автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Исследование проявлений динамических явлений в районах геологических нарушений при разработке мощных железорудных месторождений

С-

Российская академия наук Институт горного дела Сибирского отделения

На правах рукописи

СКЛЯР Николай Иванович

1ССЛЕДОВАНИЕ ПРОЯВЛЕНИИ ДИНАМИЧЕСКИХ ЯВЛЕНИЙ В »АЙОНАХ ГЕОЛОГИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МОЩНЫХ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность 05.15.02. - "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых'

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск 1998

Работа выполнена в Институте горного дела Сибирского отделени Российской Академии наук

Научный руководитель - академик РАН,

Курленя Михаил Владимирович

Официальные оппоненты: - доктор технических наук,

Кулаков Геннадий Иванович; - доктор технических наук, Ренев Алексей Агафангелович.

Ведущее предприятие - Сибирский государственный

индустриальный университет.

Защита диссертации состоится 1998 г. в [О час(

на заседании диссертационного совета Д 003.17.01 в Институте горного р СО РАН (630091,г.Новосибирск,Красный проспект,54).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института горного ^ СО РАН.

Автореферат разослан

■'23- о^

Г"

1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

А.И.Федулов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ . Месторождения полезных ископаемых в ряде регионов России разрабатываются на глубинах до 400-1200 м в условиях тектонической активности и значительной нарушенности массива горных пород. Это ухудшает горно - геологические условия и ведет к росту горного давления. Концентрация напряжений в массиве горных пород приводит к возникновению различных форм динамических явлений от стреляний до ударов горно - тектонического типа, что весьма отрицательно сказывается на технико-экономических показателях работы горнорудных предприятий, а также безопасности людей.

Железорудные месторождения Горной Шории Кондомской группы приурочены к сейсмоактивной Алтае - Саянской складчатой области, лежащей в зоне длительно развивающегося глубинного разлома, вызывающего давление по структурным швам тектонических блоков. Наличие геологических нарушений, скальных разномодульных пород, способных накапливать потенциальную энергию упругого сжатия, неоднородности полей напряжения в массиве горных пород, технологических особенностей отработки месторождений, являются одними из причин возникновения динамических явлений. Типичным примером может служить Таштагольское месторождение, расположенное в непосредственной близости от эпицентральной зоны землетрясения. На месторождении зафиксированы все виды динамических явлений, в том числе 18 горных ударов и ударов горно- тектонического типа, значительная часть которых приурочена к районам геологических нарушений.

Поэтому, задача управления горным давлением при установлении основных закономерностей распределения динамических явлений в массиве горных пород, особенно в районах тектонических нарушений, является весьма актуальной .

Основой диссертации послужили материалы исследовательских работ на шахте Таштагольского рудоуправления, выполненных по решениям производственных совещаний и комплексных научно - исследовательских работ, в рамках тем ГКНТ СССР и АН СССР ¡"Создание интенсивных методов под-?емной разработки рудных месторождений на больших глубинах" (1987-1990 г.г.); "Создать и внедрить эффективную и безопасную технологию ведения горных работ, систем автоматизированного прогноза удароопасности при раз-эаботке удароопасных рудных и нерудных месторождений и строительстве юдземных сооружений" (1986-1990 г.г.), утвержденной постановлением ГКНТ СССР от 29.10.85 г. № 552.

Диссертация является частью завершенных научно-исследовательских ра-5от по темам: "Разработка методических указаний, создание новых и выбор

существующих средств контроля состояния налегающих пород при отработке слепых залежей на рудниках АО "Сибруда" (1994 г.); "Исследование вопросов сокращения запасов руд в предохранительных целиках под сооружения и объекты подземных рудников Сибири с учетом допустимых и предельно допустимых деформаций сооружений" (1995 г.); "Исследование деформированного состояния массива при отработке предохранительного целика северного фланга Таштагольского месторождения"(1996 г.);"Методические указания по контролю состояния налегающих пород при отработке слепых залежей на рудниках АО "Сибруда" (1996 г.); "Изучение напряженного состояния массива, совершенствование методов прогноза и мер борьбы с горными ударами на рудниках Горной Шории" (1995, 1996 ,1997 г.г.), выполненных при непосредственном участии автора.

ЦЕЛЬЮ работы является установление основных закономерностей распределения динамических явлений в районах геологических нарушений для учетг их влияния на технологические процессы, прогноза на этой основе горных ударов и разработка профилактических мероприятий по безопасной отработке мощных железорудных месторождений.

ИДЕЯ РАБОТЫ заключается в использовании экспериментально установ ленных закономерностей распределения динамических явлений в районах гео логических нарушений для прогноза этих явлений и управления горным давле нием при разработке месторождений с массовым обрушением руд.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ:

-определить влияние геологической структуры месторождения и технологи ведения горных работ на интенсивность динамических явлений;

-установить основные закономерности распределения динамических явленш в районах геологических нарушений на удароопасном месторождении;

-осуществить прогноз динамических явлений при ведении горных работ ! зонах влияния геологических нарушений;

-разработать способы управления горным давлением в массиве горных поро, с учетом влияния геологических структур месторождения.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ включают: анализ и обобщение материало отечественного и зарубежного опыта разработки месторождений полезных ис копаемых в сложных горио-геологических условиях, теоретические и жспсри ментальные исследования в производственных условиях, с применением чш ленных методов, статистической обработки данных натурных наблюдемш экспериментальных данных о массиве горных пород с использованием гсоф| зических методов измерений, аналитических исследований полей шшряженн для реальных геологических условий рудных месторождений.

