автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование технологии повторной разработки рудных месторождений, отработанных камерно-столбовой системой

РГБ ОА 1 1 МаГ N96

На правах рукописи УДК 622.274.1:273.217

Юн Руслан Борисович

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОВТОРНОЙ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, ОТРАБОТАННЫХ КАМЕРНО-СТОЛБОВОЙ СИСТЕМОЙ

Специальность 05.15.02 - Подземная разработка месторож-

дений полезных ископаемых

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 1996

Работа выполнена в АО "Жезказганцветмет" и Московской государственной геологоразведочной академии

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор КУЛИКОВ В.В., доктор технических наук, профессор КОВАЛЕВ H.A., доктор технических наук, профессор ФЕДУНЕЦ Б.И.

Ведущее предприятие - институт ВИОГЕМ

диссертационного совета Д.053.20.01 при Московском государственном открытом университете по адресу: 129805, г.Москва, ул.Павла Корчагина, 22

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного открытого университета.

Защита состоится " " 0-/у>г/!Л

часов на заседании

в ауд.

Автореферат разослан

Ученый секретарь

диссертационного совета д.техн.наук, проф.

Захаров Ю.Н.

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы в рудной промышленности проблема повторной разработки становится одной из основных. Особенно актуальна она применительно к месторождениям, отрабатываемым камерно-столбовой системой, при которой потери полезного ископаемого достигают 20-30 иногда 40% (Жезказган).

Камерно-столбовая система разработки по своей основной идее предполагает сохранение от обрушений налегающей толщи. Эта предпосылка предопределила при решении проблемы повторной разработки первостепенное значение законов геомеханики. Поэтому в данной работе, помимо чисто технологических исследований, широкое распространение получили исследования по: устойчивости налегающей толщи, кровли камер, целиков; влиянию различного рода естественных и искусственных (наведенных) факторов на прочность подземных конструкций; установлению влияния на смежные горные массивы различных способов повторной отработки и т.п. Извлечение руды из недр, особенно при повторной разработке, сопровождается нарушением равновесия горного массива. Правильное понимание особенностей протекания процессов горного давления позволяет управлять этими процессами, направлять их в нужное для производства русло.

Объектами повторной разработки при камерно-столбовых системах являются, главным образом, рудные целики, которые при первичной разработке обеспечивали устойчивость вмещающих пород. Выполнение повторной разработки ведет к изменению способа управления горным давлением, когда обязательное местное поддержание толщи пород целиками заменяется поддержанием искусственными целиками, закладкой, упрочненными целиками или обрушением кровли.

В настоящее время на рудных месторождениях отмечается уменьшение содержания полезных компонентов в руде. В таких случаях повторная разработка ранее отработанных залежей с более высоким содержанием металла становится эффективным путем решения проблемы восполнения сырьевой базы.

Актуальность данной проблемы, в частности по Жезказгану, отмечалась в раде решений горной группы Академии Наук под руководством академика Агошкова М.И. (протокол № 7 от 7.06.86г., г.Алма-Ата), НТС Госгортехнадзора и МЦМ КазССР (9.06.87г., г.Алма-Ата), НТС МЦМ СССР (16.11.85г., г.Москва), Коллегии Комгортехнадзора -Республики Казахстан (4.05.95г~~Алма-Ата):

Целью работы является создание технологии подземной повторной разработки залежей, отработанных камерно-столбовой системой, обеспечивающих безопасную и высокую эффективность извлечения списанного в потери полезного ископаемого.

Идея работы заключается в использовании методов управления горным давлением для создания технологии повторной разработки, обеспечивающей приведение горного массива в новое равновесное состояние.

Методы исследований: изыскание новых способов повторной разработки, натурные эксперименты и наблюдения по определению деформационных и прочностных характеристик и действующих напряжений и смещений в массиве горных пород, численное и физическое моделирование геомеханических процессов при повторной разработке, аналитические расчеты устойчивости, промышленные эксперименты, технико-экономический анализ.

Научные положения, защищаемые автором".

- дано обоснование принципа выбора технологии повторной разработки, заключающегося в изменении способа управления горным давлением, выбираемым в зависимости от состояния земной поверхности, состояния выработанного пространства, степени соприкосновения с соседними залежами (или участками), наличия надработки и подработки

установлена эффективность подземной повторной разработки, определяемая содержанием металла, мощностью отрабатываемых залежей, глубиной их залегания, а также количеством овеществленного труда, перенесенного горнорабочим на тонну добычи;

- описан процесс деформации междукамерных целиков: при небольших сроках стояния целики деформируются без заметного проявления реологических процессов в результате постепенного накопления хрупких

повреждений массива. При длительном стоянии междукамерных целиков начинают проявляться реологические процессы, причем существенную роль в их развитии играет естественная трещиноватость. Установлена физико-математическая модель деформирования трещиноватых целиков, в основу которой положены законы, описываемые моделью Бюргерса и дилатантной деформацией;

- установлена зависимость деформации подрабатываемых подземной повторной разработкой бортов карьеров в условиях существования больших горизонтальных напряжений от ориентировки главного действующего напряжении в массиве. При подработке бортов, ориентированных вкрест максимальных горизонтальных напряжений и находящихся под воздействием минимальных горизонтальных напряжений, направленных вдоль борта, потеря устойчивости обусловлена наличием в массиве двух направлений сдвига борта, формируемых двумя призмами: сдвига и упора, разделенных между собой поверхностью сдвига, положение и ориентировка в пространстве которой задается местом расположения жесткого (барьерного) целика прочностными свойствами массива и контакта с закладкой. В бортах, ориентированных по направлению максимальных горизонтальных напряжений, формирование призмы упора предотвращается боковым зажимом борта окружными напряжениями, удерживающими сдвигающуюся часть прибортового массива за счет сил трения по торцам призмы сдвижения;

- установлено, что отработка камерных запасов и междукамерных целиков ведет к перераспределению напряженного состояния непосредственной кровли. В районе кровли между забоем и первым междукамерным целиком в силу значительного различия их жесткости происходит резкий изгиб кровли и соответственно возникает большая концентрация напряжений, ведущая к образованию заколов и частых обрушений кровли в призабойном пространстве, что предопределяет целесообразность использования в этих условиях погрузочно-доставочных машин с дистанционным управлением;

установлено, что при извлечении барьерных целиков линия максимальных смещений в налегающей толще отклоняется от нормали к

кровле на угол, зависящий от горизонтальной компоненты природного поля напряжений и угла падения залежи;

разграничив; шыс г . . . ,

горизонтальные напряжения превышают гравитационное давление налегающей толщи более 7 раз;

- установлено, что в условиях неравномерного поля горизонтальных напряжений эллипсоидные воронки обрушения приводят к высокой концентрации напряжений вдоль длинной оси эллипса. Для уменьшения этих напряжений рекомендуется проведение повторной разработки (или погашение выработанного пространства) в направлении короткой оси воронки обрушения до придания ей формы круга.

Достоверность научных положений, выводов к рекомендаций достигнута надежностью и представительностью исходных данных, использованием геомеханических моделей поведения горных массивов адекватных реальным условиям натуры, применением для расчетов апробированных методик, хорошей сходимостью величин расчетных параметров с данными, полученными из расчетов промышленных и натурных экспериментов.

Научное значение работы заключается в установлении основных закономерностей проявления горного давления в условиях эксплуатации месторождений камерно-столбовой системой разработки и на этой основе создание способов повторной разработки, обеспечивающих высокую эффективность и безопасность горных работ.

