автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.01, диссертация на тему:Прогнозирование деформаций земной поверхности при разработке месторождений руд цветных и редких металлов

РГБ ОД 1 R СЕН 1335

На правах рукописи

Горный инженер-маркшейдер ТЯПИН Валерий Михайлович

11Р0Г1ЮЗ'.{Р0ВАНИЕ ДЕЮРИАЦИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ РУД ЦВЕТНЫХ и РЬЖ-К шл\шов

Спэцяальность: 05.15.01 - Маркшейдерия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

С.- Петербург 1995

Работа выполнена в Государственном предприятии научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела (ВНДОИ)

Научный руководитель

Официальные оппоненты

- доктор технических наук, профессор

Акимов Александр Георгиевич

- доктор технических наук, профессор

Иофис Моисей Абрамович

кандидат технических наук Протопопов Игорь Иванович

ведущее предприятие - ГИПРОНйШЬ

Защита^циссертацчи состоится " ^ " ¿1^-А. 1995 г.

в часов на заседании диссертационного совета Д.135.Об.01 в Государственном предприятии научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела по адресу: 199026, С.-Петербург, В-26, Средний пр., 82, зал заседаний Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " " ¿е-^РлЛ^ 1995 г.

Исх. №

Ученый секретарь диссертационного Совета, доктор технических наук, профессор

В.Ы.Шик

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Решение задачи рационально« и безопасно" отработки запасов руд цветных и редких металлов под охраняемыми сооружениями невозможно без надежного маркшейдерского обеспечения и в частности исследования вопросов сдвижения горных пород при подземной разработке. Переход предприятий на полную хозяйственную самостоятельность уже не позволяет оставлять предохранителыдае целики неоправданно больших размеров или осуществлять экономически невыгодный снос подрабатываемых сооружений. Охрану подрабатываемых объектов целесообразно осуществлять на основе сравнения допустимых и прогнозных величин сдвижений и деформаций. В этой связи вопрос прогнозирования деформаций земной поверхности при подземной разработке руд представляется актуальным и до настоящего времени не нашедшим своего отражения в большинстве нормативно-методических документах по охране сооружений и природных объектов.

Разнообразие горно-геологических условий разработки рудных месторождений и, как следствие, форм проявления процесса сдвижения горных пород, предопределяют различный подход к прогнозированию сдвижений и деформаций земной поверхности. Успешное решение этого вопроса невозможно без анализа имеющихся достижений науки о сдвижении . горных пород и обобщения накопленных данных о фактических величинах сдвижений и деформаций земной поверхности.

В связи с преимущественно значительной мощностью рудных залежей, преобладанием систем разработок с обрушением пород и сравнительно малой средней глубиной разработок (400-500 м) сдвижение горных пород на рудных месторождениях как правило приводит к обрушению земной поверхности. Из практики известно, что примерное соотношение различных форм процесса сдвижения земной поверхности при разработке месторождений руд цветных и редких металлов следующее: 60% - обрушение земной поверхности; 30$ - плавное сдвижение земной поверхности с деформациями, превышающими критические; - устойчивое состояние земной поверхности или незначительные деформации земной поверхности менее критических» Однако именно в условиях обрушения земной поверхности расчетные методы прогноза величин сдвижений и деформаций земной поверхности разработаны менее всего, что сужает воеможности извлечение запасов из предохранительных целиков.

Таким образом, в проблеме сокращения потерь в недрах и охране подрабатываемых объектов на земной поверхности прогнозирование сдвижений и деформаций земной поверхности является актуальной задачей.

Диссертационная работа выполнена в Государственном предприятии научно-исследовотельском институте горной геомеханики и маркшейдер-

ского дела (ВНИМИ). В основу диссертации полажены результаты исследования 19ЬЗ - 1993 гг. по плановым работам 0294069000 № Г.Р. 01Ь900П44Ь "Выполнение комплексных исследований и разработка первой редакции Общих правил охраны сооружений, природных объектов игорных выработок от вредного влияния подземных горных разработок месторождений руд цветных металлов", 0222604000 № Г.Р. 01830066363 "Провести научно-исследовательские работы на предприятиях организации п/я Р-6214 с целью разработки нормативно-методических документов по безопасному и эффективному ведению горных работ при подземной и открытой эксплуатации месторовдений", 0294249000 "Научно-методическое обеспечение отработки предохранительных целиков на рудниках Иртышского ПЖ", в которых автор принимал участие в качестве ответственного исполнителя.

