автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Прогноз горных ударов при обработке месторождений в геодинамически активных зонах

и.

О

российская академия наук

сибирское отделение институт угля

На правах рукописи

лобанова Татьяна Валентиновна

УДК 622.831

ПРОГНОЗ ГОРНЫХ УДАРОВ ПРИ ОБРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В ГЕОДИНАМИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ЗОНАХ

(на примере Таштагольского рудника)

Специальность 05.15.11 — Физические процессы горного

производства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Кемерово 1992

Работа выполнена в Восточной научно-исследовательском горнорудном институте (ВостНИГРИ).

Научный руководитель:

Научный консультант:

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

доктор технических наук, профессор Вылегжанин

Вячеслав Николаевич

кандидат технических наук, с. н. с. Квочнн

Валерий Александрович

доктор технических паук, профессор Ватутина

Ида Михайловна

кандидат технических наук Неборский Валерий Михайлович

Сибирский филиал Всесоюзного

научно-исследовательского института горной геомеханики и маркшейдерского дела В НИМИ.

Защита состоится «_ У6 опрелл ] 992 г. в

час.

на заседании специализированного совета Д 003.57.01 при Институте угля СО РАН (650610, Кемерово, Рукавишникова, 21).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института угля СО РАН.

Автореферат разослан «. ^ » ъМ&^э/псь. 1992 г.

Отзывы на автореферат просим направлять по адресу: 650610, Кемерово, ГСП, Рукавишникова, 21, Институт' угля СО РАН.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор технических наук,

профессор • В. Н. ВЫЛЕГЖАНИН

< »

г ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальност:, проблем!. Проблема горних ударов в нашей стра-| возникла в 50-е годы на шахтах Киголовского угольного бассей-I. На рудных я норуданх месторождениях признаки удароопасностл 1чаля ярояглягься в основном в последние 20 лет, а на место-жленяях Урала, Норильска, Кольского полуострова, Казахстана, эрной Шорня возникли интенсивные проявления горних ударов. Из эстороядений. НПО "Сибруда" склонными х горным ударам являются Заканское, Казское, Таштатольскоо, Шерегешское месторождения, оторые на глубинах, большие 600 м отнесены к угрозаешм по горим ударам. К опасным по горный ударам отнесен Восточный угас-ок Таитагольского месторождения, гдз начиная с 1975 г. зарэ-'истрдровзно 14 собственно горных ударов.

Известные методы изучения я оценки напрядённо-дефорипро-занного состояния массива в удароопаеннх условиях, как правило, )снованн на единичных измерениях напряжений или косвенной оценке уровня наяряяекноста геофизическими методами, в которых наряду с достоинствами массовых замеров показателей состояния массива появляется сложность интерпретация результатов измерений в связи с влйянием целого рада факторов. При огон в полной мере на решается вопроси о конкретном место проявления динамического явления, его механизме формирования и развития, источниках и направлениях динштескях лригрузок в дородном я рудном массивах, атдянии взаимодействия структурных блоков ла перераспределение напряжений в процессе отработка месторождения, которые определяют основные пути выбора средств я методов прогноза удароопаснос-тя.

Актуальность изучения механизма подготовка я проявло:шя горних ударов, разработка на этой основе методов оценки состоя-

тя массива и прогноза потенциальны* очагов удароодасности определяется высокой социальной значимостью и материальным ущербом от последствий горных ударов не только на рудниках региона, но ] других рудашс месторождениях страны.

Диссертационная работа выполнена яо проблеме прогноза горных ударов в соответствии с постановлениями ГКНТ ( №218 от 02.0 80 г., Jé55H от 29.10.85 г. ) и связана с тематикой исследований ВостШГРИ ( й IV 6MI76Ï4, 018300^6667, 61017609, 01840056710, 01В6000035, 0I67U034646 и др. ).

Цель работы - повшение безопасности и эффективности горных работ на основе разработки метода прогноза региональных roj ных ударов по оценке деформационных процессов массива.

Идея работы - использование закономерностей аномального сдви*:еняя горных пород в геодикашчески активных зонах для про гноза напрякенно-деформированвого состояния в окрестности поте циального очага горного удара.

Задачи исследований:

-установить закономерности процесса сдвигания земной поверхности и горного массива при отработке руднлх блоков по результатам измерений поверхностных, контурных и глубинных репе; ш станций;

-определить крнтлческив .параметр смещений и до&оркацх2 окрестности формирования очага горного удара;

-установить особенности механизма формирования регяонал! горных ударов;

-разработать методику прогнозирования региональных горн: ударов по оценке деформационных процессов глсспва горных nopi

Методы исследований:

- инструментальные наблюдения по станциям грунтовых и контурных реперов и натурные наблюдения по станциям глубинных реперов для установления, закономерностей процесса сдасксняя зе:лно51 поверхности я массива пород;

- математическое моделирование на ЭЕМ полой смещений я деформаций дая определения зон апокалышх сдвижений массива;

- статистическая обработка результатов наблюдений для установления особенностей механизма проявления региональных горних ударов;

-методы теория упругости дри расчете смешений и напряжений б массиве пород дая разработки г.етодшш прогнозирования региональных горных ударов.