ОСНОВНЫЕ НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ. ЗАЩИЩАЕМЫЕ ЛВЧХ)1'()М: -при подготовке и от работке технологических блоков в районе шахтного ш ля месторождения до тектонических разломов наблюдается рост суммарно сейсмической энергии динамических явлений и их количества, за разломам

- уровень сейсмической энергии динамических явлений и их количество снижаются;

-сейсмическая энергия динамических явлений в массиве горных пород в воронке взрыва, ограниченной крупным геологическим нарушением, локализуется в трех характерных зонах с увеличением и снижением энергии в каждой из них;

- уровень удароопасности массива горных пород определяется порядком отработки технологических блоков и взаимным расположением геологических нарушений, зон опорного давления и очередностью технологических операций

ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ подтверждается:

- использованием при проведении натурных исследований комплекса широко опробованных методов и аппаратуры за контролем напряженно-деформированного состояния массива;

- многочисленными и длительными измерениями в натурных условиях ( более 20 лет для Таштагольского месторождения) поведения массива горных пород в условиях неоднородных полей напряжений;

- положительными результатами принятых технологических решений для безопасной отработки удароопасных ^железорудных месторождений Горной Шории.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы:

- установлено влияние геологических нарушений на геомеханическую обстановку на месторождении при подготовке и отработке технологических блоков: соответственно рост и снижение суммарной сейсмической энергии динамических явлений, электросопротивления и деформации в массиве горных пород в направлении блоков до и за пределами тектонических нарушений;

- установлены закономерности распределения динамических явлений с различной сейсмической энергией в массиве горных пород в районе геологических нарушений при ведении горных работ в зависимости от местоположения технологических блоков и энергии взрывов;

- установлен механизм формирования динамических явлений в массиве горных пород в воронке взрыва, ограниченной тектоническим нарушением;

-выявлено влияние порядка и очередности отработки технологических блоков, включающих разрезку нижележащих горизонтов, оформление воронок под оудущей компенсационной камерой, частичное оформление компенсационной камеры, оформление компенсационного пространства под панелью блока и компенсационной камеры с учетом взаимного влияния геологических нарушений и зон опорного давления на уровень удароопасности массива горных пород.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА состоит :

- в обобщении исходной геологической и геомеханической информации о эудных месторождениях Горной Шории и изучении взаимодействия природных и техногенных факторов;

- в выявлении основных закономерностей распределения динамических явлений в массиве горных пород в районе геологических нарушений при ведении горных работ;

- в разработке профилактических мероприятий по безопасной разработке мощных железорудных месторождений.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы:

- установлены закономерность распределения динамических явлений с различной сейсмической энергией в массиве горных пород в районах геологических нарушений при обрушении технологических блоков и механизм формирования этих явлений в пределах предполагаемой воронки взрыва;

- выполнен прогноз динамических явлений при отработке технологических блоков, учитывающий фактор местоположения геологических нарушений;

- установлено влияние технологических процессов, включающих подготовку к отработке блоков, на уровень удароопасности массива горных пород;

- разработаны рекомендации по предупреждению горных ударов, включающие порядок отработки технологических блоков на месторождении, которые могут быть использованы, кроме Таштагольского рудника, на других горнорудных предприятиях, находящихся в активных геологических зонах.

РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ в промышленности:

Научные результаты и практические рекомендации, разработанные автором, нашли применение и внедрены на удароопасных рудных месторождениях.

Автором, или при его участии, подготовлено более 20 специальных заключений и рекомендации по вопросам прогноза и предупреждения динамических явлений, экономический эффект от внедрения которых составил более 74 млн. руб. ( в ценах 1997 г.)

Научные разработки и положения диссертации использованы при составлении нормативно-методических документов. Отдельные положения исследований автора нашли применение в геомеханическом обосновании проектной документации отработки глубоких горизонтов шахт АО "Сибруда".

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ

Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и получили положительную оценку на Всесоюзном симпозиуме пс горным ударам и выбросам в шахтах "Теоретическое обоснование, предупреждение и обеспечение защиты" (Санкт-Петербург, 1994 г.); Всероссийско? конференции "Управление напряженно-деформированным состоянием массива горных пород при открытой и подземной разработке полезных ископаемых' (Новосибирск-Екатеринбург, 1994 г.); Международном симпозиуме "Пробле мы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых I зонах промышленных агломераций" (Москва - Пермь, 1995 г.); на заседания; комиссий по горным ударам АО "Сибруда" (Новокузнецк, 1985-1997 г.г.) технических совещаниях комиссии по горным ударам Таштагольского рудо

управления (1985-1998 г.г.); на семинаре "Управление напряженно-деформированным состоянием массива скальных пород при разработке полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений" (Екатеринбург, 1996 г.); Всероссийском научно-техническом совещании "Геофизические методы при разведке недр и экологических исследованиях" (Томск, 1996 г.); Международном симпозиуме "Горные науки на рубеже XXI века" (Москва - Пермь, 1997 г.); Всероссийском совещании по проблемам геодинамической безопасности (Екатеринбург, 1997 г.).