Цель работы состоит в установлении закономерностей процесса сдвижения горных пород при подземной разработке наклонных и крутопадающих залежей руд цветных и редких металлов в условиях обрушения земной поверхности и разработке на этой основе методик прогнозирования величин сдвижений и деформаций земной поверхности.

Основная идея работы заключается в использовании большого количества фактических данных об угловых параметрах и величинах процесс! сдвижения горных пород для их обобщения в виде геомеханических закономерностей, как основы для определения условий безопасной эксплуатации охраняемых объектов.

Задачи исследований. Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решались следующие основные задачи:

1) анализ факторов, влияющих на величины сдвижений и деформацж зсмюй поверхности и выявление из них основных для условий разработки рудных месторояздений системами с обрушением горных пород и земно{ поверхности и в случаях перехода от систем с обрушением к закладке выработанного пространства;

2) определение поправок к углам сдвижения для нахождения положения характерных опорных точек в мульде сдвижения и величин сдвижений и деформаций земной поверхности в этих точках путем обобщения представительной выборки данных натурных инструментальных наблюдени{

3) определение характера изменения процесса сдвижения земной т верхности в случаях перехода от систем с обрушением пород на закладку выработанного пространства на примере Малышевского месторождения редких металлов;

4) разработка методик прогнозирования величин сдвижений и дефо! маций земной поверхности, учитывающих особенности рассматриваемых ус ловий;

5) апробация и внедрение результатов.исследований при решении

вопросов охраны подрабатываемых сооружений на Малышевском месторождении.

Методика исследований. Для решения поставленных задач использовался комплексный метод исследований,- включающий инструментальные и визуальные наблюдения за развитием деформаций в толще пород и на земной поверхности, разработку новых способов и приспосоолешй для наблюдений за сдвижением горных пород, обобщение полученных данных с привлечением математической статистики и критериев надежности, стандартные испытания физико-механических свойств пород и компрессионных свойств закладочного материала.

Научные положения, выносимые на защиту.

I. Прогнозирование величин сдвижений и деформаций в мульде сдвижения при обрушении земной поверхности (открытой форме сдвижения) следует производить применительно к отдельным участкам по характерным опорным Точкам, положение которых определять угловыми параметрами процесса сдвижения, при этом граничные углы, углы трещинообтза-зования и оорушения рассчитывать по углам сдвижения, как наиболее изученным на рудных месторождениях, путем ввода в них соответствующих поправок.

При открытой форме сдвижения максимальные величины оседаний и деформаций земной поверхности вне зоны обрушения зависят от комплексного показателя относительной прочности вмещающего массива горных пород и степени подработанности земной поверхности и практически не зависят от выемочной мощности рудной залежи.

3. Переход на закладьу выработанного пространства при отраоот-ке предохранительных целиков приводит к закрытой форме сдвижения земной поверхности, при которой максимальные величины сдвижения и деформаций остаются приуроченными к ранее образовавшейся зоне обд'-щения, кривая оседания земноя поверхности аппроксимируется зависимостью дробно-линейного вида, граничные углы вылолаживаптся с увеличением глубины разработки.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1) обобщены и впервые систематизированы значения углов обрушения на месторождениях руд цветных и редких металлов, позволяющих прогнозировать размеры зоны обрушения на земной поверхности со средней квадратической погрешностью ± о0;

2) определены величины сдвижения и деформаций земной поверхности в характерных опорных точках на границе зон обр^чпения и трещин и выявлена их зависимость от комплексного показателя относительной прочности массива горных пород, учитывающего среднюю прочность коренных пород на одноосьое сжатие, их степень трещиноватости и мощность наносов, а также объемную плотность пород и глубину ведения

горных работ;

3) установлен характер изменения деформирования земной поверхности при переходе от системы с обрушением пород к закладке выработанного пространства, определены зависимости для расчета граничных углов и величин сдвижений и деформаций в мульде сдвижения, образовавшейся под совместным влиянием ведения горных работ с обрушением и закладкой выработанного пространства.

