Введение к работе
Актуальность темы: Быстро растущая потребность в алюминии на мировом рынке потребовала интенсификации добычи бокситов на шахтах Североуральского бокситового бассейна, являющихся основным источником бокситов России
В результате глубина добычи бокситов достигла 800 м, а строительство новых горизонтов глубины 1000 м при значительном ухудшении горнотехнических условий проведения и поддержания горных выработок. Появились динамические формы проявлений горного давления, особенно в зонах тектонических нарушений.
Североуральские бокситовые месторождения имеют блоковое строение и характеризуются большим количеством дизъюнктивов и многообразием форм их проявлений. При ведении горных работ выявлено более десятка разрывных нарушений с амплитудами в сотни метров, около 150 нарушений с амплитудами более 5 и и свыше полутора тысяч дизъюнктивов с амплитудами до 5 м. В пределах шахтных полей СУБРа зарегистрировано 15 активных тектонических нарушений. Более 86 % динамических проявлении горного давления произошли в зонах тектонических нарушений.
Ежегодно на шахтах ОАО "Севуралбокситруда" проходят свыше 40 км подготовительных выработок и около 3 км капитальных выработок. Около 11 % (4,4 км) протяженности вновь проводимых подготовительных выработок находятся в зонах тектонических нарушений (ТН) их устойчивость не всегда удается обеспечить традиционными видами крепей. Также применяемые конструкции крепей в зонах тектонических нарушений не учитывают особенности их строения и динамические формы проявления горного давления. В среднем ежегодно прямые затраты на крепление подготовительных выработок в зонах тектонических нарушений составляют около 1260000 тыс. руб.
Поэтому обоснование способов повышения устойчивости горизонтальных выработок в зонах тектонических нарушений удароопасных месторождений является актуальной задачей.
Цель работы. Разработка способов и средств повышения устойчивости горных выработок в зонах тектонических нарушений рудных месторождений.
Идея работы заключается в повышении устойчивости горных выработок путем применения рациональных видов и параметров крепей, определяемых на основе учета особенностей проявлений горного давления в зонах тектонических нарушений.
Задачи исследований: 1. Изучение особенностей строения и распределения зон тектонических нарушений в рудных месторождениях.
-
Натурные наблюдения за проявлениями горного давления в выработках, пересекающих зоны тектонических нарушений.
-
Оценка напряженно-деформированного состояния массива пород вокруг выработок, пересекающих тектонические нарушения.
-
Разработка способов и средств повышения устойчивости горных выработок в зонах тектонических нарушений.
Методы исследований: При выполнении исследований использовался комплекс методов, включающий обобщение результатов ранее выполненных исследований, визуальные и инструментальные наблюдения в натурных условиях, аналитические исследования и методы математической обработки экспериментальных исследований.
Защищаемые научные положения: 1. Характер проявлений горного давления в выработке, находящейся в зоне влияния тектонического нарушения, определяется характеристикой массива и тектонического нарушения и величинами концентраций напряжений в этой зоне.
-
Расчет прочности и смещения кровли выработок в зонах влияния тектонических нарушений должен учитывать фоновые тектонические напряжения, динамические воздействия и расслоение массива вмещающих пород.
-
Устойчивость горных выработок в зонах влияния тектонических нарушений обеспечивается выбором рациональных форм поперечного сечения, вида и параметров крепи, учитывающих трещиноватость массива пород, статическое, динамическое и тектоническое поля напряжений.
Достоверность научных результатов обеспечивается системным характером исследований, хорошей сопоставимостью результатов аналитических и экспериментальных исследований, положительным опытом использования результатов работы в производстве.
Научная новизна результатов исследований заключается в следующем:
-
Уточнена классификация тектонических нарушений по характеру распределения напряжений в массиве и степени его нарушенное;
-
Определены типы тектонических нарушений, которые характеризуются различным сочетанием в крыльях ТН трех аномальных зон:
зоны фоновой трещиноватости и фоновых напряжений.
зоны повышенной трещиноватости и повышенных напряжений;
зоны интенсивной трещиноватости и пониженных напряжений;
3. Разработан метод расчета напряженно-деформированного со
стояния кровли выработки в зонах тектонических нарушений, учитываю
щий тип нарушений и степень расслоения массива пород.
Практическое значение работы заключается в:
разработке методики расчета параметров крепи выработок в зонах тектонических нарушений при статических и динамических формах проявлений горного давления;
создании конструкций крепей выработок на основе принципа модификационности, позволяющем оперативно изменять параметры крепи в соответствии с изменением напряженно-деформированного состояния горного массива в зоне влияния тектонического нарушения;
снижении затрат на крепление и поддержание выработок и повышении безопасности ведения горных работ в зонах влияния тектонических нарушений путем выбора рациональных способов обеспечения их устойчивости.
Личный вклат автора диссертационной работы заключается в сборе и обобщении экспериментальных материалов, разработке методики и выполнении натурных исследований, аналитической оценке напряженно-деформированного состояния массива пород и разработке практических рекомендаций.
Реализация результатов работы: Результаты исследований используются на действующих и строящихся горизонтах шахт Североуральского бокситового бассейна, что позволило снизить затраты на крепление и поддержание подготовительных выработок в среднем на 20-30 %.
Основные положения диссертационной работы использованы при составлении "Инструкции по креплению полевых горизонтальных и на-
клонных выработок шахт Североуральского бокситового бассейна", Санкт-Петербург, 1996 г.
Апробация: Содержание и основные положения работы обсуждались на научных конференциях молодых ученых и студентов СПГГИ (ТУ) им. Г.В. Плеханова "Полезные ископаемые России и их освоение" (С.Петербург 1996,1997), на заседаниях кафедры Строительства горных предприятий и подземных сооружений СШТИ(ТУ) и научно-технического совета ОАО "Севуралбокситруда".
Публикации: Основное содержание диссертации опубликовано в трех работах.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и рекомендаций, изложенных на іУ-Устр. машинописного текста, содержит 21таблицу, 42 рисунка, список литературы из 89 наименований.