ПУБЛИКАЦИИ.

Результаты исследований опубликованы в 31 печатных работах, из них 18 публикаций, включая 1 монографию, авторское свидетельство на изобретение отражают основное содержание диссертации.

ОБЪЕМ И СТРУКТУРА диссертации.

Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 133 страницах машинописного текста, содержит 23 рисунка, 11 таблиц, списка литературы из 113 наименований и 2 приложений.

Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю академику РАН Курлене М.В., д.т.н. Еременко A.A., д.т.н. Шреппу Б.В., к.т.н. Лобановой Т.В., научным сотрудникам лабораторий физико-технических геотехнологий и подземной разработки рудных месторождений ИГД СО РАН, за ценные замечания при выполнении и обсуждении результатов исследований, а также научным сотрудникам институтов ВостНИГРИ, ВНИМИ, СФ ВНИМИ, КГТУ, СГИУ, "Сибгипроруда", работникам АО "Сибруда", Таштагольского, Шерегешевского, Казского рудоуправлений и службам 11111У рудников за советы и помощь, оказанную при выполнении исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе выполнен обзор геологической и горно-технической обстановки на месторождениях Горной. Шории сейсмоактивной Алтае-Саянской складчатой области; изучены общие представления о механизме горных ударов, геомеханических условиях отработки месторождений, методах оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) массива горных пород и способах управления горным давлением.

Глубина горных работ на рудниках Горной Шории составляет 700-1050 м. Отработка месторождений происходит в сложных горно-геологических условиях: мощные рудные тела, наличие региональных глубинных разломов и геологических нарушений, высокие горизонтальные тектонические напряжения, динамические явления различной интенсивности при ведении горных работ.

В тектоническом отношении район Горной Шории представляет собой :ложно построенный антиклинорий, характерной особенностью которого является сильное сжатие в северной части. Район располагается в зоне длительно

развивающихся глубинных разломов, которые являются структурными швами; вдоль швов происходят относительные перемещения тектонических блоков. В районе месторождений расположены и конта!сгируют структурные блоки площадью 25 км2 и более, в которых находятся тектонические нарушения и трещины, контакты руд и пород мощностью от полутора до десятка метров Месторождения находятся в пределах сейсмоактивной зоны Алтае-Саянскон складчатой области, что обуславливает наличие неравномерного поля напряжений. Изучением напряженно-деформированного состояния массива горныя пород на месторождениях занимались СФ ВНИМИ ( С.А. Батугин, А.Т. Шаманская, П.В. Егоров, Л.М. Лазаревич), ВостНИГРИ (Б.В. Шрепп, В.И. Бояр-кин, В.А. Квочин, Т.В. Лобанова, Н.И. Синкевич ), НИГРИ (И.Д. Ривкин), ИГ1 СО РАН (A.A. Еременко, A.B. Леонтьев, С.Н. Попов). По результатам исследований прочностных и деформационных характеристик на Таштагольском, Ше-регешевском, Казском месторождениях оценена удароопасность пород, а также установлены величины и направленность главных напряжений в структур( рудного поля. Для наиболее сложного в разработке Таштагольского месторождения, главное напряжение ст, вне зоны влияния очистных работ действует i северо-западном направлении по азимуту А= 330+15°, нормальные напряжения составляют на глубинах до 660 м ai : : аз = 2,5 уН : 1,3 уН : уН. Дш глубины 900 м они составят oi : с2: а3 = 3 уН : 1,8 уН : уН при той же ориента ции. В зоне влияния очистной выемки происходит перераспределение естественного поля напряжений с изменением направлений главных нормальных на пряжений ( А = 30 - 50°) ai : a2 : a3 = 5 уН : 3,5 уН : уН. Для Таштагольскогс месторождения динамические явления стали постоянным сопровождениен горных работ. За период с 1976 по 1997 г.г. зарегистрировано более 3100 дина мических явлений в том числе 18 горных ударов ( из них 6 горно тектонического типа), 19 микроударов. Количество динамических явлений i течение года составляет до 200 - 250 штук с сейсмической энергией 102 - 10 Дж. В подавляющем большинстве динамические явления, особенно с болыио! энергией, приурочены к геологическим нарушениям и контактам разномодуль ных пород. Выявлена связь между промышленными взрывами и динамически ми явлениями, особенно при подготовке и отработке технологических блоков.

