автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Геомеханическое обоснование отработки стыковочных зон между подземными рудниками и карьерами в удароопасных условиях

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК КОЛЬСКИЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР

Горный институт РРб ОД

1 ^¿СМШкописи

Рыбин Вадим Вячеславович

ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОТРАБОТКИ СТЫКОВОЧНЫХ ЗОН МЕЖДУ ПОДЗЕМНЫМИ РУДНИКАМИ И КАРЬЕРАМИ В УДАРООПАСНЫХ УСЛОВИЯХ

(На примере апатитовых рудников Хибин)

Специальность 05.15.11 «Физические процессы горного производства»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Апатиты 2000

Работа выполнена в Горном институте Кольского научного центра Российской академии наук

Научный руководитель:

Заслуженный деятель науки Российской Федерации, доктор технических наук А.А. Козырев

Официальные оппоненты:

доктор технических наук Д.С.Подозерский кандидат технических наук А.Н.Шабаров

Ведущая организация

ОАО "Апатит"

Защита состоится 8 июня 2000 г. в 14 час 30 мин.на заседания диссертационного совета К 003.79.01 в Горном институте Кольского Научногс Центра Российской академии наук по адресу: 184209, г. Апатиты Мурманской области, ул. Ферсмана, д.24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Горного инстшута КНЦ РАН

Автореферат разослан " О " мая 2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н.

О.Е.Чуркин

И14'11,

БЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

На современном этапе развития горнодобывающей промышленности роисходит постоянное ухудшение горно-геологических условий отработки есторождений, связанное как с вводом в эксплуатацию новых более глубоких эризонтов, так и с необходимостью выемки запасов стыковочных зон между эседними рудниками. Переход к отработке стыковочных зон с применением гкрыто-подземной системы разработки происходит на большинстве грабатываемых крупных рудных месторождений (Хибинские, Норильские, риворожские, Джесказганское, Учалинское, Сибайское, Якутские, Курской агнитной аномалии, Кируна, Кимберли).

Ранее, при проектировании отработки шахтных полей, горные работы на соседних удниках рассматривались как независимые, при этом направление и порядок грабсггки смежных месторождений не регламентировался. В настоящее время в дароопасных условиях при отработке стыковочных зон между соседними рудниками еобходимо учитывать их взаимное влияние друг на друга. В удароопасных жгонически напряженных массивах сложность этих проблем возрастает, поскольку инамические проявления горного давления возникают в приповерхностных зонах на алых глубинах. Отработка зон стыковки осложняется тем, что происходит в словиях измененного, по сравнению с нетронутым массивом, напряженно-еформированного состояния. При этом компоненты тензора главных напряжений югуг меняться не только по абсолютному значению, но и по направлению, что ребует пересмотра традиционного для данного месторождения порядка очистной ыемки. Д ля предотвращения опасных проявлений горного давления при отработке гаковочных зон требуется применение специальных защитных и противоударных [ероприятий, учитывающих особенности напряженно-деформированного состояния [ассива пород в условиях сложного рельефа и действия тектонических напряжений, ащшные и противоударные мероприятия должны базироваться на закономерностях сформирования и разрушения горных пород. В связи с этим геомеханическое боснование способов отработки стыковочных зон в высоконапряженных массивах вляется важной научно-технической задачей.

Цель диссертационной работы состоит в разработке методики еомеханического обоснования и рекомендаций по повышению безопасности орных работ при отработке стыковочных зон между подземными рудниками и арьерами в скальных тектонически напряженных массивах пород.

Основная идея заключается в повышении устойчивости выработок и других пементов системы разработки за счет оптимальной последовательности очистной ыемки рудного тела, наиболее полно соответствующей природным условиям апряженно-деформированного состояния и свойствам массивов пород и становленным закономерностям их изменения в процессе ведения горных работ.

Задачи исследований:

1. Исследовать закономерности изменения геомеханического состояния массива пород при ведении горных работ встречными очистными фронтами.

2. Изучить напряженно-деформированное состояние массивг разделительного целика и условия возникновения обрушения покрывающие пород.

3. Исследовать напряженно-деформированное состояние массива пород и удароопасность горных выработок при различных вариантах ведения очистных работ.

4. Разработать методику геомеханического обоснования и рекомендации пс повышению безопасности горных работ при отработке стыковочных зон межд) подземными рудниками и карьерами в скальных тектонически напряженны? массивах пород.

Методы исследования. В работе применен комплексный метод исследований, включающий: анализ и обобщение научного и практическое опыта по проблеме; численное моделирование распределения напряжений ь деформаций в массиве пород, преимущественно в объемной постановке; анали: сейсмичности массива пород; натурные измерения напряженного состояни? массива пород методом разгрузки; визуальное обследование удароопасност! горных выработок; высокоточные дальномерные измерения деформированш массива пород.

Научная новизна работы заключается:

- в определении минимального размера стыковочной зоны, начиная ( которого сближенные очистные пространства различной конфигурацш оказывают друг на друга взаимное влияние;

-в определении взаимосвязи между ориентацией техногенных трещш отрыва в подрабатываемом борту карьера и напряженно-деформированнык состоянием массива покрывающих пород в процессе отработки стыковочно! зоны;

- в определении параметров защищенных участков, в которых в результат« создания защитных зон1 действующие напряжения снижаются до уровня, пр! котором сводится к минимуму риск реализации горных ударов;

- в разработке методики геомеханического обоснования отработю стыковочных зон между подземными рудниками и карьерами в удароопасньп условиях.

Защитная зона - участок рудного или породного массива, выемка которой производится с опережением по сравнению с другими участками массива с цельн снижения в них действующих напряжений до безопасного уровня и предотвращена: горных ударов.

Научные положения, выносигмые на защиту:

1. Взаимное влияние двух очистных пространств в высоконапряженном ;сиве горных пород начинается с расстояния, равного полусумме размеров ютных пространств в направлении рассматриваемого напряжения, т.е. „<(£,+12)/2.

2. Напряженно-деформированное состояние массива пород стыковочных I и процесс образования наведенных трещин отрыва в прибортовой части >ьера зависят от относительного расположения открытого и подземного ютных пространств. При преимущественном действии в массиве пород »изонтальных тектонических напряжений в случае расположения дна карьера ше подземного очистного пространства:

-до отбойки разделительного целика техногенные трещины отрыва в фывающих породах ориентируются параллельно контуру карьера;

- после отбойки в результате перераспределения напряжений и деформаций породном массиве техногенные трещины развиваются перпендикулярно ггуру карьера, в результате чего создаются условия для обрушения фывающих пород.

3. Значение защитного угла2, в пределах которого выработки

цищены от действия высоких напряжений, определяется из выражения К\Кг{асж1 ста), где Кг эмпирический коэффициент, зависящий от положения житного угла в горизонтальной или вертикальной плоскости и ориентации цищаемых выработок; К2 - коэффициент, зависящий от уровня действующих тряжений на различных глубинах; сгсж/сь - отношение предела прочности зод при сжатии к абсолютному значению рассматриваемого напряжения. Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, ормулированных в диссертации, обоснована:

-данными 30-летней практики отработки блоков-целиков и стыковочных I в удароопасных условиях на рудниках ОАО «Апатит»; -совокупностью натурных наблюдений и исследований при отработке жов-целиков и стыковочных зон на рудниках ОАО «Апатит» с юльзованием апробированных методов и средств контроля состояния :сива горных пород;

- сходимостью результатов определения напряженно-деформированного пгояния и удароопасности массива горных пород методами моделирования с ;ультатами натурных исследований.

2 Защитный угол - угол между вертикалью и границей защищенного участка в тикальной плоскости; угол между границей очистного пространства и границей (ишенпого участка в горизонтальной плоскости.

Реализация работы в промышленности. Результаты исследований i настоящее время используются проектными отделами ОАО «Апатит» АО «Гипроруда» при разработке проектов отработки:

- стыковочной зоны между Расвумчоррским и Центральным рудникам! ОАО «Апатит»;

- стыковочной зоны между Кировским рудником и Саамским карьером;

- блока-целика 9/13 гор.+410 м Юкспорского рудника.

Также результаты исследований используются при разработке проект; подсистемы контроля состояния породного массива Расвумчоррского рудник; сейсмостанции ОАО «Апатит».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались н; технических советах, комиссиях по горным ударам ОАО «Апатит» в 19961999 гг.; на международных конференциях «Геомеханика в горном деле» j г. Екатеринбурге в 1996 г. и 1997 г., «Проблемы и перспективы освоени; минерального сырья и подземного пространства Северо - Запада России» i г. Апатиты в 1999 г., «Геодинамика и напряженное состояние земных недр» i г. Новосибирске в 1999 г.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения i приложения, содержит 140 страниц машинописного текста, включая 47 рисунков, К таблиц и списка использованной литературы из 120 наименований.

Автор считает своим долгом выразить искреннюю благодарность научном; руководителю работы Заслуженному деятелю науки Российской Федерат» доктору технических наук A.A. Козыреву за помощь в постановке проблемы ; руководство исследованиями, кандидатам технических наук В.И. Панин) В.А. Мальцеву, А.Н. Енютину за обсуждение результатов и ценные советь: Автор искренне признателен сотрудникам лаборатории геомеханики i института за плодотворное сотрудничество, а работникам ОАО «Апатит» з заинтересованность и поддержку в проведении исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ _

В специальной литературе, посвященной вопросам комбинированно разработки месторождений и представленной работами М.И. Агошков; В.И. Борщ-Компонейца, В.М. Бусырева, Д.В. Гордина, В.В. Гущин; Ю.В. Демидова, Д.М. Казикаева, Д.Р. Каплунова, В.В. Куликов; А.Б. Макарова, H.H. Мельникова, В.И. Терентьева, К.Н. Трубецкогс А.Д. Черных, Б.П. Юматова и других, отмечается, что основные проблем] отработки стыковочных зон между подземными рудниками и карьерам связаны, прежде всего, с процессом управления состоянием горного массива.

Анализ работ показал, что проблема геомеханического обоснования гработки стыковочных зон, расчета устойчивых параметров элементов систем гкрыто-подземной разработки до конца не решена особенно для тектонически шряженных массивов скальных пород. Напряженно-деформированное >стояние массивов пород обычно учитывается в упрощенной форме по навигационной гипотезе. Основное внимание уделяется расчету сдвижения зрных пород, оползней, провальных воронок, т.е. явлений, характерных для ассивов пород в пределах осадочной толщи. В основном рассматривается фиант подработки карьера на конечном контуре камерно-целиковыми истемами подземной разработки. Не всегда учитывается специфика рименения систем подземной разработки с обрушением в условиях аботающего карьера. При ведении горных работ в скальных тектонически апряженных массивах механический перенос рекомендаций, разработанных ля условий ведения горных работ в пределах осадочной толщи в условиях ействия гравитационного поля напряжений, приводит к противоречию между азработанными методиками и реальностью. Следствием этого является, с дной стороны, снижение безопасности горных работ, а с другой стороны, еоправданно высокий запас прочности рассчитываемых элементов систем азработки, что влечет за собой ухудшение ее технико-экономических оказателей. Ключевые вопросы, возникающие при отработке стыковочных эн между подземными рудниками и карьерами в удароопасных условиях ектонически напряженных массивов, состоят в определении начала взаимного лияния очистных пространств, управлении устойчивостью покрывающих ород при совмещении открытых и подземных горных работ, снижении дароопасности подземных горных выработок.

