автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Разработка технологических схем и обоснование параметров выемки сильнонарушенных руд глубоких горизонтов

п б ОД

2 о ЛПР 1393

СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ФЕДОРЕНКО Борис Васильевич

УДК 622.831.325.262.2.272

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЫЕМКИ СИЛЬНОНАРУШЕННЫХ РУД ГЛУБОКИХ ГОРИЗОНТОВ

Специальность: 05.15.02 — «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ВЛАДИКАВКАЗ 1993

Работа выполнена в Северо-Кавказском ордена Дружбы Нарадов горнометаллургическом институте.

Научный руководитель: кандидат технических наук, старший научный сотрудник ДЗАУРОВ Магомед Ахметович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор ЗАМЕСОВ Николай Федорович, кандидат технических наук, доцент ДЗУГКОЕВ Валерий Семенович.

Ведущее предприятие: Гипроникель

на заседании Северо-Кавказского регионального специализированного совета Д-063.12.01 по присуждению степени кандидата технических наук в СевероКавказском ордена Дружбы Народов горно-металлургическом институте (СКГМИ) по адресу: 362004, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44, в зале заседаний ученого Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института с 8 час. 30 мин до 15 час. 30 мнн.

Автореферат разослан « £ » 1993 г.

Защита состоится

Ученый секретарь СКРС совета, кандидат технических наук

В. В. СЕРГЕЕВ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Современные тенденции развития рудной базы Норильского промышленного района, одного из основных поставщиков руд цветных и редких металлов в России, связаны с увеличением глубины горных работ до 1000 и более метров и неуклонным усложнением условий эксплуатации залежей высокоценных руд. В связи с этим на одно из первых мест выдвигается проблема стабилизации объемов добычи руды на требуемом уровне.

Особенно актуальна эта проблема для глубоких рудников Норильска, эксплуатирующих запасы Октябрьского месторождения.

Блочное строение рудного массива, имеющие место при разработке динамические проявления горного давления, предопределили применение варианта сплошной слоевой системы разработки с разгрузкой зоны очистных работ путем опережающей надработки рудного массива по кровле и закладкой выработанного пространства твердеющей смесью. С увеличением глубины горных работ возрастает интенсивность тектонической нарушен-иости массива, уменьшается ширина тектонических блоков, ограниченных дизъюнктнвами второго и третьего порядков и сопутствующими им зонами сильной нарушенное™. Наличие протяженных зон с различной интенсивностью нарушенное™ в них вызывает необходимость перехода от технологического варианта системы к наиболее трудоемкой технологии выемки, которая сопровождается длительным снижением производительности добычи. В этих условиях стабилизация объемов добычи на требуемом уровне достигается сознательным увеличением эксплуатационного фронта, который позволяет иметь определенный резерв очистных забоев.

Такой подход вызывает снижение эффективности работы оборудования, усложняет вопросы организации труда и управления технологическими процессами, снижается концентрация работ, интенсивность очистной выемки, увеличиваются непроизводительные затраты на поддержание комплекса подготовительных выработок в устойчивом состоянии.

В связи с этим разработка технологических схем очистной выемки, обеспечивающих'в условиях больших глубин й сильной тектонической нарушенности массива заданные объемы добычи руды, безопасность и эффективность горных работ, является для рудников Норильского района актуальной задачей, имеющей важное народнохозяйственное значение.

Цель работы. Основной целью диссертационной работы является разработка технологических схем и обоснование параметров выемки сильнонарушенных руд, обеспечивающих в условиях, больших глубин требуемые объемы добычи руды.

Идея работы состоит в использовании выявленных особенностей формирования нагрузок в зоне ведения очистных работ при разработке залежей с чередующимися зонами сильно- и слабонарушенных пород на больших глубинах для обоснования технологии отработки, обеспечивающей устойчивость горных конструкций и стабилизацию объемов добычи руды на требуемом уровне.

