Влияние массовых взрывов на деформирование горных пород Шерегешевского железорудного месторождения

УДК 622.831 Т.В. Лобанова

ОАО ВостНИГРИ, Новокузнецк

Е.В. Новикова

ИГД СО РАН, Новосибирск

ВЛИЯНИЕ МАССОВЫХ ВЗРЫВОВ НА ДЕФОРМИРОВАНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД ШЕРЕГЕШЕВСКОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

T. V. Lobanova

OAO VostNIGRI (Eastern Scientific-Research Ore Mining Institute),

Klimasenko 19, Novokuznetsk, 654040, Russian Federation E.V. Novikova

Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Science, Novosibirsk, Russia.

Krasniy prospect 54, Novosibirsk, 630091, Russian Federation

LARGE-SCALE BLASTING IMPACT ON SHEREGESH IRON-ORE FIELD

The paper discusses satellite observations over short-period strains in the earth crust in the course of large-scale blasting at Sheregesh iron-ore deposit in 2006 - 2007 with the purpose to evaluate the impact of blasting on the earth surface and the related stress redistribution in overlying strata and in side rocks of the ore body.

На Шерегешевском месторождении в настоящее время отрабатываются участки "Главный", "Болотный", "Новый Шерегеш", "Подрусловый" (рис. 1). Отработка запасов осуществляется в условиях неполной подработки земной поверхности участков "Главный", "Болотный" и объектов там расположенных, а также в условиях расчетного предельно устойчивого и неустойчивого состояния налегающей толщи над выработанным пространством слепых рудных тел участка "Новый Шерегеш". В этой связи земная поверхность не может быть использована для целей, связанных с нахождением сооружений, объектов, людей и животных в зонах возможного внезапного образования провалов и трещин. Мониторинг процессов сдвижения земной поверхности позволяет эксплуатировать охраняемые объекты в опасных зонах и осуществлять выемку запасов месторождения.

Для оценки влияния массовых взрывов (МВ) на земную поверхность и происходящее после этого перераспределение напряжений в налегающих и боковых породах действующих участков Шерегешевского месторождения, отрабатываемых в условиях действия тектонического поля напряжений, в периоды массовых взрывов:

- По обрушению II очереди блоков 12 - 13 на стыке «Главного» и «Болотного» участков в этаже (+255) - (+325) м, произведенного 02.07.2006 г.,

- По обрушению блока 3 «Болотного» участка в этаже (+255) - (+325) м, произведенного 12.06.2007 г.

Выполнены наблюдения короткопериодных деформаций земной поверхности методами спутниковой геодезии.

Рис. 1. Схема геодинамического полигона на Шерегешевском железорудном

месторождении

В период массового взрыва по обрушению II очереди блоков 12 - 13 мощностью 309,6 тонн ВВ съёмка выполнялась в течение 6-ти часов (3-х часов до взрыва и 3-х часов после взрыва) тремя GPS-приёмниками, установленными на участках "Новый Шерегеш" (репер 1 пр. л. по ул. В. Волошиной), "Болотный" (репер 123 пр. л. VI в висячем боку), "Главный" (репер 24 пр. л. I в лежачем боку) (рис. 1). Накопление данных производилось в один файл, который в последующем был разбит на файлы по 20 минут. В результате обработки 20-ти минутных файлов вычислены координаты реперов, расстояния и превышения между ними. Характер деформирования налегающей толщи участка "Новый Шерегеш" и боковых пород участков "Болотный" и "Главный" отражают графики изменения во времени превышений и расстояний между реперами (таблица) и координат реперов (рис. 2).

Установлен короткопериодный характер деформирования земной поверхности, как до массового взрыва, так и после него. Однако амплитуда перемещений до взрыва в 2 - 3 раза меньше, чем после взрыва. Наибольшие изменения перемещений зафиксированы в направлении близком к простиранию рудных тел участков, а наибольшие амплитуды перемещений отмечены по изменению превышений. При этом максимальное изменение превышений в лежачем боку рудных тел между участками "Новый Шерегеш"

- "Главный" после взрыва составили 117 мм, что в 1,5 раза превышает изменения превышений между участками "Новый Шерегеш" - "Болотный" (таблица).

В период массового взрыва по обрушению блока 3 в этаже (+255) -(+325)м съёмка выполнялась в течение 8-ми часов (5-ти часов до взрыва и 3-х часов после взрыва) четырьмя GPS-приёмниками. Базовая станция была

расположена на стыке участков "Подрусловый" и "Новый Шерегеш" в лежачем боку рудных тел за зоной влияния горных разработок (рис. 1). Остальные три приемника были установлены в зоне влияния очистных работ на участках: "Новый Шерегеш" (репер 1 пр. л. по ул. В. Волошиной), "Болотный" (репер 8 пр. л. С - С по простиранию), "Главный" (репер 24 пр. л. I в лежачем боку). Съемка велась с накоплением данных в один файл, который в последующем был разбит на файлы по 20 минут.

Таблица .Изменение во времени смещений горных пород между участками Шерегешевского месторождения в периоды массовых взрывов

и

о

н

о

СЗ

Г

МВ II очереди блоков 12 - 13 в этаже (+255) - (+325) м

02.07.06 г.

МВ блока 3 в этаже (+255) - (+325) м

12.06.07 г.

Я

Э

а

a

».

