Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ. Современная добыча хромитов во всем мире характеризуется относительно небольшой, до 300 метров, глубиной ведения горных работ. Поэтому большинство месторождений отрабатываются открытым способом, а разведанные глубокие рудные тела в основном находятся на консервации. Шахты Донского ГОКа, разрабатывающего Южно — Кемпирсайское месторождение хромитов, являются уникальными ввиду их большой, для этого сырья, глубины — до 700 м. Поэтому геомеханические процессы, протекающие при их строительстве и эксплуатации, помогают осмыслить с какими проблемами придется столкнуться при эксплуатации глубоких залежей хромитов других месторождений. Следовательно, разработка эффективных методов, управления горным давлением при подземной разработке хромитов является актуальной задачей.
Все хромитовые массивы относятся к ультраосновным позднемагматическим и были образованы в сложной геолого — тектонической обстановке, определившей его интенсивную раздробленность. Вторичными, для всех месторождений, являются минералы группы серпентина (группы глин), что определяет низкие фрикционные свойства массивов. Такое их строение приводит к низкой устойчивости откаточных выработок. На шахте "Молодежная" Донского ГОКа, где раскрытие трещин в среднем составляет 2-см, а размер структурного блока изменяется от 0.05 до 0.2 м, в настоящее время затраты на поддержание выработок в 5 —7 раз превышают затраты на их проходку. На некоторых участках деформирование крепи происходит со скоростью 20—30 см/час. Причем поддержание выработок осуществляется дорогостоящими металлическими и железобетонными крепями, но и это не обеспечивает их устойчивости. Большой объем работ по подкреплению и перекреплению выработок приводит к тому, что время выпуска руды из блока увеличивается в 2 — 2.5 раза по сравнению с проектным. В результате шахта уже третий год не может выйти на проектную мощность.
Таким образом, вопрос о выборе рациональных схем отработки хромитовых месторождений является весьма актуальным, причем решение этой проблемы следует искать, прежде всего, в изменении методов управления Торным давлением.
Диссертация является завершенной научно — исследовательской работой кафедры геодезии и маркшейдерского дела Московской Государственной Геологоразведочной Академии по теме "Изучение напряженно деформированного состояния массива горных пород с целью изыскания эффективных способов управления горным давлением на шахтах Донского ГОКа".
ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ является обоснование методов управления горным давлением при подземной разработке месторождений хромитов для обеспечения безопасного и бесперебойного процесса добычи полезного ископаемого.
ОСНОВНАЯ ИДЕЯ РАБОТЫ: обеспечение устойчивости выработок достигается путем искусственного снижения накопленной в прилегающем массиве энергии, либо проведением их в зонах с возможно меньшим ее уровнем.
НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, защищаемые в работе:
1 .деформирование сильнотрещиноватых массивов с заполнением трещин вторичными минералами с низкими прочностными и фрикционными свойствами (группы глин) происходит по законам течения вязкой ньютоновской жидкости (законам теории вязко — упругости);
2.рациональными методами управления горным давлением при вязко—упругом деформировании сильнотрещиноватых массивов являются искусственное снижение (энергетическая разгрузка) накопленной в прилегающем участке к выработкам энергии, проведение их в зонах с возможно меньшим ее значением или уменьшение срока их эксплуатации;
З.энергетическая разгрузка массива осуществляется с помощью проведения опережающих выработок на , деформирование которых расходуется _ накопленная в массиве энергия или путем увеличения скорости выпуска из блока.
4.защитное действие опережающей выработки — пилота Заключается в диссипации накопленной в массиве энергии на вязкое течение в 1.8 раза, что позволяет снизить смещения на контуре охраняемой выработки на 30—40%. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ:
І.сбор, обобщение и анализ практического опыта разработки сильнотрещиноватых массивов;
2.математическое и численное моделирование геомеханических процессов на ПЭВМ;
З.аналитические исследования на базе теорий упругости, пластичности и ползучести;
4.статистический анализ;
5.натурные наблюдения. НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ состоит в следующем:
1.обоснована и впервые для описания деформирования сильнотрещиноватых массивов использована модель вязко—упругого течения сплошной среды;
2. разработана и обоснована новая механическая модель реологического деформирования горных пород;
З.установлено, что зависимость размера зоны влияния горных работ в массивах, деформирующихся по законам вязко —упругости, от его коэффициента вязкости имеет вид сложной экспоненциальной функции;
4.установлено, что при системе разработки с этажным самообрушением вязкое течение меньше всего захватывает массив на горизонте выпуска, больше всего — на горизонте с максимальной шириной блока;
5 установлено, что откаточные выработки, пройденные в массивах с низким значением коэффициента вязкости склонны к пучению почвы. ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, выводов И РЕКОМЕНДАЦИЙ обеспечивается корректной постановкой задач, представительностью и статистической обработкой экспериментальных данных и результатов натурных наблюдений, применением теоретически обоснованных и апробированных вычислительных методов.проверкой разработанных алгоритмов и программ на тестовых задачах, соответствием с результатми шахтных наблюдений и экспериментов.
НАУЧНОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ заключается в обосновании комплекса методов управления горным давлением в условиях вязкого течения массива.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ состоит в:
1.получении решения ряда важных геомеханических задач, для которых отсутствуют аналитические решения: предложены методы охраны выработок техногенной зоны в сильнотрещиноватых массивах;
2.разработан и реализован на ПЭВМ численный алгоритм решения плоской задачи теории вязко — упругости механики сплошной среды;
З.разработана и реализована на ПЭВМ математическая модель проведения откаточно—доставочных работ при системе разработки с этажным самообрушением.
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Предлагаемые в диссертационной работе варианты охраны выработок решением технического совещания Донского ГОКа, переданы институту Уралгипроруда для корректировки проектов отработки горизонта — 215 м шахты "Молодежная" и пускового комплекса шахты "Центральная".
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на технических совещаниях Донского ГОКа в 1992 — 93 гг, заседаниях 3 Международного Симпозиума "Применение математических методов и компьютерной техники в геологии, горном деле, металлургии и смежных областях" (19—24 июня 1993г, Москва, МГГА), научных конференциях МГГА 1992 — 94 гг.
ПУБЛИКАЦИИ. Основные положения диссертационной работы опубликованы в 3 работах.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, изложенных на IJ50 страницах машинописного текста, включает 62 рисунков, / / таблиц, список литературы из с наименований.
Автор выражает глубокую благодарность проф., д.т.н., чл. — корр. РАЕН Борщ— Компонийцу В. И. за многолетнюю помощь и ценные советы, своему научному руководителю доц., к.т.н. Макарову А.Б. за постоянные консультаци, советы и многолетнее сотрудничество, к.т.н. Азарнову А.В. за помощь в проведении расчетов и программировании, сотрудникам горной лаборатории Донского ГОКа за помощь в проведении натурных наблюдений.