Основные научные положения. выносямыо на защиту:

- закономерности,процесса сдвижения земной поверхности я массива пород обусловлены наличием тектонического поля напряжений, геодинакическям строением радона местороадения, прочностш-ш свойствами пород, развитием горннх работ;

- формирование удароопасной ситуация на месторождения харак- ' торязуегся появлением аномальных сдвдяешсй массива, к которым могут бить отнесены лодяяиш я "обратные" смещения, деформация саатяя в бонозах породах, энаколерскеншэ вертикальные сдвижения по контактам пород л-тектоническим карупенияи;'

- региональные горные удар.ч рассштрявавтся как явления срыва (скола) крупных породных блоков по структурным ослаблениям массива под действием горизонтальных сил саатяя в зона опорного давления, сопровогдагЛие динаг:лческой пригрузкеи района отработки в результате двоения боковых пород, снятием я сотрясением гяхссква, псврездели-см ¡заработок;

-кратерий прогнозирования потенциальных очагов удароопасно! ти основан на оценке уровня нагрукенностд массива по язмеренны: его деформация:.! с учетом величин "недосмещеяяй", которые корре лиру ют о проявлениями горных ударов я характеризуют степень уд . роодасноста массива с доверительной вероятностью.

Достоверность научных положений обоснована: -достаточшш объемом днструменташш: и натурных наблщцег по 14 дрофяльным линялы на поверхности (390 реперов), контура реперам в пахте на 5 горизонтах (150 реперов), сетевым станциям глубянкых реперов на 5 горизонтах (¿20 реперов);

-удовлетворительной сходоиостьа значении фактических еда еоний с расчёашида по дреддогенной методике;

-положительными результатами оценки состояния удароопасн тк массива п внедрением "Временной методики. контроля форыдрог идя очагов горных ударов по развитии деформационных процэсоо! ка- Таштагодьском рудника.

Научная новизна работы заключается в следующем: -установлены закономерности процесса сдвлгецяя земной ш верхностд г. кассива горнах пород в дераодц проявления горных ударов: скачкообразные с:,:ещекдя больших участков массива бок вых пород з направленна выработанного пространства; образова iuib треет: разрыва (скола) в боковых породах на значительном удалении от рудной зоны; знакопеременные сдвиаюшя и дефорлг щи иассава пород п земной поверхности;

-с учетом закономерностей деформационных процессов для дссацсл предвестников горних ударов использованы величины п< пятий я "обратнях" едшшзняй, получаемых по данным наблвдеа за едшшягаеи и депортированием зешой поверхности и i.taccnB; горных лород;

- в механизма проявления регясчашшх горних ударов выявлена ; подтверждена инсарументалымля наблвденяямя ^еша^цая роль яро-свссоэ сдвижения я деформирования- происходящее в боковых поросах;-

-использование результатов ипструг'эиталышх наблюдений за ¡движением горных перод для обоснования метода прогнозирования региональных горных ударов.

■Легший вклад автора состоит:

-в формулировка задач л обоснования методов доследований , выборе параметров новых наблюдательных станций с учетом геодаша-йического строения раЛоиа месторождения;

-в установления закономерностей едшяеняя земной поверхности и горных пород, определении модуля дефор^ацаи горного масеява;

-в определении критических параметров смещений н деформаций в окрестности потенца&шшх очагов горных ударов;

-в установлении особенное'. зй механизма формирования и проявления региональных горных ударов;-

-в разработке методики прогнозирования потенциальных очагов удар^опасности по оценке деформацдойшх процессов;

-в выдаче рекомендаций по прбгнозу овдаемых сдвижений, деформаций л потенциальных очагов удароопасности.

Практическая ценность. Результаты г бог* позволяют повысить безопасность и эффективность отработки месторождений в удароопас-1шх условиях. На основе предложенного механизма формирования го^ нше ударов и выя-ленных закономерностей формирования очагов уда-роопрсностя разработаны методы прогноза гордых ударов ч управления напряженно-деформированным состояни л массива, мес.ороздения. Метод прогноза потенциальных очагов удароопасности иокег быть использован кроме Таштагольского рудника на других рудниках,на-

ходяндасг в акг^иккх геодякашчоскпх. зонах.

