Введение к работе
Актуальность работы. В геологическом плане рудная интрузия Талнахского рудного узла Октябрьского и Талнахского месторождений представляет собой последовательно залегающие друг над другом пластообразные мощные залежи богатых, медистых и вкрапленных руд, разделенных между собой хлоритовыми оторочками или безрудными прослоями незначительной мощности. В рудной интрузии прослеживаются почти все уровни тре-щиноватости от крупных разрывов до систем макро- и микротрещин, которые оказывают влияние на формирование региональных полей гравитационных и тектонических напряжений. Рудная интрузия Октябрьского и Талнахского месторождений не зависимо от глубины разработки отнесена к склонной к горным ударам, а с глубины разработки 700 м и ниже к опасной по горным ударам.
В настоящее время отработка рудных залежей интрузии рудниками Талнахского промышленного района проводится в восходящем порядке, который предусматривает последовательную выемку богатых руд, затем медистых и, в последнюю очередь, вкрапленных руд с управлением кровлей твердеющей закладкой. Такой способ отработки интрузии не исключает формирование зон опасных деформаций и напряжений, требует большого объема строительства капитальных и подготовительных выработок и проведения комплекса горных мер по сохранению их эксплуатационного состояния, а также по исключению динамических форм проявления горного давления при выемке руд. Кроме того, в ближайшие годы на рудниках ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» ожидается сокращение объемов добычи руды вследствие снижения подготовленных запасов богатых руд.
В сложившихся геологических и горнотехнических условиях повышение безопасности и эффективности горных работ рудников Талнахского рудного узла может быть достигнуто за счет совместной отработки богатых, медистых и вкрапленных руд, реализация которой представляет собой решение сложной горно-геомеханической задачи.
Исследованию напряженно-деформированного состояния горного массива, попадающего в зону влияния горных работ, посвящены работы ученых: С.Г. Авершина, А.Г. Акимова, В.В. Аршавского, Н.С. Булычева, А.П. Господарикова, В.А. Звездкина, В.П. Зубова, Г.Н. Кузнецова, В.К. Климко, О.В. Ковалева, А.А. Козырева, В.Н. Опарина, В.Д. Палия, ИМ. Петухова, А.Г. Протосени, М.А. Розенбаума, И.Ю. Расска-зова, В.Г. Селивоника, B.C. Сидорова, А.П. Тапсиева, В.Л. Труш-ко, А.А. Филинкова, А.Н. Шабарова и многих других.
В этих работах отражены важнейшие положения механики горных пород и массивов, составляющих основу ее современного состояния. Тем не менее, геомеханическое состояние рудной интрузии при совместной отработке совместно залегающих пла-стобразных мощных залежей разносортных руд недостаточно изучено, особенно на рудных месторождениях, отнесенных к склонным и опасным по горным ударам. До сих пор при разработке регламентов и проектов отработки рудной интрузии Октябрьского и Талнахского месторождений используются ранее полученные закономерности напряженно-деформированного состояния горного массива при отработке одиночных мощных рудных залежей и опыт отработки свиты угольных пластов. Полученные закономерности не могут быть в полной мере использованы при разработке способов совместной отработки разносортных руд рудников Талнаха, как из-за специфики горногеологических условий их залегания, так и различия прочностных и деформационных характеристик руд интрузии. Поэтому научно-исследовательские работы, связанные с повышением безопасности и эффективности отработки рудной интрузии рудников Талнаха, залегающей в сложных горно-геологических условиях, являются своевременными и актуальными.
В связи с этим, основной темой работы стало исследование геомеханического состояния тектонически нарушенной рудной интрузии в условиях повышенных деформаций и напряжений и разработка на этой основе рекомендаций по безопасной и эффективной совместной отработке рудных залежей рудников Талнаха.
Цель работы. Геомеханическое обоснование рекомендаций по совместной отработке удароопасных рудных залежей рудников Талнаха.
Идея работы. Геомеханическое обоснование безопасной и эффективной отработки рудной интрузии рудников Талнаха должно базироваться на закономерностях формирования гравитационно-тектонического поля напряжений и учете совместного расположения выемочных фронтов рудных залежей друг относительно друга.