Исследованиями причин возникновения горных ударов и механизма и: проявления занимались ученые России и других стран СНГ: С.Г. Авершин И.Т. Айтматов, С.А. Батугин, А.Я. Бич, Д.М. Бронников, Н.П. Влох, A.B. Зуб ков, П.В. Егоров, A.A. Еременко, М.В. Курленя, В.А. Квочин, Г.И. Кулаков С.В. Кузнецов, А.М. Линьков, И.М. Петухов, А.Д. Сашурин, В.А. Смирнов A.A. Филинков, Е.П. Чистяков, А.Т. Шаманская, Б.В. Шрепп, B.C. Ямщиков i др.

Установлено, что одной из причин возникновения динамических явлений является концентрация потенциальной энергии упругого сжатия горных пород] определяемая относительно большой глубинной разработки месторождений

действующими в массиве напряжениями, геологическим строением и тектоникой района, физико-механическими свойствами пород.

Несмотря на многочисленность выполненных исследований, недостаточно «учены особенности влияния геологических нарушений на механизм формирования и процесс распределения динамических явлений в массиве горных по-эод на удароопасных месторождениях, особенно при разработке технологиче-;ких блоков, учитывая при этом взаимное положение геологических наруше-шй, опорного давления от фронта очистных работ, пространственное местопо-гажение технологических блоков и очагов промышленных взрывов, а также шергию взрывов фактическую и регистрируемую.

Только на этой базе можно осуществить прогноз динамических явлений при ¡едении горных работ и разработать профилактические мероприятия, вклю-шощие эффективные способы управления горным давлением, позволяющие 1рогнозировать и управлять сейсмической энергией динамических явлений как ) зоне влияния очистных работ, так и за ее пределами, на основе использования результатов оценки НДС горного массива.

Анализ состояния вопроса позволил сформулировать цель и задачи иссле-Юваний.

Во второй главе изложены результаты исследования влияния геологиче-:ких нарушений на напряженно- деформированное состояние массива горных юрод. Аналитическими и экспериментальными исследованиями установлено, гто сейсмическая энергия динамических явлений в районах тектонических зон, гонтактов разномодульных пород при отработке технологических блоков, ко-[ебалась от 102- 107 Дж, при этом доля их в общем количестве выделяемой 1нергии составляет до 75%.

За период с 1991 по 1997 г.г. проводилась оценка уровня напряженного со-тояния в районах геологических нарушений электрометрическими методами подземного электрозондирования и электропрофилирования). Изменение кон-актной плотности швов тектонических зон в результате перераспределения гапряжений в массиве, приводит к изменению электросопротивления вдоль [лоскости сместителя по глубине зондирования от тысяч до долей единиц дельного сопротивления. Уровень напряженного состояния массива в райках геологических нарушений определяется по методике крупнобазового лектропрофилирования.

Динамические явления в прилегающем массиве горных пород происходили ри электросопротивлении менее 100 Ом*м, особенно при ведении технологи-еских операций в блоках, расположенных в непосредственной близости от ектонических нарушений. Оценка уровня напряженного состояния массива орных пород вдоль крупных геологических нарушений позволила снизить бъемы натурных наблюдений в шахте и своевременно выделять удароопасные частки шахтного поля для безопасного ведения горных работ (рис.1).

Рис.1. Графики изменения среднегодовых электросопротивлений по данным крупнобазовых зондирований на гор.-280м ц. №7 Юго-Восточного полевого штрека

Оценка деформационных процессов, происходящих в районах геологических нарушений, производилась с использованием методов глубинных реперов в периоды ведения горных работ. Выявлена высокая информативность данного метода контроля, подтверждающего наличие аномальных сдвижений и деформаций в периоды горных ударов и толчков. Удароопасность массива как в рудном теле, так и в области смятия боковых пород, проявляется, в первую очередь, в местах размещения разломов, тектонических трещин, контактов руд и пород в периоды зажима. Накопление энергии упругого сжатия начинается за 2-3 месяца до проявления горного удара. Величины сжатия бортов разломов возрастают до 1,8- 2,1 мм/м. При этом скорости зажима геологических нарушений изменяются от 0,35 до 14 мм/м в месяц. Чередование прямых и обратных смещений, являются признаками оживления разлома (рис.2 а, б).

В третей главе приведены результаты исследований динамических явлений в районах геологических нарушений на месторождении.

Экспериментально определен характер высвобождения сейсмической энергии во времени и с учетом изменения расстояний от центров технологических блоков до очагов динамических явлений при различном их местоположении в шахтном поле (для района Диагонального разлома Таштагольского месторождения).

Рис.2 а. Деформирование массива пород висячего бока на гор.-280м в периоды динамической активности.

Рис.2 б. Характер сдвижения и деформирования массива в районе Диагонального разлома в процессе формирования удароопасной ситуации .

Установлено, что при расположении блоков на расстояниях 110-160 м от тектонического нарушения, суммарная сейсмическая энергия, излучаемая из массива горных пород между блоками и разломом, составила до 2,2* 107 Дж, за разломом - до 1,1*105 Дж, причем за пределами разлома происходит 0,5-27 % динамических явлений от общего их количества (рис.3).