Практическая ценность работы состоит в:

- создании новых способов повторной разработки, позволяющих за счет использования установленных закономерностей проявления горного давления обеспечить безопасность и эффективность подземной повторной разработки, в результате чего существенно расширить сырьевую базу Жезказганского комбината;

разработке способов направленного управления обрушением налегающей толщи, позволившем вести повторную разработку в сложных условиях перекрывающихся и смежных залежей;

определены конкретные величины

1срном фланге Жезказганского месторождения максимальные

- создании методики установления очередности погашения выработанных пространств, учитывающей реологические особенности поведения междукамерных целиков;

- обосновании возможности извлечения целиков под охраняемыми объектами с сыпучей закладкой выработанного пространства.

Реализация работы. Разработанные технические решения и способы повторной отработки использованы п технологических регламентах и рабочих проектах на повторную разработку н зоне обрушения Восточного рудника, естественно-принудительное погашение ослабленных участков шахты "Покро", в районе панелей 62, 63 тахты 65 Южного рудника, в районе панели 4 шахты 55 Западного рудника при отработке разделительного целика между Златоуст-Беловским карьером и шахтой 57 Восточного рудника, при отработке барьерного целика, расположенного между панелями 4-5 шахты 57 Восточного рудника. В результате из потерь возвращено более 6,5 млн. т руды с ожидаемой прибылью не менее 650 млрд. руб. Полученный экономический эффект составляет 70,5 мярд. рублей.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы обсуждались на конференции "Охрана недр и окружающей среды на основе комплексного использования минерального сырья" (Усть-Каменогорск, 1989г.), на XI Всесоюзном семинаре по измерению напряжений в массиве горных пород (Новосибирск, 1990г.), на Всесоюзной конференции "Физические процессы горного производства" (Москва, 1991г., 1995г.), на симпозиуме "Геомаркшейдер-1" (Москва, 1991г.), на научных конференциях Московской Государственной геологоразведочной академии (Москва, 1993, 1995, 1996гг.).

Публикации. Основные положения опубликованы в 27 научных работах и 12 авторских свидетельствах на изобретения и патентах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, изложена на 341 странице машинописного текста, включает 54 таблицы, 100 рисунков, список использованной литературы из 152 наименований.

Автор выражает глубокую признательность коллегам по работе, а также докторам технических наук Макарову А.Б. и Жукову В.В. за всестороннюю помощь и поддержку на всех этапах выполнения диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Снижение содержания металла в руде на предприятиях цветной металлургии и увеличение глубины горных работ, а также возрастающая потребность в сырье потребовали переоценки запасов полезного ископаемого на действующих предприятиях и изыскания эффективных способов повторной разработки. В настоящее время проблеме повторной разработки уделяется большое внимание. Перечень авторов, ею занимающихся говорит о большой актуальности проблемы: Агошков М.И., Барон Л.И., Борщ-Компониец В.И, Бектаев С.М., Ильин С.А., Именитов В.Р., Казикаев Д.М., Каплунов Д.Р., Куликов В.В., Макаров А.Б., Малахов Г.Н., Малахов И.Н., Попов Г.Н., Полищук A.A., Ржевский В.В., Цыгалов М.Н., Черный Г.И., Юматов Б.П. и др.

Среди месторождений, где ведется повторная разработка, особое место занимает Жезказганское месторождение, во-первых, остротой постановки вопроса необходимости повторной разработки; во-вторых, сложностью месторождения с точки зрения механики горных пород. Жезказганское месторождение можно считать одним из самых трудных по управлению геомеханическими процессами, протекающими при выемке полезного ископаемого. Пологое залегание пластообразных рудных тел Жезказгана, высокие прочность руд и устойчивость вмещающих пород обусловили широкое применение различных вариантов камерно-столбовой системы разработки, необходимым условием которого было, поддержание налегающей толщи в равновесии при помощи различного рода целиков. В настоящее время в Жезказгане ежегодно оформляется более 1000 междукамерных целиков и обнажается кровля площадью около 500 тыс.м2. В результате длительной эксплуатации образовано выработанное пространство объемом более 185 млн. м3. Особенностью этих пустот

является го, чго они не представляют единого выработанного пространства, разделены ленточными барьерными и панельными целиками на отдельные изолированные друг от друга участки. Всего в выработанном пространстве оставлено около 50 тыс. столбчатых междукамерных целиков (МКЦ) и несколько сот барьерных (БЦ) и панельных (ПЦ), однако в массиве горных пород вдут необратимые геомеханические процессы, в результате чего на отдельных участках происходят массовые разрушения междукамерных целиков и обрушения налегающей толщи. За весь период эксплуатации Жезказганского месторождения зафиксировано 13 обрушений с выходом на дневную поверхность.

Ежегодно на рудниках происходят отслоения кровли в выработанное пространство, суммарная площадь которых составляет 2-3% от общего обнажения, и разрушается 2-4% междукамерных целиков. При этом установлено, что барьерные и панельные целики являются надежным средством локализации массовых разрушений МКЦ. В результате обследования и оценки состояния выработанных пространств, проведенных в 1995г. выявлено 62 ослабленных участка, из них требуют разработки специальных инженерных мероприятий, предотвращающих возникновение обрушений налегающей толщи, 11 участков. Массовые разрушения междукамерных целиков, особенно сопровождающиеся обрушением земной поверхности, осложняют технологию ведения горных работ или приводят к авариям, что отрицательно сказывается на режиме работы рудников. В связи с этим, в Жезказгане возникла необходимость планомерного погашения пустот, что должно привести к разрядке геомеханической ситуации на опасных участках. Целесообразно одновременно с погашением выработанного пространства вовлечь в повторную добычу списанные запасы, сосредоточенные в целиках, кромках, в почве и кровле залежей.

Жезказганское месторождение отрабатывается с 1926г. Уже извлечено около 60% запасов балансовых руд, расположенных в основном в центральной части рудного поля. Активными запасами рудники АО "Жезказганцветмет" обеспечены на 20-25 лет. В настоящее время подготавливаются запасы на флангах месторождения в пределах полей шахт

Анненского, 73-75 и Акчий-Спасского рудников. В Анненском горном районе 40% рудных тел имеют угол падения от 15 до 45° и более.

За последние 20-25 лет содержание меди в добываемой руде уменьшилось в 2-2,5 раза и составляет 0,8-0,9%, потери в целиках составляют 131,9 млн. т рудь! со срад11им содержа1и1см-меди1,б! -или-2,1 млнт металла илТГоколо 18% отрабатываемых запасов. Неотработанные запасы в рудных корках, "мостах" и кромках достигают 17% и более, неотработанные запасы руд в очистных панелях составляют 35%.

Таким образом, после первичной разработки Жезказганского месторождения в недрах остались значительные запасы руды, потерянной в целиках. Поэтому повторная разработка Жезказганского месторождения по объему производства конечного продукта равносильна строительству нового горно-металлургического комбината, однако по объему капитальных вложений несоизмеримо более выгодна.

Общая концепция повторной разработки Жезказганского месторождения состоит в следующем:

- определяющим при выборе участка и способа повторной разработки являются особенности протекания геомеханических процессов, правильный учет которых должен привести не только к эффективной, но и безопасной повторной отработке;

- повторную разработку списанных запасов ведут в тех горных районах, где балансовые запасы или уже отработаны, или ведут одновременно с первичной разработкой с использованием существующих вскрышных и горнокапитальных выработок, мощностей по подъему, промплощадок и закладочных комплексов;

- совмещение повторной и первичной разработок месторождения во времени позволяет достичь усреднения товарной руды, отгружаемой на обогатительные фабрики;

- повторную разработку ведут комбинированным способом открытыми и подземными горными работами, границу между которыми устанавливают технико-экономическим анализом;

- на участках с охраняемыми объектами на поверхности или на участках сопряжения открытых и подземных горных работ поддержание

подработанных толщи пород и бортов действующих карьеров осуществляется закладкой;

- на участках, где допустимо погашение налегающей толщи и бортов карьеров, повторную разработку ведут подземным способом с обрушением.

