Введение к работе
Актуаяьность проблемы. Горнодобывающая промышленность отличается высокой фондоемкостью. Поэтому вопросы рационального использования основных фондов в этой отрасли являются составной часть» проблемы повышения эффективности всего горного производства. Наиболее остро проблема стоит на крупнейшем предприятии отрасли -Норильском ГМК.
Перспективы развития рудников Норильского района связаны с освоением мощных пологозалегающих: месторождений разносортных мед-но-никелевых руд, расположенных на больших глубинах. Характерной особенностью разработки этих месторождений являются то, что во-первых, очистная выемка ведется поэтапно (в первую очередь отрабатываются богатые руды, затем менее богатые), во-вторых, откаточные и вентиляционно-закладочные горизонты необходимо поддерживать в течении всего срока существования рудников, исчисляемого десятилетиями.
Указанные характерные особенности предопределяют поэтапный переход горных выработок из одного напряжённо-деформированного состояния в другое и их существование в течение 60-70 и более лет. В этих условиях к выбору способа поддержания долговременных выработок нужен дифференцированный подход. Поэтому возникает необходимость поиска новых подходов к'выбору типа крепи и её технологических параметров, способных адаптироваться к изменяющимся напряженно-деформированному состоянию.вмещающего массива и характеру влияния очистных работ.
Несмотря на использование современных достижений при проектировании и охране подземных горно-капитальных выработок, объём их перекрепления на рудниках Норильского района неуклонно растет, увеличивается и травматизм трудящихся. Эти же проблемы актуальны и для других горных предприятий.
Решению основных задач этой проблемы и посвящена настоящая диссертационная работа, выполненная автором в соответствии с тематическими планами ИПКОН РАН на 1980-90 гг. по проблеме "Создание интенсивных методов подземной разработки рудных месторождений на большх глубинах", Северо-Кавказского горно-металлургического института на 1980-90 гг., бывших Министерства Металлургии СССР и научно-учебного центра фундаментальных и прикладных исследований в области горного дела АН СССР и Гособразования СССР на
1990-91 гг.
Целью работы является разработка методологии расчета и выбора наиболее экономичных и эффективных способов долговременного поддержания-(несколько десятилетий) горно-капитальных выработок на различных-этапах разработки месторождений разносортных руд сложного строения, характеризующихся изменяющимся во времени напряженно-деформированным состоянием массива, вмещающего выработки.
' Идея работы заключается в использовании для прогноза устойчивости горных пород и выбора способа поддержания выработок общих закономерностей изменения напряженно-деформированного состо- яния вмещающего массива под воздействием развивающихся во времени и пространстве очистных работ, многократно влияющих на его напряженно-деформированное состояние.
Метод исследований. При выполнении данной работы использовался комплексный метод исследований, включающий анализ отечественного и зарубежного опыта поддержания и эксплуатации долговременных капитальных выработок, теоретические исследования, экспери- -менты в лабораторных и промышленных условиях, технико-экономический анализ результатов по выполненным исследованиям.
Основные, положения, выносимые на защиту:
1. Под влиянием поэтапной выемки разносортных руд вокруг вы
работок формируется асимметричное, изменяющееся во времени поле
напряже ний, ""определяющее пространственное положение, размеры и
конфигурацию зоны неупругих деформаций, а так же характер нару
шения устойчивости приконтурных пород.
Концентрация разрушающих напряжений происходит в условной плоскости ослабления, пространственное положение которой функционально зависит от угла падения рудной залежи и влияния очистной выемки. Во всех случаях максимальная концентрация напряжений происходит в бортах выработок со стороны восстания' рудной залежи. В выработках, не испытывающих влияние очистной выемки, максимальные напряжения наблюдаются в замковой части контура, а испытывающих влияние очистной выемки - в середине борта.
2. Размеры зон неупругих деформаций зависят от структурно-
текстурных особенностей горных пород, их минералогического соста
ва, времени вступления во взаимодействие с укрепляемым массивом
разновидностей анкерной крепи и хорошо фиксируются микропетрогра
фическими исследованиями.
-
Создание единой системы "порода-крепь" обеспечивается применением разработанных способа крепления и аналитико-экспе-риментального метода расчета технологических параметров анкерной крепи, основанных на использовании математических моделей, описывающих устойчивое поддержание заанкерованног'о массива и учете влияния изменяющихся во времени поля напряжений вокруг выработки и физико-механических-свойств приконтурных пород.
-
Бурение разгрузочных щелей в приконтурном породном массиве на участках предполагаемых максимальных смещений и разрушений, обеспечивает относительную устойчивость выработок за счет управления жесткостью массива и создания искусственной податливости в заведомо слабых местах. -.
-
Поведение горных пород вокруг выработок на различных этапах разработки месторождения можно с достаточной степенью-надея-
ности прогнозировать на основе разработанных методов и критериев, учитывающих химико-физико-механическую устойчивость минералов, слагающих эти породы, а так же трещиноватость приконтурного массива, в том числе обусловленную технологическими факторами.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных автором в данной диссертации, подтверждается:
большим объёмом экспериментов по всем исследуемым вопросам; получением и использованием больших массивов статистических данных и применением математических методов их обработки;
сходимосью результатов теоретических,- лабораторных и промышленных'исследований;
применением методов исследований, апробированных ранее на других объектах;
практическим применением рекомендаций автора на предприятиях Министерства промышленности России,
Научная новизна работы.'