Достоверность научных положений, выводов, аналитических зависимо теЯ обоснована натурными наблюдениями на 5 месторождениях руд цветных и редких металлов, 80 профильных линиях, заложенных в толще пород и на земной поверхности, результатами сопоставления расчетных и фактических значений величин сдвижений и деформаций земной поверхности, промышленной проверкой результатов методик прогноза, разработанных по результатам исследований, в которых автор участвовал в течение 15 лет.

Личный вклад автора :

- выполнение комплексных инструментальных наблюдений по определению величин сдвижений и деформаций земной поверхности на Ново--Березовском, Березовском, Иртышском и Белоусовском рудниках Иртышского полиметаллического комбината, Золотушинском руднике Алтайского ГОКа и на Малышевском месторождении руд редких металлов;

- обобщение и статистическая обработка результатов экспериментальных исследований по определению угловых параметров процесса сдвижения горных пород на месторождениях руд цветных и редких металлов;

- обоснование и разработка методик прогнозирования величин сдвижений и деформаций земной поверхности в условиях ее обрушения и в случайх перехода от1 систем с обрушением к закладке выработанного пространства;

- разработка новых приспособлений и способов проведения маркшейдерских инструментальных наблюдений, повышающих их точность и производительность.

Практическая ценность работы заключается в разработке инженерных методов прогнозирования величин сдвижений и деформаций земной поверхности, позволяющих обосновать возможность безопасной отработки запасов ценных руд в предохранительных целиках и избежать необоснованных затрат при назначении конструктивных мер защити подрабатываемых о(Ь>ектов.

Предложены новые способы и приспособления для производства наг-турных маркшейдерских наблюдений, включающие: способ передачи высотной отметки в шахту, механизированную наблюдательную станцию и устройство для определения величины оседания земной поверхности.

Реализация работы. Основные результаты работы вошли в "Указания по определению параметров процесса сдвижения, построению зон опасных сдвижений и предохранительных целиков на месторождениях руд редких металлов с изученным процессом сдвижения" (Л. :ВНИМй, 1986.--50 с), в "Общие правила охраны сооружений, природных объектов и горных выработок от вредного влияния подземных горных разработок месторождений руд цветных металлов (проект 1990 р.), во "Временные правила охраны сооружений, природных объектов и горных-выработок от вредного влияния подземных горных разработок на золоторудных месторождениях" (Иркутск, 1993.- 76 с).

Апробация работы. Основное содержание работы, а также отдельные ее положения докладывались и получили одобрение на производственно-технических совещаниях Малышевского рудоуправления (1988, 1989, 1990 гг.), на совещаниях представителей УНИПРОмеди, Пермского политехнического' института, Иргиредмета и ВНИШ по разработке "Общих правил охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок месторождений руд цветных металл в"(Ле-нинград 1989, Свердловск 1990), на X Всесоюзной научной конференции с участием научно-исследовательских институтов "Физические проце сы горного производства"* Москва, МГИ, 1991, на секциях научно-технического Совета ВНИШ по сдвижению горных пород, устойчивости бортов разрезов, геологическому и гидрогеологическому обеспечению горных работ (Ленинград, ВНИШ, 1988 - 1993 гг.).

Публикации. Основное содержание диссертации отражено в 13 печатных работах.

Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 149 страниц состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 117 наименований, содержит II таблиц, 32 рисунка.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассмотрены работы, посвященные современным представлениям о характере, процесса сдвижения горных пород и земной поверхности и методам расчета, положенным в основу прогнозирования сдвижений и деформаций земной поверхности на рудных месторождениях.

Начало работ по изучению сдвижения горных пород на рудных месторождениях в нашей стране относится к 1929-30 гг., когда на рудниках Кривбасса, Алтая и Урала были заложены первые наблюдательные станции. Исследования выполнялись в небольших объемах, носили эпизодический характер и были направлены в основном на определение углов сдвижения для конкретных месторождений.

В послевоенные годы теоретические исследования общих закономер-

ностей сдвижения горных пород и земной поверхности, выполненные С.!', чъершикым, Д.А.Казаковским, С.П.Колбенковым, М.В.Коротковым,

A.Г.Акимовым, В.Н.Земмсевым, Р.А.Цуллером, М.А.Иофисом, И.А.Петухо-вым, Я.М.Петуховым, Е.Литвинишиным, Г.Кратчем, О.Нимчиком и некоторыми другими отечественными и зарубежными учеными, явились важным этапом в раскрытии физической сущности процесса сдвижения. Однако

Э1и исследования касались в основном слоистой толщи осадочных пород, характерной для угольных месторождений.

