Методика количественного прогнозирования параметров геомеханических процессов в массивах горных пород при обратном порядке отработки рудных залежей

УДК 622.83 Н.И. Синкевич

МЕТОДИКА КОЛИЧЕСТВЕННОГО ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В МАССИВАХ ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ОБРАТНОМ ПОРЯДКЕ ОТРАБОТКИ РУДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ

Приведены результаты экспериментальных исследований по оценке изменения напряженно-деформированного состояния горных пород автором установлены зависимости и получены корреляционные связи между изменением напряженно-деформированного состояния массива на различных глубинах и стадиях отработки опорного блока-целика одновременно на четырёх горизонтах по простиранию.

Ключевые слова: отработка рудных залежей, запас прочности горных пород, глубина залегания.

N.I. Sinkevich

THE TECHNIQUES FOR PARAMETER FORECAST OF GEOMECHANICAL PROCESSES IN THE ROCK MASS DURING RETREA T ORE MININIG

The experimental study results on evaluation of stressed and distorted state of rocks are given. The dependencies are defined; the correlated connections between stressed and distorted states at different depths and stages of mining the rock block simultaneously towards four horizons are identified.

Key words: ore deposit mining, safety factor, depth of formation.

Особенность ведения очистных работ при обратном порядке отработки рудных залежей на Шерегешев-ском месторождении с образованием временных блоков целиков на участках «Главный» и «Болотный» создают ещё более сложные условия прогнозирования параметров геомеханических процессов в массивах горных пород, вследствие высокой концентрации напряжений в уменьшающемся рудном массиве (рис. 1).

В течение 13 лет в подземных выработках Шерегешевского рудника в рай-

оне опорного блока-целика участок «Главный» автором проводились специальные исследования по оценке изменения напряженно-деформиро-ванного состояния горных пород по мере развития подготовительно - нарезных и очистных работ в этажах +395^+325 м, +325^+ 255 м, +255^+185 м, методом щелевой разгрузки и наблюдения за сдвижением горных пород по станциям глубинных реперов. Отличительной особенностью проводимых исследований является изучение состояния больших участков рудного массива, достигающих 150-350 м по направлениям вкрест и по простиранию месторождений. Наблюдения приурочивались к разработке методики количественного прогнозирования на-пряженно-дефор-мированного состояния массива горных пород в целиках при подготовке очистных блоков с увеличением глубины разработки рудной залежи.

По результатам исследования автором установлены зависимости и получены корреляционные связи между изменением напряженно-деформированного

— - конфигурация консолей кровли;

Д - станции глубинных реперов в висячем и лежачем боках;

О - направление и порядок отработки участка «Главный»;

Ф - направление и порядок отработки участка «Болотный»;

..—- граница зоны сдвижения пород от гор. +325 м;

X-----X — - граница отработки до гор. +395м;

— • — - тектоническое нарушение;

О - зоны сжатия;+-3 оны растяжения; щр - место проведения щелевой разгрузки

Рис. 1. Схема трассировки, отображающая состояние и развитие горных работ на гор. +395м участков «Главный» и «Болотный»

состояния массива на различных глубинах и стадиях отработки опорного блока-целика (от подготовки, нарезки буровых и подсечных выработок до очистного пространства, равного мощности рудного тела) одновременно на четырёх горизонтах по простиранию:

ау = 0,0022Н Пр.э2 - 1,7147Нпр.э +

+366,78

где ау - горизонтальные напряжения по простиранию рудных тел, МПа; Нпрэ -глубина проведения экспериментальных работ, м.

При равных коэффициентах корреляции равен г = 0,600 и вкрест простирания рудной залежи (рис. 2):

ах = 0,0005 Нпр.э2 - 0,5094 Нпр.э + +147,02

где ах- горизонтальные напряжения вкрест простирания рудных тел, МПа; при равных г = 0,7628.

Рассмотрим более подробно некоторые стороны процесса деформирования, возникающего в пределах опорного блока-целика за счет сложности его пространственной конфигурации, по полученным наблюдениям за сдвижением рудного массива с помощью станций глубинных реперов, заложенных в скважины в породах висячего и лежачего боков.

Опорный блок-целик участка «Главный» Шерегешевского месторождения длиной по простиранию рудной залежи на 12 января 1992 года составил 160 м, после массового взрыва блока № 35 - 132 м, а смещение во времени измеряли маркшейдерской рулеткой с передвижным нониусом -за 187 суток (18.07.1992 г.) составило -2.0 мм, в период времени 683 суток (14.11.1993 г.) был взорван очистной блок № 34 на этом же гор. +395 м,

длина составила 106 м, а 16.01.1994 г. был уже взорван блок 25/26 на гор. +325 м смещения на 214 сутки (18.08.1994 г.) составили -252,7 мм - прошло сжатие целика.