Определены расстояния от центра блоков до очагов динамических явлений, которые колеблются от 55 до 660 м. Максимальная сейсмическая энергия динамических явлений зарегистрирована при отработке блока на северном

фланге месторождения, минимальная - при отработке блока на южном фланг месторождения.

i(-) 22i 71559, € Е(<) tmsoo t

1 V"\£* Яо" у/Л _7 __

'О ftr 55 _ --o

^jnf 1 t9

[^„•liuaossfi Sb-6,

- 5оо -ш -200 -tea о г со too

Рис.3. Изменение расстояний от центров блоков до очагов динамических явл( ний относительно Диагонального разлома (бл.№ 4). 1- 19 - очаги динамически явлений. О - ось Диагонального разлома.

К числу исходных положений при разрешении теоретических и практич« ских вопросов о действии взрыва в горных породах, можно отнести схем формирования динамических явлений в массиве между очагом взрыва и св( бодной поверхностью. Схема формирования динамических явлений в массин горных пород в зоне взрывной воронки в соответствии с теорией взрыва с уч< том ведения горных работ, установлена при известной последовательное! распределения сейсмических событий в пространстве и во времени по лини наименьшего сопротивления (ЛНС). Экспериментальные исследования пров< дены в условиях Таштагольского месторождения при взрывании ряда технол« гических блоков на глубине 800 м от земной поверхности. Свободной повер> ностью являлась Западная тектоническая зона мощностью 1-3 м, заполнение перемятым материалом боковых пород.

Установлено изменение суммарной сейсмической энергии динамически явлений от энергии взрывов, которое описывается гиперболической зависим< стью.

Установлены периоды высвобождения энергии динамических явлений массиве горных пород в пределах воронки взрыва (рис.4 а, б).

Сейсмоэнерговыделение микроударов ,толчков и стреляний в массиве roj ных пород во времени в пределах воронки взрыва, ограниченной тектонич( ским нарушением, формируется в трех зонах с изменением сейсмической эне| щя динамических явлений в каждой из зон: соответственно увеличение и сш жение энергии до предельных значений. Динамические явления в первую оч(

/

редь формируются в ближней зоне от очага взрыва, затем со стороны тектонического нарушения. В последнюю очередь - в центральной части взрывной воронки, при этом скорость их распределения колебалась от 2 до 14 м/час.

П

ЗООО 4000 Т ч

и

Л»«

Ж

V

«

. ♦ I ♦

t.t, t, t, t.

i

t

Рис.4б. Схема формирования динамических явлений в массиве горных пород при взрывах .1 - заряд ВВ; 2 - тектоническая зона; I - III -зоны сейс-моэнерговыделения; to - момент взрыва; t„- последовательность распределения динамических явлений.

В результате происшедших аварий в первой и второй зонах в выработках наблюдались нарушения, включающие поднятие железнодорожных путей, разрушения крепи, изгиб арматуры и др. В третьей зоне интенсивность динамических явлений снизилась, в выработках зарегистрировано образование трещин и сколы в бетонной крепи, обрушение горных пород.

Установлены периоды высвобождения сейсмической энергии в массиве горных пород в пределах воронки взрыва, не ограниченной тектоническим нарушением.

После производства промышленных взрывов происходит снижение сейсмической энергии динамических явлений с 103 - 2* 106 до 102 Дж, затем возрастание энергии до 103- 5* 106 Дж (рис. 5).

Рис.4а. Характер изменения сейсмической энергии динамических явлений во времени при взрывах. 1-5- очередность взрывания ; I -III - зоны сейсмоэнерговыделения.

Рис.5. Сейсмоэнерговыделение динамических явлений во времени при взрывании технологических блоков. 15- очередность взрывания.

В результате произошедших аварий в выработках регистрировались нарушения в виде изгиба арматуры, образования трещин и сколы в бетонной крепи, обрушение горных пород в незакрепленных выработках.

При ведении очистных работ произведен прогноз горных ударов по месту, времени и энергетическому уровню. Прогноз включает : анализ геологической, горнотехнической и геомеханической обстановок на месторождении; выявление динамически активных геологических нарушений; определение формы отработанного пространства; сейсмической энергии промышленных взрывов и горных ударов; выделение районов предполагаемых разрушений в горных выработках. Сравнение прогнозных и практических результатов при отработке ряда технологических блоков показывает достаточную достоверность. Ошибка прогноза не превышает 30-40%.

В четвертой главе произведена разработка и оценка эффективности способов снижения удароопасности массива горных пород.

Оценка эффективности способов снижения удароопасности массива горных пород производилась с применением микросейсмического и электрометрического методов, а также метода измерения деформаций по глубинным реперам.

Значительное влияние на напряженное состояние массива горных пород в районах геологических нарушений оказывали технологические операции в блоках, расположенных в непосредственной близости от них. Проведенные экспериментальные исследования показали, что при известных значениях величин электросопротивления в массиве горных пород и сейсмической энергии горных ударов, микроударов и толчков в районах геологических нарушений, можно снизить удароопасность массива при определенной последовательности ведения технологических операций в блоках, а именно: оформление выпускных воронок под будущей компенсационной камерой; создание подсечного пространства под компенсационной камерой; частичное оформление компен-

сационной камеры; оформление подсечного пространства под панелью блока; оформление компенсационной камеры.