Основные трудности возникают в прогнозе поведения массива при извлечении целиков, установлении допустимых границ н рационального способа погашения выработанного пространства и порядка повторной разработки. Основой для такого прогноза является анализ полей напряжений и смещений в массиве горных пород как в процессе первичной разработки, так и их изменений в ходе повторной разработки. Поэтому для обеспечения повторной отработки необходимо изучение состояния массива как нарушенного горными работами, так и ненарушенного. При этом необходимо знание механических свойств реальных трещиноватых горных массивов не только при кратковременных, но и при продолжительных (до нескольких десятилетий) воздействиях нагрузок на массивы и конструкции систем разработки. Необходимым также является изучение напряженного состояния массива горных пород, не тронутого горными работами.

Изучение напряженного состояния массивов горных пород нами и рядом авторов проводилось в Жезказгане методом разгрузки. Было установлено, что поле напряжений в массиве не стационарно, а изменяется во времени, анизотропно (в каждой точке горизонтальные напряжения не равны) и неоднородно, т.к. изменяется от точки к точке. Установлено, что в Жезказгане максимальное горизонтальное напряжение изменяется от 97 до 12 МПа, т.е. более чем в 8 раз; максимальные горизонтальные напряжения субмеридиальны, минимальные - субширотного простирания.

Проведенные эксперименты с трещиноватыми искусственными целиками, а также многочисленный анализ статистических данных разрушения реальных МКЦ позволили установить коэффициенты структурного ослабления конструкций систем разработки, которые для МКЦ изменяются от = 1 при а/1т = 4 до V/ = 0,25 при а/И = 0,5. Здесь а - поперечный размер целика, Ь - его высота.

При изучении механизма реологического деформирования горных пород мы исходили из предположения, что природа ползучести горных пород во

многом определяется их минералогическим и структурным строением. На микроскопическом уровне большинство из пород представляет собой совокупность твердых кристаллических частиц, скрепленных цементирующим материалом. Аналогию можно провести по отношению к

строению пород на макроскопическом уровне_-^совокупность—твердых-

структурных блоков и материала заполнителя трещин. В большинстве случаев процесс ползучести можно рассматривать как совокупность деформаций, так и движение структурных единиц. Проведенные в последнее время исследования ползучести кристаллических горных пород с использованием современной электронно-оптической аппаратуры позволили установить, что длительное деформирование поликристаллических горных пород является результатом, во-первых, изменения кристаллической решетки, во-вторых, взаимодействия структурных единиц н, в-третьих, раскрытия трещин всех уровней. Главный вывод, следующий из анализа результатов проведенных исследований заключается в том, что ползучесть горных пород представляет собой совокупность четырех параллельно протекающих элементарных процессов:

1) упругой деформации;

2) вязкого течения, являющегося результатом движения структурных единиц относительно друг друга;

3) пластической ползучести, являющейся результатом изменения в кристаллическом строении;

4) дилатантной ползучести, являющейся результатом образования и раскрытия трещиноватости.

Эти элементарные процессы протекают одновременно и могут бьггь рассмотрены независимо друг от друга. Общее уравнение деформирования с учетом упругой деформации может быть представлено в виде:

е(1) = Е0 + £,(1) + е2(г) + е3(1) , (1)

где ео - мгновенные упругие деформации;

Е1(0 - вязкое течение;

Е2(0 - пластическая ползучесть;

ЕзО) - дплатантная ползучесть.

В раскрытом виде приведенное выражение представлено следующим видом;

с(0 = ао/Е» + о0 11 - ехр(-1/1г)] /Е, + (Оо - аг) 1/ц2 + (2)

+ о0 ' 1>6 {1 - ехр ЬОЛТ» /Е3 , где ао - приклад!>таемая нагрузка (действующие напряжения); Ео -модуль мгновенной упругости; Е| - модуль длительной упругости; tт - время релаксации; стг - предел пластичности; я - параметр дилатансии, определяемый экспериментально; Ез - модуль дилатантной упругости; ги -коэффициент вязкости; I* - время разрушения.

После исследований статистических данных о деформировании целиков во времени, а также анализа результатов наблюдений за сдвижением земной поверхности было установлено, что целики способны деформироваться в значительно более широких пределах, чем это позволяет упругость материала. Однако результаты, полученные при испытании образцов скальных пород Жезказганского месторождения на реологические свойства, свидетельствуют о незначительной их ползучести. В связи с этим нами были выполнены исследования влияния трещиноватости целиков на их реологические свойства.

Под действием длительной нагрузки в целиках происходит уплотнение, а отчасти и разрушение заполнений по плоскостям трещин, что вызывает необратимые псевдопластические деформации целика. Кроме того, при длительной нагрузке в отдельных структурных блоках также проявляются незначительные реологические свойства. Таким образом, общая упруго-псевдопластическая деформация длительно нагруженного целика значительно превышает предел упругости материала целика и вызвана сочетанием многих факторов, основные из которых - трещиноватость и время. В натурных условиях определение общих закономерностей влияния трещиноватости на деформируемость горных пород во времени очень затруднено, поэтому нами использованы модели целиков, выполненных из эквивалентных материалов.

Исследования были проведены на образцах из эквивалентного материала. Испытания на ползучесть проводились на рычажном стабилометре, осуществляющем одноосное сжатие образцов. В результате опытов били

выделены три стадии деформирования. Первая стадия характеризуется убывающей скоростью ползучести (неустановившаяся ползучесть), вторая -постоянной (установившаяся ползучесть), а третья - возрастающей (стадия разрушения)- Ж.С. Ержанов показал, что в горных породах при напряжениях, превышающих некоторое значение, зависимость мг.жпу напряжениями и деформациями ползучести становится существенно нелинейной. Причем, если напряжение ниже предела длительной прочности, то деформация ползучести затухает, а при значениях напряжения, превышающих этот предел, она становится незатухающей. В наших опытах до напряжений, составляющих 40% от разрушающих, процесс ползучести моделей целиков можно считать линейным. При повышении уровня напряжения до 50% линейность процесса ползучести сохраняется только на первой стадии деформирования, а на второй стадии ползучесть имеет нелинейный характер. Так как в практике ведения горных работ коэффициент запаса прочности целиков обычно принимают 2,5-3, то в реальных условиях наиболее вероятно появление линейного характера ползучести.

Полученные экспериментальные данные позволяют оценить модуль деформации трещиноватых целиков при длительном нагружении. По результатам проведенных опытов соотношение модулей деформации моделей трещиноватых и монолитных целиков изменялось от 0,43 (при условно-мгновенном нагружении) до 0,12 (при длительном нагружении). В среднем оно составляло 0,27, что соответствует стадии установившейся ползучести , т.е. модуль деформации трещиноватого целика при длительном нагружении не превышает 27% от модуля упругости монолитного образца при кратковременном нагружении.

По итогам анализа результатов испытаний моделей целиков определены следующие значения параметров ползучести (табл.1). Параметры дилатантной ползучести с уровнем нагружения 40 и 50% от разрушающих нагрузок для монолитных целиков и для трещиноватых целиков приведены соответственно в табл.2 и 3.