Методика исследований. При выполнении работы применялась комплексная методика, включающая анализ результатов ранее выполненных исследований напряженно-деформированного состояния удароопасных массивов блочного строения, изучение особенностей структурного строения рудной залежи и их влияние на состояние рудного массива, статистическую обработку результатов геологических и маркшейдерских съемок выработок и массивов, аналитические исследования, производственные наблюдения и промышленные эксперименты.

Научные положения:

— выявлены закономерности изменения прочностных и деформационных свойств и исходного напряженного состояния массивов в зависимости от интенсивности тектонической нарушенности, состоящие в том, что к крыльям дизъюнктивов приурочены зоны, в которых прочность массива в два-шесть раз, а модуль упругости в два-три раза меньше, чем в центральных частях тектонических блоков, ширина этих зон составляет 0,5— 0,8 величины амплитуды смещения блоков, а уровень напряжений и характер их распределения в зависимости от ширины тектонического блока представлен тремя видами напряженного состояния;

— установлены закономерности развития во времени деформаций нарушенных пород в зоне влияния очистных работ, состоящие в том, что краевая часть рудного массива, представленная отрабатываемым тектоническим блоком, обладает податливостью на первом этапе нагружения, переходит в область упругой работы на других этапах отработки блока, затем в предель-

мое состояние при достижении критической площади опорной поверхности;

■— выявлен механизм взаимодействия подрабатываемой толщи и краевой части рудного массива в условиях блочного строения, состоящей в том, что при падении блокообразующего нарушения на нетронутый массив подработанная часть налегающей толщи смещается вниз по плоскости сместителя относительно неподработанной части, при этом краевая часть рудного массива, ограниченная нарушением, разгружается от напряжений, обусловленных зависанием породной консоли, а при падении нарушения на очистные работы оседание вниз вызывает формирование в краевой части рудного массиива области всестороннего сжатия как за счет сил горизонтального распора, так и за счет повышенных вертикальных нагрузок;

— разработаны способы управления устойчивостью передовых подготовительных выработок и технологическая схема отработки защитного слоя, включающие создание искусственной податливости с регулируемым уровнем деформаций и технология выемки участков силыюнарушениых руд, включающая укрепление кровли очистных выработок.

Научная новизна работы заключается в том, что:

— выявленные закономерности изменения прочностных и деформационных свойств и исходного напряженного состояния массивов блочного строения отличаются тем, что учитывают интенсивность тектонической нарушенности и элементы залегания тектонических нарушений;

— установленные закономерности развития во времени деформаций нарушенных пород в зоне влияния очистных работ отличаются тем, что характеризуют, в зависимости от интенсивности основных систем трещин, уровень податливости на первом этапе нагружения и переход в область упругой работы на других этапах отработки тектонического блока;

— выявленный механизм взаимодействия подрабатываемой толщи и краевой части рудного массива отличается тем, что учитывает эффект разгрузки от повышенных напряжений сжатия краевой части рудного массива, ограниченной тектоническим нарушением, обусловливающий устойчивость надрабаты-ваемых очистных забоев;

— разработанные способы управления устойчивостью выработок в зонах повышенного горного давления и технологические схемы разгрузки массива блочного строения отличаются тем, что управление состоянием массивов обеспечивается применением искусственной податливости с заданным уровнем деформаций, а предложенная технологическая схема сплошной выем-

ки руды с закладкой в условиях отработки массивов различной нарушенное™ отличается тем, что отработка зон сильно-нарушенных руд ведется под комбинированной рудобетонной кровлей.

Новизна научных положений подтверждена тремя авторскими свидетельствами.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается:

— обширным фактическим материалом натурных исследований напряженно-деформированного состояния массива в зонах влияния очистных работ, выполненных различными методами, сходимостью полученных результатов с данными аналитических исследований;

— результатами промышленного и опытно-промышленного внедрения результатов исследований.