5

и

5

s 20

3- 0 <а 5 О

Массовый взрыв Г\

\ Л \

j /V\ лЛ 1/ \ /V 1

л/v ХрлЛ

V/ V/

Массовый взрыв

928 10:08 10:48 11:28 12:08 12:48 13:28 14:08 14:48 15:28

Время: час, мин

9:11 9:51 10:31 11:11 11:51 12:31 13:11 13:51 14:31 15:11 15:51 16:31 Время: час, мин

вертикальные ^-горизонтальные |

вертикальные -«-тпріпонтяльньге |

5S

3 х

со

сЗ

4

U

3

и

<D

Он

<D

З

CO

о

к

80

60

5 40

Ь

К 5 20

1

(1*

Ч 0

ш

>

и -20

-40

-60

Массовый взрыв —

1 -20 Ф

0>

и ",0

Массовый взрыв—

V \ 1

\

і

9:28 10:08 10:48 11:28 12:08 12:48 13:28 14:08 14:48 15:28

Время: час, мин

9:11 9:51 10:31 11:11 11:51 12:31 13:11 13:51 14:31 15:11 15:51 16:31 Время: час, мин

^вертикальные -*-гортонташ.ные |

- вертикальные -*- і орпюнтальные |

00 60 ; 40 1 20

: 0 ;-м :-4о -60 -80

Массовый взрыв —

/А

\ /

\ /

V/

9:20 10:00 10:40 11:20 12:06 12:40 13:28 14 08 14 40 15:20 Время: час, мин

80 60 ; 40 : 20 - о “-20 3-40 -60 -80

Массовый взрыв —

"V , , , * , /, \

9:28 1 0:00 10:40 11 2В 12:00 12:40 13:20 14 00 14 40 15:20 Время: час, мин

80 60 = 40 2 20 = 0 *-20 “-40 -60 -80

Массовый взрыв

\/' ’ \у

9:28 1 0:08 10:48 11:28 1 2:08 1 2:48 13:28 14:08 14:48 1 5:28 Время: час. мин

Рис. 2. Характер смещения боковых пород участков "Главный" (репер 24) и "Болотный" (репер 123) в период массового взрыва II очереди блоков 12 - 13

02.07.2006 г.

В результате обработки 20-ти минутных файлов вычислены координаты реперов, расстояния и превышения между ними. При съемке четырьмя приемниками в каждом файле обрабатывалось по 4 полигона с 3-х сторонним замыканием. Невязка в наихудшем полигоне в плане составила 1 мм при допустимой невязке - 30 мм, по высоте - 3 мм при допуске - 50 мм. После

уравнивания максимальные апостериорные ошибки в измеренных расстояниях составили 1 мм, а в превышениях между реперами - 2 мм.

Характер деформирования налегающей толщи участка "Новый Шерегеш" и боковых пород участков "Болотный" и "Главный" отражают графики изменения во времени координат реперов (рис. 3).

В 2007 г. подтвержден установленный в 2006 г. на Шерегешевском месторождении короткопериодный характер деформирования земной поверхности как до массового взрыва, так и после него. Максимальные смещения земной поверхности и до взрыва, и после взрыва зафиксированы в лежачем боку рудных тел в районе промплощадки участка "Главный" (репер 24 профильной линии I - I), где смещения достигали 20 - 45 мм до взрыва и 12 - 41 мм после взрыва.

60 40 , 20 1 о -20 -40 -60

Массовый взрыв -

А

9 11 9:51 10:31 11:11 11:51 12:31 13:11 13:51 14:31 15:11 15:51 16 31 Время: час, мин

“^Реп.24 л.1. л.б. -Рш.8 Л.С-С -*“Реп.1 л. по ул. В. В слониной I

60 40 . 20 I 0 =-20

-60

Массовый взрыв —

9 11 9:51 10:31 11:11 11:51 12:31 13:11 13:51 14:31 15:11 15:51 16:31 Время: I-ас, мин

[-♦“Реп. 24 л1. лб. -*“Реп.8 л.С-С “А-Реп.1 л по ул. В .Волошиной]

60

40

5

5

N 20

0

£ о

1 Ф

? -20 -40 -60

5

О

Массовый взрыв

9 11 9:51 10:31 11:11 11:51 12:311 13:11 13:51 14:31 15:11 15:51 16:31 Время: час, мин

[^^Реп 24 л.Т, л.б ^Реп-Э л.С-С -*~Реп.1 л. по ул. В Волошиной |

Рис. 3. Характер смещения горных пород Шерегешевского месторождения в период массового взрыва блока 3 участка "Болотный" 12.06.2007 г.

При этом если в 2006 г. перемещения до взрыва в 2 - 3 раза были меньше, чем после взрыва (рис. 2), то в 2007 г. вертикальные смещения до взрыва (38 мм) и после взрыва (41 мм) были сопоставимы, а горизонтальные смещения после взрыва стали практически в 2 раза меньше. Наибольшие изменения горизонтальных смещений зафиксированы в направлении "юг -север" (по оси X) (рис. 3).

Сравнительный анализ поведения горных пород месторождения в периоды двух массовых взрывов 2006 и 2007 гг. показал, что взрыв II очереди блоков 12 - 13, проведенный 02.07.2006 г. на стыке «Главного» и «Болотного» участков, оказал более существенное влияние на деформирование боковых пород этих участков и вызвал короткопериодные смещения земной поверхности до 120 мм в районе расположения сооружений промплощадки на «Главном» участке. Отмеченные явления отрицательно сказываются на эксплуатации как сооружений, так и технологического оборудования и приводят к нарушению строительных конструкций и механизмов.

© Т.В. Лобанова, Е.В. Новикова, 2009