В силу ряда причин объективного характера, из которых следует выделить высокую прочность вмещающих пород, их неслоистое строение, часто незначительные размеры выработанных пространств и связанные с этим задержки в развитии сдвижения горных пород, этот процесс при разработке рудных месторождений изучен менее полно, чем при разработке угольных месторождений. Работами С.П.Колбенкова, Д.В.Машлако-ва, П.К.Кекух, А.Г.Акимова, М.А.Кузнецова, Н.П.Ьлоха, Д.М.Казикаева,

B.И.Кузьмина. Ю.И.ТУринцева, Я.А.Турчанинова, В.Д.Дьяковского, Р.Ф. Крушатина, В.С.Троицкого, В.А.Сазонова, А.Д.Сашурина, А.Г.Шадрина, В.И.Борш-Коыпониеца, С.Н.Зеленцова, В.В.Громова, Б.А.Храмцова, Ю.А. Кашникова и многих других были определены основные схемы процесса сдвижения пород на рудных месторождениях, выполнены исследования по прогнозированию углов сдвижения, установлены условия устойчивости земчой поверхности, предложены методы прогнозирования величин сдвижений и деформаций земной поверхности для конкретных условий разработки отдельных месторождений в основном для случаев плавного сдвижения земной поверхности.

иднако ряд вопросов, связанных с проявлениями процесса сдвижения горных пород на рудных месторождениях остаются недостаточно изученными. К таким вопросам относится и задача прогнозирования величин сдвижений и деформаций земной поверхности при разработке месторождений руд цветных и редких металлов с неизученным или слабоизученным процессом сдвижения горных пород в условиях обрушения земной поверхности, а также в случаях последующего перехода на закладку выработанного пространства.

Анализ известных методов прогнозирования сдвижений и деформаций земнор поверхности позволяет сделать следующие выводы:

1. Для большинства месторождений руд цветных и редких металлов методы прогнозирования величин сдвижении и деформаций отсутствуют, из известных месторождений только для 15%. предложены методы прогнозирования.

2. Известные методы прогноза предназначены преимущественно для условий плавного сдвижения земной поверхности без потери бокового распора и базируются в основном на эмпирических зависимостях, посхо-

льну приемлемых моделей рудовмещамцих массивов, позволяющих использовать теоретические методы расчета,пока не имеется.

3. Обобщающих методик прогноза величин сдвижений и деформаций земной поверхности в условиях ее обрушения, пригодных для использования на месторождениях с неизученным процессом сдвижения и на стадиях проектирования, а также при совместном влиянии систем с обр/ионием пород и закладкой выработанного пространства не имеется.

На основе анализа известных методов прогнозирования сдвижениГ; и деформаций сформулированы приведенные выше цель и задачи исследований.

Во второй главе приводится анализ влияния различных горно-:оологических факторов на величины угловых и линейных параметров процесса сдвижения горных пород и рассматриваются особенности разгитмч этого процесса в условиях разработки мощных крутопадающих залежгй руд цветных и редких металлов с обрушением пород и земной поверхности и в случаях перехода от систем с обрушением к закладке выработанного пространства.

Исходя из самых общих позиций, факторы, влияющие на величин угловых и линейных параметров, можно разделить на две группы (РясЛ).

I группа - факторы, характеризующие количество высвобождаемой потенциальной энергии тяготения горного массива;*

П группа - факторы, отражающие сопротивляемость горного массива процессу разрушения.

В результате проведенного анализа отдельных факторов можнэ сделать следующие выводы.

1. При прогнозе величин сдвижений и деформаций земной поверхности факторы I группы необходимо учитывать полностью. Факторы П группы требуют селективного учета.

2. На современном этапе основными из П группы, требующими учета являются: средняя прочность слагающих горный массив пород на одноосное сжатие ( &сж) и структурные особенности массива --слоистость, трещиноватость, мощность наносов.

3. Отдельные факторы П группы, имеющие непсвсеместное распространение, такие как крупные нарушения и повышенные горизонтальные тектонические напряжения, могут быть учтены в прогнозе путем ввода-поправок в предлагаемые методики после получения натурных данных.

