Рис. 12. Номограмма для оценки напряженного состояния пород по дискованию керна по данныч бурения геологоразведочных скважин при различных вертикальных напряжениях, определяемых величиной γН.
9. ГЕОДИНАМИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ (к п. 26)
Степень и характер проявления горного давления, в том числе горных ударов, находятся в прямой зависимости от напряженного состояния горного массива в период строительства и эксплуатации месторождения. Напряженное состояние массива, в свою очередь, определяется его естественным напряженным состоянием и накладывающимся на него полем напряжений, возникающим под воздействием горных работ.
Таким образом, необходимо изучать строение и напряженное состояние массива горных пород в районе месторождения еще до начала его освоения. Этот вопрос особенно важен при разработке рудных месторождений, к которым, как правило, приурочены большие тектонические напряжения, часто в несколько раз превышающие ;Н. Безопасная и эффективная разработка таких месторождений может быть обеспечена профилактическими мерами регионального порядка, исключающими излишние концентрации напряжений в горном массиве.
Геодинамическое районирование месторождений предусматривает:
выявление блочной структуры горного массива в районе расположения месторождения по данным геоморфологии с выделением тектонических напряженных зон:
установление динамики взаимодействия блоков и реконструкцию главных напряжений по тектонофизическим и геологическим данным;
оценку напряженного состояния нетронутого массива расчетными методами с учетом его блочного строения;
оценку удароопасности массива и его участков по структурному анализу;
разработку основанного на результатах геодинамического районирования комплекса региональных профилактических мер по снижению удароопасности в процессе строительства и эксплуатации горных предприятий. При этом раскройка шахтных полей, расположение стволов, околоствольных и других капитальных выработок, порядок и последовательность во времени отработки рудных тел, слоев и другие вопросы должны решаться из условия обеспечения минимальных концентраций напряжений в горном массиве вблизи уест ведения горных работ.
Комплекс мер по профилактике горных ударов должен закладываться в проекты строительства горных предприятий*.
* Методические указания по профилактике горных ударов с учетом геодинамики месторождений. — Л.": ВНИМИ, 1983.— 118 с
10. РЕГИОНАЛЬНЫЙ ПРОГНОЗ УДАРООПАСНОСТИ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ (к пп. 21, 26)
Региональный прогноз предусматривает создание сети сейсмических пунктов, связанных в единую систему (сейсмостанцию), которая позволяет выявлять в пределах шахтного поля зоны, опасные по горным ударам, на основе непрерывной регистрации параметров сейсмической активности. Чтобы повысить надежность работы таких систем и получить максимальную эффективность, они должны создаваться на шахтах и рудниках на стадиях их проектирования и строительства, на месторождениях, работающих в особо сложных горно-геологических условиях (большая тектоническая нарушенность и глубина разработки, наличие целиков и выступающих частей массива, современные значительные неотектонические движения и высокая сейсмическая активность района; блочное строение, повышенная тектоническая напряженность месторождения, переменная мощность полезного ископаемого, гористый рельеф земной поверхности, неоднородность физико-механических свойств породного массива и другие факторы, создающие предпосылки возникновения горнотектонических ударов).
Определение необходимости создания системы регионального прогноза, научно-методическое руководство при ее проектировании и эксплуатации осуществляет ВНИМИ или организация, ведущая исследования на данном месторождении.
Региональный прогноз удароопасности включает:
регистрацию количества сейсмических явлений, определение их координат и сейсмической энергии;
составление карт сейсмической активности, совмещенных с планами горных работ (карты регионального прогноза удароопасности);
определение зон, опасных по горным ударам.
Опасными по возникновению горных ударов являются зоны, где вровень сейсмической активности не менее единицы.
Изменение конфигурации зон с повышенными значениями сейсмической активности связано с изменением напряженного состояния горных пород и миграцией зон повышенной удароопасности.
Ежемесячно данные регионального прогноза удароопасности рассматривает руководство шахт. Сейсмостанция постоянно следит за сейсмической активностью в пределах шахтных полей и информирует о всех наблюдаемых явлениях соответствующие службы. Переданные сведения регистрируются в журнале сообщений.
11. ПОСТРОЕНИЕ ПРОГНОЗНЫХ КАРТ (к п. 26)
По мере развития горных работ необходимо проводить текущий прогноз напряженного состояния массива с использованием аналитических методов расчета напряжений. Расчеты проводят повариантно с последующим выбором наиболее оптимального.
