Геомеханическое обоснование устойчивости подготовительных выработок при подземной разработке прибортовых запасов карьеров : на примере ОАО "Апатит"

• Автор: Куранов, Антон Дмитриевич
• Шифр специальности: 25.00.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 174 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1 ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ И ДАННЫХ ПРАКТИКИ ПО ТЕМЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ
1.1.1 Общие сведения о комбинированной разработке рудных месторождений
1.1.2 Современные представления о геомеханических процессах в массиве при комбинированной отработке месторождений
1.2 ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ И ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ОТРАБОТКИ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ ВОСТОЧНОГО РУДНИКА ОАО «АПАТИТ»
1.2.1 Геологическое строение
1.2.2 Горнотехнические условия отработки
1.3 АНАЛИЗ МЕТОДОВ ИЗУЧЕНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО
СОСТОЯНИЯ МАССИВОВ ГОРНЫХ ПОРОД
1.4 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ
ГЛАВА 2 НАТУРНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА СОСТОЯНИЕМ ПОДЗЕМНЫХ ВЫРАБОТОК В ПРИБОРТОВОМ МАССИВЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКОМЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРОД
2.1 НАТУРНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА СОСТОЯНИЕМ ВЫРАБОТОК
2.2 ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОАВНИЯ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРОД ПРИБОРТОВЫХ МАССИВОВ РУДНИКОВ ОАО «АПАТИТ»
2.2.1 Методика проведения лабораторных исследований физико-механических свойств горных пород
2.2.2 Результаты лабораторных испытаний
2.3 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 3 ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ОТРАБОТКЕ ПРИБОРТОВЫХ ЗАПАСОВ КАРЬЕРОВ ВОСТОЧНОГО РУДНИКА ОАО «АПАТИТ»
3.1 МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПРИБОРТОВОМ
МАССИВЕ КАРЬЕРА ДО НАЧАЛА ОТРАБОТКИ ПРИБОРТОВЫХ ЗАПАСОВ
3.1.1 Общие сведения об объекте исследования
3.1.2 Постановка задачи, обоснование граничных условий моделирования и исходных данных
3.1.3 Анализ напряженно-деформированного состояния прибортового массива карьера с учетом тектонических напряжений на примере Коашвинского карьера
3.2 РАЗРАБОТКА ПРОГНОЗНОЙ ЧИСЛЕННОЙ ТРЕХМЕРНОЙ МОДЕЛИ МАССИВА,
ВМЕЩАЮЩЕГО ОЧИСТНОЙ БЛОК ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПРИБОРТОВЫХ ЗАПАСОВ
3.2.1 Общие сведения об объекте исследования
3.2.2 Постановка задачи, обоснование граничных и начальных условий моделирования