Научное и практическое значение работы заключается в том, что выявленные механизмы и закономерности деформирования тектонически нарушенных массивов в зоне влияния очистных работ, позволяющие прогнозировать устойчивость выработок в зонах опорного давления и передовых выработок и целиков защитного слоя, обеспечили разработку, промышленное освоение и внедрение технологических схем выемки сильнонарушенных руд без снижения производительности и экономической эффективности очистных работ (А. с. № 1350350, Б. И. № 41, 1987; А. с. № 1514934, Б. И. № 38, 1989).

Реализация работы в промышленности. Разработанные технологии сооружения защитного слоя, отработки руд сильной нарушенное™, способ охраны и поддержания выработок, расположенных в зонах опорного давления, внедрены на рудниках «Октябрьский» и «Таймырский» Норильского комбината с экономическим эффектом более 1400 тыс. рублей в ценах 1989— 1990 гг.).

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались па научно-технических конференциях Горной секции Норильского ГМК (г. Норильск 1987—1992 гг.), научных семинарах лаборатории проблем подземной разработки рудных месторождений ИПКОН РАН (г. Москва 1989—1991 гг.), расширенном заседании кафедры технологии разработки месторождений СКГМИ (г. Владикавказ 1991 — 1992 гг.).

Публикации. По результатам выполненных исследований получено четыре авторских свидетельства и опубликовано четыре печатных работы в научно-технических изданиях.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 168 страницах машинописного текста, содержит четыре главы и за-

ключепие, список литературы из 88 наименований, 45 рисунков, 14 таблиц и два приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Развитие рудной базы Норильского района неразрывно связано с освоением Октябрьского месторождения, представленного мощными пологопадающими рудными телами на глубинах от 700 До 2100 м. В условиях больших глубин и сильной тектонической нарушенности массива в качестве основной технологии выемки принята сплошная слоевая система разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. Отличительной особенностью этой технологии является необходимость присутствия горнорабочих в очистном пространстве, что требует в условиях массовых разрушений горных пород на обнажениях, вызванных большой глубиной горных работ и интенсивностью нарушенности рудного массива, специальных решений по обеспечению устойчивости выработок.

Анализ отечественной и зарубежной практики управления устойчивостью обнажений горных пород и выработок различного технологического назначения позволяет выделить две группы факторов, сопутствующих разрушениям обнажений и конструктивных элементов систем разработки — естественные и технологические. К первой группе факторов относятся: величина действующих напряжений и структурное строение залежи, ее прочностные и деформационные свойства. Ко второй относятся: способы и порядки очистной выемки, интенсивность развития горных работ.

Сопоставление условий ведения горных работ, при которых наиболее часто отмечались разрушения горных пород па обнажениях, показывает, что решение проблемы отработки участков сильнонарушенных руд для Октябрьского месторождения является первостепенной задачей, актуальность которой будет возрастать по мере увеличения глубин горных работ и увеличения пролетов выработанного пространства.

Массив горных пород, слагающих месторождение, представляет собой неоднородную среду, сложенную вытянутыми в меридиональном направлении, смещенными один относительно другого, призматическими и клиновидными структурными блоками, ограниченными плоскостями дизъюнктивных нарушений различных порядков. Элементы залегания региональных тектонических разломов определяют элементы залегания разрывных нарушений высших порядков и основных систем трещин, определяющих интенсивность нарушенности рудного массива внут-

ри тектонических блоков. Основным вариантом системы разработки месторождения является восходящий порядок выемки слоев с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. Его применение сопровождалось динамическими формами разрушения рудных обнажений передовых очистных слоев. Это предопределило разработку и внедрение комбинированного варианта выемки слоев, отличающегося опережающей выемкой защитного слоя по верхнему контакту рудного тела. Существенное увеличение количества тектонических нарушении и сопутствующих им зон сильнонарушенных руд по мерс понижения горных работ привело к внедрению нисходящего порядка выемки слоев на участках сильной нарушснности, характеризуемого резким ухудшением технико-экономических показателей очистной выемки. В то же время, этот вариант не обеспечил в полной мере устойчивость очистных слоев в зонах сильной на-рушенностн. Отработка этих участков велась слоями уменьшенных размеров или проходкой тупиковых выработок, что еще больше снизило производительность очистной выемки.