В формирование современных представлений о влиянии отработки гыковочных зон и междушахтных целиков на напряженное состояние и дароопасность массивов горных пород внесли вклад A.A. Барях, В.И. Борщ-юмпониец, Н.П. Влох, A.B. Зубков, П.В. Егоров, А.Н. Енютин, Д.М. Казикаев, 1.И. Калашник, В.Н. Калмыков, Э.В. Каспарьян, A.A. Козырев, М.В. Курленя, i.B. Леонтьев, A.B. Ловчиков, А.Б. Макаров, В.А. Мальцев, Г.А. Марков, LM. Петухов, А.Г. Протосеня, С.Н. Савченко, И.А. Турчанинов, В.Л. Трушко, ,.А. Филинков, А.Н. Шабаров, Б.В. Шрепп, 3. Бенявски, Д. Джонсон, [. Кнолль и другие.

Исследования, направленные на разработку геомеханического обоснования тработки стыковочных зон между подземными рудниками и карьерами, роводились на рудниках ОАО «Апатит», отрабатывающих группу апатитовых ¡есторождений, расположенных в пределах Хибинского массива на ерритории Мурманской области на северо-западе России.

Хибинские апатитовые месторождения отрабатываются несколькими рудниками. Рудники расположены близко друг от друга и ранее, при проектировании отработки шахтных полей, горные работы на соседних рудниках рассматривались как независимые, при этом направление и порядо* отработки смежных месторождений не регламентировался. В настоящее время в удароопасных условиях при отработке стыковочных зон между соседним* рудниками необходимо учитывать их взаимное влияние друг на друга Рудниками ОАО «Апатит» начата отработка следующих зон стыковки: межд> подземными горизонтами Кукисвумчоррской и Юкспорской часте£ Объединенного Кировского рудника и Саамским карьером, контур которогс поставлен в конечное положение; между подземными горизонтам! Расвумчоррского рудника и действующим карьером Центрального рудника. Е результате отработки этих стыковочных зон между рудниками формируете) непрерывное очистное пространство по линиям: Кукисвумчоррская част! Объединенного Кировского рудника - Саамский карьер - Юкспорская част! Объединенного Кировского рудника и Расвумчоррский рудник - Центральнь» рудник.

Основные результаты диссертационной работы отражены в научньи положениях, выносимых на защиту.

1. Взаимное влияние двух очистных пространств I высоконапряженном массиве горных пород начинается с расстояния равного полусумме размеров очистных пространств в направлен»! рассматриваемого напряжения, т.е. Ьт^<(Ь\+Ь{)12.

Исходя из известных аналитических решений для случая плоской напряженного состояния, принято зону влияния очистного пространств; распространять на расстояние, равное трем его эффективным диаметрам шп наибольшим размерам. В случае объемного напряженного состояния эт; закономерность действует только для центрального сечения очистноп пространства, длина которого не менее, чем три его эффективных диаметра игл наибольших размера. Реально образующиеся при ведении горных рабо' очистные пространства имеют форму, как правило, близкую к призме с< сравнимыми между собой характерными размерами. В этом случае прямо» перенесение закономерностей изменения напряженного состояния, полученны: для плоского случая, на массив пород, находящийся под действием объемной поля напряжений, приводит к завышению зоны влияния очистноп пространства, что ведет к неоправданно большим затратам на обеспечен» устойчивости выработок в зоне его предполагаемого влияния.

Нами проведены численные расчеты методом конечных элементов 1 объемной постановке распределения напряжений вблизи одиночной очистного пространства при различных его размерах. Расчеты показали, что )

бъемном случае изменение исходного напряженного состояния массива пород олее чем на 10%, что для существующих методов оценки его параметров южно считать минимально значимой величиной, происходит на расстоянии, е превышающем половины размера очистного пространства в направлении .ействия рассматриваемого напряжения, т.е. ¿^„<¿/2. Геомеханические собенности Хибинского массива пород и горнотехническая специфика Хибинских апатитовых рудников делают возможным проверить этот еоретический вывод и обобщить его для случая стыковки двух очистных гространств путем анализа опыта отработки удароопасных месторождений.

На подземных рудниках ОАО «Апатит» для обеспечения необходимой гроизводительности горизонтов широкое применение нашел такой порядок (ыемки запасов, при котором горизонт разрезают в нескольких местах и >чистные работы ведут несколькими независимыми фронтами. Отработка )бразующихся при этом стыковочных блоков-целиков происходит в условиях сонцентрации статических напряжений и, как следствие, повышенной /дароопасности. К настоящему времени на Хибинских апатитовых рудниках гакоплен большой опыт отработки блоков-целиков в различных условиях. Был выполнен анализ опыта отработки 7 подземных блоков-целиков. Закономерности изменения напряженно-деформированного состояния массива город при отработке блоков-целиков во многом соответствуют изменениям тпряженно-деформированного состояния при отработке стыковочных зон чежду подземными рудниками и карьерами.

На рис. 1 показан пример анализа опыта отработки одного из блоков-целиков Юкспорского рудника. При расстоянии между очистными пространствами 105 м и размере наибольшего очистного пространства вкрест простирания залежи 85 м (рис. 1а) динамические проявления горного давления и блоке-целике не фиксировалось. После сближения очистных пространств, когда расстояние между ними уменьшилось до 68 м при размере наибольшего очистного пространства вкрест простирания залежи 103 м, в блоке-целике стали происходить горные удары (рис. 16). При дальнейшем сближении очистных пространств в блоке-целике 19.06. 1984г. произошел горнотектонический удар, явившийся одним из крупнейших динамических явлений такого рода на рассматриваемых рудниках (рис. 1в). После соединения очистных пространств был зафиксирован еще один горный удар со стороны висячего бока залежи (рис. 1г). Таким образом, при отработке блоков-целиков, когда размеры очистных пространств примерно одинаковы по размеру, динамические явления в блоке-целике начинаются с расстояния, равного размеру вкрест простирания залежи наибольшего из сближающихся очистных пространств, что свидетельствует о начале их взаимного влияния.

а

Р.10 ю . У А Ум+ш

1!, 6 Т) V.

105 У.

*

'и

§

7. X Р.10

у \ / 8! я

''Дгт - г / ' г г г г 16

Ч>.9

Р.10 ЛШ

л fS.ff.Si

'1/1/Я) Ж1

5.т

э

Рис. 1. Схема развития очистных работ в блоке-целике 9/11 гор. +530м Юкспорского рудника: 1 — координатная сетка; 2 — границы очистных пространств; 3 - мончикитовая дайка; 4 - время отбойки секций; 5 —места и даты горных ударов

Блок-целик на гор.+252 м Кировского рудника входил в зону контроля сейсмостанции ОАО «Апатит» и при анализе опыта его отработки использовались данные об изменении сейсмичности массива пород по мере сближения очистных пространств (рис. 2).

Концентрация сейсмичности в каком-либо участке массива в период между массовыми взрывами свидетельствует о том, что в массиве на этом участке происходит процесс образования трещин различного иерархического уровня. При анализе сейсмичности Хибинского массива в районе действующих рудников по данным сейсмостанции ОАО «Апатит» использовалась формула расчета длины наведенных трещин исходя из энергии и количества сейсмических событий, полученная из известной формулы, предложенной К. Касахарой:

^^ 00.3118 Е„-0.4 ^

(=1

АГ

-де р - уровень сейсмичности массива пород (длина наведенных трещин в :утки), м / сутки; п - количество сейсмических событий в сутки; Е„~ энергия ¡ейсмического события, Дж; - рассматриваемый период времени, сутки.

500 600 .700 800 900

500 600 700 800 900

Рис. 2 Сейсмичность массива блока-целика на гор.+252м Кировского рудника по мере сближения очистных пространств.

На основе анализа сейсмичности можно судить о наиболее напряженных местах в массиве. Рис. 2а отражает распределение параметра сейсмичности при расстоянии между широкими очистными пространствами 240 м, рис. 26 -200 м, рис. 2в - 100 м (непосредственно перед стыковкой очистных пространств). На начальном этапе отработки (рис. 2а) зоны сейсмичности были

приурочены к краям очистных пространств. Начало взаимного влияния очистных пространств происходит в случае перемещения зоны повышенно? сейсмичности от краев очистных пространств в целик между ними и начала непосредственно в целике динамических проявлений горного давления. Такое положение отмечалось при расстоянии между очистными пространствам* равном Ь = 200 м. Размеры очистных пространств : при этом составляли ¿!=155 м и ¿2=210 м (рис. 26), т.е. (£1+Х2)/2=(155+210)/2=182,5 м. В это* случае с погрешностью менее 10%. При дальнейшем уменьшена

расстояния между очистными пространствами уровень сейсмичное^ стыковочной секции возрастает (рис. 2в), а после ее отбойки зона повышенной сейсмичности локализуется в висячем боку рудного тела (рис. 2г).

Таким образом, в результате анализа опыта отработки Хибинскю апатитовых месторождений в целом и блоков-целиков в частности с учете?» ранее выполненных расчетов напряженно-деформированного состоянш массива пород, натурных наблюдений динамических проявлений горногс давления определено, что взаимное влияние очистных пространств начинаете? с расстояния, равного полусумме их размеров в направлении рассматриваемой напряжения (рис. 3):

1тт<(1л+ЦУ2

На рис. За показаны зоны влияния (сг/2, в/2, /г/2) одиночного очистного (ространства размерами а, Ь, И в зависимости от напряжений Тх , Ту, Т„ действующих в направлениях х, у, г соответственно. На рис. 36 в случае тыковки двух очистных пространств показано расстояние, начиная с которого 1ни оказывают друг на друга взаимное влияние: (И]+к2)/2 в

ависимости от направления рассматриваемого напряжения.

2. Напряженно-деформированное состояние массива пород стыковочных зон I процесс образования наведенных трещин отрыва в прибортовон части сарьера зависит от относительного расположения открытого и подземного »чнстных пространств. При преимущественном действии в массиве пород оризонтальных тектонических напряжений в случае расположения дна сарьера выше подземного очистного пространства:

- до отбойки разделительного целика техногенные трещины отрыва в юкрывающих породах ориентируются параллельно контуру карьера;

- после отбойки в результате перераспределения напряжений и деформаций в породном массиве техногенные трещины развиваются 1ерпендикулярно контуру карьера, в результате чего создаются условия (ля обрушения покрывающих пород.

В качестве основного объекта исследований изменения напряженно-сформированного состояния массива пород при стыковке подземных и >ткрытых горных работ была принята зона между подземным Расвумчоррским >удником и карьером Центрального рудника ОАО «Апатит». Для расчетов мпряженно-деформированного состояния массива пород методом конечных шементов автором была подготовлена исходная информация о геометрических параметрах стыковочной зоны и граничные условия, полученные путем вмерения напряжений в натурных условиях, а также осуществлено построение :етки конечных элементов. Размеры моделируемой области составили в плане 5.4х 5.8км2; по вертикали от верхней отметки рельефа поверхности до юследнего глубинного слоя - 2.7км. Ввиду склонности горных пород к другому деформированию с последующим хрупким разрушением была 1Спользована упругая модель сплошной среды. Для определения граничных условий автором был выполнен анализ результатов измерений напряжений детодом разгрузки в пределах шахтных полей Расвумчоррского и Дентрального рудников за последние 40 лет. Уровень горизонтальных «пряжений на границе моделируемой области на уровне горизонта откатки [-530м: в направлении простирания рудного тела был задан равным 45 МПа; ¡крест простирания 20 МПа; вертикальная составляющая напряженно-сформированного состояния соответствовала весу вышележащих пород уН объемный вес горных пород 7=2.85 т/м3); модуль Юнга £=7 х104 МПа; соэффициент Пуассона V = 0.25.