Уровень удароопасности массива горных пород определяется выбором порядка отработки технологических блоков. Разрезка нижележащих горизонтов месторождения с позиции снижения уровня удароопасности, должна осуществляться при размерах отработки в вышележащем этаже, равных 1,9-2,7 средней мощности рудной зоны. Формирование удароопасной ситуации наблюдается в в районах крупных геологических нарушений при размерах отработки, больших указанного соотношения, но не более 3,9- 4,6 средней мощности рудной зоны. Установлено, что при пересечении технологических блоков крупными геологическими нарушениями, для снижения удароопасности, горные работы следует, в первую очередь, производить от участка горных пород с повышенной концентрацией напряжении со стороны висячего бока нарушения к районам с пониженной концентрацией напряжений. Дальнейшее развитие горных работ осуществляется в лежачем боку геологического нарушения в технологических блоках в той же последовательности.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение задачи по установлению основных закономерностей распределения динамических явлений в массиве горных пород в районах геологических нарушений при разработке мощных ударо-опасных железорудных месторождений, обеспечивающих эффективную и безопасную отработку рудных тел.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Установлено влияние геологических нарушений на геомеханическую обстановку на удароопасных месторождениях при подготовке и отработке технологических блоков. Сейсмическая энергия динамических явлений в районах тектонических зон, контактов разномодульных пород колеблется от 102 до 107 Дж. При этом их доля от общего количества динамических явлений составляет до 75 %.

2. Определено влияние технологических операций в очистных блоках Таштагольского месторождения на величины электросопротивления массива горных пород в районах геологических нарушений; при подготовке к отработке ряда технологических блоков, электросопротивление в районе тектонического нарушения мощностью 1-6 м, изменялись от 10 до 20000 Ом, энергия динамических явлений составила 102 - 1,7*106 Дж при энергии промышленных взрывов 2,9*103 - 8,5*107 Дж; электросопротивление в районе тектонического нарушения мощностью 1-3 м снизилось до 10-105 Ом*м , энергия микроударов и толчков колебалась от 7,9*103 - 8,4*106 Дж при энергии взрывов 3,7* IО4 -5,7*106Дж.

3. Установлено , что удароопасность как в рудных телах так и в боковых породах, проявляется в первую очередь, в местах разломов, тектонических нарушений, контактов разномодульных пород в периоды их зажима. Накопление потенциальной энергии сжатия в районах тектонических разломов происходит в течение 2 -3 месяцев до горных ударов. Линейные величины сжатия бортов разломов составляют 0,3 - 0,9 мм/м, а в отдельных случаях 1,4 -2,1 мм/м, при этом скорости зажима разломов изменяются в пределах 0,35 -1,8 мм/м в месяц.

4. Установлено, что при расположении технологических блоков на расстояниях 110 - 160 м от тектонического нарушения, суммарная сейсмическая энергия динамических явлений в массиве горных пород в интервале между блоками и разломом, составила 2,2*107 Дж, за разломом - 1,1* 105 Дж, причем за пределами разлома происходит 0,5 - 27% горных ударов, микроударов и толчков от общего их количества. Определены расстояния от центров блоков до очагов динамических явлений, которые колеблются от 35 до 660 м.

5. Определен механизм формирования динамических явлений в массиве горных пород. Сейсмоэнерговыделение горных ударов, микроударов и толчков во времени в пределах воронки взрыва, ограниченной тектоническим нарушением, формируется в трех зонах с изменением сейсмической энергии в каждой из зон. Максимальная энергия динамических явлений определена в первой зоне, равная 9*102 - 108 Дж, минимальная - в третьей зоне - 2*103 - 3,4* 106 Дж. Горные удары, микроудары и толчки в первую очередь формируются в ближней зоне от очага взрыва, в последнюю очередь - в центральной части взрывной воронки, при этом скорость их распределения колеблется от 2 до 14 м/час. Изменение суммарной сейсмической энергии толчков от энергии промышленных взрывов, описывается гиперболической зависимостью.

6. Процесс высвобождения сейсмической энергии динамических явлений во времени в массиве горных пород в пределах воронки взрыва, не ограниченной тектоническим нарушением, происходит в течении 1 - 3250 часов при энергии от 102 до 5*106 Дж. Для снижения сейсмической энергии горных ударов, микроударов и толчков и перераспределения динамических нагрузок, рекомендовано производить промышленные взрывы с интервалами не более 70 -90 суток.

7. Осуществлен прогноз горных ударов, микроударов и толчков при отработке технологических блоков, включающий анализ геомеханической и горно-геологической обстановок с установлением динамически активных геологических нарушений с использованием микросейсмического и электрометрического методов, а также метода глубинных реперов. Ошибка прогноза не превышает 30- 40%.