I.Установлены механизм и закономерности деформирования и разрушения пород в окрестности горно-капитальных выработок, заключающиеся в том, что определены места концентрации максимальных напряжений и характер нарушения устойчивости приконтурного массива на различных этапах отработки разносортных руд. Полученные результаты позволили разработать способ разгрузки ггрных пород от повышенных-напряжений, обеспечивающий относительною устойчивость долговременных выработок на различных этапах разра -
ботки месторождения.
-
Создан инструмент, позволяющий оценивать изменчивость физико-механических свойств массива, вмещающего долговременные выработки, отличающийся учетом изменяющихся во времени химико-физико-механической устойчивости минералов, слагающих породы, и тре-щиноватости массива. Это позволило разработать, метод прогнозной оценки устойчивости выработок, проводимых в различных горно-геологических условиях,, обеспечивающий минимальные материальные и трудовые затраты при их долговременной эксплуатации.
-
На основе выявленных закономерностей взаимодействия укрепляемых пород с разновидностями анкерной крепи, создан инженерный метод расчета технологических параметров и разработан способ крепления выработки, отличающийся'использованием несущей способности самих укрепляемых пород, учетом конфигурации зоны неупругих деформаций вокруг выработки, и обеспечивающие устойчивое поддержание долговременных горно-капитальных выработок в условиях изменяющегося во времени напряженно-деформированного состояния массива.
-
Научно обоснованы нормы амортизации на ремонт горизонтальных и наклонных капитальных выработок, отличающиеся учетом степе- . ни устойчивости горных пород и этапов выемки разносортных руд, способствующие эксплуатации долго-действующих выработок с минимальными материальными и трудовий затратами, позволяющие прогнозировать денежные затраты предприятий на поддержания подземных сооружений. " . "
Практическая ценность работы. Выполненные исследования позволяют повысить устойчивость и эксплуатировать долговременные выработки на различных этапах разработки местороадения с минимальными трудовыми и материальными затратами.
Для этого предложены следующие решения :
обоснованы целесообразность и экономическая эффективность профилактического ремонта долгодействующих горно-капитальных выработок и нормы их амортизации;
предложены крепи для долгодействующих горно-капмтап^к;-'?-: выработок и методы расчета их технологических: параметров, способных адаптироваться к изменяющемуся напряженно-деформированному состоянию массива на различных а ті :ах разработки месторождения;
разработана технологическая инструкция крепления подземных выработок.
Реализация работы. Полученные результаты нашли применение при креплении выработок различного назначения на предприятиях Норильского горно-металлургического, Урупского горно-обогатительного комбинатов, ПО "Армзолото", при строительстве Боснийского и Луарского тоннелей ГО "Севосетинавтодор". Использование результатов работы на предприятиях позволило обеспечить устойчивость горных выработок различного назначения и получить экономический эффект, подтвержденный актами внедрения.
Апробация работы. Диссертационная работа и её отдельные раз
делы докладывались на Всесоюзных научных конференциях: "Примене
ние сталеполимерного и полимерного крепления на рудниках Цветной
Металлургии" (г. Москва, 1984), "Пути повышения эффективности
способов и средств крепления и поддержания горных выработок на
современном этапе развития горных работ" (г. Свердловск, 1987),
"Разработка и внедрение средств комплексной механизации и автома
тизации проведения горных выработок" (г. Рудный, 1987), на Всесо
юзных совещаниях: "Подземная добыча руд на больших глубинах"
(г. Москва, 1986), "Интенсивные методы подземной разработки руд
ных месторождений на больших глубинах" (г. Москва, 1990), на
Всесоюзных симпозиумах "Технологические и экологические пробпемы
создания подземных горно-промышленных комплексов (первый- г.Вла
дикавказ, 1989; второй г. Днепропетровск, 1990), на совещании в
Министерстве цветной металлургии "Рассмотрение хода выполнения
научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ (г.Моск
ва, 1989), на научно-технических конференциях Норильского горно
металлургического комбината (г. Норильск, 1985,1988 и 1990) и
Северо-Кавказского горно-металлургического института (г.Владикав
каз, 1985-90)." .
Публикации. По теме диссертации опубликовано 34 печатные работы, II из которых защищены авторскими свидетельствами на изобретения. Данная диссертационная работа выполнена в соответствии с планами бывших АН СССР и ГКНТ СССР на 1985-90 гг. по проблеме "Создание интенсивных методов подземной разработки рудных месторождений на больших глубинах", а также в соответствии с планами НИР научно-учебного центра АН СССР и Гособразования СССР фундаментальных и прикладных исследований в области горного дела на 1990-91 гг.
Объзм диссертации. Диссертация состоит из введения, ш»сти
глав, заключения, изложенных на 377 листах машинописного текста, включая 52 рисунка, 25 таблиц, список использованной литературы из 146 наименований отечественных и зарубежных авторов и девяти приложений.
