Введение к работе
Актуальность проблемы. Проблема отработки рудных залежей в пределах предохранительных целиков под охраняемыми объектами приобретает все более актуальное значение в связи с переходом народного хозяйства страны на новые экономические отношения. В предохранительных целиках законсервированы запасы сотен тысяч тонн ценных руд цветных и редких металлов. Эти запасы, как правило, наиболее разведаны, вскрыты и подготовлены к добыче с минимальными производственными затратами.
Возможность частичной или полной отработки рудных залежей под охраняемыми объектами в настоящее время в большинстве случаев определяется на основе использования понятия безопасной глубины разработки. При этом не в полной мере учитывается влияние на процесс сдвижения формы и размеров рудных залежей., Использование на рудных месторождениях широко.применяющегося на угольных месторождениях наиболее прогрессивного подхода к установлению условий безопасной выемки пластов под охраняемыми объектами путем сравнения ожидаемых деформаций земной поверхности с их допустимыми значениями для подрабатываемых сооружений не реализуется, из-за отсутствия методов прогнозирования сдвижений и деформаций горных пород и земной поверхности.
Б практике разработки рудных месторождений в странах СНГ широко применяется система разработки горизонтальными слоями с твердеющей закладкой выработанного пространства. Применение данной системы разработки широко практикуется за рубежом и составляет в Японии - 43>, в Швеции - 5%, Финляндии - 85%, Австралии - 20%, США - 10$ от удельного веса подземной добычи руд. Будучи наиболее эффективной в отношении снижения потерь и разубоживания руды данная система разработки не исключает возможности образования пустот в результате выемки каждого слоя, а их накопление с увеличением глубины горных работ создает условия нарушения устойчивости окружающего массива и деформирования земной поверхности. Для залежей сложных форм, отрабатываемых с закладкой выработанного пространства, инженерные методы прогнозирования не разработаны.
Таким образом, в проблеме сокращения потерь в недрах и охраны зданий , сооружений и горных выработок, прогнозирование ожидаемых сдвижений и деформаций горных пород и земной поверхности является актуальной задачей.
Диссертационная работа выполнена в Государственном предприятии научно-исследоватпльолдал институте горной геомеханики ,;
маркшейдерского дела (ВНИМИ) в рамках тематического плана при выполнении следующих работ : Л Q294069I0I "Выполнение комплексных исследований и разработка первой редакции "Общих правил охраны сооружений, природных объектов и горных выработок от вредного влияния подземных горных разработок месторождений руд цветных металлов" (» гос.регистрации 0І890ІІ44Б) ; Ш 0294065000 "Исследование закономерностей сдвижения горных пород при отработке сложно-структурных месторождений на глубоких горизонтах и разработка рекомендаций по охране сооружений и водных объектов на предприятиях п/я P-62I4" (№ гос.регистрации 01890006309).
Цель работы состоит в установлении закономерностей процесса сдвижения при отработке рудных залежей сложной формы с закладкой выработанного пространства, как основы для определения условий безопасное эксплуатации охраняемых объектов.
Основная идея работы состоит в схематизации процесса сдвижения с учетом общности его проявлений на рудных и угольных месторождениях для прогнозирования.сдвижений горных- пород при отработке сложно-структурных залежей.
Задачи исследований. Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие основные задачи:
-
Обобщение и анализ результатов натурных инструментальных наблюдений за сдвижением массива горных пород при отработке рудных залежей с твердеющей закладкой выработанного пространства.
-
Обоснование и разработка способа приведения сложного контура выработанного пространства к простой геометрической форме, эквивалентной по влиянию на сдвижение земной поверхности.
-
Определение параметров, отражающих устойчивое состояние массива горных пород и стадию установившегося процесса сдвижения при отработке рудных залежей с твердеющей закладкой выработанного пространства.
-
Разработка методики прогнозирования сдвижений и деформаций горных пород и земной поверхности, учитывающей особенности отработки залежей сложной формы с закладкой выработанного пространства.
о. Апробация и внедрение результатов исследований при решении вопросов охраны подрабатываемых сооружений в конкретных условиях.
Методика исследований. Для решения поставленных задач использовался комплексный метод, включающий:
- маркшейдерские инструментальные наблюдения на станциях, заложенных в горных выработках и на земной поверхности ;
сравнительный анализ проявлений процесса сдвижения с учетом горно-геологических факторов и условий, определяющих его аналогию на угольных и рудных месторождениях ;
анализ качественных характеристик процесса сдвижения в рассматриваемых условиях ;
обобщение полученных данных и установление количественных взаимосвязей методами математической статистики.