8. Для снижения возможности возникновения динамических явлений на месторождении разработаны профилактические мероприятия. Определены условия формирования удароопасной ситуации в конструктивных элементах системы разработки в зависимости от месторасположения геологических наруШе-

ний. Ведение технологических операций в определенной последовательности снижает уровень удароопасности в районах тектонических нарушений.

9. Уровень удароопасности массива горных пород определяется выбором порядка отработки технологических блоков. Разрезка нижележащих горизонтов, с позиции удароопасности, должна производиться при размерах отработки вышележащего этажа, равных 1,9- 2,7 средней мощности рудной зоны. При размерах отработки, отличных от указанных, удароопасность будет иметь место в районах размещения крупных тектонических нарушений.

Основные результаты опубликованы в следующих работах:

1. Влияние технологии выемки рудных тел на возникновение горных ударов. Кемерово: Академия горных наук, 1997. 123с. (соавторы: И.Ф. Матвеев, Ю.А. Шевелев).

2. Прогноз динамических явлений при производстве массовых взрывов //ФТПРПИ. 1996.№ 1 .С.15-2.(соавторы: М.В. Курленя, A.A. Еременко, С.П. Усоль-цев, В.А. Еременко).

3. Опыт прогноза динамических явлений при производстве массовых взрывов. // Горный журнал. 1994. №6. С.36.(соавторы: М.В. Курленя, A.A. Еременко).

4. Особенности развития деформационных процессов в массиве горных пород при проведении промышленных взрывов на удароопасном месторождении. // ФТПРПИ. 1995. №5. C.25-3I.(соавторы: М.В. Курленя, A.A. Еременко, В.В. Кочетов и др.)

5. Причины возникновения динамических проявлений на шахте Ташта-гольского рудоуправления. // Тез. докл. "Управление напряженно-деформированым состоянием массива скальных пород при разработке полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений, 4- 7.06.1996 г." Екатеринбург, С.34-36.( соавторы: В.К. Климко, В.А. Ваганова, JI.M. Лазаревич).

6. Разработка методических основ для проведения горных выработок после массовых взрывов в условиях высокого горного давления Таштагольской шахты. И Тез. докл. " Управление НДС массива скальных пород при разработке полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений, 4-7.06.1996 г." Екатеринбург. 1996. С.68-7Ц соавторы: В.А. Ваганова, Л.М. Лазаревич).

7. Обобщение результатов режимного профилирования на Таштаголь-ском месторождении.// Тез. докл. "Управление НДС массива скальных пород при разработке месторождений полезных ископаемых и стр оительстве подземных сооружений, 4-7.06.199c г." Екатеринбург. 1996. С.154-1 56.(соаэторы: В.А. Ваганова, В.К. Климко и др.).

8. Некоторые закономерности деформирования массива горных пород Таштагольского месторождения при подработке горными работами. И Тез. докл. "Управление НДС массива скальных пород при разработке мес i ^рождений по-

лезных ископаемых и строительстве подземных сооружений, 4-7.06.1996 г." Екатеринбург. 1996. С.171-173.(соавторы: В.А. Квочин, Т.В. Лобанова и др.).

9. Измерение расстояний по реперам наблюдательных станций на поверхности Таштагольского рудника. // Тез. докл. "Управление НДС массива скальных пород при разработке месторождений полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений, 4-7. 06.1996 г." Екатеринбург.1996. С. 173-174.( соавторы: В.К. Климко, А.И. Щербаков и др.).

10. Измерения электросопротивлений массива в районах тектонических нарушений по мере ведения горных работ. // Тез. докл. "Управление НДС массива скальных пород при разработке месторождений полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений , 4-7.06. 1996 г." Екатеринбург. 1996. С.181-183.( соавторы: Л.М. Лазаревич, В.А. Ваганова и др.).

11. Оценка напряженности массива в северном торце Таштагольского месторождения. // Тез. докл. "Управление НДС массива скальных пород при разработке месторождений полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений, 4-7.06.1996 г."Екатеринбург.1996.С.230-232.(соавторы: Б.В. Шрепп, A.B. Мозолев, Н.И. Сенкевич и др.).

12. О разработке обширных рудных залежей под охраняемыми объектами. // Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых в зонах градопромышленных агломераций : Материалы Междунар. симпозиума SPM- 95. Екатеринбург, 1997. С.136-141.(соавторы: А.И. Анушен-ков, A.M. Фрейдин, В.А. Шалауров).

13. Выбор рационального режима ведения взрывных работ в удароопас-ных условиях Таштагольского месторождения. // Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых в зонах градопромышленных агломераций: Материалы Междунар. симпозиума SPM- 95. Екатеринбург, 1997. С. 141-144.( соавторы: И.Ф. Матвеев, Ю.А. Шевелев).

14. Система управления горным давлением. И Материалы симпозиума по горным ударам и внезапным выбросам в шахтах: теоретическое обоснование, прогнозирование, предупреждение и обеспечение защиты, 5-9.06.1994. Санкт-Петербург, 1994. С.23-25. (соавтор В.К. Климко ).