Параметр Трещиноватый целнк Монолитный исл и к

Модуль дилатантной ползучести Ез 1,6 МПа 2,8 МПа

Предел пластичности 3,6 МПа 4,4 МПа

Коэффициент вязкости 1,3 • 109 МПа • с 1,58 • Ю8 МПа • с

Коэффициент пластической вязкости 503112 МПа ■ с 577080 МПа • с

Таблица 2

Параметр СТО = 40% (а! сто = 50% (ст|

t* 136 часов 130 часов

S 4,95 3,863

Таблица 3

Параметр сто = 40% (а) ст0 = 50% [о]

t* 102 часа 96 часов

S 4,95 3,782

Для условий Жезказганского месторождения также была рассмотрена реологическая модель поведения, использующая ядро ползучести. Вид ядра ползучести зависит от материала и определяется из эксперимента. Мы используем ядро ползучести, предложенное Ж.С. Ержановым. Таким образом, закон деформирования целиков принят следующий:

е(1) = е(0) + e(0)5t(f-°V(l - а), (3)

где е(0) - мгновенные деформации; e(t) - деформации в момент времени t; 5 и а - параметры ядра ползучести.

Опыты с моделями монолитных и трещиноватых целиков позволили определить параметры ядра ползучести, которые приведены в табл.4.

Трещиноватый целик Монолитный целик

а 0,767 0,801

5 (с) 0,0042 0,0038

Для подтверждения правильности полученных параметров нами было определено время стояния ряда целиков. Использовалась формула (3). Для проведения деформаций на стадии упругого состояния было использовано выражение:

в(0) = Ь[стд - (1 - Уц)уН]/Ец , где Ец , - модуль упругости и коэффициент Пуассона для пород целика, од - действующее в целике напряжение.

Результаты расчетов для МКЦ № 29 панели 8 шахты 55 и М К Ц № 647 панели 10 шахты 45 показали, что расчетное время стояния целика № 29 равно 20,6 годам (фактическое - 19 лет), целика № 647 - 15,9 годам (фактическое 5-13 лет), что говорит о хорошей сходимости данных практики с предрассчитанными.

Повторная подземная разработка в Жезказгане отличается большим разнообразием. Одна из проблем, стоящих в Жезказгане заключается в изыскании способа отработки разделительного целика (РЦ) между открытыми и подземными горными работами, а также отработки целиков в рудном поле шахты 57 Восточного рудника, прилегающем к разделительному целику.

По проекту Гипроцветмета между карьером Златоуст-Беловский и шахтой 57 был оставлен разделительный целик шириной около 100 м и мощностью до 40 м. Высота подрабатываемого борта достигала 270 м, угол его наклона 44°. Участки, примыкающие к разделительному целику, были отработаны камерно-столбовой системой с барьерными целиками (БЦ) и столбчатыми междукамерными целиками (МКЦ). Борт карьера был подработан несколькими панелями шириной 120-150 м и удерживался в равновесии, главным образом, разделительным и барьерным целиками. Объектом повторной разработки являлись запасы руды в некоторых барьерных и междукамерных целиках.

Оценка геомеханической ситуации, наблюдаемой при подработке борта карьера, была выполнена с использованием численного моделирования методом локальных вариаций (Азарнов A.B.). Начальное состояние природного подл напряжений для данного участка было определено методом разгрузки для некоторого состояния горных работ (рис. 1), затем была выполнена реконструкция природного поля напряжений. Учитывая, что карьер имеет в плане форму эллипса, использовано известное решение о распределении окружных напряжений на контуре эллиптической выработки, в котором искомым являлись величины горизонтальных компонент природного поля, а известными параметрами - измеренные величины окружных напряжений в двух точках контура. Решением системы уравнений получены значения горизонтальных компонент природного поля напряжений на северо-восточном фланге Жезказганского месторождения, максимальная превышает гравитационное давление пород налегающей толщи в 7,2 раза, промежуточная - в 1,3 раза.

Исследования геомеханических процессов в прибортовом массиве проводились по этапам повторной разработки, начиная с окончания первичной добычи. Расчетное напряженно-деформированное состояние массива и оценка его устойчивости, сложившаяся до начала повторной разработки принято за базу сравнения, по отношению к которому изучалось изменение состояния массива по мере доработки запасов в целиках.

Было установлено, что первый этап повторной разработки, заключающийся в извлечении междукамерных целиков от разделительного до первого барьерного целика, существенных изменений в устойчивости массива не вызывает, кроме образования зоны высоких значений критерия разрушения (до 60% от разрушающих) от верхнего угла барьерного целика в сторону борта карьера. В натуре по этому направлению было отмечено появление трещины. Более значительные последствия были отмечены после извлечения барьерного целика. Зона возможного сдвижения прибортового массива, оконтуренная нулевой изолинией критерия разрушения, заглубляется в массив до следующего барьерного целика.

Рис. 1. План горных работ на участке измерения напряжений

Смещение массива на этой стадии характеризуется наличием двух зон с разным знаком вертикальных смещений: опускание в верхней части массива и поднятие вблизи дна карьера. Это дало основание предположить возникновение в массиве трещины, показанной на рис.2 штрих-пунктиром, разделяющей призму сдвига и призму упора.

Полученные результаты позволяют предположить, что поведение борта карьера в этом случае описывается схемой деформаций, принятой для откосов, опирающихся на слабое основание. Это предполагает, что в подработанном борту возникают две призмы (рис.3): призма упора (\2) и призма сдвига (У|). Условие предельного равновесия в данном случае, сведенное к формуле коэффициента запаса устойчивости подработанного борта, может быть определено по следующему выражению:

п = [фетр + уу2) с'У/Осохр , (4)

где 11 - коэффициент запаса; уь - объемы призм сдвига и упора; I], -длина границ призм сдвига и упора; с, с' - сцепление в массиве и по контакту кровли с закладкой; ф, <р'- угол внутреннего трения в массиве и трения по контакту кровли с закладкой; 1 - угол неровностей поверхностей сдвига.

Описанная схема нашла свое подтверждение натурными наблюдениями за смещением массива по подземной профильной линии и образованием трещин отрыва при сдвижении борга, наблюдаемом при посадке выработанного пространства поля шахты 57 Восточного рудника.

Основные принципы повторной разработки барьерного целика, расположенного между двумя панелями, заложенными закладкой, нами были рассмотрены в условиях панелей 3,4 шахты 57 Восточного рудника. Математическое моделирование последствий извлечения барьерного целика показало наличие отклонения линии максимальных сдвижений от нормали к кровле в сторону падения залежи на некоторый угол, который отличается от величин, предрассчитанных по известным формулам ВНИМИ для определения угла максимальной подработки.

Рис.2. Оценка устойчивости прибортового массива после повторной разработки

Рис.3. Расчетная схема устойчивости борта карьера

Данный эффект объяснен взаимодействием двух факторов: угла падения залежи и больших по величине горизонтальных напряжений. Отработка барьерного целика ведет к разгрузке напряжений, действующих на контуре. В результате максимальные деформации разгрузки массива происходят по направлению действия результирующего вектора нагрузки. Величину угла отклонения рекомендуется определять по формуле:

0 = агс^Ю - X) 5ш2а / (со.^а + X ягАх))^ , (5)

где а - угол падения залежи; X. - коэффициент бокового распора, показывающий отношение значения максимального горизонтального напряжения к вертикальному.

Рассчитанный по приведенной формуле угол максимальных сдвижений для условий рассматриваемой задачи (а = 6°, X - 4,8) равен 0 = 21°, что достаточно хорошо совпадает со значением этого угла (19°), полученного по результатам численного моделирования.