Реализация работы. Создан геоданамичеокпй полигон, являвдкй ся соловой'да контроля формирования потенциальных очагов ударо-опаспооуя л сцеыся последствий проявлений горного давления в динамической форке, контроле состоянея массива костороэденкя в яре цогев отработки блоков. Научные результаты с дракенче: :а:в рекоьк дацд^ зошш составной частью в разработадвые с участием автора научно-методаческле документу: "Временная методика контроля фор-ьшроЕанка о таге з горных ударов по развпткю деформационных проце сов" (Новохузнми, ЗостНШТй, 1937 ), "Указания по безопасному ведению горних работ на ыестороздешях Горной Шорхш, склонных к _'срнш* ударам" (Новокузнецк, 1991 ), "Указания до охране соору хеннй и пряродных объектов от вредного влияния подземных горнш разработок на х;елезорудных месторождениях НПО "Сябруда" Шово-кузаецх, 1ЭЭ1 ).

Апробацяя -работ;-'. Основные положенля диссертационной работ! докладывались, обсуждадась и получали полоши ельную оценку на-конференциях молодых ученых ВостНЙГРИ (1984, 1985, 1986 гг.), . конференциях молодых специалистов ПО "Сибруда" (1984, 1986 гг. I Всесоюзном семинаре по последования горного давленая а охран капитальных и подготовительных выработок (1966 г.), Ш Всеиовзг Еаучнс-технл'чосхоь конференция молодых учебна в ЙГД МЧМ СССР С1936 г.), ¿сэсооэксй научио-аехняческой конференция "Теория практика яроентированяя, сгроияеяьстза я эксплуатации высокопроизводительных подземных рудников в ?,!ГК (1990 г.), научно] семинаре в Институт е .угля СО .АН СССР (1990 г.), 1 Всесоюзном илааре ао'язмеренЕп напряжений в массиве горных пород в ИГД С ж сс:: (хэао г.).

Цубликамя. По результата выполненных исследований олублл-¡оваво II печатные трудов.

Объём.".структура работа. Диссертационная работа изложена ■ ¡а 153 страницах машинописного текста с >3 рисунка:/.;:, 3 тиЗл^ца-т и состоит из введения, 4 глав, заключения и си ска использованных источников из 94 Еаименовагшй.

Работа подготовлена автором в лаборатории сдвкяеиля горних пород института "ЕостНИГРИ". Автор вкраглет „вой признаточьность работникам участка ПШТ я маркшейдерского отдела Таштагольского РУ, а такав сотрудникам института ВостНЖРИ, оказавшим помощь я лодцеряку зри внзопеняи работы.

ОСНОВНОЕ ООДКРдАШЕ РАБОТУ

Характер проявления горных ударов на рудных месторождениях обнаруживает слспеость и шогогранность проблемы,недостаточную изученность отдельных её аспектов.

Исследованием причин возшасновения горных ударов я механизма их проявления зг'ймались С.Н.Авершин, И.¡Л.Петухов, А.И.

Линьков, П.В. Егоров, Б.III.Винокур, Ё. И. Шемякин, М.В.Курлеия, Г.И. '

т

Кулаков, Г.И.Грлцко, В.И.Валегяаляк, ИЛ.АЙ1латоз, Я.Л.Еач, I'.A. Марков, И.М.Батурина, С.А.Батугин, Н.П.Влох, В.Б.; зяковскии, А.Л.Козырев, А.Л.тлянков, В.А.Сшрнов, Т.Н.Лазаревич, Л.М.Лазаревич, Б.В.Шрепя, Б. Л. Квочш л многие другие.

Установлено, что главной причиной возникновения динаглячо-ских проявлений горного давления .является концентрированное накопление потенциальной энергии учругого сжатия горних пород , определяемое глубиной разрг. зтхи, входным полем напряжений , йизико-мехашческяип свойствами пород, геологическим строенном и тектоникой района.

Ои.тчено, что ка местороадениях, отрабатываемых в геодина-мглескя активных зонах, на проявление горных ударов существенное влияние --.созывают геоданамическяв процессы: горные удары отличаются значительными объемами проявления и разрушения, приуроченностью к зонам разломов, внезапностью проявления, .¿дазвитяем очагов разрупения во вмещающих породах.

Для своевременного прогноза удароопасностя на уголы "X я р] них ыесторонденяях разработай ряд методов. Однако все существующие методы прогноза удароопасностя как локальные, так и peгяoнaJ нно требуют больших материальных я трудовых затрат и в большие во своем являются косвонными методами. В настоящее время назрела необходимо"ть разработка методов прогноза, основанных на прямых измерениях параметров гебмехааичесхях процессов.