Основные задачи исследований:
исследовать закономерности формирования напряженного состояния массива рудной интрузии с учетом геолого-структурных и горнотехнических особенностей рудников Талнаха;
исследовать характер изменения напряженно-деформированного состояния массива рудной интрузии при последовательной и совместной выемке богатых, медистых и вкрапленных руд с учетом глубины ведения очистных работ;
разработать рекомендации по совместной отработке рудных залежей богатых, медистых и вкрапленных руд рудников Талнаха.
Методы исследований. Анализ и обобщение сведений, содержащихся в литературных и фондовых источниках, натурные наблюдения процессов сдвижения и напряженно-деформированного состояния массива горных пород, натурные и лабораторные исследования и аналитическая обработка полученных результатов исследований.
Научная новизна работы:
-
Установлено, что в условиях рудников Талнаха дезинтеграция рудной интрузии разрывными тектоническими нарушениями формирует неоднородное поле естественных напряжений.
-
Доказано, что в условиях совместной отработки рудных залежей интрузии рудников Талнаха напряженное состояние интрузии, не исключающее проявление горных ударов, начинает формироваться на глубине залегания интрузии 600 м и ниже.
3. Установлено, что в условиях совместной отработки
рудных залежей рудников Талнаха напряженное состояние руд-
ной интрузии, не исключающее горные удары, зависит от взаимного расположения очистных фронтов рудных залежей. Основные защищаемые положения:
-
В приразрывной зоне тектонических нарушений рудной интрузии рудников Талнаха формируются области с концентрацией пониженных (менее уН) и повышенных напряжений (до 3,5 уН), протяженность которых может достигать от 4 до 20 м и более.
-
Геодинамически опасные зоны при совместной отработке рудных залежей тектонически нарушенной рудной интрузии рудников Талнаха начинают формироваться с глубины залегания интрузии 600 м и ниже.
-
Для безопасной и эффективной совместной отработки рудных залежей интрузии рудников Талнаха следует применять нисходящий и восходящий порядок выемки рудных залежей при взаимном расположении очистных фронтов рудных залежей друг относительно друга при нисходящем порядке отработки рудных залежей не менее 15 м и при восходящем порядке не менее 30 м.
Практическая значимость работы:
разработаны рекомендации по выбору порядка и способов совместной отработки рудных залежей интрузии Октябрьского и Талнахского месторождений, отнесенных к опасным по горным ударам;
разработаны параметры безопасных и эффективных технологических схем совместной отработки богатых, медистых и вкрапленных руд рудников Таланаха.
Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций подтверждается значительным объемом шахтных и лабораторных исследований, применением современных методов обработки экспериментальных данных и анализом геомеханического состояния массива интрузии, а также положительными результатами промышленного внедрения рекомендаций на рудниках ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель».
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались: на международной конференции «Проблемы и перспективы развития горных наук» (Новосибирск, 2004 г.), на
международной конференции «Инновационные направления в проектировании горнодобывающих предприятий» (Санкт-Петербург, 2010 г.), на горной секции Горно-геологического управления ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» (Норильск, 2005-2012 гг.), на научно-техническом совете Научного центра геомеханики и проблем горного производства Горного университета (Санкт-Петербург, 2003-2012 гг.).
Реализация результатов работы. Разработанные рекомендации по совместной отработке рудных залежей рудников Талнаха используются:
- проектными организациями «ООО Институт «Гипрони-кель», институт «Норильскпроект» при разработке регламентов выемки запасов богатых, медистых и вкрапленных руд Октябрьского и Талнахского месторождений;
-рудниками ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» при разработке комплекса горных мер, обеспечивающих безопасные условия отработки богатых, медистых и вкрапленных руд на уда-роопасных участках рудных залежей.
Личный вклад автора заключается: в постановке цели, задач и разработке методики исследований; в личном участии в организации и проведении экспериментальных работ на рудниках «Октябрьский», «Таймырский», «Комсомольский»; в исследованиях процессов сдвижения породного массива и напряженно-деформированного состояния интрузии; в анализе результатов наблюдений, выводе основных научных результатов; в разработке и внедрении рекомендаций по отработке рудных залежей интрузии рудников ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель».
Публикации. Основные результаты диссертационной работы содержатся в 5 научных трудах (все в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России).
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения. Содержит 107 страниц текста, 34 рисунка, библиографический список из 108 наименований, 6 таблиц и 1 приложение на 2 страницах.
Автор искренне благодарен научному руководителю д.т.н. А.Н. Шабарову, к.т.н. В.А. Звездкину за внимание и ценные советы при подготовке и написании диссертационной работы.