При изменении геометрической конфигурации с глубиной в 70 м 18.12.1994 г. после отпалки блоков 27, 28, 29 на гор. +325 м в массиве блока-целика произошло растяжение +3,6 мм на 72 сутки (2.03.1995 г.) после взрыва.

На гор. +395 м произвели очередной массовый взрыв в блоке № 33 -14.05.1995 г., и длина блока-целика по простиранию 64 м, имели смещения вкрест рудных тел до взрыва (3.05.1995 г.) Иш Я1=+92,4 мм и после (15.05.1995 г.) И01 Я1=+92,0 мм, И01 Я2=-1,0 мм, И01 Я3=-0,4 мм, И01 И=+0,3 мм.

Инструментальные наблюдения за сдвижением толщи горных пород и земной поверхности показывают, что изменение напряженного состояния и сдвижение породного массива, вызываемые подземными горными работами, распространяются на значительные расстояния. В процессе сдвижения происходит изменение объема пород: в зоне опорного давления породы уплотняются, а в зоне обрушения разрыхляются.

Измеренные максимальные смещения (сжатия) массива пород по станциям глубинных реперов на гор. +395 м в висячем боку за 265 суток (30.09.1992 г.) составили -14.6 мм, а по истечению 409 суток (14.11.1994 г.) смещения - -9,7 мм, что свидетельствует о сдвижении пород в связи с ограниченными размерами рудного блока-целика. Величина сжатия массива пород вкрест простирания на горизонте +395 м, обусловлена дополнительной пригрузкой породного массива в процессе отработки руд в этаже +395^+325 м, а на участке

• - полученные экспериментально напряжения;

О - корреляционная зависимость;

-----прогнозируемые напряжения.

Рис. 2. Графики зависимости приращения горизонтальных напряжений вкрест и по простиранию рудных тел от глубины, по мере развития подготовительно-нарезныш и очистныгх работ в этажах +395^+325 м, +325^+255 м, +255++185 м на участке «Главный» методом щелевой разгрузки

наблюдения с изменением площади (18.08.1994 г.). Последнее объясняется

геометрических параметров целика про- деформированием пород и магнетито-

изошло растяжение +98,3 мм вых руд за счёт зарождения и распро-

странения зоны деформаций растяжений в пределах границ диагонального тектонического нарушения, действующих в субширотном направлении (что наиболее пригруженным является участок целика между уч. «Главный» и «Болотный» вблизи тектонического разлома, пересекающего месторождение с северо-востока на юго-запад в орту 8а гор. +395 м район станции №8 глубинных реперов), что приводит к динамическим проявлениям и возникновению расслоения пород на контактах.

Изменение в распределении аномалий отрицательного и положительного знаков в опорном блоке-целике на месте очистной выемки свидетельствуют о том, что в течение 4770 суток (с 12.01.1992 по 15.08.2004 годов) сопротивление целика не остаётся постоянным, а изменяется в зависимости от геомеханических процессов, происходящих в кровле и самом рудном теле как опоре.

В практике подземных разработок Шерегешевского железорудного месторождения используется несколько раз-резок для повышения производительно-

сти горизонтов, что определяет необходимость оценки долговременной устойчивости и сохранности капитальных выработок и других крупногабаритных объектов, для этого разработана методика количественного прогнозирования напряжений сжатия -32,4^-113,4 МПа и деформаций растяжения 0,0002^0,0008 в массивах горных пород, базирующаяся на закономерностях распределения коэффициентов хрупкости, пластичности, удароопасности и техногенных напряжений при разной площади отработанных блоков пропорциональны зависимости площади блоков и концентрации напряжений, обеспечивает прогноз геомеханических параметров безопасного ведения горных работ в этажах при обратном порядке выемки руды.

Рекомендуется в качестве критериев использовать величины изменения напряженного состояния, которые влияют на механизм тектонических деформаций, зависят от количества циклов переменной нагрузки и неоднородностей в строении деформированного массива, генетического залегания рудных залежей в пространстве и времени. ЕШ

— Коротко об авторе -----------------------------------------------------------

Синкевич Н.И. - доцент, кандидат технических наук, Сибирский государственный индустриальный университет, т. 8 (3843) 74-87-64