Имевшиеся представления о роля провесов сдвякания в дрояв ления горных ударов (С.Г.Авершян,И.М,Петухов, W.Goac4t'n , В.А.Квочин и др. ) и выявленная взаимосвязь процессов сдвинения с проях.,. ' :няем горных ударов на Таштагольском месторождения сви детвльствущ1. о возможности прогноза горных ударов на основе наблюдений за развитием процесса сдаисения и деформирования поро;

Исследованиями БНМ, КузШ и ¡ЛГУ (В.А.Смирнов, И.М.Батута на, А.А.Лукасов) на Таштагольском месторождения выявлены характерные черты блочного строения месторг-тдеияя, которые могут -л зывать влияние на ведение горных разработок. Месторождение рас! лоаено в зоне Кузнецко-Алатаузского разлома субмеридиаяального направления. Ь районе иесторолденля он пересекается Северо-Таш гольскяы разломом, который наследует долина рекя Яондош я к к торому прилегает разрабатываемая рудная залежь. В лежачем бок выделен рг-лом по ручьэ Голодному, который проходит вблизи дей ствуэдях стволов, в висячом боку - разлом Нагорный. По мнении И.М.Багутиной, зоны разломов Северс-Таштагольского и Холодного

шяются лодзгаагша я наиболее неблагоприятными с дози. ди веде-¡я горных работ.

ыостороадоыш на: лдятся в вре;елах сейсмоактивной зоны Лл-;э-Саш-ской складчатой области, в которой имеют место современ-¿е тектонические движения зегаой коры I. дефоркацшши сжатия.

Изучением надрятыо-д^Хормирозанного состояния мас-лиа эрних. город месторождения вне зоны и в зоне влияния очистной вы-жя занимались СФ д£ШИ (С.Л.Бахтин, А.Т.15аманская, П.Е.Егоров, .Ы.Лазарегзч), ВостШГРИ (Б.В.!Щ>епп, В„И. Боярглш, Е.М.Лапшин , •А.Ксочян), НИГРИ Ш.Д.Ризкна). Установлено, что вне зоны влия-кя очистной вкекки на глубине до 540 а действует напряжения

а глубине 830 и ( гор. -350 м )

«Уч-з^Н . м.а/Н , е>5=^Н.

¡акслыальное напряжение 61 направлено по азиьуту 140+20° (по фостиранич месторождения) и наклонено к горизонту под углом 20-Ю°. Установлено, что в зоне влияния очистных раоот действую'лие гапряжения больше, чем -не зоны влияния очистных работ. В.зоне злиян-я очистных работ главные какоямалыше напряжения действуют зкрзст простирания, а вне зоны влияния - ло простиранию ыесто-роздзния.

Тектонические напряжения, как один из элементов геодпнами-ки, оказывают существенное влияние на протекающие в нарушенном горными работами массиве геомеханйческяе процессы.

Вшшв тектонического нсля напряжений на сдвижение пород Таштагольсхого рудника впервые рассмотрено в 1973-74 г-1. В.Л. Квочи:.ым. Выявлен ряд особенностей протекания деформащ иных процессов, указыааших на связь сдвижеши земной поверхности с напряденным состоянием массива, а именно: большая величина го-

тазонтаяькь.: сдняаенпй реперов по сравнению с вертикальная в so:юл плавных сяваавний я тревдн; н&личаэ зоны ялавных сдлижекй значительных размеров црг довольно крепкие шоцаюадх породах ; . зрегиущестзеняое раззятяэ во времакя л в пространстве горизонтальных да^оуьсадй; горязантадьанв сдвижения от яодрзбатшгаекоа пдол.ади к грангдаь: мульда сдоякенкя, так называемые "обратные" смещения, z содатакя реперов. Существование ,:обратнл ." сдвижена и поднятий яодгверадено•на Северо-Песчалском железорудном и Сар новскогд хрохдгаовоы ыесторозденяях (А.Д.Сапурия, А.М.Казаков).

.Характер развития "обратных", сдвиленлй с "одаагяй до храни зона трения, выявленный ка Таштатольскоы руднике, свидетельству от с большой роли процессов упругости в распределении сдвижений и дб^ордадь'й пород. Е этих условиях результаты инструментальные наблвдений за сдвикендзм горных дород обеспечивают получение г" ящгой яайормацки о процессах перераспределения тектонических л ярязеняй дод вл&яняем очистных работ я причинах проявления горл ударов.

Комплексная наблюдательная станция за сдвижением ыассява горных пород Тешхагольского рудника состоит из станция грунтов рэлеров Еа поверхности, где заложено 14 профильных линяй б лея! чем, висячем боках и торцо ¡сэстсрогдения Сряс.1), станций конт; ньсх реперов в горных выработках гор. +450, +270, -70, -140, -281 станций глуошшых реперов на гор. +0, -70, -140, -¿10, -280 к [у1ног<",(ет.ъи.ж наблвдешяш отмечено периодическое ноянлени поднятий и "обратных" смещений как на поверхности, так и в мае вв.. Имеющиеся данные, наблвдоний позволяет рассматривать появле поде ujii на поверхности лекачего и висячего боков месторояа^ня как результат ярпгрузки массива лород горизонтальными тектонич сними с*шщя, действующими по дросгиранив.

