Введение к работе
Актуальность темы. Современные тенденции развития рудной базы Норильского промышленного района, одного из основных поставщиков руд цветных и редких металлов в России, связаны с увеличением глубины горных работ до 1000 и более метров и неуклонным усложнением условий эксплуатации залежей высокоценных руд. В связи с этим на одно из первых мест выдвигается проблема стабилизации объемов добычи руды на требуемом уровне.
Особенно актуальна эта проблема для глубоких рудников Норильска, эксплуатирующих запасы Октябрьского месторождения.
Блочное строение рудного массива, имеющие место при разработке динамические проявления горного давления, предопределили применение варианта сплошной слоевой системы разработки с разгрузкой зоны очистных работ путем опережающей надработки рудного массива по кровле и закладкой выработанного пространства твердеющей смесью. С увеличением глубины горных работ возрастает интенсивность тектонической нарушенности массива, уменьшается ширина тектонических блоков, ограниченных дизъюнктивами второго и третьего порядков и сопутствующими им зонами сильной нарушенности. Наличие протяженных зон с различной интенсивностью нарушенности в них вызывает необходимость перехода от технологического варианта системы к наиболее трудоемкой технологии выемки, которая сопровождается длительным снижением производительности добычи. В этих условиях стабилизация объемов добычи на требуемом уровне достигается сознательным увеличением эксплуатационного фронта, который позволяет иметь определенный резерв очистных забоев.
Такой подход вызывает снижение эффективности работы оборудования, усложняет вопросы организации труда и управления технологическими процессами, снижается концентрация работ, интенсивность очистной выемки, увеличиваются непроизводительные затраты на поддержание комплекса подготовительных выработок в устойчивом состоянии.
В связи с этим разработка технологических схем очистной выемки, обеспечивающих'в условиях больших глубин й сильной тектонической нарушенности массива заданные объемы добычи руды, безопасность и эффективность горных работ, является для рудников Норильского района актуальной задачей, имеющей важное народнохозяйственное значение.
Цель работы. Основной целью диссертационной работы является разработка технологических схем и обоснование параметров выемки сильнонарушенных руд, обеспечивающих в условиях, больших глубин требуемые объемы добычи руды.
Идея работы состоит в использовании выявленных особенностей формирования нагрузок в зоне ведения очистных работ при разработке залежей с чередующимися зонами сильно- и слабонарушенных пород на больших глубинах для обоснования технологии отработки, обеспечивающей устойчивость горных конструкций и стабилизацию объемов добычи руды на требуемом уровне.
Методика исследований. При выполнении работы применялась комплексная методика, включающая анализ результатов ранее выполненных исследований напряженно-деформированного состояния удароопасных массивов блочного строения, изучение особенностей структурного строения рудной залежи и их влияние на состояние рудного массива, статистическую обработку результатов геологических и маркшейдерских съемок выработок и массивов, аналитические исследования, производственные наблюдения и промышленные эксперименты.
Научные положения:
выявлены закономерности изменения прочностных и деформационных свойств и исходного напряженного состояния массивов в зависимости от интенсивности тектонической нарушенности, состоящие в том, что к крыльям дизъюнктивов приурочены зоны, в которых прочность массива в два-шесть раз, а модуль упругости в два-три раза меньше, чем в центральных частях тектонических блоков, ширина этих зон составляет 0,5— 0,8 величины амплитуды смещения блоков, а уровень напряжений и характер их распределения в зависимости от ширины тектонического блока представлен тремя видами напряженного состояния;
установлены закономерности развития во времени деформаций нарушенных пород в зоне влияния очистных работ, состоящие в том, что краевая часть рудного массива, представленная отрабатываемым тектоническим блоком, обладает податливостью на первом этапе нагружения, переходит в область упругой работы на других этапах отработки блока, затем в предель-
2'
ное состояние при достижении критической площади опорной поверхности;
— выявлен механизм взаимодействия подрабатываемой толщи и краевой части рудного массива в условиях блочного строения, состоящей в том, что при падении блокообразующего нарушения па нетронутый массив подработанная часть налегающей толщи смещается вниз по плоскости сместителя относительно неподработанной части, при этом краевая часть рудного массива, ограниченная нарушением, разгружается от напряжений, обусловленных зависанием породной консоли, а при падении нарушения на очистные работы оседание вниз вызывает формирование в краевой части рудного массиива области всестороннего сжатия как за счет сил горизонтального распора, так и за счет повышенных вертикальных нагрузок;
— разработаны способы управления устойчивостью передо
вых подготовительных выработок и технологическая схема от
работки защитного слоя, включающие создание искусственной
податливости с регулируемым уровнем деформаций и техноло
гия выемки участков силыюнарушенных руд, включающая ук
репление кровли очистных выработок.
