Особенности возникновения горно-тектонических ударов на таштальском руднике

СЕМИНАР 1

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 98" МОСКВА, МГГУ, 2.02.98 - 6.02.98

Л.М. Лазаревич, В.А. Ваганова, О.В. Шипеев,

СФ ВНИМИ Таштагольский рудник

Особенности возникновения горно-тектонических ударов на Таштагольском руднике

Таштагольское месторождение магнетитовых железных руд входит в состав месторождений Горной Шории, расположенных в Алтае-Саянской складчатой зоне. Для месторождения характерно наличие высоких горизонтальных сжимающих напряжений в нетронутом массиве и практически изотропных прочных высокомодульных руды и пород. Наличие высоких горизонтальных напряжений в нетронутом массиве объясняется действием современных тектонических процессов в регионе.

Для Таштагольского месторождения характерно блочное строение. Рудные тела секутся под углом 20-30° крутопадающими нарушениями. Угол падения нарушений до 90°, простирание северо-западное, мощность от 0,5 до 3 м. Зоны представлены сильно выветрелыми дроблёными перемятыми породами с гидроокислами железа и марганца. Наряду с крутопадающими зонами на месторождении присутствует система пологих тектонических нарушений. Простирание пологих зон субмеридианальное, падение северозападное, угол падения от 5° до 30°.

Наличие неравнокомпонентного поля напряжений и горных пород, склонных к хрупкому разрушению, обусловливают возникновение горных ударов при высоких концентрациях напряжений вокруг выработок. В районах разрывных нарушений существуют области, где значения напряжений в нетронутом массиве в 2-3 раза выше, чем вне зоны разрывов. На таких участках тектонические зоны проявляют динамическую активность уже на стадии проходки откаточных выработок и нарезки подэ-тажных панелей. При отработке блоков, осложнённых тектоническими зонами, в бортах разломов

3 $ 1999

происходит дополнительное накопление напряжений. При очистных работах перераспределение зон опорных нагрузок после массового обрушения блока в тектонически активном районе приводит к накоплению удароопасной величины напряжений.

К районам активных тектонических зон, как правило, к местам изменения элементов их залегания, либо к местам пересечения зон приурочены удары горнотектонического типа. Г орно-

тектонические удары относятся к ударам регионального типа, так как проявляются на значительной площади и захватывают большие участки массива по глубине.

При попадании крупных тектонических нарушений в зону влияния очистных работ, концентрация напряжений в местах жестких связей между бортами разрывов достигает критических величин. Последнее приводит к «оживлению» и разрастанию гигантской трещины, срыву монолитных блоков и, сохранившихся от ранних тектонических деформаций, жёстких мостов, перемычек между крыльями разлома. Разрушаются глубинные части массива, с высвобождением накопленной энергии. Происходит разрыхление пород в глубине массива, сдвиг по тектоническому шву разрыва. При этом сейсмическими и ударными волнами разрушаются выработки на значительных площадях. Одновременно во многих участках шахтного поля возникает множество вторичных очагов разрушения. Разрушаются не только аномально напряженные участки массива, но и участки ослабленных зон - сопряжения выработок, «ножки» буровых заходок на подэтажах, контакты дайковых тел, происходят обрушения по зонам

кливажа, падение ранее нарушенной крепи, отмечаются вывалы руды и пород в районах нарушенных тектоническими трещинами. В напряженных участках, в предельно-напряженных целиках при горно-тектоническом ударе происходят разрушения динамического характера - разрушается бетонная крепь на блоки с выбросом крупных бетонных глыб на расстояние до 3-5 м., деформируется металлическая крепь типа СВП (отмечаются деформации кручения, изгиба, разрыв металлических рам), происходит поднятие почвы, разрушение бетонного трапа, поднятие рельсовых путей, разрывы рельс. Разрушение выработок со стороны кровли или почвы обусловлено положением очага горного удара в пространстве. Углубление очагов разрушения жестких связей вдоль шва разрыва способствует вовлечению в процесс динамического взаимодействия большого объёма пород. Горно-тектонический удар может быть приурочен к одному крутопадающему нарушению или к нескольким при наличии пологопадающей зоны.