Следствием влияния указанных факторов явилось смещение мульды сдвижения в сторону падения залежи и таким образом оказалось, что под железной дорогой располагались участки сдвижения не с максимальными оседаниями. По нормативам для линий железных дорог общего пользования допустимыми деформациями земной поверхности являются: растяжение-сжатие 5 ■ 10"3; наклон 5 • 10"3 . Полученные по нашим расчетам деформации растяжения-сжатия и наклон в районе железной дороги имеют порядок Ю"5, т.е. на два порядка меньше допустимых. Это ■означает, что линия железной дороги на панелях 4, 5 после отработки барьерного целика между ними может эксплуатироваться без каких-либо ограничений.

Среди возможных способов погашения выработанного пространства, с точки зрения горного давления, самым сложным следует считать способ с обрушением налегающей толщи, так как обрушение на отдельном участке залежи или на отдельной залежи может привести к разрушению целиков и обрушению пород кровли там, где оно должно быть исключено.

При рассмотрении способов повторной разработки с обрушением кровли необходимо иметь в виду следующие особенности Жезказганского месторождения:

- разделение в плане залежей жесткими ленточными барьерными целиками на отдельные выемочные участки (панели), в пределах которых предполагалась локализация разрушения целиков и обрушения кровли;

- наличие внутрипанельных опор (МКЦ), находящихся под защитой барьерных (массивных) целиков, т.е. МКЦ за счет барьерных целиков в определенной мере разгружены от веса вышележащей толщи;

- наличие на участках, подлежащих погашению, большого количества разрушенных или близких к разрушению целиков;

- высокая жесткость налегающей толщи за счет наличия в ней мощных слоев крепких серых песчаников;

- наличие в природном поле напряжений значительной тектонической составляющей;

- перекрытие выработанных пространств отдельных залежей.

Указанные особенности предопределяют следующий характер развития

процесса сдвижения над ослабленными и разрушенными участками:

- существующие ослабленные участки и зоны обрушений, разъединенные между собой жесткими опорами, практически не взаимодействуют между собой;

- интенсивность процесса сдвижения зависит от пролета ослабленного участка, степени разрушения МКЦ и структуры налегающей толщи.

При полном разрушении МКЦ на достаточно большой площади начинается обрушение кровли, развивающееся вверх по разрезу, захватывая вышележащие породы, пока не будет остановлено мощным слоем серых песчаников (порода-мост). В случае торможения процесса обрушения породным мостом происходит зависание вышележащих пород над мостом. Вес зависающих пород через мост серых песчаников передается на его опоры, формируя в этих местах значительное по величине опорное давление. Если опоры моста представлены прочной конструкцией, то процесс сдвижения локализуется, если опоры с недостаточной несущей способностью, то происходит их разрушение и в сдвижение вовлекаются новые горные массивы. Поэтому одной из задач при погашении обрушением выработанных пространств является локализация области

разрушения горного массива для того, чтобы обрушение не прорвалось на участки, на которых оно запрещено технологией горных работ.

Повторная разработка с управляемым обрушением налегающей толщи была проведена в поле шахты Покро на залежах, где выработанное пространство было разделено панельными целиками на панели шириной 80-100 м; кроме того, в выработанном пространстве были оставлены барьерные и массивные целики. На момент рассмотрения повторной разработки этого участка образовалось выработанное пространство длиной около 900 м и шириной более 600 м.

В связи с тем, что было извлечено несколько панельных целиков, произошло три крупных их разрушения. После двух обрушений развитие зоны обрушения происходило главным образом по площади. По высоте развитие сдерживалось мощным слоем серых песчаников (порода-мост). После третьего обрушения, обстановка на шахте Покро стабилизировалась, дальнейшее разрушение МКЦ не наблюдалось. Однако, сложившаяся на тот момент ситуация, когда 29% от общего числа МКЦ полностью разрушены, а суммарная площадь обрушений достигла 27% от общей площади выработанного пространства возникла опасность возникновения мощной ударной воздушной волны вследствие внезапного обрушения толщи пород на значительной площади. Кроме того, это могло повлечь за собой обрушения на соседних участках, смежных с зоной обрушения, где проводились горные работы и находились люди.

Зоны обрушения и ослабленные зоны разделены между собой жесткими опорами, в виде барьерных, массивных и панельных целиков. Пролеты этих зон таковы, что начавшееся после разрушений МКЦ обрушение пород налегающей толщи достигло слоя серых песчаников и замкнулось на нем и произошло зависание толщи пород на мощном слое серых песчаников с пустотой между контуром обрушения и обрушенными породами высотой до 20 м. Зависшая часть массива образует зону опорного давления вокруг обрушенных участков. Для погашения ослабленного участка шахты необходимо было, во-первых, создать площадь обнажения, лишенную массивных опор, на которой бы произошло обрушение пород до поверхности; во-вторых, необходимо ликвидировать возможность

восприятия слоя серых песчаников нагрузки от веса вышележащей толщи; в-третьих, надо было создать условия запрограммированного в пределах определенных рамок обрушения налегающей толщи.

Для осуществления этих задач было предложено:

а) провести отработку (с полевой подготовкой) жестких опор (барьерные, "массивные и панельные целики). Это мероприятие увеличивает пролет очистного пространства в пределах, где возникают условия обрушения пород кровли до поверхности;

б) ля я ликвидации зависания слоев на границе обрушения предусмотрено разрушение заделки несущих слоев пород-мостов путем бурения и взрывания вееров скважин;

в) использовать минные заряды над центром выработанного пространства для инициирования начала обрушения налегающей толщи.

Одной из задач, решаемых в проблеме погашения пустот на шахте Покро, явилось направленное формирование объема принудительного обрушения и создание на границах площади этого обрушения опор, адекватных ожидаемому опорному давлению. В связи с этим, большой интерес представляла оценка степени устойчивости междукамерных целиков. Для этого нами было проанализировано состояние 670 междукамерных целиков, которое показало, что среди всей совокупности целиков не зарегистрировано ни одного случая разрушения МКЦ с отношением высоты к ширине 11/(1 меньше 0,6, а доля разрушенных МКЦ с 11/(3 до 1,0 весьма мала - всего 6%. При дальнейшем увеличении значения показателя формы удельный вес разрушенных МКЦ быстро возрастает и достигает максимума при 11/(1 = 3,9-4,2. Приведенная статистика позволяет сделать утверждение, что доминирующим фактором устойчивости целика является его форма. Вторым фактором, существенно влияющим на устойчивость целиков, является его отстояние от кромки залежи или массивного целика. Если отстояние целика от массивной опоры обозначить номером ряда (Р), то степень разрушения рассмотренной выше совокупности междукамерных целиков может быть представлена диаграммой, показанной на рис. 4, из которой следует, что вблизи жестких опор целики находятся в лучшем состоянии. Проведенный анализ состояния междукамерных целиков

показал, что целики с отношением высоты к поперечному размеру равному и меньше единицы, способны выдерживать нагрузки опорного давления и, таким образом, в состоянии предотвратить процесс их разрушения.