Для проверки параметров напряженно-деформированного состояния массива пород были проведены специальные измерения методом разгрузки. Абсолютные значения компонент главных напряжений в стыковочной зоне между Расвумчоррским и Центральным рудниками в откаточном орту №5п: oi=6Mna, с^=15МПа, орЗОМПа; в откаточном орту №0: <г,=4МПа; с^=12МПа; oj=34 МПа. Измерения проведены в апатитовой руде (£=5х Ю^МПа, v=0.25). Измеренные значения напряжений согласуются с результатами визуальных обследований состояния горных выработок и с результатами математического моделирования распределения напряжений в стыковочной зоне методом конечных элементов.

Исследования напряженно-деформированного состояния стыковочной зоны проводились последовательно в несколько этапов. Сначала на основе моделирования распределения напряжений в мелкомасштабной модели стыковочной зоны были изучены основные закономерности изменения напряженно-деформированногс состояния массива пород. Затем мелкомасштабная модель, разработанная нг предыдущем этапе исследований, была детализирована. Размеры hoboî моделируемой области составили: в плане 3.75x3.00 км2; по вертикали от верхнет отметки рельефа до нижней отметки -1.00 км. Размер наименьшего элемента в плане 30x10 м2, по высоте - Юм.

Анализ напряженно-деформированного состояния массива пород разделительной: целика и условий возникновения обрушений покрывающих пород проводился m основе результатов численного моделирования в объемной постановке.

В качестве критерия образования техногенной трещины был принят деформационный критерий разрушения, согласно которому разрушение происходит путем отрыва при достижении одной из компонент действующи? главных деформаций (¿й е2\ £3) предела прочности пород на растяжение (сраст (сжимающие деформации и напряжения приняты положительными растягивающие - отрицательными): £\>£рат или г^г >£Раст - Ориентируют^ техногенные трещины в плоскости параллельной двум наибольших компонентам главных напряжений (ст3; сг2).

Результаты математического моделирования распределения напряжений i деформаций показывают, что в случае преимущественного действия в массив< пород стыковочных зон горизонтальных тектонических напряжений npi неотбитом разделительном целике в приповерхностной зоне в борту карьер; поле напряжений характеризуется значительным, более чем в 3 раза превышением абсолютными значениями максимальной и промежуточно! компонент главных напряжений (сг3; <х2) абсолютного значения минимально) компоненты главных напряжений (cri). Направлены наибольшие компонента главных напряжений параллельно контуру карьера. В этих условиях npi значении у=0.25 для высокопрочного скального массива, согласш деформационному критерию разрушения, минимальная компонента главны)

деформаций (¿о) будет растягивающей и в случае £\>сраст создаются условия для образования техногенных трещин отрыва, параллельных контуру карьера.

После отбойки разделительного целика и соединения подземного и открытого очистных пространств происходит перераспределение напряжений, экранируется действие одной из компонент горизонтальных напряжений. В результате одной из наибольших компонент главных напряжений становится гравитационная компонента. Вследствие этого происходит изменение преимущественного направления роста техногенных трещин отрыва с параллельного контуру карьера на перпендикулярное. Создаются условия для обрушения покрывающих пород.

В результате анализа напряженно-деформированного состояния массива пород с использованием деформационного критерия разрушения стало возможным судить об устойчивости покрывающих пород и прогнозировать развитие обрушения при той или иной форме и размерах очистных пространств. На рис. 4 показана прогнозная линия прорастания трещин в борту карьера при подработке его подземными горными работами после отбойки разделительного целика.

Рис. 4. Прогнозная линия прорастания трещин в борту карьера в процессе отработки стыковочной зоны после отбойки разделительного целика: 1 -линия прорастання трещин; 2 - подземное очистное пространство; 3 -проектное положение подземной камеры; 4 - координаты; 5 - направление растягивающих деформаций.

1 2 3 4 5

По данным расчетов, вариант, когда дно карьера расположено выше подземного очистного пространства, характерен большой распространенностью растягивающих компонент деформаций (и напряжений).

Этот вариант является одним из возможных вариантов относительного расположения подземного и открытого очистных пространств. Друпш распространенным вариантом, в частности на Хибинских апатитовых рудниках, является расположите днищ очистных пространств (открытого и подземного, подземного и подземного) на одном уровне. Как показывает практика отработки таких стыковочных зон (блоков-цеяиков), на уровне и ниже их днищ образуется зона повышенной концентрации сжимающих напряжений, действующих то простиранию залежи, а выше днища - зона разгрузки. Также возможна ситуация, когда фронт подземных горных рабог движется на карьер, поставленный в конечное положение.

При этом дао подземного очистного пространства расположено ниже дна карьера (стыковочная зона между подземными горными работами Кировского руд ника и Саамским карьером ОАО «Апатит»). В этом случае карьерное пространство играет роль разгрузочной зоны, снижая концентрацию напряжений, действующих по простиранию залежи в районе подземных горных работ.

Отработка стыковочных зон и блоков-целиков в удароопасных условиях должна производиться по специальному проекту с обязательным оперативным контролем геодинамической ситуации. Для стыковочной зоны между Расвумчоррским и Центральным рудниками ОАО «Апатит» автором была разработана горнотехническая часть проекта автоматизированной системы контроля состояния массива. Система контроля должна обеспечивать сбор в контролируемой зоне информации о сейсмичности и деформировании массива пород. Контролируемая зона разделена на участки в соответствии с установленными зонами влияния очистных пространств на окружающий массив пород, в каждом из которых задана различная точность определения измеряемых характеристик массива в зависимости от интенсивности и скорости протекающих в нем процессов.

В настоящее время борт карьера Центрального рудника подработан подземными горными работами Расвумчоррского рудника. Между подземными и открытыми горными работами оставлен разделительный целик. Согласно расчетам разделительный целик должен сохранять устойчивость до своей отбойки. Но для безопасного совмещения открытых и подземных горных работ в рамках создаваемой системы контроля организован специальный подземный светодальномерный полигон, позволяющий оценивать абсолютные значения деформаций непосредственно в прибортовом массиве. Результаты контроля процесса деформирования массива пород подработанной части борта карьера свидетельствуют о том, что значения растягивающих деформаций не превышают критических значений. Следовательно, участок массива, непосредственно примыкающий к борту карьера, можно считать устойчивым, что соответствует данным расчетов.

Д Значение защитного угла, в пределах которого выработки защищены от действия высоких напряжений, определяется m выражения a=KfKï(aaJq$),jде Ki - эмпирический коэффициент, зависящий от положения защитного угла в горизонтальной или вертикальной плоскости и ориентации защищаемых выработок; Кг - коэффициент, зависящий от уровня действующих напряжений на различных глубинах; аа1/<т0 - отношение предела прочности пород при сжатии к абсолютному значению рассматриваемого напряжения.

При ведении подготовительных работ в стыковочной зоне между Расвумчоррским и Центральным рудниками отмечались многочисленные динамические проявления горного давления в виде шелушения, стреляния, заколообразования в кровле горных выработок, что объясняется высоким уровнем действующих в массиве пород напряжений (сг3> 40 МПа). При ведении очистных работ в таких условиях без применения противоударных профилактических мероприятий, вследствие концентрации напряжений, в массиве пород стыковочной зоны вероятность горных ударов повышается. Возможно обеспечить профилактику горных ударов за счет применения только локальных методов приведения в неудароопасное состояние всех выработок в пределах стыковочной зоны. Но в условиях сближенных очистных пространств, более эффективно сочетание регионального и локального способов профилактики горных ударов. Региональная профилактика осуществляется путем целенаправленного перераспределения напряжений за счет создания защитных зон и образования защищенных участков в пределах защитных углов. В этом случае большая часть массива пород стыковочной зоны выводится из-под действия высоких напряжений, а в оставшейся меньшей части реализуются локальные противоударные мероприятия.

Исследование напряженно-деформированного состояния массива пород и удароопасности горных выработок при различных вариантах развития горных работ в стыковочной зоне проводилось на основе результатов численного моделирования методом конечных элементов в объемной постановке. Очистная выемка моделировалась поэтапно, начиная от современного состояния горных работ и до завершающей стадии отработки стыковочной зоны. Пример результатов расчетов напряженного состояния в процессе отработки стыковочной зоны представлен на рис. 5 в виде отношения действующих напряжений в кровле горизонтальных выработок к пределу прочности пород &Jctcm:.

Средняя прочность пород на сжатие в пределах рассматриваемого блока была принята равной ехсж=180 МПа. Действующие напряжения на контуре круглых выработок ад определяются по известной формуле: а0=3<у,-ав (су, -горизонтальные напряжения <т3 или аг с учетом их концентрации в стыковочной зоне; сгв - вертикальная компонента напряжений <т\.

Ориентируясь на отношение а^асжл можно судить о степени устойчивости горных выработок. Используя известные соотношения, принято: при <т^стсж<й.Ъ выработка сохраняет устойчивость; при 03<^есж<0.5 возможно постепенное образование зон ослабленных пород, отслоения, вывалы по трещинам и шелушение пород; при 0.5«тУсгсж<0.8 - интенсивное шелушение пород приконтурного массива, стреляние пород различной интенсивности и заколообразование пород; при сгУсг^О.8 - динамическое заколообразование, интенсивное стреляние пород, вероятной становится реализация горного удара.

Рис. 5. Изолинии ст/сгсж для выработок штрекового (а, в, д) и ортовог1 (б, г, е) направлений: а, б - начальный этап отработки; гор.+бООм; в, г разрез; д, е — конечный этап отработки; гор.+бООм.

На рис. 5 результаты расчетов в относительной форме а^асж представлень отдельно для выработок штрекового (рис. 5а,в, д) и ортового (рис. 56,г,е направлений. Такое представление позволяет оценивать преимущества топ или иного варианта системы разработки на различных этапах отработю

стыковочной зоны. В соответствии с результатами распределения напряжений [рис.5) были определены защитные углы в вертикальной и горизонтальной ,м, плоскостях для выработок ортового и штрекового направлений (рис. 6). -

а

Рис.6. Величины защитных углов в вертикальной (а) и горизонтальной (б) глоскостях: сплошная линия - для выработок ортового направления; пунктир для выработок штрекового направления; 1 - граница отбойки подкарьерного велика; 2 - граница камеры

Создание защитных зон приводит к перераспределению напряжений в породном гассиве и образованию, с одной стороны, защищенных от действия высоких гапряжений зон, а, с другой стороны, зон высоких концентраций напряжений. В [анном случае зона высоких концентраций напряжений расположена в днище и перед орцом подземной камеры (защитной зоны). В зоне высоких концентраций шпряжений необходимо осуществлять профилактику горных ударов локальными [етодами. Размер зоны высоких концентраций напряжений незначителен по равнению с размерами защищенных участков.

Значения защитных углов и размеры защищенных участков зависят от размеров ащитной зоны и абсолютного значения действующих в массиве напряжений, [спользуя результаты расчетов напряженно-деформированного состояния массива

пород стыковочной зоны при одном из возможных вариантов ведения горных работ, можно отыскал, зависимость между действующими в массиве на «бесконечности» напряжениями ст0 и величинами защитных углов «г в общем виде. На рис. 5а показаны изолинии crja,^- 0.1; 0.2; 0.3; 0.4; 0.5 в горизонтальной плоскости для одного из рассчитанных вариантов. Абсолютное значение напряжения Сто, действующего вкрест простирания залежи на уровне гор.+600м, составляло 20 МПа, ст^ШМПа. Таким образом, отношение асж1а0=9. Угол, в пределах которого сг,]<усж<$3 в горизонтальной плоскости при таком значении GoJgq, составил а=60°. Если а0=40 МПа при том же значении ож тогда <тсм!сг0= 4.5 и область со значением параметра ajcrcx<03 будет лежать в пределах защитного угла а=30°. Значение защитного угла будет прямо пропорционально отношению o^/o^ar ~crcJoo. При а=60°; OaJor 4.5,

а=30" и т.д. Запишем в общем виде сс=К(о^ао), где К - коэффициент пропорциональности.