Анализ дашшх наблюдений вертикальных сдвижений во взаимо

I,n,íü - разлолп соответственно Xoacçcnft, Нагорншц

ХУ - суйиерадиахгагьнос тектоническое нару1>?нпо;

У,У1,У11,У11Ь границы соосветстнэшю трегдн, опасных сдпл-::.еш1й, позг-оаках ^^oc.'.íaiwii, зет: одшг.ш21

Рис. I . Наблюдательная станция sa сдвппокпеи земной по:.ер::лостя Тэ'Егагольс:м>го мес2оро5лден::д

зя с произошедшими после них горннш ударам и крупкыгг' толчка1 показывает, что появление поднятий в пределах структурного <3.ю: прилегающего к зоне трецив, как правило, соответствует периода] повышенной динамической активности массива.

В результате наблюдений за сдвижением грунтовых реперов П1 профильна: линия:,!, пересекающим крупные структурные ослабления (разлом Холодный, субмеридианальное тектоническое нарушение др.), установлена смена знаков вертикальных сдвиаений на граня цах структурных блоков, свидетельствующая о перераспределении тектонических напряжения в блоках.

Напевнее вероятной причине!: "обратных" смещений является уменьшение давления до простирании за счет временного перерасп деления максимальных составляющих vopne октальных напрякешф к друхле участки массива я соседние геоданамическио блоки, Т1осдед щее выравнивание напряжений а резкое возрастание да тления в j оне горных работ приводит к скачкообразному сдвижению массива, достягаюце-7 ^5-45 к,1,появлении динамических ярягоузок я разв£ горних ударов.;<арактерно,чти чем плавное деформируется породы, равномернее выделяется энергия от динамических проявлений гор* давления в процессе ях деформации, скачкообразное деформировав пород соответствует и скачкообразному выделению энергия.

Цезду величинам энергия динамического явлении (Е) я емг наем горнше пород ( Ц ) по статистическим данным установлена i линейная зависимость • ■

Е «U.Ü37 (33.2U + U4) (Ii

На рис.2 показал график зависимости (1), из которого видно, 1

_2

дисперсия величина энергии Ое монотонно возрастает с увелич^ няеа величины скеиеняя (Ц) горного :,-ассива. Это объясняется ¡¿йотабно'л неоднородностью модая дефоршш я логреаностью о ределен-,г! величины

j- тслчой, '} -гopr.-:;! ytcvj

Рас.2. Завяснлосгь энергии горних уларов от веллчшш -г.-.ецанял пород

Цря крупных горных ударах вследствие скачкообразного смешения массива отмечено расслоение ;ассиза л образованно трецян -Характер разнонаправленного деформировался массива --зазивае? на разья-гие сколовых явлений, образующиеся при горном удара -града-ны .являются следствием скола массива по контактам яорсд и другкл структурным ослаблениям массива..

Проведение очистной выработал вызывает перераспределению напряжений з горном массива, определяемое характером исходного тектонического поля напрядена?, размерили и фоталси очистной выработки, структурой и свойствам.! Биекшпшс пород, технологией ведения очистних работ.

Выполнена экспериментально-теоретическая оценка размеров со-лгетп л величины концентрлцн': напряжений в боковых породах. В об-

ласта пивных здвияений, ш-лючаюшей район расположения гордых выработок шахты, наблндается концентрация напряжений, достигающая 1.5 6i ; 5 % уровень концентрации напряжений б,' стмечен на расстояния более 1.5 км ст рудных тел.Црактически все толчки 4го я в те энергетического класса, ' ярояэсяэдие з боковых породах , разлетаются в пределах этой зонц опорного давления.

Наличие высоких тангенциальных напряжений в массиве боковых пород создает условия дяя развития деформаций сдвига д гэргякаль-ных сечениях, параллельных ру; oii зоне, и приводит к срыву породных блоков по суде ству кум плоскостям ослабления, сопровоздаюзд-ыуся* как правило да: змлческой прпгрузкой района отработки и лроявленяел1 горных ударов,

lia Таикагодьскоы руднике при наблюдениях за сдаанениим глубинных ропзров установлено, что уровень деформаций л напряжений в боковых пород-в несколько раз вше, чей в руднш массиве.. Последнее отражает 'особенности формирования зон опорного давления при отработке ограниченных галекей в условиях тектонических голой напряжений и указывает на возможность существенных динамических прягрузок при передача энергия от вмещающих пород к отрабатываемым рудшм телам, что неоднократно отмечалось при горных ударах.