Зависание налегающей толщи пород на участках с разрушенными МКЦ происходит за счет торможения процесса обрушения мощными слоями прочных серых песчаников, играющих роль "породы-моста" и способных выдержать обнажение на большой площади. Для разработки мероприятий по погашению выработанного пространства с разрушенными целиками составим схему расчета устойчивости породы-моста. Мост из слоя серых песчаников мощностью т, залегающих на глубине (по почве слоя) 1\м, имеет снизу свободную поверхность плошадыо Б, возникшую в результате разрушения М1СЦ и обрушения части налегающей толши пород. Сверху мост нагружен веером пород налегающей толщи уЬм8, который удерживается в состоянии равновесия за счет сил сцепления и трения по периметру Р участка обрушения. Величину сил, удерживающих в равновесии мост, определим по формуле:

Ру.д = рте + 2 (о]а + озЬ) т tg ф , (5)

где с, ф - сцепление и угол внутреннего трения в массиве серых песчаников; а, Ь - размеры зоны обрушения в плане; а], аз -горизонтальные компоненты природного поля напряжений. Формулу (5) представим в виде критерия устойчивости моста:

Им/т = 2[с(а + Ь)/уаЪ + Ьм(Х,а + Х3Ь) 1ёФ/аЬ] . (6)

Здесь величины Ьм и т являются параметрами моста, X] и -параметрами природного поля напряжений, с и ср - параметрами прочностных свойств массива, а и Ь - параметрами зоны обрушения, а у -параметром гравитационного поля. Из данного выражения следует, что мост серых песчаников будет неустойчив, если правая часть уравнения меньше левой.

Анализ устойчивости моста в условиях шахты Покро показал, что наличие массивных и барьерных целиков затрудняет полное обрушение налегающей толщи и погашение существующего выработанного пространства.

Диаграмма2

Рис.4. Распределение удельного веса разрушенных целиков

в зависимости от их формы и удаленности от жестких опор

Стр 1 26

Предусмотрен комплекс мероприятий по одновременному погашению выработанного пространства и повторной добыче. Выемка жестких (барьерных и массивных) целиков ведет как к образованию пролета кровли, достаточного для обрушения налегающей толщи, так и для получения полезного ископаемого с высоким содержанием металла.

Горные работы с обрушением кровли ведут к образованию зоны опорного давления за счет зависающей толщи пород по краям выработанного пространства. Для ослабления налегающей толщи и более полного ее обрушения нами разработан комплекс мероприятий, к которым относятся: обуривание скважинами по периферии обрушаемого участка слоев прочных серых песчаников и взрывание этих скважин; бурение скважин в красноцветных породах и заполнение их водой, что существенно снижает несущую способность пород; взрывание минных зарядов в налегающей толще в центре выработанного пространства, которое должно инициировать обрушение налегающей толщи. На границе погашаемого выработанного пространства и прилегающего к нему отработанного горизонта предусмотрено сооружение породной полосы, в которую укладывается пустая порода, 'полученная из полевых выработок, сооружаемых для извлечения массивных и барьерных целиков. Эта полоса, выполняя роль искусственного барьерного целика, предотвратила развитие обрушения в прилегающие выработки.

В условиях Южного рудника нами была проведена повторная разработка с обрушением кровли изолированного участка. Специфика этого способа заключается в том, что к отработке планировались как междукамерные, так и барьерные целики. Причем в первую очередь с полевой подготовкой извлекаются междукамерные целики, что ведет к обрушению кровли, которая заполняет выработанное пространство, тем самым подбучивая барьерные целики, дальнейшее извлечение которых происходит с минимальными потерями. Исследования этого способа проводились по рудной залежи, разрабатываемой на глубине 380-400 м. Полное самообрушение налегающей толщи происходит при эквивалентных пролетах, достигающих или превышающих глубину залегания выработанного пространства. Эта зависимость отражает тот факт, что с

увеличением глубины растет боковой зажим массива, препятствующий обрушению, поэтому для посадки налегающей толщи требуются большие

-срезающие-напряжения,-что-достигается-за-счет-увеличения

неподдерживаемого пролета.

Как показал анализ параметров, отрабатываемых панелей, их эквивалентные пролеты в 2-3 раза меньше глубины залегания. Это означает, что после извлечения МКЦ внутри панелей после отслоений кровли на небольшую мощность налегающая толща над ними зависнет, т.к. существующие пролеты недостаточны для начала полного самообрушения. Отсюда следует важный практический вывод: для управления кровлей обрушением необходимо увеличение площади погашаемого участка или включение в отработку нового структурного элемента. К последнему можно отнести флексурную зону, примыкающую к отработанным панелям и отрабатываемую системой с обрушением кровли. Соединение выработанного пространства с очистными выработками во флексуре привело к посадке основной кровли (рис. 5) и тем самым были ликвидированы зависания налегающей толщи.

Извлечение междукамерных целиков производится из полевых выработок. Подготовка панелей начинается с проведения доставочных штреков. От доставочных штреков под каждый МКЦ проводится буро-погрузочный заезд. Из буро-погрузочных заездов обуриваются целики, причем необходимо перебуривание целика в кровле, которое выполняется для последующей посадки непосредственной кровли, выполняемой до разрушения МКЦ. Таким приемом удается подбучить междукамерный целик и предотвратить разлет и потери руды.

Рис.5. Схема посадки основной кровли за счет использования обрушений во флексурной зоне

Опыт отработки барьерных целиков показал, что при скважинной отбойке руды без захода в выработанное пространство и сторцевым выпуском через полевую траншею наблюдается усиленное проявление горного давления в виде сколов крупных блоков с груди забоя. По крупным трещинам, начинающимся у кровли рудной залежи, под действием опорного давления скалывается призабойная часть массива. На горизонте буро-погрузочного штрека толщина сколов достигает 3 м. В результате этого теряются (срезаются) взрывные скважины, образуется негабарит, что отрицательно сказывается на производительности труда на погрузке, вызывает дополнительные затраты на вторичное дробление. Для предотвращения повышенного давления рекомендована искусственная податливость, создаваемая в породах почвы путем опережающего камуфлетного взрывания зарядов в скважинах. Искусственная податливость опережает отбойку руды на 5-6 м.

Способ повторной отработки барьерных целиков сделал необходимым сооружение некоторой защитной конструкции, которая предотвращала бы разлет руды при его взрыве. Для решения этого вопроса предлагается сооружение вдоль контуров барьерных целиков искусственных ограждений -опор. Сущность рассматриваемого способа заключается в сооружении из боковых пород искусственных опорных элементов заданной несущей способности, предлагается сооружение двух типов опорных элементов:

- путем оконтуривания в породах кровли, отделения и установки на почве выработки блока пород с сохранением в максимальной степени естественной структуры;

путем разрушения пород кровли с формированием опорной конструкции скреплением твердеющей смесью породных отдельностей.

Для формирования породных опор вдоль оси барьерного целика проводится в кровле закладочный штрек, из которого веерами нисходящих скважин над камерами производят секционную отбойку кровли с последующим омоноличиванием отбитых пород твердеющей закладкой. Сформированная таким образом опора обладает прочностью на 25-30% большей, чем скрепляющая ее закладка.

Интерес представляет повторная разработка МКЦ, проводимая непосредственно в очистном пространстве. Однако работа в камерах, которые были оформлены ранее, связана с повышенной опасностью. В связи с этим нами разработан способ повторной разработки с обрушением кровли и выемкой полезного ископаемого из очистного пространства с использованием погрузо-доставочных машин с дистанционным управлением. Отработку междукамерных целиков, сформированных при выемке основных запасов рудной залежи камерно-столбовой системой, ведут буровзрывным способом. Целики разбуриваются из открытого очистного пространства. Управление горным давлением осуществляется естественным обрушением пород основной кровли. Все работы, связанные с присутствием людей и техники в открытом выработанном пространстве, должны производиться в пределах предельного пролета основной кровли и прекращаться перед достижением предельной величины обрушаемой основной кровли. Величина шага обрушения консольно зависающих пород кровли определяется из выражения:

Lo = { [0,5 (H-ho)Vtg2(45° - ф'/2) ] since tgq> + СН } /

/ {уН simo (sine - costo tgip) } , (7)

где lig = in - H (Kp - 1); y1, <p' - соответственно объемный вес и угол внутреннего трения пород в массиве; у, ф - соответственно объемный вес и угол внутреннего трения пород в массиве; со - угол наклона линии сдвига к горизонту (в Жезказгане 75-90°); с - удельное сцепление пород в массиве; Н - глубина разработки.