Горно-тектонические удары при отработке Таштагольского месторождения происходили в 1982, 1984, 1992 годах. Все они произошли при попадании активного тектонического нарушения в зону опорного давления очистной выемки. Наиболее разрушительным был горно-тектонический удар в 1982 году, когда при отработке рудного тела был создан встречный добычной фронт на участке шахтного поля, осложнённом активным тектоническим нарушением. Это крутопадающее нарушение в пределах нижележащего этажа пересекалось мощной пологой зоной. Наличие высоких на-

101

пряжений в опорном блоке-целике, образовавшемся при встречном очистном фронте, привело в действие механизм разрыва жестких связей между бортами тектонического нарушения с высвобождением накопленной потенциальной энергии, с разрушением породы в глубине массива и сдвигом по тектоническому шву нарушения до контура выработок. Наличие пологой зоны усугубило динамическое взаимодействие блоков массива, обеспечив возможность срывов блоков в вертикальной и горизонтальной плоскостях. В результате удара нарушениями было охвачено два горизонта, общая площадь нарушений достигла шести тысяч квадратных метров. Удар повлёк за собой остановку производства.

Проблемы прогноза, предупреждения, предотвращения горно-тектонических ударов при отработке глубоких горизонтов Таштагольской шахты имеют огромное социальное и экономическое значение. На руднике проводятся совместно с научно-исследовательскими институтами работы по решению вопросов борьбы с горно-тектоническими ударами. В данной статье коснёмся одного метода контроля напряженного состояния активных тектонических разломов.

На Таштагольской шахте оценка уровня напряженного состояния в районе активных тектонических зон производится электрометрическим методом в модификации подземного электрического зондирования на крупных базах. Электрометрические исследования показали, что шов тектонической зоны является электрически плохо проводящей средой. Электропроводность зоны меняется в зависимости от уплотнения и разуплотнения контакта крыльев её бортов в результате их взаимных подвижек. Изменение контактной плотности приводит к изменению электросопротивления на несколько порядков по глубине зондирования в исследуемых участках зон вдоль плоскости сместителя. При зондировании электроды располагают по разные стороны от плоскости сместителя разрывного нарушения. Расстояние между приёмными превышает мощность разрыва, а расстояние между токовыми электродами достигает высоты этажа. Все базовые замеры выполняются по тектонической зоне в пределах рудного массива до начала очистных работ по горизонту. С развитием фронта очистных работ зона опорного давления, распространяющаяся впереди него, постепенно пригружает горный массив. При этом происходит

уплотнение бортов тектонического разлома. Нахождение активной тектонической зоны впереди фронта очистных работ в максимуме опорного давления является одним из основных условий возникновения горно-тектонического удара. Изменение уровня напряжённого состояния определяется по разности измеренных значений, отнесённых к первоначально измеренной величине по формуле:

(Р1 - Р1>/Р1 = Лр/ръ

где р1 - значения базового замера, Р1 - значения последующих замеров, Лр/р1 - параметр напряженности массива

Положение удароопасного участка определяется по глубине зондирования в зависимости от значений параметра напряжённости. Исследованиями, проводимыми на руднике совместно с СФ ВНИМИ, определены критерии удароопас-ности по параметру напряжённости. Вероятность горно-тектонического удара резко возрастает при значениях -1 < Лр/р1 < -0,97, зафиксированных на участке протяжённостью 15-25 м. При прогнозе времени удара учитывается характер проводимых и планируемых технологических операций, периоды сезонной, астрономической, сейсмической активности горного массива.

В.А. Ваганова, О.В. Шипеев

© Л.М. Лазаревич,