Опережающая выемка защитного слоя — одна из самых трудоемких технологических операций во всем цикле очистной выемки. Производительность труда при проходке выработок защитного слоя в 1,8—2,0 раза ниже, а себестоимость добычи в 2,5 раза выше, чем при отработке основных слоев. Темпы горных работ в защитном слое в 1,5 раза ниже достигнутых скоростей продвигания фронта очистной выемки надработанных запасов. Достигнутые показатели сооружения защитного слоя ухудшаются вдвое при ведении горных работ в зонах сильной нарушенное™.

В этих условиях требуется поиск новых технических решений, позволяющих обеспечить не только устойчивость обнажений горных пород, но и заданные объемы добычи руды независимо от геомеханических условий ведения горных работ, что позволит повысить эффективность работы рудников.

Для решения поставленной задачи необходимо выявить специфику развития процессов изменения состояния краевых частей массива блочного стрення, закономерности формирования зон разупрочнения и обрушения в приконтурных массивах, условия и факторы, способствующие их возникновению и являющиеся тем реальным фоном, который позволит определить основные направления разработки технологических схем и обоснования параметров отработки сильнонарушенных руд на глубоких горизонтах.

При разработке месторождения отмечена неравномерность распределения нарушений не только в пределах шахтного поля,

но и в пределах одной выработки, что в первую очередь обусловлено тектоническим строением массива, неоднородностью прочностных и деформационных свойств руд ¡г пород естественного поля напряжений.

Исследования изменений прочностных и деформационных свойств массивов блочного строения в натурных условиях показали, что вблизи тектонических нарушений существуют зоны повышенной трещиноватости массива, в которых прочность массива в дза-шесть раз ниже, чем в образце, а модуль упругости в два-три раза меньше, чем в центральных частях блоков. При ширине блока, меньшей или равной сумме зон влияния дизъюнктива, вся область массива, заключенная между .тектоническими нарушениями, п часть массивов, прилегающих к разрывам с противоположных сторон, характеризуется как зоил сильнонарушениых руд,- где расстояние между трещинами снижается до 0,05—0,1 м. Ширина зон влияния в крыльях наруше ний определяется амплитудой смещения по плоскости дизъюик-/гива и составляет 4-ИО м.

В результате исследований напряженно-деформированного состояния массива сплошных руд, выполненных на различных участках шахтного поля на глубинах 900—1100 м, установлено, что блочный массив характеризуется сложным напряженным состоянием. Вблизи тектонических блокообразующих нарушений существуют области, в которых уровень напряжений в 2—2,5 раза ниже относительно величины напряжений, действующих в центральных частях блоков. Формирование этих областей вызвано повышенной трещиноватостыо массива. С удалением от плоскости сместителя нарушения интенсивность трещиноватости руд уменьшается, а величина действующих напряжений возрастает до 2,0—2,5 7Н.

В каждом конкретном случае характер распределения па-пряжений в тектоническом блоке и степень их нагружешюсти различны.

Установлено, что при ширине структурного блока В = 10 м и В = 30 м характер распределения напряжений идентичен, а степень их нагруженности различается более чем в два раза. На основании анализа полученных результатов выделено три вида напряженного состояния тектонических блоков, характеризуемых пониженным по сравнению с у1т уровнем действующих нагрузок, наличием области действия напряжений, значительно превышающих по величине 7Н и наличием двух областей повышенных напряжений, расположенных на периферийных частях тектонического блока (рис. 1).

ь!