Реализован данный способ повторной отработки в условиях панели 3 шахты 55, расположенной на глубине около 300 м при мощности залежи от б до 16 м. Залежь залегает полого с углом падения 8-10°. Технология извлечения целиков следующая: бурение шпуров в МКЦ, находящихся под защитой необрушенных пород кровли, взрывание последнего ряда целиков перед обрушением, затем их погрузка погрузочно-доставочной машиной Того-5018 с дистанционным управлением. Для обеспечения безопасности работ по бурению линия обуриваемых целиков отделена от границы неподдерживаемой кровли как минимум одним рядом уже обуренных целиков.

Для определения отслоений непосредственной кровли при извлечении МКЦ было использовано решение C.B. Кузнецова о величине действующих срезающих напряжений у жестких опор. В результате были получены зависимости действующих срезающих напряжений в кровле у граничных МКЦ от образованного неподдерживаемого пролета и мощности кровли (рис. 6). Анализ этих данных показал, что ожидаемые обрушения непосредственной кровли в пределах действия погрузодоставочной машины не должны превышать 1,5-2,0 м.

Экономический анализ, выполненный применительно к наиболее перспективному способу повторной разработки с полевой подготовкой, показал, что выемка междукамерных целиков рентабельна при содержании металла в руде 1,5% для всех рассматриваемых вариантов (рис. 7). При содержании металла 1,2-1,4% становится нерентабельной выемка междукамерных целиков высотой до 6 м. В случае более низкого содержания нерентабельной становится выемка все более высоких целиков и в результате при содержании металла 0,6% зона нерентабельной выемки охватывает МКЦ высотой от 6 до 8 м. Выемка барьерных целиков рентабельна для всех рассмотренных вариантов.

Совместная выемка междукамерных и барьерных целиков нерентабельна только при содержании металла 0,6%, когда мощность залежи 6 м и меньше.

Рентабельность выемки целиков повышается по мере увеличения содержания металла в руде. Глубина разработки заметно влияет на величину прибыли лишь при выемке МКЦ, причем это влияние резко уменьшается с увеличением высоты целиков и содержания металла в руде.

Г/ОН)

|

1 1 1 1

!

с/г гнУ 7м

О 20 40 60

(го т

гоо Цмйо

Рис.6. Зависимости действующих срезающих напряжений в кровле от пролета неподдерживаемой кровли и ее мощности

ЗАКЛЮ ЧЕНИЕ

В диссертации на основании выполненных автором исследований и разработок сформулированы и обоснованы научные положения, совокупность которых можно квалифицировать как решение научной проблемы по совершенствованию технологии подземной повторной разработки рудных месторождений, проводимой в сложных геомеханических условиях, созданных первичной разработкой мощных пологих рудных залежей камерно-столбовой системой.

Основные научные результаты, практические выводы и рекомендации диссертации заключаются в следующем:

1. Весь комплекс исследований позволил сформулировать основные положения методики развития повторной подземной добычи, сводящиеся к тому, что;

а) при отработке запасов в элементах, не несущих вертикальную нагрузку (почва, мосты, кровля), влияние повторной разработки проявляется только в снижении несущей способности целиков;

б) при извлечении запасов внутри панелей (междухамерных и разделительных целиков) происходит увеличение пролета выработанного пространства от размеров камер до размеров панелей и отчасти качественное изменение проявления горного давления;

в) при извлечении жестких целиков (барьерных, панельных, массивных) происходит значительное увеличение (в 2-3 раза) эффективных пролетов выработанного пространства и резкое проявление всех форм протекания процессов горного давления вплоть до обрушения налегающей толщи до земной поверхности.

2. Установлена реологическая модель поведения целиков при воздействии на них длительной нагрузки. Состояние целиков описывается как сумма мгновенной упругой деформации, вязкого течения, пластической и дилатантной ползучести.

3. Создана методика прогноза состояния междукамерных целиков в зависимости от времени их стояния, глубины горных работ и мощности залежи, позволившая провести районирование Жезказганского

месторождения для определения очередности участков погашения пустот и повторной разработки.

4. Исследованиями природного поля напряжений по данным инструментальных измерений в борту карьера установлено, что на северном фланге Жезказганского месторождения максимальные горизонтальные напряжения превышают гравитационное давление налегающей толщи более, чем в 7 раз, минимальное горизонтальное - в 1,3 раза.

5. В случае обрушения пород кровли до поверхности установлено влияние природного поля напряжений на проявление горного давления в прилегающих к обрушению панелях. За счет воронки обрушения (выреза в земной коре) происходит прирост почти в 2 раза действующ™ главных напряжений. Даны рекомендации по порядку повторной отработки панелей, прилегающих к зоне обрушения.

6. Выявлены закономерности проявления горного давления при выемке запасов в целиках (междукамерных, барьерных) под обрушенными породами налегающей толщи. Показано, что в условиях обрушения на границе с открытыми работами оптимальным является порядок отработки от границ карьера вглубь массива. Установлено, что при повторной отработке под обрушением возможна активизация сдвижений (оседаний) от 10 до 50% от первоначальных.

7. Создана классификация способов повторной разработки Жезказганского месторождения, позволившая определить границы участков с использованием различных способов.

8. Разработаны методы направленного (управляемого) обрушения налегающей толщи при помощи торпедирования контуров ожидаемого обрушения и использованием минных зарядов в его центре.

9. Установлено, что при извлечении барьерного целика между двумя заложенными закладкой панелями максимальный угол сдвижения отклоняется от значений, установленных правилами охраны сооружений. Аномалия объяснена наличием существенной горизонтальной составляющей. Получена аналитическая зависимость, связывающая угол максимальных оседаний с углом падения залежи, а также тектоническими и гравитационными напряжениями, действующими в массиве.

10. При сдвижении борта, подработанного подземными работами, формируются призмы сдвига и упора, разделенные между собой поверхностью сдвига, положение которой задается местом расположения барьерного целика под бортом карьера, а углы сползания - прочностными свойствами массива л контакта с закладкой.

11. Установлены параметры обрушения непосредственной кровли при способе повторной разработки целиков с дистанционным управлением добычного самоходного оборудования.

12. Установлено, что опасные скорости воздушной волны возникают в подходных выработках на границах погашаемых панелей при одновременном обрушении кро&пи более 55%.

13. Установлен коэффициент пропорциональности толщины породной подушки к высоте падения обращающихся пород, обеспечивающий построение безопасных перемычек от воздушных ударов.

14. Разработан способ выемки междукамерных целиков из полевых выработок, обеспечивающий опережающее обрушение кровли и подбучивание взрываемых целиков.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Юн P.E. Обоснование методов управления горным давлением при повторной разработке пологопадающих рудных залежей. - Автореферат дисс. на соиск. уч. ст. к.т.н. М., ВЗПИ, 1992. 17 с.

2. Юн P.E., Еухаров Н.Г. Выявление причин массового обрушения на Восточно-Жезказанском руднике 1.08.1994г. - В сб.: Новые достижения в науках о Земле. М., МГГА, 1995.

3. Юн P.E., Еухаров Н.Г., Алипбергенов М.Т. Ползучесть целиков шахт НПО "Жезказганцветмет". - В сб.: "Новые достижения в науках о Земле". М., МГГА, 1995.

4. Юн P.E., Еухаров Н.Г, Урумов В.А. Динамика проседания поверхности при отработке барьерных целиков в зоне обрушения залежи "Златоуст " Восточио-Жезказганского рудника. - В сб.: "Новые достижения в науках о Земле". М., МГГА, 1995.