Значение К зависит от следующих факторов: ориентации защищаемых выработок относительно действующих в массиве напряжений и глубины ведения горных работ. Также необходимо различать защитные углы в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Таким образом K-K¡ К2- Значения К i для рассчитанного варианта даны в таблице.

Таблица

Значения коэффициента К] для рассчитанного варианта в зависимости от ориентации защищаемых выработок и рассматриваемой плоскости

Выработки Горизонтальная плоскость Вертикальная плоскость

Штреки 7.78 8.89

Орты 5.00 7.22

Коэффициент К2 зависит от абсолютного значения рассматриваемого напряжени: на «бесконечности» оь, которое, в свою очередь, зависит от глубины горных работ И На уровне гор.+530м при #>100 м 06=45 МПа. С уменьшением Я значение о уменьшается, а значение «увеличивается. Учитывая, что при #=100м: А'2"=1.00, а=45с а при Я=50м: #2=1.30, о=60°, можно записать для конкретного рассчитанного варианта: К2= 1.6-0.006-Я, при Я<100 м.

Для проверки соответствия расчетных параметров защищенных участки и защитных углов натурным условиям были проведены специальны! визуальные обследования состояния существующих горных выработок находящихся в области влияния очистных пространств в стыковочной зон

ежду Расвумчоррским и Центральным рудниками. Визуальные обследования оказали, что в процессе отработки удароопасного участка месторождения эразуются защищенные участки. Защитный угол в вертикальной плоскости по энным визуальных обследований составляет в среднем ориентировочно 45°, в эризонтальной плоскости ориентировочно 60°. Отсюда можно сделать вывод, то результаты численных расчетов напряженно-деформированного состояния ассива пород методом конечных элементов удовлетворительно коррелируют с атурными данными о состоянии горных выработок.

На основе выполненных исследований разработана методика геомеханического боснования отработки стыковочных зон между подземными рудниками и карьерами, сновные положения которой заключаются в следующем:

1. Взаимное влияние двух очистных пространств в высоконапряженном [ассиве горных пород начинается с расстояния, равного полусумме размеров чистных пространств в направлении рассматриваемого напряжения, т.е. ™п<(1,+12)/2.

2. Защитная зона под необрушенными вышележащими породами - наиболее адикальный способ снижения напряжений в пределах стыковочной зоны. При том пока сохраняется устойчивость вышележащих пород, в карьере могут родолжаться горные работы.

3. Защитная зона представляет собой подземную камеру, размеры которой ыбираются как из условий обеспечения максимальной разгрузки массива от ействующих напряжений, так и из расчета обеспечения устойчивости вышележащих юрод на срок продолжения открытых горных работ в стыковочной зоне.

4. Защищенные участки располагаются в пределах защитных углов. В общем виде начение защитного угла определяется из выражения а=/Г1-Л,2(Ь^г/оь), где К1 -мпирический коэффициент, зависящий от положения защитного угла в вертикальной ли горизонтальной плоскости и ориентации большинства защищаемых выработок тносительно действующих в массиве напряжений; К2 - коэффициент, зависящий от ровня действующих напряжений на различных глубинах; асж/аь-отношение предела рочности горных пород на одноосное сжатие к абсолютному значению ассматриваемого напряжения.

5. Часть выработок вблизи дншца камеры находится в условиях действия ювышенных концетраций напряжений и для обеспечения их устойчивости [еобходимо проведение локальных противоударных мероприятий. При этом площадь (ассива, находящегося в условиях действия повышенных напряжений, незначительна ю сравнению с общей площадью стыковочной зоны.

6. Достичь обрушения покрывающих пород возможно путем отбойки юдкарьерного целика. При этом при преимущественном действии в массиве юрод горизонтальных тектонических напряжений:

-до отбойки разделительного целика техногенные трещины отрыва в покрывающих породах ориентируются параллельно контуру карьера;

-после отбойки в результате перераспределения напряжений и деформаций в породном массиве, техногенные трещины развиваются перпендикулярно контуру карьера, в результате чего создаются условия для обрушения покрывающих пород.

7. Расположение и размеры стыковочной секции должны быть выбраны таким образом, чтобы обеспечить возможность ее отбойки за один взрыв. Безопасные размеры стыковочной секции должны гарантировать ее устойчивость как единого целого, но выработки, пройденные для подготовки к отбойке секции, будут находиться в зоне максимальной концентрации напряжений, и, следовательно, будут наиболее удароопасны. В них необходимо предусмотреть профилактические противоударные мероприятия.

8. При отработке стыковочных зон между подземными и открытыми горнымт работами также как и при отработке подземных блоков - целиков, необходим« организация инструментальной системы контроля геомеханического состояли? массива с целью оперативного слежения за процессами деформирования V разрушения участков массива.

Разработан алгоритм прогноза и выбора мероприятий по повышении: устойчивости элементов комбинированной открыто-подземной системь: разработки стыковочной зоны, учитывающий установленные в работ« закономерности (рис.7).

В алгоритме (рис.7) учитывается влияние как естественных (напряженно-деформированное состояние и физические свойства массива пород), так у техногенных факторов (размеры и форма очистных пространств).

На основе разработанного алгоритма может быть создана компьютерная программа автоматизированного выбора мероприятий по повышенное безопасности при отработке стыковочной зоны между рудником и карьером.

На основе предложенной методики разработаны рекомендации по безопасно} отработке стыковочных зон между подземными рудниками и карьера-»« ОАО «Апатит». При отработке зоны стыковки между Расвумчоррским у Центральным рудниками ОАО «Апатит» основные рекомендации состоят I следующем:

-подземное очистное пространство Расвумчоррского рудника прг подработке борта карьера Центрального рудника должно располагаться сс стороны висячего бока рудного тела, иметь форму камеры и размеры: высотг до 100 м, ширина до 60 м, длина по простиранию залежи до 100 м. При такю размерах подземного очистного пространства возможно совмещение открыты* и подземных горных работ;

ОТРАБОТКА ОДИНОДЫМ очистный

ПРОСТРАНСТВОМ

| ТИП РАЗДЕЛЕНИЯ СНУ^ТНЪВ* ПРОСТРАНСТВ"]

РАЗДЕЛИТЕЛЬНОЕ ПРОСТРАНСТВО НА ЦНЕ КАРЬЕРА

ПРОЫЛАКТУНЕСМе МЕРОПРИЯТИЯ. . ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ

- - возможность

ОСТАВЛЕНИЯ СКАЛЬНОГО РАЗДЕЛИТЕЛЬНОГО---

ЦЕЛИ* ОСТАЕТСЯ НАВЕСЬСРОК ОТРАЕЮТ*И

стыковочной I ЗОНЫ ]

ПРИНУДИТЕЛЬНОЕ ОбРУШЕНИб ' ЦЕЛИКА

1

¡ПРОФИЛАКТИЧЕСКИЕ МЕРОПРИЯТИЯ- по орйктш. ОбРУШКиИ« ■ ПОЗАи^ТЕ УСТУПОв КАРЬЕМ

обеспечение устойчивости

ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК в ПРОЦЕССЕ ВОРАЕОТКИ СТЫКОВОЧНОЙ зоны

-ёоэи

зозможность •-регионллыюй V РАЗГРУЗКИ МАССИВА

от высоких

•• НАЛРЯЖЕЖЙ/

V г_

Г»>ОЛИПА)(ТИчеСЖИ£ МЕРОПРИЯТИЯ-

• по обеспечению

УС1 щпикА -Пй«ХТ1Ч>Я«0

РЕГИОНАЛЬНАЯ РАЗГРУЗКА ШчССИЙА ВГРЕДЕМХ ЗАЩИТНЫХ УГЛОВ

X

ЛОКАЛЬНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

гад обеспеченно устсйчиаости

ЗА ПРЕДЕЛАМИ

защитных утоа

Ц >Х,К? «'¡а'

ГХЖЛПЬЬЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ В ПРЕДЕЛАХ ВСЕЙ СТЫКОВОЧНОЙ ЗОНЫ

1 1

КРЕПЛЕНИЕ НАИБОЛЕЕ ответственных ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ад пределами ЗАЩИТНЫХ УТТ06 КРЕПЛЕНИЕ ВСЕХ ответстеежык ГОРНЫХ выраьоток

КОНТРОЛЬ УСТОЙЧИВОСТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК

Рис 7 Блок-схема алгоритма выбора мероприятий по повышению безопасности \ри отработке стыковочной зоны между рудником и карьером. сг/ - абсолютные начения измеренных или прогнозных напряжений в нетронутом массиве; Аа ~ гзимут а?; <тр° ~ предел прочности на растяжение в образце; ас° - предел прочности щ сжатие в образце; ср° - предельная деформация растяжения в образце; ес° -гредельная деформация сжатия в образце; Е - модуль Юнга; V - коэффициент 1уассона; ¿¡, Ь2 - размеры очистных пространств в направлении рассматриваемого {апряжеиия

-при отбойке подкарьерного целика по простиранию залежи не менее чем на 100 м создаются условия для обрушения консоли покрывающих пород. С целью гарантированного обрушения консоли необходимо предусмотреть взрыв ВВ в строчке скважин, пробуренных по линии вероятного прорастания трещины отрыва. Разработаны мероприятия по защите уступов карьера от падающих кусков пород;

-наиболее устойчивыми на уровне горизонта откатки +530 м и до гор.+615 м в процессе подготовительных работ будут выработки штрекового направления. Буровые выработки выше гор.+615 м, необходимые для отбойки подкарьерного целика, будут более устойчивыми при их преимущественно ортовой ориентации;

-в процессе очистной выемки защищенные от высоких напряжений участки будут располагаться в пределах защитных углов (рис.6).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная научная задача, связанная с разработкой методики геомеханического обоснования отработки стыковочных зон между подземными рудниками и карьерами в удароопасных условиях. На основании предложенной методики обоснована возможность отработки стыковочной зоны между подземным Расвумчоррским рудником и карьером Центрального рудника; даны общие рекомендации по повышению безопасности горных работ в стыковочных зонах между Саамским карьером и Объединенным Кировским рудником. Внедрение разработанной методики геомеханического обоснования отработки стыковочных зон в практику позволяет повысить безопасность горных работ в удароопасных условиях.

Основные научные выводы и практические результаты проведенных исследований заключаются в следующем:

1. На основе численного моделирования и инструментальных исследований изучены основные закономерности напряженно-деформированного состояния массива пород при отработке месторождений встречными очистными фронтами в тектонически напряженном массиве. Установлено, что взаимное влияние двух очистных пространств различных размеров, формы и относительного расположения, начинается с расстояния, равного полусумме размеров очистных пространств в направлении рассматриваемого напряжения. Одиночная горная выработка будет находиться в зоне влияния очистного пространства, начиная с расстояния, равного половине его размера в направлении рассматриваемого напряжения.

2. Установлены закономерности формирования наведенных трещин отрыва прибортовой части карьера. При преимущественном действии в массиве

юрод горизонтальных тектонических напряжений до отбойки разделительного [елика техногенные трещины отрыва в покрывающих породах ориентируются [араллельно контуру карьера. После отбойки разделительного целика, в юзультате перераспределения напряжений и деформаций в породном массиве, ехногенные трещины развиваются перпендикулярно контуру карьера, в юзультате чего создаются условия для обрушения покрывающих пород.