— тектонические нарушения, ограничивающие структурный блок;

У///А — структурный блок;

— ширина зон влияния тектонических нарушений;

он.м. — напряжения нетронутого массива;

1; 2; 3 — эпюры напряженного состояния структурных блоков: при ширине тектонических блоков

В<2 (Ь,0+Ь20); В = Ь1°+Ь2° и В = 0,5 (Ь1°+Ь20) соответственно.

Рис. 1. Эпюры фактических нагрузок по средней линии структурных блоков.

Поле напряжений, действующих в массиве блочного строения, является неоднородным. Величина нагрузок и характер их распределения определяется параметрами тектонических^ блоков и элементами залегания блокообразующих нарушений.

Сопоставление геологических данных с результатами оценки степени нарушенности геофизическими методами дали основание для разработки метода построения границ зон сильной

нарушённости по данным геофизических измерении, применение которого позволило прогнозировать прочностные п деформационные свойства массива и его напряженного состояния.

Особенностью технологических схем отработки сплошных руд является разрезка рудного тела на всю мощность по простиранию и развитие прямолинейного фронта очистных работ по восстановлению и падению залежи. В связи с этим, абсолютное большинство подготовительных и очистных выработок ориентировано параллельно или под острым углом к линии простирания блокообразующих нарушений. В результате, горные работы последовательно ведутся в зонах с различной интенсивностью нарушённости, следовательно, и устойчисости. Анализ более 100 случаев обрушений с объемом от 4—5 м3 до 200 м3 показал, что большинство случаев приурочено к бортам выработок, оформленных в зонах сильной парушенпостл. Протяженность зон обрушений достигала 30 м. В условиях чередования зон енлыюнарушенных и ненарушенных руд, поддержание достигнутых технико-экономических показателей н интенсивности добычи может быть достигнуто за счет разработки новых технологий, обеспечивающих управление устойчивостью обнажений в различных геомеханических условиях.

Опережающая выемка защитного слоя вызывает перемещение опорных нагрузок в сторону нетронутого массива и разгрузку надработанпого рудного массива. В результате, передовые выработки защитного слоя и весь комплекс подготовительных выработок испытывает действие повышенных напряжений. Наблюдения за формированием зон с различным уровнем па-пряжений в краевых частях рудного массива выполнялись по комплексным наблюдательным станциям, оборудованным в ортогональных к фронту очистных работ выработках. Ширина участков наблюдений выбиралась, исходя из ширины тектонических блоков и составляла не менее 50 м (два тектонических блока). Расстояние между точками измерений соответствовало ширине очистного -слоя. Измерение деформации осуществлялось глубинными реперами и скважиппыми дефор-мометрами, установленными в вертикальных и горизонтальных скважинах. Оценка величин действующих напряжений выполнялась по результатам измерений методом разгрузки и косвенными методами.

В результате наблюдений установлено цикличное перемещение зоны опорного давления в сторону нетронутого массива. Границами перемещений служат плоскости тектонических нарушений, оказывающих экранирующий эффект и разрывающих механическую связь между смежными геологическими блоками.