5. Юн Р.Б., Жуков В.В., Кондров И.Д. и др. Способ образования опорного элемента. - А. С. № 1592500.

6. Юн P.E., Жуков В.В., Имангалиев А.И. Способ закладки выработанного пространства. - Заявка на изобретение № 4680032/63-053635 с положительным решением от 28.01.91г.

7. Юн P.E., Имангалиев А.И., Тулебаев РА. и др. Усовершенствование системы разработки с закладкой выработанного пространства. - Горный журнал, 1993, № 11, с. 24-26.

8. Юн Р.Б., Костюченко В.В., Кушеков Х.К. Развитие закладочных работ на рудниках.. - Горный журнал, 1988, № 11, с. 13-15.

9. Юн P.E., Макаров А.Б. Оценка устойчивости борта карьера при подработке его шахтой. - Доклады Всесоюзного симпозиума "Геомаркшейдер -1". М., Гипроцветмет, 1991, с. 106-108.

10. Юн P.E., Макаров А.Б., Мякишев B.C. Реконструкция природного поля напряжений по данным натурных измерений в борту карьера. - Доклады XI Всесоюзного семинара по измерению напряжений в массиве горных пород. Новосибирск, ИГД СО АН СССР, 1990.

11. Юн P.E., Макаров А.Б. Прогнозирование поведения налегающей толщи пород при извлечении барьерных целиков. - В кн.: Физические процессы горного производства. М., МГИ, 1991, с. 45.

12. Юн P.E., Макаров А.Б. Особенности сдвижения налегающей толщи при извлечении целиков. - Маркшейдерский вестник, 1993, № 2, с. 38-42.

13. Юн P.E., Цыгалов М.Н., Калмыков В.Н. и др. Способ отработки целиков. A.C. 1266988.

14. Юн P.E., Яковенко В.Г., Лаврик В.Д. Технология закладочных работ на основе твердеющей смеси и крупнокусковатой породы. - В кн.: "Охрана недр и окружающей среды на основе комплексного использования минерального сырья. Усть-Каменогорск, 1989, с. 88.

15. Юн P.E., Жуков В.В. Способ создания породной опоры. - A.C. № 1665037.

16. Юн Р.Б., Жуков В.В., Дружков В.Г. и др. Способ разработки месторождений полезных ископаемых.. - Положительное решение от 30.08.88 на заявку № 4380722/23-03 (027126) от 19.02.88.

17. Юн Р.Б., Жуков В.В., Имангалиев АЛ. Способ разработки месторождений полезных ископаемых.. - Положительное решение от 27.02.90г. на заявку № 4637579/03 (172751) от 14.12.88г.

18. Юн Р.Б., Жуков В.В., Имангалиев А.И. Способ закладки выработанного пространства. - Положительное решение от 28.01.91 на заявку № 4680032/03 (153635) от 10.03.89.

19. Юн Р.Б., Сапаков Е.А. Проблема развития сырьевой базы АО "Жезказганцветмет". - Горный журнал, ¡996, N° 1.

20. Юн Р.Б., Жуков ВВ. Промышленные испытания новой технологии закладки камер. - Г1рный журнал, 1996, № 2.

21. Юн Р.Б., Костюченко В.В., Бажанов Ф.И. Способ разработки мощных залежей. - A.C. № 138298. Бюллетень изобретений, 1988, Ne 11.

22. Юн Р.Б., Непомнящих В.А., Кондров И.Д. и др. Влияние комбинированной закладки камер на объемы добычи руды на рудниках.. - В сб.: "Уральская научно-техническая конференция по системам разработки руд цветных металлов". Свердловск, 1989.

23. Юн Р.Б., Чабдарова Ю.Н., Жужгов Ю.В. и др. Повышение эффективности и полноты закладки камер при разработке пологопадающнх залежей Джезказганского месторождения. - В сб.: "Уральская научно-техническая конференция по системам разработки руд цветных металлов". Свердловск, 1989.

24. Юн Р.Б., Имангалиев А.И., Тулебаев P.A. и др. Способ разработки мощных пологих залежей. - Патент PK № 1620 от 28.02.94. Бюллетень № 4, 1994 г.

25. Юн Р.Б. Особенности повторной разработки в поле шахты Покро,- В сб.: "Совершенствование технологии горных работ на рудниках Жезказгана". Жезказган, 1995.

26. Юн Р. Б., Малышев В.Н., Алипбергенов М.К. Управление горным давлением при повторной разработке обрушением налегающей толщи, - В сб.: "Совершенствование технологии горных работ на рудниках Жезказгана". Жезказган, 1995.

27. Юн Р.Б. Технологические особенности извлечения целиков с обрушением налегающей толщи. - В сб.: "Совершенствование технологии горных работ на рудниках Жезказгана ". Жезказган, 1995.

28. Юн Р.Б. Выбор способа управления горным давлением при повторной разработке месторождения. - В сб.: "Совершенствование технологии горных работ на рудниках Жезказгана ". Жезказган, 1995.

29. Юн Р.Б., Герасименко В.И., Урумов S.A. Опыт частичной отработки предохранительных целиков стволов промплощадок шахт. - В сб.: "Совершенствование технологии горных работ на рудниках Жезказгана". Жезказган, 1995.

30. Юн Р.Б. , Герасименко В.И., Малышев B.R. Оценка геомеханических последствий извлечения запасов междукамерных целиков. - В сб.: "Совершенствование технологии горных работ на рудниках Жезказгана". Жезказган, 1995.

31. Юн Р.Б., Урумов В.А. Повторная разработка залежей с возведением искусственных опор и извлечением рудных целиков. - В сб.: "Совершенствование технологии горных работ на рудниках Жезказгана ". Жезказган, 1995.

32. Юн Р.Б., Герасименко В.И. Геомеханическое обоснование отработки барьерного целика. - В сб.: "Совершенствование технологии горных работ на рудниках Жезказгана ". Жезказган, 1995.

33. Юн Р.Б., Макаров А. Б., Герасименко В.И. и др. Особенности повторной разработки и геомеханическая ситуация в зоне самообрушения панелей. - В сб.: Совершенствование технологии горных работ на рудниках Жезказгана. Жезказган, 1995.

34. Юн Р.Б., Зайцев О.Н., Герасименко В.И. Управление обрушением налегающей толщи. - В сб.: Совершенствование технологии горных работ на рудниках Жезказгана. Жезказган, 1995.

35. Юн Р.Б., Малышев В.Н., Алипбергенов М.К. Выбор способа управления горным давлением при подготовке флексурных зон. - В сб.: Совершенствование технологии горных работ на рудниках Жезказгана.

36. Юн Р.Б., Макаров А.Б. , Герасименко В.И. Экспериментальные исследования напряженного состояния целиков Жезказгаиского месторождения.

В сб.: Совершенствование технологии горных работ па рудниках Жезказгана. Жезказган, 1995.

37. Юн Р.Б. Результаты численного моделирования комбинированной разработки запасов Жезказганского месторождения. - В сб.: Совершенствование технологии горных работ на рудниках Жезказгана. Жезказган, 1995.

38. Юн P.E. Выбор рациональных параметров извлечения рудных целиков. - В сб.: Совершенствование технологии горных работ на рудниках Жезказгана. Жезказган, 1995.

39. Юн P.E., Макаров А.Б., Герасименко В.И. и др. Влияние горных ударов на ведение горных работ в условиях Жезказганского месторождения. - В сб.: "Совершенствование технологии горных работ па рудниках Жезказгана". Жезказган, 1995.