Б результате анализа проявления -орных ударов ка руднике установлено, что большинство горных ударов происходят в .боковых породах; для горных ударов характерна внезапность проявления ; известны случаи возникновения: горных ударов, ке связанных с взрывным работали; отдельные горные удары охватывают большие участи шссива, т.е. носят региональный характер; отмечено проявление горных ударов тектонического типа; наблюда'-отся поднятия рольсовых путей или почвы выработок; .характер нарушений в выработках после ударив указывает'на ресаэдув роль горизонтальных

гектоиаческих напрязенлй (искривление рельсовых путей, выдавля-ваале бортов ьыработо".).

В результате синтеза устряовленшх закономерностей развития деформационных процессов, параметров существующего поля напряжении а структурно-тектонического строения месторождения, выявленных особенностей проявления горнлх ударов я поведения мг.;.;'.ива в процессе разрушения разработан кйхеядзм формирования я проявления толчков и горных ударов. В зоне максимума опорного давления, обусловленного перераспределением максимальной составляющей напряжений б\ вокруг зоны отработки, в начальный период происходит скол по тектоническим нарупенлям близкой ориентировки к простиранию рудной зоны. Развитие тригдаы скола сопровождается за счет бокового отпора распространением деформаций сжатия а поперечном направлении, являющихся одной из причин динамических прк-грузок.На значительной удалении от горных выработок этот йрсчвос развивается в вида толчка. Вблизи горных выработок и очистных работ происходит развитие срывов до поверхностям ослабления, направленным в сторону обнажений, возрастание динамических пригру-зок, разрушение жестких структурных злек втов, смятие я сотрясение массива, вызывающих разрушение выработок я краевых частей массива в форме горного удара.

Установлен аз на Таитагольском руднике особенности процесса сдзихения я их связь с проявлениями гс;:шх ударов свидетельствуй о возможности прогнозирования удароспасной ситуации по наблюдениям за развитием деформационных процессов. Данные многолетних наблюдений "¡а сдвижением поверхности я массива горных пород по комплексной наблюдательной станции по.золяют установить Критериальные значения и выделять потенц' тльные очаги у;дроопао-

о

кости.

Лредварительная оценка нарастания удароосасной ситуации на

иесторс "¡¿втъ ярояззсдзтся по хюяглениз вредаостЕЛков горных ударов - сддаоняй С цс^стдй и "соратдах г .алэдэ-

шй ) • участков поверхности л телка пород, прилета ссдах к району отработки.

Состояние массива гордых пород оценивается по величинам воитаюаях дейер.^аний, гаиеронтм по станциям гдубишх к ксн-турнн;: рзяеров, и иодссгаслещш ::х с критеряады:иыг зк&чеяия-щ. Критерии по горизонтальны:.! деформация»« участков кассява горкни город завясяг- от уровня действующих тектонически:: капря-г.екнй в нетронутом июепвй пород, их ориентировки, велики приращения напряжений при их перераспределении в зоне влияния очистных работ, деформационных я прочностных свойств массива, определяется ка основании исследований л расчзтоз и долзня соответствовать отноеителкшы уровня'.! региональной напря .энносгя шеезва, зарахтеризувдш. возможность проявления тех или ивнх днкакичес.лх форм горного давления . Для Таштагольского яеего-роуденля критериальное значения для приращения горизонтальных дефоотцяй, происходящих при перераспределения напряжений в зоне влияния очистных'работ ( в зоне опорного давления ) по н. правтеяиям вкрест простирания а по простирана» действующего Восточного участка, ярльедекн на ряс. 3 (а,б ) и 4 (а, б ). В связи с существенным различием прочностных и деформационных свойств ноыограмш составлены отдельно для рудного и породного массивов.

Рлс. 3. Номограмма для оценки удароопаскости "лсолза по измерениям деформаг*й вкрес' простирания рудной зоны

0) породного массива

5) РУДНОП мдссивд

Рис. 4. Номограмма для оценки удароэласности массива .по измерениям депортаций в направлении простирания рудной вони '

Качестзенкая хгурактерястика состояния массива» соответствую-;го выдоленннм ка риз, - 3, 4 областям I, П, 111, 1/ г представлена табл.I.

Таблица I

Номера областей Соответствующий от- ! Качественная харги.ге-леелтблькыя уровень ! ряегш . удароипасчости напряженного состоя- ! ' .ния массива ! бм/СбЗ" |

I 0,8-1,9 Состояний массива удароопас-но, возможен горний удар

\ П 0,3-0,8 Напряжения достаточны для проявления толчкоь с. энергией Ю3-105.Дх

Г • Ш 1 0,4-0,6 Бозшяна локальная концентрация напряжений в внрабоа-ках с проявлением стрелс-ля заколо образ ованяя

! 1У | 0,2-0/4 Иасслв разгруден, ударо-опасностя нет

*бм ,[СП - соответственно дзйствупцее в массиве напряжение И продол ПРОЧНОСТИ породы (руды) при сжатии .