3. Установлено, что в общем виде значение защитного угла, в пределах оторого выработки защищены от действия высоких напряжений, определяется з выражения а^КуК2-((тсж1 аа), где К{ - эмпирический коэффициент, ависящий от положения защитного угла в горизонтальной или вертикальной шоскости и ориентации защищаемых выработок; К2 - коэффициент, зависящий т уровня действующих напряжений на различных глубинах; (асж/ай) -тношение предела прочности пород на сжатие к абсолютному значению осматриваемого напряжения.

4. Разработана методика геомеханического обоснования отработки тыковочной зоны между подземными рудниками и карьерами, при ыполнении положений которой на начальном этапе отработки возможно езопасное совмещение открытых и подземных горных работ, а на авершающем этапе - отработка оставшихся запасов стыковочной зоны под ащитой образованных очистных пространств. В разработанной методике читывается влияние естественных (напряженно-деформированное состояние и шзические свойства массива пород) и техногенных факторов (размеры и юрма очистных пространств), а также установленных в работе акономерностей.

5. Разработаны практические рекомендации по ведению горных работ в тыковочных зонах между Расвумчоррским и Центральным рудниками, между лровским рудником и Саамским карьером ОАО «Апатит» и при отработке локов-целиков в подземных условиях. Рекомендации использованы в качестве сновы для геомеханического обоснования различных вариантов ведения эрных работ в стыковочных зонах и блоках-целиках.

6. Разработана горнотехническая часть «Проекта автоматизированной одсистемы контроля состояния массива зоны стыковки Расвумчоррского и [ентрального рудников - АСКСМ - Р сейсмостанции ОАО «Апатит».

7. С учетом разработанных рекомендаций предполагается отработать 31.7 лн. т руды только в пределах стыковочной зоны между Расвумчоррским и [ентральным рудниками с годовой производительностью открыто-подземных эрных работ, равной 4.5 млн. т в год. Экономический эффект от внедрения езультатов работы составит 12 млн. руб. в год в ценах 1999г.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Опьгг отработки блоков-целиков в удароопасных условиях /А А. Козырев, В .А. Мальцев, В.В. Рыбин и др. //Горный Журнал. -1996. - № 9-10. - С. 72 - 78.

2. Методические основы проектирования отработки этажных блоков-целиков в удароопасных условиях / В.А. Мальцев, В.В. Павлов, В.В. Рыбин, С.Н. Савченко // Управление напряженно-деформированным состоянием массива скальных пород при разработке месторождений полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений: Тез. докл. межд. конф. "Геомеханика в горном деле - 96", г. Екатеринбург, 1996. - С. 19 - 20.

3. Опыт профилактики горных ударов на Хибинских апатитовых рудниках/ A.A. Козырев, В.А. Мальцев, В.И. Панин, В.В. Рыбин // Материалы X Межотраслевого координационного совещания по проблемам геодинамической безопасности (г. Екатеринбург, 6-9 октября 1997 г.). -Екатеринбург, 1997. - с.89-95.

4. Опыт профилактики горных ударов на Хибинских апатитовых рудниках / А.А.Козырев, В.А. Мальцев, В.И. Панин, В.В. Рыбин // Горный Журнал . - 1998. - № 4. - С. 47-51.

5. Рыбин В.В., Мальцев В.А., Енютин А.Н. Ретроспективный анализ взаимосвязи сейсмичности с зонами концентраций напряжений при ведении горных работ // Геомеханика при ведении горных работ в высоконапряженных массивах. - Апатиты, 1998. - С. 132 -141.

6. Рыбин В.В. Профилактика горных ударов при отработке запасоЕ переходной зоны между Расвумчоррским и Центральным рудниками i удароопасных условиях // Геомеханика при ведении горных работ i высоконапряженных массивах. - Апатиты, 1998. - С. 227 - 236.

7. Рыбин В.В., Енютин А.Н. Оценка напряженно-деформированноп состояния покрывающих пород при отработке переходной зоны межд) Расвумчоррским и Центральным рудниками в тектонически нагруженног. массиве // Геомеханика при ведении горных работ в высоконапряженны: массивах. - Апатиты, 1998. - С. 236 - 241.

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Актуальность проблемы геомеханического обоснования отработки стыковочных зон на отечественных и зарубежных рудниках

1.2. Горно-геологические, геомеханические и горнотехнические условия отработки Хибинских апатитовых месторождений и их особенности

1.2.1. Горно-геологические и геомеханические условия

1.2.2. Горнотехнические особенности

1.3. Геомеханическое состояние пород стыковочной зоны между Расвумчоррским и Центральным рудниками

1.4. Обоснование цели и задач исследований

2. ОБОСНОВАНИЕ ПРИМЕНЯЕМЫХ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ И РЕТРОСПЕКТИВНЫЙ АНАЛИЗ ВЕДЕНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ НА ПОДЗЕМНЫХ АПАТИТОВЫХ РУДНИКАХ

2.1. Возможность применения теоретических методов, основанных на закономерностях механики сплошной среды

2.2. Натурные методы исследования геомеханического состояния массива

2.2.1. Определение геомеханического состояния массива путем визуального обследования подземных горных выработок

2.2.2. Метод разгрузки и другие локальные методы определения НДС массива

2.2.3. Сейсмологические исследования высоконапряженного массива

2.3. Ретроспективный анализ ведения горных работ на Кировском руднике

2.4. Ретроспективный анализ ведения горных работ на Юкспорском руднике

2.5. Ретроспективный анализ ведения горных работ на Расвумчоррском руднике

2.6. Анализ опыта отработки блоков - целиков

2.7. Основные положения методики проектирования отработки блоков-целиков в удароопасных условиях

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

3. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗМОЖНЫХ ВАРИАНТОВ ВЕДЕНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ В ЗОНАХ СТЫКОВКИ ОТКРЫТЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ РАБОТ

3.1. Напряженно - деформированное состояние участка Хибинских апатитовых месторождений в районе Расвумчоррского и Центрального рудников

3.2. Определение начала взаимного влияния очистных пространств

3.3. Исследование напряженно-деформированного состояния и устойчивости покрывающих пород, кровли камеры и разделительного целика при отработке стыковочной зоны

3.4. Зависимость напряженно-деформированного состояния стыковочных зон от взаимного расположения очистных пространств

3.5. Исследование напряженно-деформированного состояния массива пород и устойчивости горных выработок при отработке запасов стыковочной зоны системой подэтажного принудительного обрушения

3.6. Зависимость защитных углов от абсолютного значения действующих напряжений в массиве

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

4. НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕОМЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА В ЗОНЕ СТЫКОВКИ ПОДЗЕМНЫХ И ОТКРЫТЫХ ГОРНЫХ РАБОТ

4.1. Исследования напряженного состояния массива стыковочной зоны методом разгрузки

4.2. Напряженно-деформированное состояние горных пород в зоне стыковки Центрального и Расвумчоррского рудников по данным визуальных обследований

4.3. Определение параметров защищенных зон в натурных условиях

4.4. Контроль устойчивости борта карьера

4.5 Разработка системы мониторинга reo механического состояния стыковочной зоны

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ

5. РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ МЕТОДИКИ ГЕОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБОСНОВАНИЯ ОТРАБОТКИ СТЫКОВОЧНЫХ ЗОН В УДАРООПАСНЫХ УСЛОВИЯХ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИХ БЕЗОПАСНОЙ ОТРАБОТКЕ НА РУДНИКАХ ОАО «АПАТИТ»

5.1. Основные положения методики reo механического обоснования отработки стыковочных зон в удароопасных условиях

5.2. Рекомендации по отработке стыковочной зоны между Расвумчоррским и Центральным рудниками в удароопасных условиях

На современном этапе развития горнодобывающей промышленности происходит постоянное ухудшение горно-геологических условий разработки месторождений, связанное как с вводом в эксплуатацию новых более глубоких горизонтов, так и с необходимостью отработки целиков, выемки запасов зон стыковки между соседними рудниками.

Хибинские апатитовые месторождения отрабатываются несколькими рудниками. Апатитовые рудники расположены близко друг от друга и ранее, при проектировании отработки шахтных полей, горные работы на соседних рудниках рассматривались как независимые, при этом направление и порядок отработки смежных месторождений не регламентировался. В настоящее время в удароопасных условиях при отработке стыковочных зон между соседними рудниками необходимо учитывать их взаимное влияние друг на друга. Рудниками ОАО «Апатит» начата отработка следующих зон стыковки: между подземными горизонтами Кукисвумчоррской и Юкспорской частей Объединенного Кировского рудника и Саамским карьером, контур которого поставлен в конечное положение; между подземными горизонтами Расвумчоррского рудника и действующим карьером Центрального рудника. В результате отработки этих стыковочных зон между рудниками в будущем вероятно формирование непрерывного очистного пространства по линиям: Кукисвумчоррская часть Объединенного Кировского рудника - Саамский карьер - Юкспорская часть Объединенного Кировского рудника и Расвумчоррский рудник- Центральный рудник.

Напряженно-деформированное состояние Хибинского массива характеризуется высоким уровнем горизонтальных тектонических напряжений, при этом величина максимальных горизонтальных напряжений а% в 5-10 раз превосходит напряжения от собственного веса пород, что при склонности горных пород к упругому деформированию с последующим хрупким разрушением обусловливает проявление горного давления в динамической форме, как при ведении очистных работ, так и при проходке одиночных горных выработок.

Отработка зон стыковки осложняется тем, что происходит в условиях измененного, по сравнению с нетронутым массивом, напряженно-деформированного состояния. При этом компоненты тензора главных напряжений могут меняться не только по абсолютной величине, но и по направлению, в связи с чем, выработки, ранее считавшиеся неудароопасными, перестают быть таковыми, что требует пересмотра традиционного для данного месторождения порядка очистной выемки. Как показывает опыт отработки блоков-целиков, при ведении горных работ встречными очистными фронтами в высоконапряженных 6 массивах без применения специальных профилактических мероприятий резко повышается количество и энергия динамических проявлений горного давления, становится весьма вероятной реализация горных ударов и техногенных землетрясений. В таких условиях необходимо решать круг вопросов, связанных с управлением состоянием массива, с тем, чтобы исключить возможность неплановых обрушений, зависаний породной консоли, свести к минимуму риск реализации горных ударов. Особенно это актуально при совмещении по времени и в пространстве открытых и подземных работ.

Для предотвращения подобных нежелательных явлений при отработке стыковочных зон требуется разработка и точная реализация специальных защитных и противоударных мероприятий, включающих в себя обоснование технологических решений, а также комплекс мер по региональному и локальному снижению удароопасности. Разработанные геомеханическое обоснование отработки стыковочной зоны и проект противоударных мероприятий должны базироваться на основе закономерностей реальных геомеханических процессов, происходящих в массивах горных пород, подверженных техногенному воздействию.

Цель диссертационной работы состоит в разработке методики геомеханического обоснования и рекомендаций по повышению безопасности горных работ при отработке стыковочных зон между подземными рудниками и карьерами в скальных тектонически напряженных массивах пород.

Основная идея заключается в повышении устойчивости выработок и других элементов системы разработки за счет оптимальной последовательности очистной выемки рудного тела, наиболее полно соответствующей природным условиям напряженно - деформированного состояния и свойствам массивов пород и установленным закономерностям их изменения в процессе ведения горных работ.