Разработка мощных крут опадающих: залежей с обрушением налегающих пород как правило сопровождается интенсивным нарушением земной поверхности с образованием на ней провалов, трещин и деформаций" беи разрыва сплошности. Нередко залежи такого типа приурочены к контактам крепких изверженных пород, с относительно слабыми метаморфкзованны-ми породами.

факторы, характеризующие количество освобожденной потенциальной энергии тяготения массива

Геометрические Угол па- Объемная

размеры дения плотность

выемки, залежи, пород,

Ь, Ъ, пг ск /

Факторы, характеризующие горный массив (конструкцию выработка - земная поверхность)

Глубина ведения горных работ, Н

Система разработки:.

1. С обрушением пород

2. С закладкой

3. Камерно-столбовая

Тектоническая нал ряженность массива

Структура массива: слоистость трещинова-тость, наносы

Физ.мех.свойства:

(Э, С

и др. }

Рис. I. Факторы, влияющие на величины сдвижений и деформаций земной поверхности

Механизм развития процесса сдвижения в таких условиях представлен на рис.2. В этом случае выемочная мощность и угол падения определяют главным образом глубину провалов и горизонтальные размеры обрушения. На величины же сдвижений и деформаций земной поверхности вне зоны обрушения, которые и являются предметом расчета, эти геометрические параметры не оказывают практического влияния.

Таким образом, для составления прогноза величин,сдйижений и деформаций вне зоны обрушения необходимо искать зависимости этих величин от размеров подработки земной поверхности, а также структурных и прочностных свойств массива.

Закладка выработанного пространства при отработке ценных руд в предохранительных целиках создает реактивный отпор сдвижению боковых пород и уменьшает их разрушение, что приводит'к'образованию предельного контура обрушения на земной поверхности. Связь отпора закладки с ее о(Ь>емной деформацией, а также их изменение во времени и определяет возможные перемещения окружающих очистную выработку пород, что с учетом дилатансии горных пород обусловливает сдвижения и деформации земной поверхнос и. Прогноз величин сдвижений и деформаций земной поверхности & таких условиях должен осуществляться уже опираясь на эффективную мощность залежи ( /71 эф) с учетом конкретных горно-геологических условий, опредёляющих'размер зоны влияния очистных работ на земной поверхности и характера распределения величин сдвижений и деформаций в мульде.

В третьей главе приводится методика прогнозирования величин сдвижений и .деформаций земной п верхности при разработке мощных крутопадающих залежей с обрушением вмещающих пород и земной поверхности.

В основу методики положен пропноз величин сдвижений и деформаций земной поверхности в характерных опорных точках мульды сдвижения, определяемых угловыми параметрами через поправки к углам сдвижения, взятым из нормативных.документов как наиболее изученным на рудных месторождениях (Рис.3). В табл.1 приведены значения поправок в условиях полной подработки земной поверхности.

При неполной подработке земной поверхности положение опорных расчетных точек необходимо определять через углы сдвижения ( ^ц , » ), которые целесообразно рассчитывать по способу А.Г.

Акимова. В этом случае положение точек I и Ъ соответствующих границам зон обрушения и разрыва на земной поверхности, находят по угла»» рассчитанным по формулам

Рис. 2. Схемы рахвитян процесса сдвижения горных пород при разработке мощног» крутопадающего рудного тела системой с обрушением руды и пород

Зона влияния горных разработок на земную поверхность

Зона плавных сдвижений

Зона _обруш е н ия___

I - кривая наклонов и деформаций; 2 - кривая оседаний

. Рис. 3. Схема к расчету величин сдвижений и деформаций земной поверхности вкрест простирания рудной залежи

Поправки к углам сдвижения в условиях полной подработки земной поверхности

Тип месторождения Значения поправок

к углам р (... 0) к углам к углам 6

До д" д" До д" А'" д" л"'-

I - слоистый или сланцеватый массив горных пород ^ = 2 - 15 -8 X +8 - X +18 -ю х^хх +6 ххх «ЧА-3) ~в X +е X +15

П - грубослоистый массив чередующихся слоев интрузивных, эффузивных или метаморфических пород с крепостью более 8 -б * +6 X +13 -8 х,)Сх +5 -б * +6 X +11

Ш - неслоистый массив сплошных массивных пород с крепостью более 10 -5 X +5 +10 -6 х,хх +5 А-А -5 +5 * +10

Примечания: х - в горном массиве со средней крепостью более 8 и мощностью наносов менее 10 и поправки следует уменьшить на 3°; хх - если углы разрывов получаются круче углов падения рудных тел, то в расчете принимают р" = с^ ; ххх - углы обрушения принимают не положе углов разрыва.

fv (fiuy К) - pulfru, йи) ♦ » ( I )

/v(fimX) = ( 2 )

где д" , д" - поправки к соответствующим углам из табл.1 ;

U. - показатель степени подработанности земной поверхности по

А.Г.Акимову.