При использования одиночных станций глубинных я контурных реперов состояние массива на каждом интервала "аблвдекия ш в цсзлои по станция может бить определено до сопоставлению измеренной величина горизонтальной деформация с критериальными значениями согласно номограммам.

При использовании сотовых станщй глубинных реперов измеренные де^)Орг.ация на каждом горизонте представляются в виде горло-гоомогрическях графиков. Не номограммам рлс.З, 4 в рудном и порезом массивах, ч соотзетс гвяя с глубинен горных работ огрело-

• ляится грьллчгшсэ хряперкальнге значения деформаций для' областей. цронялекия суролякий, толчков и горных ударов, по которым на погорязовтных планах ло изолиния»,; пэиорешшх доформащй вы-делявтея состветстЕувдиа области и оцениваются потенциальные очаги удароопасносгя.

Сравнительный анализ очагов ударооласного состояния массива» вкдеяелных дзуш методами: по критическим дэфор авдяь: я да! ныг.1 сзистстанцял (метод ШШ1), показал, что выделенные зоны скатая удовлетворительно согласуется с областями сейсмической активно ста, установленными НОШ по данным се"смостанцяи- "Таш-тагод".

В случае отсутствия опасности проявления горных ударов ил круткызс толчков состояние массива оценивается на основе "недо-смэкеня;:" горных поред. Величина "недосиещения" является ра~-' не "тьв расчетного и фактического сдвижения и свидетельствует о неполной реализаций сдаи&ения массива горных пород: чей больше величина "недо смещения"" и размеры зависшего участка массива яс простиранию и э глубину, тем бодыдий запас упругой энергии содержит массив, которая выделится при горном ударе в процессе скачкообразного смещения пород. Ориентировочная величина энергии прогнозируемого дашашгаского явления может быть определе-- ка ло зависимости (I).

При прогнозе состояния массива для вывода критериальных значений деформаций л опредэления теоретических (расчетных) в лячшх смещений наибольшие сложности вызывает оценка модуля де Мордаши пассива.

■ Проведены исследования по установлении взаимосвязи подул упругости пород в образце для пород различного -состава с кодз дя&г деформации конкретных участков пассива в их размерами. I этом зависимость имеет вид

Ем/Ек=о.г+о.8£к/Ь, (2)

где Ем - модуль деформация кассява ; Ек - модуль упругости в куске ;, €к - размер образца (куска) ; Ь - размер у*: зтка та с сипа.

Из анализа зависимости (2) следует, что пря размерах деформируемого участка более 10 и модуль деформация массива кал о зависит от размера и молот быть принят равным 20 % от модуля упругости в куске (образце) пород.

Исследования:.«! ИГД ГШ'СССР я СФ ШШ (П.В.Егоров) установлены соотношения модуля в массива л в кусяе близиэ к полученным.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи прогноза региональных горних ударов по оценке по-форл'лцяошшх. процессов горного гассива, существенное

значение для повышения безопасности и .ойядаЕностп отработки '. руднкх месторождении з геодинаглиеснп активных ¡зонах.

Основные научные выводы л практические результаты работы заключайся в следующем:

Г. Установлено, что одвзгеяяе а дефор:лирогшмо гассдгл горных пород обусловливает формирование очагов удароокасностя в результате гесмеханических процессов, продсходгаох в период гедония горных работ. Статистически получена нелинейная зависимость ¡.-.ощностп проявления динамических калений Е и нгодздастж'смещений Ц в диапазоне 2.5-35.5 мл . Дисперсия разброса £ обусловлена дисперсией модуля д&$ормацая массива я погрешностью определения скорости саецении.

2.Разработанный механизм формирования и проявления толков

'и горнах ударов позволяет объяснять крупные динамические явле ния, происходящие на месторождениях, отрабатываемых в геодина мическд активных зонах в условиях действия анизотропных текто ческих полей напряжений ( 6\j(33 =2.5-3.0 при горизонтальном прякендя 0{ ). Выявляемая в результате наблюдений величина " дссшцешш" кассдва боковых пород характеризует накопление ас тенциальной энергии упругой деформации, которая реализуется i горных ударах.

3. Оценка состояния массива горных пород по данным инст] ментальных наблюдений за развитием деформационных процессов j зволяет учесть их локальные и региональные особенности при $ рованиа потенциальных очагов горних ударов, обеспечивающие д верность прогноза удароовасности с доверительной вероятность

4. Прогностическим признаком формирования очагов горних ударов являются аномальные сдвижения (поднятия и "обратные" иения реперов), которые мулат признаком перераспределения ч нлческих напряжений' при взаимодействии структурных блоков в цессе передачи упругой энергии в район горных работ.