Научная новизна работы заключается в том, что:
выявленные закономерности изменения прочностных и деформационных свойств и исходного напряженного состояния массивов блочного строения отличаются тем, что учитывают интенсивность тектонической нарушенности и элементы залегания тектонических нарушений;
установленные закономерности развития во времени деформаций нарушенных пород в зоне влияния очистных работ отличаются тем, что характеризуют, в зависимости от интенсивности основных систем трещин, уровень податливости на первом этапе пагружения и переход в область упругой работы на других этапах отработки тектонического блока;
выявленный механизм взаимодействия подрабатываемой толщи и краевой части рудного массива отличается тем, что учитывает эффект разгрузки от повышенных напряжений сжатия краевой части рудного массива, ограниченной тектоническим нарушением, обусловливающий устойчивость падрабаты-ваемых очистных забоев;
разработанные способы управления устойчивостью выработок в зонах повышенного горного давления и технологические схемы разгрузки массива блочного строения отличаются тем, что управление состоянием массивов обеспечивается применением искусственной податливости с заданным уровнем деформаций, а предложенная технологическая схема сплошной выем-
ки руды с закладкой в условиях отработки массивов различной нарушенное отличается тем, что отработка зон сильно-нарушенных руд ведется под комбинированной рудобетонной кровлей.
Новизна научных положений подтверждена тремя авторскими свидетельствами.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:
обширным фактическим материалом натурных исследований напряженно-деформированного состояния массива в зонах влияния очистных работ, выполненных различными методами, сходимостью полученных результатов с данными аналитических исследований;
результатами промышленного и опытно-промышленного внедрения результатов исследований.
Научное и практическое значение работы заключается в том, что выявленные механизмы и закономерности деформирования тектонически нарушенных массивов в зоне влияния очистных работ, позволяющие прогнозировать устойчивость выработок в зонах опорного давления и передовых выработок и целиков защитного слоя, обеспечили разработку, промышленное освоение п внедрение технологических схем выемки сильнонарушенных руд без снижения производительности и экономической эффективности очистных работ (А. с. № 1350350, Б. И. № 41, 1987; А. с Л"» 1514934, Б. И. № 38, 1989).
Реализация работы в промышленности. Разработанные технологии сооружения защитного слоя, отработки руд сильной нарушенное, способ охраны и поддержания выработок, расположенных в зонах опорного давления, внедрены на рудниках «Октябрьский» и «Таймырский» Норильского комбината с экономическим эффектом более 1400 тыс. рублей в ценах 1989— 1990 гг.).
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались па научно-технических конференциях Горной секции Норильского ГМК (г. Норильск 1987—1992 гг.), научных семинарах лаборатории проблем подземной разработки рудных месторождений ИПКОН РАН (г. Москва 1989—1991 гг.), расширенном заседании кафедры технологии разработки месторождений СКГМИ (г. Владикавказ 1991 — 1992 гг.).
Публикации. По результатам выполненных исследований получено четыре авторских свидетельства и опубликовано четыре печатных работы в научно-технических изданиях.
Объем работы. Диссертационная работа изложена на 168 страницах машинописного текста, содержит четыре главы и за-
ключепие, список литературы из 88 наименований, 45 рисунков, 14 таблиц и два приложения.