Точку, определяющую границу влияния горных работ на земной поверхности, можно находить по аналогии с полной подработкой, поскольку уменьшения поправок в связи с неполнотой подработки не наблюдается.

В условиях значительной неполноты подработки углы, определяющие положение опорных точек, могут достигать 90°. В этих случаях в целях придания расчетам некоторого запаса любые углы не следует принимать чруче 65°.

Максимальные величины сдвижений и деформаций земной поверхности приурочены к границе зоны обрушения (точка I). Как показал анализ фактических данных, кроме прочности на одноосное сжатие и роенной плотности на величины сдвижений и деформаций большое вликмиг оказывает интенсивность трещиноватости коренных пород и мощность наносов. Влияние этих основных факторов может быть выражено обобщающим показателем относительной прочности горного массива ( £ )

с _ (Зсж. К с г п \

* - ~г>г-'- (3)

где бсж - средневзвешенный по толще коренных пород предел прочности на одноосное сжатие, тс/м^ ; у - средневзвешенная по толще объемная плотность покрывающих пород, тс/м^ ; Н - глубина нижней границы горных работ; Кс - поправочный коэффициент, учитывающих интенсивность трещиноватости и мощность наносов ( Kt = 0,7 при средней крепости коренных пород более 5 и интенсивности трещиноватости свыше 7 тр./м или мощности наносов свыше 30 м, Кс= 1,2 при крепости более 8 с интенсивностью трещиноватости менее 2 тр/м и мощности наносов менее 10 м, в остальных случаях = I ).

В табл.2 приведены средние значения ( с коэффициентом вариации 20 %) оседаний ( t ), горизонтальных деформаций растяжения ( £ ) и наклонов ( С ) в точках на границе зоны обрушения.

Величины оседаний, горизонтальных деформаций и наклонов на границе зоны обрушения

Степень подработанности, у. Относительная прочность горного массива, 5"'

более 35 35-25 25-15 15-8 8-2 менее 2

0,8 и более Ч, =Ю0мм 100-300 300-500 500-800 600-2000 2500 50

е= с =4ым/м 4-10 10-15 15-25 25-50

0,7-0,5 80 3 60-200 200-400 400-600 600-1500 2000 40

3-8 8-12 12-18 18-35

0,4 и менее 40 2 50-100 100-250 250-400 400-1000 1200

2-4 4-Ь 6-12 12-25 30

Во второй характерной опорной точке;, на границе зоны трещин, величины сдвижений и деформаций земной поверхности (табл.3) зависят; только от обобщающего показателя относительной прочности массива и че обусловлены степенью подработанности земной поверхности, которая оказывает влияние лишь на положение трещины в плане, т.е. величину угла разрыва. Коэффициент вариации составляет около 40 %.

Таблица 3

Величины оседаний и деформаций земной поверхности на границе зоны трещин

Относительная прочность горного массива,

более 35 35-25 25-15 15-8 8-2 менее 2

Ц. =50 мы 50-100 100-150 150-300 300-500 500 15

£,= 1= 2 мы/м 2-4 4-6 6-10 10-15

В третьей и четвертой опорных точках, определяемых соответст-5енно углами опасных сдвижений и граничными углами, величины сдвиганий и деформаций земной поверхности имеют фиксированные значения

точка 3-j£=5Gmm, £ = С = 2 мм/м

точка 4 - ^ = мм, & = с = 0,5 мм/м.

Между опорными точками величины сдвижений и деформаций можно распределить по линейной зависимости, обеспечивая некоторый запас 1адежности в прогнозируемых величинах.

