отмечено выше, наиболее распространенным способом предупреждения горных ударов в выработках является камуфлетное взрывание зарядов ВВ в шпурах или скважинах. Оно и на сегодняшний день остается одним из наиболее технологичных и часто применяемых способов /37/. При этом зона ослабления рекомендуется глубиной 0,5 сі , но не менее 2 м.
Однако, камуфлетное взрывание является слишком трудоемким. Параметры его обычно устанавливаются в каждом конкретном случае опытным путем. На практике камуфлетным взрыванием создают обычно зону трещиноватости в стенках горизонтальной выработки и в ее сводовой части, а в вертикальной - по всему париметру поперечного сечения глубиной не менее 2 м /12/. Здесь обычно сталкиваются со следующими трудностями: слабое развитие в результате буро-взрывных работ зоны трещиноватости и, следовательно, недостаточное снижение напряжений у выработки, или чрезмерное дробление прикон-турных пород, после чего для сдерживания их вывала требуется возведение крепи. Добавим, что разбуривание всего контура увеличивает объем буро-взрывных работ в 1,3-1,5 раза против обычного, а удорожание I м8 проходки достигает 43 руб. /107/.
Следует указать, что с помощью камуфлетного взрывания практически невозможно, да и нецедесообразно создавать сплошную зону дробления, на которую бы разгружался массив горных пород. Поэтому в горных выработках с целью снижения объема буро-взрывных работ целесообразно сплошную зону ослабления заменить продольными разгрузочными щелями /108/. Они могут быть открытого типа, которые создаются буровзрывным способом с выносом разрушенного материала из щели, закрытого - без выноса продуктов разрушения и смешанного или полузакрытого.
В горизонтальных горных выработках (а их на железорудных шахтах большинство) разгрузочные щели целесообразно делать в стенках выработок, так как сводовая часть обычно грозит обрушением при ее взрывании, а в почве выработки щель создать практически невозможно. Очевидно также, что щель закрытого типа технологически более легко выполнима. При этом образуются, в основном, трещины разрыва, которые после проведения мероприятий смыкаются, и массив пород в направлении, перпендикулярном плоскости трещин (плоскости зоны ослабления) будет воспринимать ту же нагрузку, что и до проведения мероприятий. Данное положение подтверждено результатами моделирования (рис. 2.8, табл. 2.5), которое показало, что Квх на контуре выработки при наличии трещины, плоскость которой параллельна оси 2 , остаются такими же, как и без трещины.
Проверка методики расчетного прогноза удароопасности выработок
Проверка методики расчетного прогноза удароопасности выработок и отдельных ее положений проводилась на уральских железорудных месторождениях, угрожаемых по горным ударам, где отмечаются стреляная пород и интенсивное заколообразование, и на удароопас-ном Таштагольском руднике.
Упругий характер деформирования образцов крепких горных пород (табл. 2.1) предполагает упругое деформирование реального слабо трещиноватого массива вблизи выработки, где происходят динамические разрушения. Существующий характер напряженного состояния пород на Урале (табл. 2.3) и упругие свойства предопределяют, согласно (2.5), наличие у выработки зон повышенных напряжений с расположением их максимума на контуре выработки. В типовых горизонтальных выработках, согласно (2.7), эти зоны должны быть в кровле и в почве выработки, в вертикальныхвмеотах, где касательны к контуру.