Для достижения поставленной цели определены задачи исследований:

1. Исследовать закономерности изменения геомеханического состояния массива пород при ведении горных работ встречными очистными фронтами.

2. Изучить напряженно-деформированное состояние массива разделительного целика и условия возникновения обрушения покрывающих пород.

3. Исследовать напряженно-деформированное состояние массива и удароопасность горных выработок при различных вариантах ведения очистных работ.

4. Разработать методику геомеханического обоснования и рекомендации по повышению безопасности горных работ при отработке стыковочных зон между подземными рудниками и карьерами в скальных тектонически напряженных массивах пород. 7

Методы исследования. В работе применен комплексный метод исследований, включающий: анализ и обобщение научного и практического опыта по проблеме; численное моделирование распределения напряжений и деформаций в массиве пород, преимущественно в объемной постановке; анализ сейсмичности массива пород; натурные измерения напряженного состояния массива пород методом разгрузки; визуальное обследование удароопасности горных выработок; высокоточные дальномерные измерения деформирования массива пород.

Научная новизна работы заключается:

- в определении минимального размера стыковочной зоны, начиная с которого сближенные очистные пространства различной конфигурации оказывают друг на друга взаимное влияние;

- в определении взаимосвязи между ориентацией техногенных трещин отрыва в подрабатываемом борту карьера и напряженно-деформированным состоянием массива покрывающих пород в процессе отработки стыковочной зоны;

- в определении параметров защищенных участков, в которых в результате создания защитных зон действующие напряжения снижаются до уровня, при котором сводится к минимуму риск реализации горных ударов;

- в разработке методики геомеханического обоснования отработки стыковочных зон между подземными рудниками и карьерами в удароопасных условиях.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Взаимное влияние двух очистных пространств в высоконапряженном массиве горных пород начинается с расстояния, равного полусумме размеров очистных пространств в направлении рассматриваемого напряжения, т.е. Ь„ш1<(Ь1+Ь2)/2.

2. Напряженно-деформированное состояние массива пород стыковочных зон и процесс образования наведенных трещин отрыва в прибортовой части карьера зависят от относительного расположения открытого и подземного очистных пространств. При преимущественном действии в массиве пород горизонтальных тектонических напряжений в случае расположения дна карьера выше подземного очистного пространства:

-до отбойки разделительного целика техногенные трещины отрыва в покрывающих породах ориентируются параллельно контуру карьера;

- после отбойки в результате перераспределения напряжений и деформаций в породном массиве техногенные трещины развиваются перпендикулярно контуру карьера, в результате чего создаются условия для обрушения покрывающих пород. 8

3. Значение защитного угла, в пределах которого выработки защищены от действия высоких напряжений, определяется из выражения а=К1К2(сТсж/ста), где Кг эмпирический коэффициент, зависящий от положения защитного угла в горизонтальной или вертикальной плоскости и ориентации защищаемых выработок; Кг - коэффициент, зависящий от уровня действующих напряжений на различных глубинах; ссж/оо - отношение предела прочности пород при сжатии к абсолютному значению рассматриваемого напряжения.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, обоснована:

- данными 30-летней практики отработки блоков-целиков и стыковочных зон в удароопасных условиях на рудниках ОАО «Апатит»;

- совокупностью натурных наблюдений и исследований при отработке блоков-целиков и стыковочных зон на рудниках ОАО «Апатит» с использованием апробированных методов и средств контроля состояния массива горных пород;

- сходимостью результатов определения напряженно-деформированного состояния и удароопасности массива горных пород методами моделирования с результатами натурных исследований.

Реализация работы в промышленности. Результаты исследований в настоящее время используются проектными отделами ОАО «Апатит», АО «Гипроруда» при разработке проектов отработки:

- стыковочной зоны между Расвумчоррским и Центральным рудниками ОАО «Апатит»;

- стыковочной зоны между Кировским рудником и Саамским карьером;

- блока-целика 9/13 гор.+410 м Юкспорского рудника.

Также результаты исследований используются при разработке проекта подсистемы контроля состояния породного массива Расвумчоррского рудника сейсмостанции ОАО «Апатит».

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на технических советах, комиссиях по горным ударам ОАО «Апатит» в 1996 - 1999гг.; на международных конференциях «Геомеханика в горном деле» в г. Екатеринбурге в 1996г. и 1997г., «Проблемы и перспективы освоения минерального сырья и подземного пространства Северо - Запада России» в г.Апатиты в 1999 г., «Геодинамика и напряженное состояние земных недр» в г. Новосибирске в 1999г.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 7 печатных работ. 9

Объем работьг Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложения, содержит 140 страниц машинописного текста, включая 47 рисунков, 10 таблиц и списка использованной литературы из 120 наименований.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 5

1. Разработана методика геомеханического обоснования отработки стыковочных зон между подземными рудниками и карьерами, при соблюдении которой возможно на начальном этапе отработки добиться совмещения открытых и подземных горных работ, а на завершающем этапе - отработать оставшиеся запасы стыковочной зоны под защитой образованных очистных пространств. Методика базируется на анализе и обобщении опыта ведения горных работ встречными очистными пространствами, результатах исследований геомеханического состояния стыковочных зон модельными и натурными методами.

2. Разработаны рекомендации по безопасной отработке стыковочной зоны Расвумчоррского и Центрального рудников.

2.1. Подземное очистное пространство Расвумчоррского рудника при подработке борта карьера Центрального рудника должно располагаться со стороны висячего бока рудного тела, иметь форму камеры большого сечения размеры: высота до 100 м, ширина до 60 м, длина по простиранию залежи до 100 м. При таких размерах подземного очистного пространства возможно совмещение открытых и подземных горных работ.

2.2. При отбойке подкарьерного целика по простиранию залежи не менее, чем на 100 м создаются условия для обрушения консоли покрывающих пород. С целью гарантированного обрушения консоли необходимо предусмотреть взрыв ВВ в строчке скважин, пробуренных по линии вероятного прорастания трещины отрыва. Разработаны мероприятия по защите уступов карьера от падающих кусков пород.

128

2.3. Наиболее устойчивыми на уровне горизонта откатки +530 м и до гор.+615 м в процессе подготовительных работ будут выработки штрекового направления. Буровые выработки выше гор.+615 м, необходимые для отбойки подкарьерного целика, будут более устойчивыми при их преимущественно ортовой ориентации.

2.4. Рациональная последовательность очистной выемки запасов стыковочной зоны системой подэтажного обрушения, позволяет добиться положения, когда каждый последующий вынимаемый участок рудного тела находился бы под защитой ранее образованных очистных пространств при варианте с буро-доставочными ортами и при варианте с буро-доставочными штреками.

2.5. Вне зависимости от варианта отработки стыковочной зоны, основные вопросы, которые необходимо решить для обеспечения безопасности останутся неизменными: совмещение открытых и подземных горных работ на начальном этапе очистной выемки, обеспечение обрушения подкарьерного целика после окончания открытых, горных работ и профилактика горных ударов при доработке запасов стыковочной зоны.

3. Произведен анализ горнотехнической и геомеханической ситуации и разработаны общие рекомендации по безопасной отработке стыковочной зоны Объединенного Кировского рудника и Саамского карьера.

3.1. Очистные пространства гор.+320 м и +250 м Кукисвумчоррской и Юкспорской частей Объединенного Кировского рудника сближены с очистным пространством Саамского карьера. Ранее отработанные верхние горизонты состыкованы с карьером, зоны обрушения вышли на уступы, поставленные в конечное положение, образовано единое очистное пространство.

3.2. Предельные параметры подработки на Юкспорской части Объединенного Кировского рудника по предварительным данным ретроспективного анализа составляют: ЫНСр. = 1.12 - 1.57; ИНСр. = 0.45 - 0.92. Дальнейшее накопление данных о параметрах произошедших самообрушений позволит определить границу зон устойчивых и неустойчивых обнажений в координатах ЫНср. - //НсР., что даст возможность прогнозировать процесс самообрушения и управлять им путем изменения размеров и формы очистного пространства.

3.3. Повышение безопасности при ведении горных работ в стыковочной зоне между Объединенным Кировским рудником и Саамским карьером возможно достичь путем окончания всех работ в Саамском карьере, что превратит оставшуюся карьерную выемку в элемент рельефа земной поверхности и отработки целиков между подземными горизонтами и карьерным пространством, что создаст благоприятные условия для региональной разгрузки

130

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная научная задача, связанная с разработкой методики геомеханического обоснования отработки стыковочных зон между подземными рудниками и карьерами в удароопасных условиях. На основании предложенной методики обоснована возможность отработки стыковочной зоны между подземным Расвумчоррским рудником и карьером Центрального рудника; даны общие рекомендации по повышению безопасности горных работ в стыковочных зонах между Саамским карьером и Объединенным Кировским рудником. Внедрение разработанной методики геомеханического обоснования отработки стыковочных зон в практику позволяет повысить безопасность горных работ в удароопасных условиях.

Основные научные выводы и практические результаты проведенных исследований заключаются в следующем:

1. На основе численного моделирования и инструментальных исследований изучены основные закономерности напряженно-деформированного состояния массива пород при отработке месторождений встречными очистными фронтами в тектонически напряженном массиве. Установлено, что взаимное влияние двух очистных пространств различных размеров, формы и относительного расположения, начинается с расстояния, равного полусумме размеров очистных пространств в направлении рассматриваемого напряжения. Одиночная горная выработка будет находиться в зоне влияния очистного пространства, начиная с расстояния, равного половине его размера в направлении рассматриваемого напряжения.

2. Установлены закономерности формирования наведенных трещин отрыва в прибортовой части карьера. При преимущественном действии в массиве пород горизонтальных тектонических напряжений до отбойки разделительного целика техногенные трещины отрыва в покрывающих породах ориентируются параллельно контуру карьера. После отбойки разделительного целика, в результате перераспределения напряжений и деформаций в породном массиве, техногенные трещины развиваются перпендикулярно контуру карьера, в результате чего создаются условия для обрушения покрывающих пород.

3. Установлено, что в общем виде значение защитного угла, в пределах которого выработки защищены от действия высоких напряжений, определяется из выражения а=К1-Кг-(<тСж1оь), где К1 - эмпирический коэффициент, зависящий от положения защитного угла в горизонтальной или вертикальной плоскости и ориентации защищаемых выработок; Кг - коэффициент, зависящий от уровня действующих напряжений на различных глубинах;

131 оьк/оь) - отношение предела прочности пород на сжатие к абсолютному значению рассматриваемого напряжения.

4. Разработана методика геомеханического обоснования отработки стыковочной зоны между подземными рудниками и карьерами, при выполнении положений которой на начальном этапе отработки возможно безопасное совмещение открытых и подземных горных работ, а на завершающем этапе - отработка оставшихся запасов стыковочной зоны под защитой образованных очистных пространств. В разработанной методике учитывается влияние естественных (напряженно-деформированное состояние и физические свойства массива пород) и техногенных факторов (размеры и форма очистных пространств), а также установленных в работе закономерностей.

5 . Разработаны практические рекомендации по ведению горных работ в стыковочных зонах между Расвумчоррским и Центральным рудниками, между Кировским рудником и Саамским карьером ОАО «Апатит» и при отработке блоков-целиков в подземных условиях. Рекомендации использованы в качестве основы для геомеханического обоснования различных вариантов ведения горных работ в стыковочных зонах и блоках-целиках.

6. Разработана горнотехническая часть «Проекта автоматизированной подсистемы контроля состояния массива зоны стыковки Расвумчоррского и Центрального рудников -АСКСМ - Р сейсмостанции ОАО «Апатит».