Научные положения, выносимые на запиту
-
При отработке залежей сложной морфологии с твердеющей закладкой выработанного пространства,выделяется стадия устойчивого состояния, характеризующаяся развитием упруго-пластических деформаций горных пород и стадия установившегося процесса сдвижения, при которой увеличение оседаний земной поверхности пропорционально увеличению объема выработанного пространства.
-
Особенности проявлений процесса сдвижения при его прогнозировании в рассматриваемых условиях достаточно полно могут учитываться определенным из геометрических соотношений коэфффциентом формы выработанного пространства и эмпирическим коэффициентом устойчивости.
-
При отработке рудных залежей горизонтальными слоями с твердеющей закладкой в нисходящем порядке принцип суперпозиции величин сдвижений от каждого слоя дает удовлетворительные результаты при прогнозировании ожидаемых величин только на стадии установившегося процесса сдвижения.
Научная новизна результатов исследований
-
Сложный контур выработанного пространства, наличие в нем целиков и безрудных участков приводит к увеличению устойчивости вмещающих пород и уменьшению величин деформаций и размеров области сдвижения горвых пород вокруг очистной выработки по сравнению с условиями, когда отрабатываются залежи правильной формы ; степень выраженности отмеченных явлений пропорциональна коэффициенту формы выработанного пространства, определяемому как отношение периметра прямоугольной эквивалентной площади к периметру фактического выработанного пространства.
-
Применение твердеющей закладки выработанного пространства увеличивает длительность стадии устойчивого состояния горных пород при увеличении размеров выработанного пространства ; максимальные величины коэффициента устойчивости на данной стадии не превышают 5-10$ от эффективной мощности залежи, определяемой с учетом коэффициента усадки закладки и полноты заполнения выработанного пространства. . .
-
При прогнозировании сдвижений и деформаций от выемки рудных залежей сложной морфологии в качестве исходных данных могут использоваться угловые параметры процесса сдвижения при полной подработке, величины которых зависят от генезиса местороадения и связанных с шш структурных и прочностных свойств массива горных пород.
-
При работе на наблюдательных станциях с целы повышения точности результатов для высотной привязки исходного шахтного репера могут использоваться данные, полученные из оптических измерений при помощи лазерного интерферометра, а также новая методика компарирования рулеток.
ДСИСШЙМа 1ШТИД ДОДОДендЙ, выводов, д рекомендиий, Щ-ложинрмг в работе, обоснована представительностью исходных экспериментальных данных, полученных на шести профильных линиях на земной поверхности и в толще горного массива за десятилетний период на различные стадии отработки залежей ; путем сопоставления прогнозных величия сдвижения с натурными данными ; использованием уточненных угловых параметров, полученных на 64-х профильных линиях.
Личиий,.дк1йд. .авдода:
- проведение инструментальных наблюдений на наблюдательных
станциях;
. - проведение, анализ и обобщение результатов экспериментальных исследований ;
разработка новых методик маркшейдерских измерений ;
разработка методики прогнозирования сдвижений и деформаций массива горных пород и составление программы для ЭВМ;
обоснование величин граничных углов на основе типизации рудних месторождений по генетическим признакам.
Практическая ценность работы заключается в разработке инженерного метода прогнозирования сдвижений и деформаций горных пород и земной поверхности, позволяющего обосновывать возможность, отработки залежей сложной морфологии, находящихся в предохранительных целиках под охраняемыми зданиями, сооружениями и горными ьн работ коми.
Подложены новые методики маркшейдерских работ, включающие: способ передачи высотной отметки в шахту и компарирования рулеток, что значительно повышает точность наблюдений и производительность работ.
Реализация работы. Основные результаты работы вошли в "Инструкции по б((2оиж;ному ведению горных работ и контролю за сдвижение!
породных массивов в предохранительных зонах шахт Приаргунского горно-химического комбината" (1991 г.) и в "Общие правила охраны сооружений, природных объектов и горных выработок от вредного влияния подземных горных разработок месторождений руд цветных металлов" (проект 1990 г.).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на конференциях "Молодые ученые ВШШЙ - горному производству" (Ленинград, ВНИМИ, 1988, 1990), "Проектирование строительства и эксплуатация горнорудных предприятий" (Белгород, ВИОГЕМ, 1989), на секциях научно-технического Совета по сдвижению горных пород, устойчивости бортов разрезов, геологическому и гидрогеологическому обеспечению горных работ (Ленинград, ВНИМИ, 1990, 1993), на международном симпозиуме "Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных гидрогеологических условиях" (Белгород, ВИОГЕМ, 1991).
Публикации. Основное содержание диссертации отражено в восьми печатных работах.
Стоткттра и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 121 страниц состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 69 наименовании, содержит 20 таблиц, 16 рисунков и три приложения.