В результате, прилегающий к закладочному массиву тектонический блок рассматривается как целик уменьшающихся размеров. При достижении критической площади наиболее ослабленного сечения оставшаяся часть отрабатываемого блока переходит в предельное состояние. Потеря несущей способности отрабатываемого блока характеризуется раскрытием шва тектонического нарушения, ограничивающего этот блок со стороны нетронутого массива, и резкой пригрузкой следующего блока. Это является следствием скачкообразного смещения консоли подработанных пород, которое сопровождается срывом пород висячего крыла по плоскости тектонического нарушения относительно лежачего крыла, освобождением консоли от горизонтального распора и ее быстрой осадкой. В результате, краевая часть рудного массива испытывает дополнительные пригрузки, достаточные для разрушения передовых выработок. При существующей технологии по мере подвигания фронта горных работ зоны разрушения формируются в любой из передовых выработок, расположенных в отрабатываемом тектоническом блоке. Рудный массив, следовательно, передовые выработки последовательно сначала претерпевают нагружение, а затем разгрузку. В результате, устойчивость выработок резко снижается. Часто процесс разрушения контура выработки развивается до ее полной ликвидации, особенно в выработках, расположенных в зонах сильной нарушенное™. На основании выявленного механизма деформирования краевой части рудного массива блочного строения был разработан и внедрен способ охраны и поддержания в устойчивом состоянии передовых выработок, основанный на использовании принципа искусственной податливости с заданным уровнем величины деформаций. Суть способа заключается в том, что разгрузочную полость образуют до проходки выработки вприсечку с ее контуром в направлении действия максимальных главных напряжений до внутренней границы зоны трещиноватости, при этом полость сначала образуют размером меньше поперечного сечения выработки, а затем расширяют путем бурения скважин под углом сдвига горных пород к линии действия максимальных напряжений, их заряжания и взрывания, подсекая тем самым зону трещиноватости. После формирования зоны трещиноватости, являющейся внешним контуром породной оболочки, полость заполняют податливым материалом и осуществляют проходку охраняемой выработки, формируя внутренний контур породной оболочки (рис. 2).

На основании результатов изучения закономерностей и характера деформирования массивов в процессе опережающей

6

мокс

II I I I I и,

макс

7

4 I

\

\

I I I М 1б

макс

Рис. 2. Способ охраны выработок, расположенных в зоне опорного давления.

1—разгрузочная полость; 2— внутренняя концентрическая зона тргщинова-тости (внешний контур породной оболочки); 3 — расширяемая часть разгрузочной полости путем отбойки горных пород; 4 — камуфлетпые скважины; 5 — податливый материал; 6 — охраняемая выработка; 7 — внутренний контур породной оболочки; 8 — породная оболочка, ограниченная внутренней границей концентрической зоны 2 трещиноватости и внутренним контуром породной оболочки 7.

надработки рудного массива в производственных условиях, подтвержденных результатами численного моделирования, разработаны технологические схемы опережающей надработки, ста-

билизирующие интенсивность собружёния защитного слоя, В зонах с различной нарушенностью. Сооружение защитного слоя, в основном, осуществлялось проходкой тупиковых выработок шириной 4 м через временный целик шириной 4 м, формирование которых в зонах сильной нарушенности в условиях действия повышенных напряжений приводит к его разрушению, что резко снижает безопасность горных работ и требует дополнительных затрат по приведению этого целика в безопасное состояние и сооружению защитного слоя на этих участках. Кроме того, анализ геологических и маркшейдерских отчетов об объемах выполненных работ по более чем тридцати выработкам показывает, что скорость проходки выработок по зонам сильной нарушенности уменьшается вдвое. Установлена зависимость между скоростью проходки и отношением длины участка пересечения выработкой зоны сильной нарушенности (1н) к длине выработки (1в), которая имеет вид:

V = 19,2+

1в

Полученное корреляционное отношение составляет т]у = 0,72. Аналитическими исследованиями установлено, что увеличение ширины; целика с 4 до 8 м не приводит к формированию нагрузок, достаточных для его разрушения. Временный 8-метровый целик, сформированный в зоне сильной нарушенности, нет необходимости разгружать от повышенных напряжений в более широком диапазоне пролетов отра "отки по защитному слою, чем 4-метровый целик. Полученные результаты послужили основой для разработки технологии сооружения защитного слоя с образованием в нем широких целиков.