15. Применение геофизических методов при исследовании НДС горного массива и прогноза горных ударов на Таштагольском месторождении. /7 Материалы Всероссийского научно-технического совещания "Геофизические методы при разведке недр и экологических исследованиях, 18.03.1996 г." Томск, 1996. С.3.( соавторы: В.А. Ваганова, Л.М. Лазаревич).

16. About seismik effect of industrial explosions on the pillar state under protected objects. // 4th international Symposium on Rocbursts and Seismicity in Mines. 11-14.08.1997, Krakow, Poland (M.V. Kurlenja, A.A. Yeryomenko, V.A. Yeryomen-ko).

17. Оценка напряженности массива в северном торце Таштагольского месторождения. // Тез. докл. Всероссийской конференции " Управление НДС

массива горных пород при открытой и подземной разработке полезных ископаемых, 23.-25.05.1994 г." Новосибирск- Екатеринбург, 1994. С.64. (соавторы: Б.В. Шрепп, Н.И. Синкевич и др.).

18. Опыт наработки схемы управления горным давлением на Ташта-гольском руднике. //Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых. Сборник научных трудов, № 10. Кемерово, 1996. С.61-66.(соавторы: В.А. Ваганова, JI.M. Лазаревич).

19. Оценка методики подземного электропрофилирования на Ташта-гольском месторождении. // Совершенствование технологических процессов при разработке полезных ископаемых. Сборник научных трудов, №10. Кемерово, 1996. С.66-69.( соавторы: В.А. Ваганова, Л.М. Лазаревич).

20. Методические указания по контролю состояния налегающих пород при отработке слепых залежей на рудниках АО "Сибруда". Новокузнецк, 1996. 51с.( Комитет Российской Федерации по металлургии, АО "Сибруда", Вост-НИГРИ).

21. Оптимизация величины удельного расхода взрывчатых веществ на отбойку рудной массы для условий Таштагольского рудоуправления. // Техника и технология разработки месторождений полезных ископаемых: Межвузовский научно-технический сборник Вып. №2. Новокузнецк: СибГТМА,1996. С.123-132.(.соавтор И.Ф. Матвеев).

22. Причины сейсмических явлений в районе ствола "Северный" на Ташташльском руднике (Горная Шория). // Техника и технология разработки месторождений полезных ископаемых: Межвузовский научно-технический сборник. Вып.№ 2. Новокузнецк: СибГГМА, 1996.С.140-145.(соавтор C.B. Моисеев).

23. Исследование удароопасного массива при сооружении вертикальных стволов // Горный журнал.1996.№1-2.С.88-92.(соавторы: Б.В. Шрепп, A.B. Мозолев, Н.И. Синкевич, В.Н. Никитин).

24. Контроль НДС массива на Таштагольской шахте при отработке блоков, осложненных тектоническими нарушениями. II Тез. докл. Международной конференции "Горные науки на рубеже XXI века 12-19.09.97г. SPM-97". М.Пермь. С.170-171.( соавторы: В.А. Ваганова, Л.М. Лазаревич).

25. Исследование влияния технологии очистных работ на геомеханическое состояние удароопасного массива на рудных месторождениях. // Тез. докл. Международной конференции " Горные науки на рубеже XXI века 1219.09.97г. SPM-97 ". М,- Пермь. C.191-192.(coaBTopbi: Ю.А. Шевелев, И.Ф. Матвеев).

26. Исследования влияния промышленных взрывов на эпицентральную зону землетрясения. // Тез. докл. Международной конференции " Горные науки на рубеже XXI века 12-19.09.97г. SPM-97". М.-Пермь. С. 110-111.(соавторы: М.В. Курленя, A.A. Еременко, С.П. Усольцев).

27. Исследование закономерностей формирования и управления НДС массива на Таштагольском месторождении по наблюдениям за развитием деформационных процессов. // Материалы X Межотраслевого координационного совещания по проблемам геодинамической безопасности . Екатеринбург, 1997. С. 152-155.(соавторы: В.А. Квочин, Т.В. Лобанова, М.Ф. Петухов и др.).

28. Способ сооружения горной выработки. А.С.№ 1553708. Опубл. 30.03.1990. Бюл. № 12.(соавторы: П.И. Сенцов, A.A. Александров, В.Г. Венг-ловский).

29. О сейсмическом воздействии промышленных взрывов на НДС массива горных пород лежачего бока Таштагольского месторождения // Колы-ма.1998.№1. С.15-19. (соавторы: А.А Еременко, В.А. Еременко, Д.А. Цыганков).

30. Методические рекомендации по предупреждению ударов горно- тектонического типа на железорудных месторождениях Сибири. //Новокузнецк, ВостНИГРИ. 1997г. 26 с.

31. Региональная оценка удароопасности отрабатываемых блоков, осложненных тектоническими нарушениями. // Совершенствование технологических процессов при разработке месторождений полезных ископаемых: Сб. на-учн. тр. №12. "Кузбасстехнология". Кемерово. 1997. С.54-59. (Соавторы: В.А. Ваганова, О.В. Шипеев, Л.М. Лазаревич).