Методика построения прогнозных карт опорного давления включает следующие этапы*:
подготовка исходной информации для расчетов;
расчет на ЭВМ напряженного состояния массива пород вокруг выработок:
построение по результатам расчетов изолиний напряжений;
анализ напряженного состояния и разработка рационального порядка развития горных работ.
Для расчетов напряженного состояния используются: геометрические параметры горных работ; напряжения, имевшиеся до начала отработки месторождения, и механические свойства вмещающих пород я полезного ископаемого.
Расчет и построение прогнозных карт осуществляется под научно-методическим руководством ВНИМИ и головного института отрасли или ведущего исследования на данном месторождении.
* Методические указания по использованию программ для расчета и графического построения напряжений в массиве горных пород около выработок — Л.: ВНИМИ, 1981. —52с.
12. МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ ГРАНИЦ ЗАЩИЩЕННЫХ ЗОН (и п. 23)
Для построения защищенной зоны в плоскости, перпендикулярной направлению ведения горных работ, через края защитной выработки шириной а под углом 75° к ее поверхности проводят прямые в сторону кровли и почвы (рис. 13). Размеры защищенных зон в кровлю S1 и в почву S2 определяют по формулам:
S1 = τ1S1 ' S2 = τ1S2'
Для защиты очистных работ S1' = 0,5а и S2' = 0,4 а, но S1 и S2
не более 50 м.
Для защиты подготовительных выработок: S1' = 0,4а и S2' = 0,3а,
но S1и S2 не более 40 м.
Коэффициент τ1зависит от τ— отношения критической глубины (Нo) к глубине разработки защитного слоя (H). Он равен 1; 1,4; 1,6: -1.65 при τ = Н0/Н, соответственно равном 0,25; 0,5; 0,75; 1.
При надработке (подработке) мощного рудного тела подкровельным (подпочвенным) слоем построение защищенных зон осуществляют в соответствии с рис. 14. В плоскости, перпендикулярной
Рис. 13. Построение защищенной зоны
Ряс. 14. Построение защищенной зоны при опережающей надработке рудного тела
направлению горных работ по защитному слою, от края выработки проводят прямую в сторону почвы (кровли) под углом β, определяемым в зависимости от τ: β = 20с; 35; 42; 52; 58; 64°, соответственно при τ = 0,4, 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9.
Минимальную величину опережения защитного слоя С для полной защиты вынимаемых блоков (панелей, полос, лени определяют по формуле:
С = nС1+m/tg β, β ≠90°,
где n—количество защищаемых блоков (панелей, полос, лент), С1 — ширина защищаемого блока (панели, полосы, ленты m — отрабатываемая мощность рудного тела
Влияние горно-геологичесних, тектонических и других особенностей месторождения (наличие блочного строения массива, тектонических нарушений, неоднородность напряженного поля в нетронутом массиве), а также горно-технических условий отработки определяется Указаниями для каждого месторождения. Если напряжения в нетронутом массиве преобладают над вертикальными, то построение
Рис. 15. Оценка состояния податливых целиков:
я —расчетная схема; б — зависимость предельного размера целика от ширины выработанного пространства; в — зависимость величины сжатия целика по нормали от ширины выработанного пространства, г — номограмма для оценки состояния целика по величине его сжатия по нормали ,1 — область опасных значений сжатия целика по нормали. 2 — область неопасных упругих и упруго пластических деформаций целика; 3 — область опасных упругопластических и запредельных деформаций целика. 4 — область неопасных запредельных деформаций велика; VI, VI — предельные значения смещений целика по нормали (V,—запредельных, VI — упругопластических)
защищенных зон осуществляют с учетом действующих главных
напряжений по условию
max ( σ1, σ2 ) < σкр,
где σ1, σ2 — значения главных напряжений в массиве;
(1 при λ> 1, а≤45° или λ <1, а≥45°,
σкр = k1Ho (k2/k1 , при λ ≤ 1, а<45° или λ > 1, а≥45°,
k1 = соs2 а + λ sin2 a, k2 = sin2 + λ соs2 а,
λ — отношение горизонтальных напряжений в нетронутом массиве вертикальным; а — угол падения отрабатываемой залежи на разрезе вкрест простирания.
