Управление сдвижением и удароопасностью горного массива при разработке железорудных месторождений Сибири на основе изучения их геодинамики

• Автор: Квочин, Валерий Александрович
• Шифр специальности: 05.15.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 78 с. : ил.; 20х15 см

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Развитие горнорудного производства осложняется влиянием геомеханических процессов, происходящих в недрах: при эксплуатации месторождений, Ниже глубин 500м подземные рудники испытывают серьезные проблемы, связанные со сдвижением горных пород и горным давлением, нередко проявляющимся в динамической форме в виде горных ударов и мощных толчков. В этой связи с глубиной снижается эффективность и безопасность отработки месторождений, размещенных в геодинамически активных зонах, характеризующихся сложной блочной структурой и высоким уровнем природного поля напряжений. Природное и техногенное напряженно-деформированное состояние блочного массива горных пород месторождений при отработке их на больших глубинах становится одним из основных факторов, определяющих технологию извлечения запасов руд и безопасность горных работ. Гео динамические особенности месторождений Сибири уже на глубине 300м проявляются в виде стреляний горных пород, а на глубинах 600 и более метров вызывают горные удары большой разрушительной силы (10 .. 109 Дж), сопровождающиеся табелью людей, разрушением выработок к оборудования, остановкой технологических процессов и большим экономическим ущербом. Так, на Таигтагольском руднике, отрабатывающем в настоящее время один го пяти разведанных участков залегания железорудного сырья на глубинах 500...]050м, с 1959г. общее число динамических проявлений горного давления превысило 5000, из них 18 собственно горных ударов (в том числе 7 горно-тектонических) и 41 микроудар. Появление горных ударов большой мощности без предварительных признаков удароопасности и горных ударов в глубине породного массива, прилегающего к рудной зоне со стороны лежачего и висячего боков, относимых по масштабам проявления к горно-тектоническим ударам, поставило в качестве первоочередных вопросы исследования условий их формирования н проявления, разработки методов прогноза этих явлений и управления напряженным состоянием массива Это определяет научную актуальность рассматриваемого вопроса.
В гео динамически активных зонах разработка месторождений сопровождается существенным расширением области деформирования пород как в массиве, так и на поверхности, что многократно осложняет эксплуатацию стволов шахт, инженерных сооружений промплощадок, жилых зданий и других объектов Активное расширение области деформирования массива на железорудных месторождениях Сибири поставило целый ряд проблем, связанных с отработкой предохранительных целиков под сооружениями и объектами, с эксплуатацией ответственных инженерных сооружений и сохранением водных объектов в зоне подработки рудников.
В последние 20 лет на крупнейших железорудных месторождениях Сибири доля ^веданных запасов руд, залегающих в предохранительных целиках под сооружениями промплощадок, водными объектами, железными дорогами, гражданскими зданиями 1 жилыми домами городов и поселков, возросла до 50 .80%. Большая часть этих запз-ов одновременно залегала в слепых рудных телах под значительной толщей налегающих пород, создавая опасность воздушных ударов к вызывая проблемы погашения пустот. В этой связи вопросы исследования закономерностей сдвижения и устойчивости горных пород при охране сооружений и объектов от подработки горными работами на железорудных месторождениях и извлечения запасов железорудного сырья из предохранительных целиков превратились в крупную народнохозяйственную проблему, ределяющую вопросы эффективной и безопасной работы не только отдельных рудников, но и в значительной мере горнодобывающей отрасли региона. Эго обусловлива-ет практическую значимость исследований.

Таким образом, объектом исследования являют«* горные массивы в зове влияния подземных разработок, а предметом исследований ЯВЛЯЮТСЯ закономерности сдви-женнл и проявлений горных ударов.
Диссертация выполнена в соответствии с тематическими планами к программами научно-исследовательских работ ВосгНИГРИ 1963-2000гг, болью вя часть которых выполнялась а рамках отраслевого планв НИОКР МММ СССР и мшлраелевых программ по : гроблеме горных ударе», проводимых ив рудных месторождениях по постановлению Госкомитета Совета Министров СССР под научно-методическим руководством ВНИМИ Ряд НИОКР по повышению безопасности мнения горных работ на Таштаголъсшм месторождении выполнялись согласно протоколу Л 43 от 26 01$3г. совещания у зам Министра черной металлургии СССР В С Виноградова.
Целью работы является исследование закономерностей сдвижхяжя горных пород и проявлений горных ударов при отработке месторождений в геодмвамнчески активных зонах
Идея работы состоит а изучении физической взашюегюн процессов сдвижения торных пород и динамических проявлений горного давления

Основные задняя ясследований:

- разработать и усовершенствовать методы и средства наблюдений на комплексных гсодинамических полигонах за деформированием горного массива при разработке месторождений;
- исследовать закономерности и особенности сдвижения горных пород на железорудных месторождениях Сибири а условиях геотектонических полей напряжений,
- исследовать зависимости углов сдвижения от горно- геологических условий тазрабетыеасмых месторождений;
- разработать методы иредрасчега параметров сдвижения пород с учетом свойств пород и напряженного состояния массива,
- исследовать условия, разработать и внедрить методы безопасной подработки яействующих инженерных сооружений и объектов;
- разработать нормативные документы по оценке параметров, контролю и /правлению деформированным состоянием земной поверхности и охраняемых соору-кеипй;
- разработать рекомендации по отработке запасов месторождений и участки иод промплмцадкамн рудников, поселками и водными объектами;
- исследовать взаимосвязь процессов сдвижения массива и проявления горных /даров, условий формирования очагоа региональных горных ударов;
- разработать методы прогноза удароопасного отстояния массива при отработ се месторождений и участков;
- разработать методы управления удароогаюиым состоянием массива при отработке железорудных месторождений региона я динамически активных ЗОТОВЕ,
- разработать практические рекомендации по управлению сдвижением и уда-роопаскостью массива при отработке нижележащих горизонтов месторождений
Методы кемдемаий.
Научные и практические результаты диссертационной работы получены ка ком-злексных геодинамических полигонах с использованием: инструментальных «абпояя-змй за сдвкяяннсм эемвой поверхности и горных пород месторождений по грунтовый I контурным реперам в горных выработках с применением высокоточных гсодеанче-

Рис. 16. Распределение наклонов на земной поверхности в районе Северного ствола Абаканского рудника после извлечения запасов предохранительного целика
При внедрении рекомендаций по расконсервации запасов из предохранительных целиков на железорудных месторождениях Сибири высвобождено более 100 млн. тонн балансовых запасов руды, из которых более 50 млн. тонн отработано.
Результаты исследований закономерностей и параметров сдвижения горных пород были использованы и во многих случаях явились определяющими для обоснования путей и технологии отработки более 500 млн. тонн запасов нижележащих горизонтов месторождений, залегающих под водоемами, сооружениями, жилыми домами, а также под значительной толщей налегающих пород, и представленных слепыми залежами. Общий экономический эффект от внедрения рекомендаций в производство только за последние 5 лет составил свыше 20 млн. рублей.