Появление поднятий реперов величиной.15-50 им и более : участке боковых иород более I00 и, прилегающем к зоне трещи свидетельствует о возмозности динамических проявлений горно давления. "Обратные" смешения реперов величиной 10 мм и бол свидетельствуют о возможности.появления динамических притру 'на участке наблюдательной станции.

5. Увеличение скорости смешений и деформаций горных ш 2-3 раза определяет период формирования горных ударов, для рых характерны скорости смешений 20-40 ш и скорости дефор 0.6-1.2 из/и в месяц.

6. Проявление горних ударов возможно при критических

шх сяаткя £ = -I.4-(-4.9) мм/м породного и 6 = -0.9 --3.4) мм/м рудного массивов на отрабатываемых глубинах Н=550-300 м . Критериальные значения рассчитаны погорязонтно в направ-ениях максимальных напряжений для дородного я рудного массивов соответствуют относительный уровням региональной напряженности ассива, значения лротабулдрованн я по ним составлены нокоградкм.

7. При картировали; поля дофор^дти: по их критическим ветчинам выявленные зоны потенциальных очагов удароопасностя удовлетворительно согласуются с результатами, полученными другими методами. Ошибка местоположения района прогнозируемого гор-зого удара.не превышает 15/1

8. Разработанная методика прогноза Ехдачена в "Указания по безопасно;,у ведении горных работ на ыесгороздениях ГорноЛ Шорни, склонных к горшм ударам" (Новокузнецк,1991) я внедрена на Таштагольском руднике.

Основные положения диссертации опубликована в работах:

I. Квочлн В.А., Малахова Т.В. Некоторые прдчякы проявления горных ударов на Таштагольском руднике в свето изучения закономерностей сдвнгсняя горных пород // Горное давление в очистных и подготовительных выработках. Вопроси горного давления : Сб. ■науч. тр. / ЛТД, Институт угля GO АН СССР. - Новосибирск, IS85. Bin. 44. - С. 38-45.

¿.Малахова Т.В. Проблемные вопросы отработки Таытагольско-го кестородценяя в связи с развитием процессов сдеийшняя пород // й Всос. науч. - техн.конф. молодых ученых (21-23 октября I98G г.): Тез. докл. / ИГД №1 СССР. ~ Свердловск, IS86.-C.9I.

3.Исследование закономерностей формирования очагов горных ударов в массиве пород Тагстагольского месторождения /В.Л. Квочин, Б.В.Шрелл, В.И.Бояркнн, К.И.Нештун, Е.Ы.Лападн, Т.БЛ.'алахова// Разработка удароопасных месторождений: Мехвуз.сб.науч. тр.Луз-

бас. политехи. ин-т. - Кемерово, IS86. - С.70-79.

4. Обоснование порядка отработки охранного целика Таштаголь-ского иесаюрозденшг/Б.В.Шредя, В.А.Квочпн, З.И.Бояркин, Т.В.Малахова //Воссоздание очистного фронта на вахтах: Мажвуз.сб.науч. тр./Кузбас.политехи, ин-т. - Кемерово, 1987. - С.96-102.

■ 5.Исследование условий формирования очагов горных ударов на Таштагольском руднике по наблюдения!.! за развитием'дефорг,'ладонных процессов / В.А.Квочян, Б.В.Шрепи, В.И.Бояркин, С.Я.Ллубов Е.М.Яаапин, Г.В.Малахова // УШ Всес.конф.' по механике горных пород "Проблем механики гсрных яород" : Сб.науч'.тр. - И, :Наука, 1987. - С. 162-167.

6.Квочин В.А., Бояркин В.И., Лобанова Т.В., Закономерности сдвижения горных пород и особенности проявления горных ударов на

. Таштагольдаш местороздения с учетом его геодинамики // Геодинамика месторождений: Сб.науч. тр./Кузбас.политехи. ин-т. -Кемерове Х98Б. - C.I26-I3I.■

7.¿Свичин Б.А., Лобанова Т.В. Результаты наблюдений за дефо* дарованием шецавдпх пород на удароошеных месторозаденяях//Всес. науч.-техн.конф. "Теория'и практ.проектдр., стр-ва я эксплуат. высокопроизв.подз.рудников" : Те а. докл. Д5оск.горнк ин-т. - !Л., 1990. - С.105-105.

. З.Квочян В.А., Лобанова Т.В. Перспективы прогнозирования горных ударов по наблюдениям за развитием деформационных. процес сов горных пород // Совершенствование подземной разработки мест рождений: Кекэуз.сб.иауч.тр, / Кузбас.политехи, ин-т. - Кемеров

1990. - С.145-152.

9.Указания- по безопасному Еодению горных работ на месторождениях Горной Шории,склонных к горным ударам.-Новокузнецк,

1991.~9üc. (М-во металлургии СССР.БостНШРИ. Ы-ио уголь ной яром-СССР, тт).