3.2.3 Анализ напряженно-деформированного состояния массива карьера вмещающего очистной блок при разработке прибортовых запасов
3.3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В ПРИБОРТОВОМ
МАССИВЕ КАРЬЕРА ПРИ ОТРАБОТКЕ ПРИБОРТОВЫХ ЗАПАСОВ
3.3.1 Анализ напряженно-деформированного состояния прибортового массива, вмещающего подземные выработки
3.3.2 Анализ напряженно-деформированного состояния массива вокруг выработок в зоне влияния карьера и очистных работ
3.4 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ УСТОЙЧИВОСТИ ВЫРАБОТОК, ПРОВОДИМЫХ В ПРИБОРТОВЫХ МАССИВАХ КАРЬЕРОВ
4.1 АНАЛИЗ РАБОТЫ КРЕПЕЙ ВЫРАБОТОК, НАХОДЯЩИХСЯ В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ
БОРТА КАРЬЕРА И ОЧИСТНЫХ РАБОТ
4.1.1 Обоснование исходных данных для моделирования работы крепей выработок в зоне влияния карьера
4.1.2 Результаты моделирования работы анкерной крепи
4.1.3 Результаты моделирования работы набрызгбетонной крепи
4.1.4 Результаты моделирования работы комбинированной крепи из анкеров и набрызгбетона
4.1.4 Анализ полученных результатов моделирования крепей выработок в зоне влияния карьера
4.2 ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ВЫРАБОТОК В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ КАРЬЕРА НА ОСНОВЕ
ПОКАЗАТЕЛЯ НАПРЯЖЕННОСТИ
4.3 ОБОСНОВАНИЕ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ УСТОЙЧИВОСТИ ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ ОТРАБОТКЕ ПРИБОРТОВЫХ ЗАПАСОВ
4.3.1 Рекомендации по обеспечению устойчивости подземных горных выработок, проводимых в прибортовом массиве карьера
4.3.2 Рекомендации по приведению подготовительных выработок в зоне влияния карьера в неудароопасное состояние
4.4 ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы диссертации. В мире насчитывается более двух тысяч месторождений, разрабатываемых комбинированным способом. Только за последние 10 лет их количество увеличилось практически в 1,5 раза, что связано с достижением карьерами запредельных глубин и возможностью отработки запасов глубоких горизонтов только подземным способом. Это подчеркивает необходимость изыскания новых технических и технологических решений для полной отработки прибортовых и подкарьерных запасов рудных месторождений. По анализу области использования комбинированной геотехнологии в мире, можно отметить, что наибольшее распространение она получила при разработке рудных месторождений. Комбинированные способы используются при разработке рудных месторождений с различными инженерно-геологическими и горногеологическими условиями. Это обстоятельство указывает на целесообразность рассмотрения комбинированной разработки пологопадающих месторождений высоконапряженных руд на примере апатит-нефелиновых месторождений Кольского полуострова.
ОАО «Апатит» активно ведет отработку запасов апатит-нефелиновых руд комбинированным открыто-подземным способом. Актуальность решения проблем разработки объясняется необходимостью перехода рудников на подземную разработку запасов, ввиду технологической невозможности дальнейшей разработки месторождений открытым способом и целесообразностью дальнейшего извлечения апатит-нефелиновых руд.
Сложный характер влияния борта на проходческие и очистные работы в прибортовой части карьера, наличие других значимых факторов (тектоника, наличие зон окисленных пород, в том числе неоднородность борта карьера), требуют комплексного подхода к решению задачи обеспечения устойчивости подземных подготовительных выработок.
Наибольший вклад в исследование геомеханических процессов при комбинированной разработке рудных месторождений внесли такие ученые, как

- разрушение за счет высокого горного давления выработок начинает проявляться при их строительстве и эксплуатации уже на незначительной глубине (50-100 м);
- локализации разрушений за счет высокого горного давлении лишь в кровле и почве горных выработок при сохранении высокой устойчивости пород в стенках выработок. Проявление разрушений более интенсивно в забоях горизонтальных выработок. В вертикальных выработках резко выражено различие в проявлении горного давления в зависимости от их пространственного расположения;
- улучшение в несколько раз состояния устойчивости и резкое изменение интенсивности проявление горного давления при изменении азимутального направления проходки выработок. Проходка выработок по направлению наибольшего сжатия более благоприятна по фактору обеспечения устойчивости, но менее эффективна но фактору использования энергии взрывчатых веществ;
- более высокая устойчивость выработок и их прочность при одинаковой глубине заложения в менее прочных породах;
- при переходе от одних месторождений к другим, даже расположенным в непосредственной близости друг от друга, при одинаковой глубине и одинаковых свойствах горных пород проявления горного давления различны [56-62].
Для учета приведенных выше особенностей напряженного состояния обнажений в высоконапряженных массивах Тимофеевым О.В. и Трушко В.Л. был предложен квазистатический критерий напряженности элементов выработки [36,44]:
а-К. К7 Кх
Пдв=
я кс ку V
где а - напряжение в нетронутом массиве по заданному направлению, МПа; Кх -коэффициент концентрации напряжений вследствие проходки данной выработки; К2 - коэффициент изменения напряжений в результате влияния других выработок;