Опережающая надработка или подработка защитным слоем может производиться параллельными выработками с оставлением временных неудароопасных податливых целиков Размеры целиков определяются экспериментально и регламентируются Оказаниями. В начальной стадии отработки в качестве первого приближения cостояние целиков может быть оценено сопоставлением величин сжатия целика V по нормали с предельными значениями смещений V1 и V2. приведенными на номограммах рис. 15, в, г. По номограмме рис 15, в можно оценить состояние целика в зависимости от ширины выработки а, по номограмме рис 15. г — в зависимости от ширины целика L. Опасным является такое состояние целика, когда замеряемые смещения V находятся между значениями V1 и V2. Замеры должны начинаться, когда ширина целика L приближается к величине 1,2Lпр, где Lпр — предельный размер целика. Значение Lпр устанавливают по графику рис. 15, б.
13. ВИЗУАЛЬНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА РАЗРУШЕНИЕМ ВЫРАБОТОК (к п. 27)
Разрушения на контуре выработок предопределяются напряжениями, действующими в массиве пород. Это позволяет по данным визуальных наблюдении в выработках и скважинах приближенно оценить величины и направления действия главных напряжений.
Рассматриваемый способ применим, если напряжения в массиве высоки и способны вызвать разрушения на конторе выработок
Оценка направления действия напряжений производится на основе анализа пространственной ориентировки трещин и отслоений на контуре выработок и в скважинах Приближенные величины напряжений оцениваются по известным значениям предела прочности пород на одноосное сжатие
По визуальным наблюдениям можно сравнивать степень напряженности отдельных конструктивных элементов системы разработки и ориентировочно определять величину и направление действия наибольших напряжений в нетронутом массиве пород
Визуально оценку напряжений выполняют таким образом Обследуют все незакрепленные выработки, различно ориентированные в пространстве. При этом фиксируют места разрушений на контуре выработок. Дополнительно фиксируют участки разрушений контура скважин. Необходимо знать особенности проявления горного давления в момент проходки, так как при недостаточно высоких напряжениях в массиве разрушения выработок происходят лишь в момент проходки.
Следует обращать внимание на характер разрушения пород на контуре, насколько параллельны отслаиваемые плитки контору выработки и как согласуются поверхности отслоений с естественными поверхностями ослаблений (трещинами, слоистостью и т п )
Места разрушений наносят на планы горных работ Для оценки необходимо иметь рулетку и горный компас. Участки разрушения на контуре выработки всегда параллельны направлению действия наибольших сжимающих напряжений (рис. 16)
Рассмотрим примеры Если в нетронутом массиве наибольшее главное напряжение направлено вертикально и по величине достаточно для разрушения пород на контуре выработки, то наибольшие разрушения будут происходить в стенках горизонтальных выработок любого направления, возможны менее интенсивные разрушения в стенках наклонных выработок и совсем не будет разрушений в вертикальных.
Рис. 16. Ориентировка участков разрушения пород 1 в сечении выработки относительно наибольших сжимающих напряжений
При горизонтальных наибольших сжимающих напряжениях разрушения будут происходить в кровле и почве горизонтальных, а также в стенках вертикальных выработок — в плоскости, перпендикулярной направлению максимальных напряжений.
По разрушению горизонтальных выработок в кровле (почве) южно приближенно оценивать величины наибольших напряжений в массиве пород (руд)
σmax ≥ 0,70σСЖ,
где σСЖ — прочность пород (руд) в массиве.
В условиях гидростатического (равнокомпонентного) напряженного состояния пород (руд) происходит неупругое деформирование по всему контуру сечения горизонтальных и вертикальных выработок при напряжениях в массиве
σ >(1,0—1,2) σСЖ, где σСЖ, — прочность пород (руд) в массиве.
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ...
ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ .
ВСКРЫТИЕ. ПОДГОТОВКА И ПОРЯДОК ОТРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРОГНОЗ УДАРООПАСНОСТИ УЧАСТКОВ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД
и руд
ПРИВЕДЕНИЕ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК И УЧАСТКОВ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД В НЕУДАРООПАСНОЕ СОСТОЯНИЕ ....
ПРОВЕДЕНИЕ И ПОДДЕРЖАНИЕ КАПИТАЛЬНЫХ И ПОДГОТОВИТЕЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ, СКЛОННЫХ
К ГОРНЫМ УДАРАМ
ОЧИСТНЫЕ РАБОТЫ
ОТВЕТСТВЕННОСТЬ .
ПРИЛОЖЕНИЯ
1. Основные термины и условные обозначения .......
2. Перечень месторождений и объектов горного строительства, склонных к горным ударам