7. С учетом разработанных рекомендаций предполагается отработать 31.7 млн. т руды только в пределах стыковочной зоны между Расвумчоррским и Центральным рудниками с годовой производительностью открыто-подземных горных работ, равной 4.5 млн. т в год. Экономический эффект от внедрения результатов работы составит 12 млн. руб. в год в ценах 1999г.

132

1. Автоматизированная система диагностики состояния породного массива на глубоких рудниках новый инструмент исследований в горной геофизике / H.H. Мельников, О.М.Распопов, А.Х. Ерухимов, И.А. Кузьмин. - препр. - Апатиты, 1986. - 21с.

2. Акты визуального обследования состояния горных выработок Расвумчоррского рудника за 1995-1998гг.

3. Андросов А.Д. Технология разработки глубоких карьеров Якутии. Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1996. - 215с.

4. A.c. 1357593 СССР, МКИ Е 21 Г 5/00. Способ определения степени удароопасности массива горных пород / A.A. Смирнов, A.A. Козырев, A.A. Ширяев и др., АН СССР, Кол. Фил., Горн. ин-т. №4077019/22-03, заявл. 10.06.86, опубл. 07.12.87, Бюл. №45.

5. Атлас физических свойств минералов и пород Хибинских месторождений / И.А.Турчанинов, М.П. Воларович, А.Т. Бондаренко и др. Л.: Наука, 1975. - 71 с.

6. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика горных пород. М.: Недра, 1975. -360 с.

7. Барях A.A., Константинова С.А., Асанов В.А. Деформирование соляных пород. -Екатеринбург: УрО РАН, 1996. 203 с.

8. Белов Н.И. Исследование динамической природы горных ударов и обоснование критериев их прогноза: Автореф. дис. канд. техн. наук (05.15.11). Апатиты, 1994. -28 с.

9. Бенявски 3. Управление горным давлением: пер. с англ. М.: Мир, 1990. - 254 с.

10. Борщ-Компониец В.И., Макаров А.Б. Горное давление при отработке мощных пологих рудных залежей. М.: Недра, 1986,- 271 с.

11. Борщ-Компониец В.И., Макаров А.Б. Условия выхода обрушения на поверхность при повторной разработке пологих рудных залежей // Горный журнал. 1993. № 8. - С. 7-12.

12. Борщ-Компониец В.И., Макаров А.Б., Урумов Т.Т. Геомеханические процессы при открытой повторной разработке пологих рудных залежей // Горный журнал. 1993. № 6. -С.41-45.

13. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений. М.: Недра, 1982. - 270 с.

14. Введение в механику скальных пород / ДК. Троллоп, X. Бок, Б.С. Бест и др. // пер. с англ. М.: Мир, 1983. - 276 с.

15. Виттке В. Механика скальных пород: пер. с нем. М.: Недра, 1990. - 439 с.

16. Геодинамический мониторинг при отработке месторождений Кольского полуострова/ H.H. Мельников, A.A. Козырев, A.B. Ловчиков, С.П. Решетняк // Геоэкология. -1996.-№4.-С. 29-40.

17. Геомеханические и технологические особенности разработки запасов зоны стыковки месторождений «Плато Расвумчорр» и «Апатитовый Цирк» / O.A. Яковлев, Б.К. Норель,

18. A.С.Кузьменко, И.А. Едигарев // Научно-технический прогресс в производственном объединении «Апатит». Часть I. М., 1989. - С. 142-148.

19. Геомеханическое обеспечение проектирования развития горных работ на ранее отработанное карьерное пространство / A.A. Козырев, Ю.В. Демидов, А.Н. Енютин,

20. B.А.Мальцев, В Н. Аминов // Геомеханика при ведении горных работ в высоконапряженных массивах. Апатиты, 1998. - С. 25 - 37.

21. Геомеханическое обоснование отработки блоков-целиков на Хибинских рудниках /

22. A.A. Козырев, В.И. Иванов, В.А. Мальцев, В.В. Павлов // Комплексная разработка рудных месторождений и вопросы геомеханики в сложных и особо сложных условиях. Апатиты, 1995.-С. 11-16.

23. Геомеханическое обоснование отработки переходной зоны между карьером и подземным рудником в удароопасных условиях/ A.A. Козырев, Ю.В. Демидов, А.Н. Енютин,

24. Демидов Ю.В., Аминов В.Н. Подземная разработка мощных рудных залежей. М.: Недра, 1991.-205 с.

25. Демидов Ю.В., Гущин В.В., Кайтмазов В.А. Основные тенденции развития подземных работ в условиях повышенного горного давления // Разработка мощных месторождений на больших глубинах. Апатиты, 1983. - С. 3-13.

26. Демидов Ю.В. О классификации систем комбинированной разработки рудных месторождений // Горный журнал. 1995. № 4. - С. 16-19.

27. Демидов Ю.В. Снижение уровня напряжений путем изменения порядка ведения горных работ на горизонте // Приложение результатов исследований полей напряжений к решению задач горного дела и инженерной геологии. Апатиты, 1985.- С.70-74.

28. Демидов Ю.В. Создание высокоэффективной технологии подземной разработки мощных рудных месторождений в условиях повышенного горного давления (на примере Хибинских рудников): Автореф. дис. докт. техн. наук (05.15.02). Апатиты, 1984. - 43с.134

29. Дремов С.Н. Формирование зон повышенной сейсмоактивности в пределах шахтного поля Кировского рудника ПО «Апатит» // Динамические процессы разрушения горных пород.- Апатиты, 1989. С. 63-71.

30. Зарубежный опыт проходки туннелей и камерных выработок / под редакцией В.В.Гущина. Апатиты, 1994. -110 с.

31. Зубков A.B. Разработка методов управления горным давлением на основе решения трехмерных геомеханических задач: Автореф. дис. докт. техн. Наук (05.15.02., 01.02.07.). -Новосибирск, 1990. 37 с.

32. Иванов В.И. Исследование динамических проявлений горного давления при действии тектонических сил (в условиях Хибинских апатитовых рудников): Автореф. дис. канд. техн. наук (05.15.01). М., 1973. - 21 с.

33. Инструкция по безопасному ведению горных работ на рудных и нерудных месторождениях (объектах строительства и подземных сооружений), склонных к горным ударам / ВНИМИ. Л., 1989. - 59с.

34. Казикаев Д.М. Геомеханические процессы при совместной и повторной разработке руд. М. : Недра, 1981. - 288 с.

35. Казикаев Д.М. Особенности геомеханических задач при открыто-подземной разработке месторождений // Основные направления развития открыто-подземного способа разработки месторождений. М.: ротапринт ИПКОН АН СССР, 1987. - С. 30-33.

36. Калмыков В.Н. Обоснование параметров выемки запасов прикарьерных зон системами разработки с закладкой: Автореф. дис. . докт. техн. наук (05.15.02). М., 1995. - 39 с.135

37. Каплунов Д.Р., Шубодеров В.И., Гордин Д.В. Открыто-подземный способ разработки месторождений полезных ископаемых: Препр. М.: ИПКОН АН СССР, 1990,- 14 с.

38. Касахара К. Механика землетрясений / пер. с англ. М.: Мир, 1985, - 264 с.

39. Ковтун Н.В. Разработка технологии перехода с открытых на подземные горные работы и исследование параметров предохранительного перекрытия в сложных горногеологических условиях: Автореф. дис. . канд. техн. наук (05.15.02). СПб, 1996. - 22 с.

40. Козырев A.A. Дифференциация тектонических напряжений в верхней части земной коры с целью управления динамическими проявлениями горного давления: Автореф. дис. . докт. техн. наук (01.02.07). Новосибирск, 1993. - 43с.

41. Козырев A.A. Исследование устойчивости и условий поддержания горизонтальных выработок на апатитовых рудниках Хибинского массива: Автореф. дис. . канд. техн. наук (05.313). Апатиты, 1973. - 30с.

42. Козырев A.A., Павлов В.В., Савченко С.Н. Об оценке устойчивости бортов глубоких карьеров в высоконапряженных скальных массивах // Комплексная разработка рудных месторождений мощными глубокими карьерами. Апатиты, 1995, с. 79-89.

43. Козырев A.A., Савченко С.Н. Исследование взаимного влияния отработки соседних месторождений на напряженное состояние массивов горных пород // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых 1989. - №2. - С. 14-21.

44. Козырев A.A., Савченко С.Н., Мальцев В.А. Особенности напряженного состояния и самообрушения пород висячего бока при отработке мощных месторождений в условиях действия тектонических сил // Проблемы механики горных пород. М., 1987. - С. 195-200.

45. Козырев A.A., Савченко С.Н., Мальцев В.А. Разработка методических принципов диагностики тектонических напряжений в верхней части земной коры с целью управления динамическими проявлениями горного давления: Препр. Апатиты, 1994. - 66 с.

46. Козырев С.А., Енютин А.Н. Особенности отработки высоконапряженных участков Хибинских подземных рудников // Открыто-подземная разработка мощных рудных месторождений. Апатиты, 1995. - С. 64-81.

47. Крапивин В.Н. Прогноз параметров самообрушения и границ развала пород при совместной разработке апатитовых месторождений// Записки СПГТИ, 1994, т. 139, с. 84-87.

48. Куликов В.В. Совместная и повторная разработка рудных месторождений. М.: Недра, 1972. - 327с.

49. Марков Г.А., Савченко С.Н. Напряженное состояние пород и горное давление в структурах гористого рельефа. Л.: Наука, 1984. - 140 с.

50. Марков Г. А. Тектонические напряжения и горное давление в рудниках Хибинского массива. Л.: Наука, 1977. - 213 с.

51. Мельников H.H., Радионов С.Н., Архипов A.B. Комбинированная разработка месторождений Кольского региона // Повышение эффективности комплексного открыто-подземного способа разработки месторождений. М.: ротапринт ИПКОН АН СССР, 1988, с.26-50.

52. Мещеряков Э.Ю. Совершенствование способа управления состоянием прикарьерного массива при подземной разработке ценных руд (на примере Учалинского месторождения): Автореф. дис. . канд. техн. наук (05.15.02). Магнитогорск, 1998.-20 с.

53. Мониторинг геодинамической и геоэкологической безопасности освоения недр и земной поверхности / Д.В. Яковлев, Ю.А. Норватов, Ю.С. Исаев, Г.В. Забродин и др. //137

54. Проблемы reo динамической безопасности: Труды II международного рабочего совещания, Санкт-Петербург, 24-27 июля 1997 г. СПб, 1997. - С. 5 - 18.

55. Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости.- М: Наука, 1966. 707 с.

56. Обеспечение reo динамической безопасности подземных хранилищ газа (ПХГ) /

57. A.Н.Шабаров, Н.В.Кротов, Б.А.Крайнев, АВ.Кубланов // Тр. П международного рабочего совещания «Проблемы reo динамической безопасности», 24-27 июня 1997 г., С-Петербург. -СПб, 1997.- с.259-262.

58. Одинцев В.Н. Отрывное разрушение массива скальных горных пород. М.: ИПКОН РАН, 1996. - 166с.

59. Онохин Ф.М. Особенности структуры Хибинского массива. Л.: Наука, 1975. - 106 с.

60. Опыт отработки блоков-целиков в удароопасных условиях / A.A. Козырев,

61. B.АМальцев, В.В. Рыбин и др. //Горный Журнал. 1996. - № 9 -10. - С. 72-78.

62. Опыт профилактики горных ударов на Хибинских апатитовых рудниках / А.АКозырев, В,.А. Мальцев, В.И. Панин, В.В. Рыбин // Горный Журнал. 1998. - № 4. - С.47-51.