В главе приводится также анализ точности прогнозируемых угловых и линейных параметров. Суммарная погрешность прогнозных величин ^движений и деформаций земной поверхности в опорных точках 4, 3, 2 fie превышает 60%, а в точке I (. на границе зоны обрушения ) - 90%, ïto вполне достаточно для практических расчетов и при необходимости иожет быть учтено соответствующими коэффициентами перегрузки.

В четвертой главе на примере Малдаевского месторождения редких металлов исследуется характер изменения процесса сдвижения земной поверхности при переходе от системы с обрушением пород и земной поверхности к закладке выработанного пространства и приводится методика прогнозирования величин сдвижений и деформаций земной поверхности. Проведенные исследования и статистическая обработка фактически полученных значений граничных углов )30 позволили подобрать эмпирическую зависимость изменения этих углов с увеличением глубины разработки

~ 0,05Н-Н3,8 ' > ( 4 )

что позволяет прогнозировать размер зоны влияния очистных работ с закладкой выработанного пространства на земной поверхности (рис.4).

Кривая оседания земной поверхности за предельным контуром обрушения с увеличением глубины разработки аппроксимируется зависимостью дробно-линейного вида. Расчет прогнозных величин оседания наклонов ( О и кривизны (К ) осуществляют по следующим формулам.

2,7-К) ЧПtp-& 7.-Х , х 1 = 0,015 + 1s5Lix- » ( 5 >

; - з,б-10~-тСРв L2 ( 5 )

U ~ (1,35 L - X)2

К - fOl , ( 7 )

14 ~ 1.35А-Х

1Ь

о>

зона обрушения

зона плавных сдвижений

ЮО»

Рис. 4. Схема к расчету величин сдвижения и деформаций земной поверхности

,*де тср - средняя выничаеыая мощность рудной зоны; В - относительное сжатие закладочного массива; (_, - разиер зоны плавных сдвижений; X - текущая координата.

Прогноз величин горизонтальных деформаций растяжения необходимо эсуществлять на основе изменения углов наклона векторов сдвижения ! ) в зоне плавных сдвижений. Зависимость, отражающая это изме-{ение, описывается выражением

Л°' X.

" = 70 ~ 0.027Х+О5 ' ' ( 8 >

величину горизонтальной деформации растяжения с точностью 30% рас-штывают по формуле

Р - ^ . ( 9 )

В местах выходов тектонических нарушений расчетные значения го-мзонтальных деформаций необходимо увеличить в 2 раза.

В главе описаны также новые устройства и способы по совершенст-юванию инструментальных наблюдений за сдвижением земной поверхности: стройство для определения' величины оседания земной повер.лости, ме-:анизированная наблюдательная станция, способ передачи высотной от-етки в шахту.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе в результате выполненных комплексным етодрм научных исследований разработаны методика прогнозирования еличин сдвижений и деформаций земной поверхности при разработке удных залежей с обрушением пород и земной поверхности, которая вош-а составной частью в проект "Общих правил охраны сооружений, при-одных объектов и горных выработок от вредного влияния подземных азработок месторождений руд цветных металлов" ( 1990 г.) и методи-а прогнозирования величин сдвижений и деформаций земной поверхнос-и при отработке предохранительного целика с закладкой выработан-ого пространства на Малшевском месторождении редких металлов, во-едшая в "Указания по определению параметров процесса сдвижения, по-троению зов опасных сдвижений и предохранительных целиков на место-ождениях руд редких металлов с изученным процессом сдвижения" (Л.: НИШ, 1986.- 50 с),

Основные научные выводы и практические результаты работы закачаются в следующем.

1. Обобщены и впервые систематизированы значения углоЕ обдутве-ния и граничных углов на большом количестве ыестороадаений руд цветных и редких металлов и установлены соответствующее поправки к углам сдвижения, позволяющие прогнозировать эти параметры на месторождениях с неизученным процессом сдвижения.

2. Обоснована возможность прогнозирования деформаций земной поверхности на рудных месторождениях с открытой формой сдвижения по характерным опорным точкам и установлены величины сдвижений и деформаций в этих точках в зависимости от степени подработанности и комплексного показателя относительной прочности массива горных пород.

3. Установлены эмпирические зависимости для расчета размера зоны влияния горных работ и величин сдвижений и деформаций земной поверхности в условиях перехода на закладку выработанного пространства при отработке предохранительного целика на Малышевском месторождении, позволяющие снизить затраты на проведение конструктивных мероприятий пс защите основных сооружении промплощадки.

4. Выявлено влияние расхода вяжущего на компрессионные свойства песчано-цементных закладочных смесей и обосновано его 10% безопасное снижение для конкретных, смесей.

5. Разработан ряд устройств и способов по совершенствованию инструментальных наблюдений.

6. Экономическая эффективность работы обусловлена внедрением, ре комендаций по безопасному высвобождению запасов ценных руд из предел ранительного целика на Малышевском руднике и снижением цемента на закладочные работы.

Основные положения диссертации опубликованы а следующих работа?

1. Кузнецов М.А.., Тяпин В.М. Влияние строения и прочности nopoj: на величины сдвижений и деформаций зем;юй поверхности в висячем бок} рудных залежей // Сдвижения и деформации массива при разработке месторождений с учетом структуры и механических свойств горных пород: Сб.научч.тр.-Л. :ЗН/Ш, 1962-, с.57-60.

2. Зеленцов С.Н., Тяпин В.М., Дмитшев Н.М. Условия-безопасной подработки магистральной железной дороги на НоЕо-Березовском месторождении // Безопасность груда в промышленности. 1963, М, с.35-36.

3. Кузнецов M.ä., Кузнецова Е.Л.. Тяпин В.М. Особенности развития процесса сдвижения горных пород в условиях комбинированной разр! ботки мощных крутопадающих рудных залежей // Способы управления деформациями горного массива, подрабатываемых сооружений, бортоЕ разрезов и природных объектов при разработке срит угольных плавтов: Сб научн.тр.-Л:ЗНИМИ, 1966, с.П-15,

4. Временные правила охраны сооружени]"1 от вредного влияния под

зенших разработок ка рудниках Джезказганского горно-металлургического комбината. - Ленинград, Джезказган, 1986. 48 с.

5. Инструкция по наблюдениям иа сдвижением горных пород и земной поверхности при разработке рудных месторождения. - М.:Недра, 1988. 112 с.

6. Тяпин В. И. Определение величины оседания земной поверхности при подземной разработке рудных месторовдений // Управление горным давлением и прогноз безопасных условий освоения угольных месторождений: Сб. научн. тр.-Л.:ВНИМИ, 1990, с.49-54.

7. Тяпин В. М. Расчет сдвижений и деформаций земной поверхности для типичных условий рудных месторождений // Изучение и прогноз сдвижений и деформаций массивов горных пород, гидрогеомеханииеских . процессов при разработке месторождений подземным и открытым способами: Сб.научн.тр.-ВНЛМИ.-СПб.: 1991, с.52-5?.

8. A.c. * 1659676 (СССР) от 0I.C3.I99I г. Передвижное закладочное ограждение. /ВНЛШ/. Г.П.Лукин, В.М.Тяпин. Заявл. 07.С4.69. Опубл. 30.06.91 в БИ № 24.

9. Зеленцов С.Н., Тяпин В.М., Дорошенко В.Т. Безопасная .'.доработка охраняемых объектов на рудниках Иртышского полиметаллического комбината "Перспективные направления научно-техническог прогресса в горном производстве: Сб.научн.тр. ВШЙцветмет, Усть-Каменогорск, 1991, с.92-97.

10. Зеленцов С.Н., Внуков В.А., Тяпин В.М. Прогнозирование параметров вторичных воронок на рудных месторождениях // Безопасность труда в промншленности, 1992, № 3, с.30-33.

11. Тяпин В.М., Зеленцов С.Н., Лукин Г.П. Г рафо-анали'тически? способ расчета ожидаемых сдвижений и деформаций горных пород на месторождениях со сложными горно-геологическими условиями // Исследования сдвижения горнь'х пород и гидрогеомоханических процессов в массивах сложной структуры: Сб.научн.тр.- ВНИМЛ.- СПб.: 1992, с.147-153.

12. A.c. № I781542 (СССР) от 15.СВ.1992 г. Способ передачи высотной отметки в шахту. / ВНИШ / С.Ю. Николаями, Н.А.Никитина, В.М. Тяпин. Заявл. 22.0S.9C-. Опубл. 15.12.92 в БЛ №46.

13. Временные правила охраны сооружений, природных объектов и горных выработок от вредного влияния подземных горных разработок на золоторудных месторождениях. - Иркутск, 1993. 76 с.