63. Оценка эффективности разгрузки элементов конструкции днищ блоков защитными зонами / Ю.В. Демидов, В.В. Гущин, A.C. Юров, Ф.Г. Меденков и др. // Разработка мощных месторождений на больших глубинах. Апатиты, 1983. - С. 31-36.

64. Панасенко Г.Д., Коломиец A.C. Регистрация наклономером тектонической подвижки в горном массиве // Физика Земли. 1981. - N 12. - С. 88-91.

65. Панин В.И. Исследование напряженного состояния горных пород физическими методами: Автореф. дис. канд. техн. наук (05.311). М., 1970. - 23с.

66. Панин В.И., Турчанинов И.А. Влияние напряженного состояния и трещиноватости массива на скорость распространения упругих волн // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых 1970. - № 2. - С. 32-37.

67. Подгорбунский A.B., Аккуратов М.В. Оценка сейсмоопасности массива горных пород после массовых взрывов // Динамические процессы разрушения горных пород. -Апатиты, 1989. С. 94-100.

68. Прогноз и предотвращение горных ударов на рудниках / под ред. И.М. Петухова,

69. A.М. Ильина, К.Н. Трубецкого. М.: изд - во АГН, 1997. - 376 с.

70. Прогноз параметров частичного самообрушения покрывающих пород /

71. B.Н.Крапивин, В.В. Севастьянов, В.И. Неплюхин, Е.В. Ивановский // Горный Журнал. 1990.- №7. С. 45-47.

72. Проект светодальномерного полигона в стыковочной зоне Расвумчоррского и Центрального рудников АО «Апатит» / Горный институт КНЦ РАН; Руководитель

73. A.А.Козырев; отв. исполнитель Э.В. Каспарьян; исполнители В.В. Рыбин, Е.Э. Каспарьян. -Апатиты, 1997. 6с.

74. Прохоренко В.А. Обоснование устойчивых параметров камер при отработке запасов руд в подкарьерной зоне системами с закладкой на основе учета профиля контура карьера: Автореф. дис. . канд. техн. наук (05.15.02). -М, 1995. 16 с.

75. Регламент на отработку блока 19/24 гор.+252м Кукисвумчоррского месторождения / Горный институт КНЦ РАН; Руководитель Ю.В. Демидов. Апатиты, 1996. - 90 с.

76. Ржевский В.В., Анистратов Ю.И., Ильин С.А. Открытые горные работы в сложных условиях. М.: Недра, 1964. - 294с.

77. Руководство по измерению напряжений в массиве скальных пород методом разгрузки (вариант торцевых измерений) / АН СССР, Кол. Фил., Горн, ин-т; Сост.: И.А.Турчанинов, Г. А. Марков, В.И. Иванов. Апатиты, 1970. - 48 с.

78. Руководство по определению напряженного состояния горных пород в массиве ультразвуковым методом / АН СССР, Кол. Фил., Горн, ин-т; Сост.: И.А. Турчанинов,

79. B.И.Панин. Апатиты, 1970. - 73с.

80. Рыбин В.В. Профилактика горных ударов при отработке запасов переходной зоны между Расвумчоррским и Центральным рудниками в удароопасных условиях // Геомеханика при ведении горных работ в высоконапряженных массивах. Апатиты, 1998. - С. 227 - 236.

81. Рыбин В.В., Мальцев В.А., Енютин А.Н. Ретроспективный анализ взаимосвязи сейсмичности с зонами концентраций напряжений при ведении горных работ // Геомеханика при ведении горных работ в высоконапряженных массивах. Апатиты, 1998. - С. 132 -141.139

82. Савченко С.Н. Исследование напряженного состояния упругих полубесконечных областей (применительно к механике горных пород): Автореф. дис. . канд. физ. мат. наук (01.02.07). -Новосибирск, 1976. - 16с.

83. Савченко С.Н. Закономерности формирования напряженного состояния структурно неоднородных массивов горных пород: Автореф. дис. . докт. техн. наук (05.15.11). -Апатиты, 1994. 40 с.

84. Самообрушение пород при опережающей выемке под висячим боком /

85. B.Н.Крапивин, О.С. Погребняк, А.С. Юров, Ю.П. Сизов // Горный Журнал. 1989. - № 8.1. C.29-30.

86. Селивоник В.Г. Геомеханическое обоснование оптимальных технологических схем двухъярусной отработки бокситовых месторождений: Автореф. дис. . канд. техн. наук (05.15.11; 05.15.02). СПб, 1998. - 18с.

87. Тектонические напряжения в земной коре и устойчивость горных выработок / И.А.Турчанинов, Г.А. Марков, В.И. Иванов, А.А. Козырев. Л.: Наука, 1978. - 256 с.

88. Теория, техника и практика применения комплекса УК «Ультразвук» в задачах горного производства / Сост.: В.В. Тимофеев, В.А. Мальцев, ЮР. Катков, Ф.Г. Меденков,-Информ. листок/ АН СССР; Кол. Фил., Апатиты, 1985.

89. Терентьев В.И., Черных А.Д. Комплексная открыто-подземная разработка прибор-товых и подкарьерных запасов рудных месторождений.- М.: ротапринт ИПКОН АН СССР, 1988,- 243 с.

90. Техника контроля напряжений и деформаций в горных породах / Отв. редактор: В.В.Ржевский. Л.: Наука, 1978. - 232с.

91. Тимофеев В.В., Панин В.И., Меденков Ф.Г. Взаимосвязи сейсмоакустических параметров с удароопасностью пород // Геофизические способы контроля напряжений и деформаций. Новосибирск, 1985.- С. 14-19.

92. Тимофеев В.В. Промышленное применение локальных методов оценки удароопасности горных выработок на рудниках АО"Апатит" // Комплексная разработка рудных месторождений и вопросы геомеханики в сложных и особо сложных условиях. -Апатиты, 1995. С. 46-56.

93. Тимофеев В.В. Разработка ультразвукового метода прогноза удароопасности горных выработок в тектонически напряженных массивах: Автореф. дис. . канд. техн. наук (05.15.11). Апатиты, 1988. - 20с.

94. Тимошенко С.П. Сопротивление материалов. М.: гл. ред. физ. - мат. литер., 1965. -364 с.

95. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород. М.: Недра, 1989. - 488 с.

96. Управление горным давлением в тектонически напряженных массивах / А.А.Козырев, В.И. Панин, В.И. Иванов, С.Н. Савченко и др. Апатиты, 1996. - 159 с. (I часть); 162 с. (Пчасть).

97. Управление обрушением покрывающих пород при разработке мощных рудных месторождений / В.Н. Крапивин, Г.Г. Милехин, B.C. Кожин, Н.И. Дяченко, Ю.В. Демидов // Горный Журнал. 1984. - №6. - С. 50-52.

98. Экспериментальные исследования закономерностей деформирования массива горных пород / A.A. Козырев, В.И. Панин, В.А. Мальцев, М.В. Аккуратов и др. // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых 1996. - № 1. - С. 22-30.141

99. Экспрессные способы определения удароопасности / В.И. Панин, А.А. Смирнов, В.В.Тимофеев и др. // Научно-технический прогресс в производственном объединении "Апатит". М.: ГИГХС, 1989. - С. 126-132.

100. Юматов Б.П. Технология открытых горных работ и основные расчеты при комбинированной разработке рудных месторождений. М.: Недра, 1966. - 147 с.

101. Яковлев В.JL, Андросов А.Д., СаввиновК.Н. Проблемы вскрытия и отработки глубоких горизонтов кимберлитовых карьеров Якутии // Комплексная разработка рудных месторождений мощными глубокими карьерами. Апатиты, 1995, с. 23-24.

102. Ярмухаметов З.Г. Обоснование технологии подземной разработки приконтурных запасов карьеров (на примере Сибайского месторождения): Автореф. дис. . канд. техн. наук (05.15.02). Магнитогорск, 1998.-21 с.

103. Amadei В., Stephansson О. Rock stress and its measurements. Chapman & Hall, 1997,490 p.

104. Johnson J. C. Rockbursts from a global perspective. Gerlands Beitrage zur Geofysik, Band 98, Heft 6, Leipzig, 1990, pp. 474 - 490.

105. Kaiser P., Tannat D., McCreath D. Drift support in burst prone ground. - The Canadian Minning and Metallurgical Bulletin, 1996, Volume 89, pp. 131 - 138.

106. Knoll P. The fluid induced tectonic rockburst of March 13, 1989 in the "Werra" potash mining district of the GDR (first results). - Gerlands Beitrage zur Geofysik, Band 99, Heft 3, Leipzig, 1990, pp. 239-245.

107. Marklund I., Hustrulid W. Large Scale underground mining, new equipment and a better underground evironment - result of a research and development at LKAB, Sweden // Transactions of institute of Mining industry; vol.104; Sept.- Dec. 1993; A125 - A194.

108. Nickson S., Ecobichon D., Leclerc M., Cote E. A metodology for rock mechanics feasibility studies. The Canadian Minning and Metallurgical Bulletin, 1996, Volume 89, pp. 120— 125.

109. Pariseau W., Eitani I. Comparisons between Finite Element Calculations and Field Measurements of Room Closure and Pillar Stress during Retreat Mining // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. &Geomech. Abstr., vol. 18, N 4, august 1981, pp. 305 320.

110. Swanson P., Boler F. The magnitude 5.3 seismic event and collapse of the Solvay Trona Mine: Analysis of pillar / floor stability: US Department of the Interior; Bureau of Mines; Open Files Report 86-95. 1995. - 82 p.

111. U.K. Singh, О J. Stephansson and A. Herdocia. Simulation of progressive falure in handing-wall and footwall for mining with sub-level caving // Transactions of institute of Mining industry; vol.102; Sept.- Dec. 1993; A188-A194.142

112. Yu T., Vongpaisal S. New blast damage criteria for underground blasting. The Canadian Minning and Metallurgical Bulletin, 1996, Volume 89, pp. 139 - 145.

113. РАСЧЕТ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ЭКОНОМИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА

114. Экономический эффект от внедрения рекомендаций достигается за счет снижения потерь полезного ископаемого и за счет снижения затрат на ликвидацию вредных проявлений горного давления.

115. Экономический эффект от снижения потерь рассчитывается по формуле:

116. Э^аЦ-СУОгКп-Ки-РрЭ/Рк где Ц отпускная цена на апатитовый концентрат в 1999 г. Ц =1050 руб /т (42долСША/т);

117. С себестоимость апатитового концентрата по экспертной оценке в 1999 г. С=700руб/т (28долСША/т);- годовая производительность открыто подземных горных работ в стыковочной зоне по проекту 4,5млн.т / год;

118. К„ коэффициент снижения потерь полезного ископаемого за счет применения мероприятий по управлению горным давлением, по опыту отработки Хибинских апатитовых месторождеий К„ ~ 2%;

119. Кц- коэффициент извлечения полезного ископаемого, К„ = 0,9;

120. Рр содержание Р205 в руде, Рр = 14%;

121. Рк содержание Р20з в концентрате, Рк = 39,4%.

122. Экономический эффект за счет снижения потерь составит:

123. Э. = ((1050 700)-4,5-0,02-0,9-0,14) / 0,394 « 10 млн.руб. / год.

124. Э2 = АЗ- СЬ = 1 -2 = 2 млн.руб. / год.

125. Суммарный годовой эффект по двум статьям составит:

126. Э = Э1 + Э2 = Ю + 2 = 12 млн.руб. / год.