Целик создается на участке массива, представляющем зону сильнонарушенных горных пород. Ширина из технологических соображений принимается соизмеримой с шириной очистной выработки. Вначале штреки защитного слоя проводятся и заполняются закладкой у боковых границ целика. Соотношение размеров штреков и целика такова, что в процессе оформления целика области опорных нагрузок не накладываются одна на другую. Следующие штреки проходятся и закладываются «впри-сечку» к закладочному массиву предыдущих. С увеличением пролетов фронты защитной выемки расходятся в противоположных направлениях. Этим увеличивают опорное давление на целик и, вместе с тем, удаляют горные работы от опасного конструктивного элемента. Зоны опорного давления накладываются одна на другую. Происходит разрушение целика, расположенного в зоне сильной нарушенности. Он приобретает необходи-

мую податливость и разгружается от избыточных напряжений. После этого производится очистная выемка руды под защитными слоями. Реализация данного способа, защищенного авторским свидетельством, позволяет увеличить скорость сооружения защитного слоя, следовательно, исключить ограничивающий фактор в интенсивности отработки основных слоев.

Установлено также, что выемку запасов руды в крыльях сброса с амплитудой смещения крыльев до 35 м безопасно осуществлять без проходки выработок защитного слоя над рудным телом, граничащим с налегающей толщей по плоскости тектонического разрыва. Безопасность обеспечивается порядком отработки, а именно сооружением защитного слоя по верхнему контакту залежи одновременно в лежачем и висячем крыльях с последующей выемкой надработанных запасов при условии опережающего развития очистных работ в лежачем крыле в направлении на сброс.

Исследования механизма деформирования горного массива в зоне влияния очистных работ позволили установить основные факторы, влияющие на выбор способа разработки залежей блочного строения с чередующимися зонами сильно- и слабонару-шенных пород. Основными из них являются: элементы залегания тектонических нарушений, размеры сопутствующих им зон сильной нарушенное™ и размеры тектонических блоков. Ширина тектонических блоков уменьшается с увеличением глубины горных работ. Ширина зон сильной нарушенное™ составляет 0,5—0,8 от величины амплитуды смещения горных пород по плоскости разрывного нарушения. Наименее нарушенной является центральная часть блоков. При ширине блока В = 30 м слабонарушенной является зона шириной 8—10 м, т. е. соответствующей ширине очистного слоя.

Для слоевых систем разработки наличие зон сильной нарушенное™ связано со снижением производительности фланга панели в среднем на 15%, а в ряде случаев даже до 50%- Это обусловлено следующим. Применение восходящего порядка выемки слоев в надработанных массивах возможно в ненарушенных и слабонарушенных рудах. Условия для его применения появляются в блоках шириной свыше 30 м. При переходе горных работ в зоны сильной нарушенное™ применяется нисходящий порядок выемки слоев, что приводит к резкому снижению технико-экономических показателей и производительности очистной выемки, ^аким образом, наличие зон сильнонарушенных руд ограниченных размеров оказывает дестабилизирующий эффект на показатели добычи. В этих условиях необходимость геомеханического модифицирования систем разработки при перехо-

де очистного фронта в смежную зону становится очевидной. Предотвращение ущерба от снижения объемов и эффективности добычи может быть достигнуто за счет разработки технологии и обоснования параметров выемки надработанных запасов слоями в восходящем порядке.

Результаты опытно-промышленных испытаний технических решений, разработанных в процессе эксплуатации месторождения, показывают, что усовершенствование нисходящей слоевой выемки за счет применения скважинной отбойки и решения, расширяющие область применения восходящего порядка выемки слоев в условиях зон с различной интенсивностью нарушенное™, являются локальными, требующими тщательной пред-проектной проработки в каждом конкретном случае и ужесточения требований к соблюдению технологических параметров очистной выемки с одной стороны, и не решают в полной мере проблемы стабилизации объемов и экономических показателен добычи на необходимом уровне с другой стороны. На основании полученных результатов исследований по оценке устойчивости обнажений искусственных массивов и руд сильной нарушенное™ разработан способ отработки участков сильнонару-шенных руд комбинированным порядком выемки слоев. Сущность данного способа заключается в повышении устойчивости кровли очистных слоев, оформляемой в силыюнарушенпых рудах, путем создания сейсмозащитного выступа и формирования условий возникновения расклинивающего эффекта, предотвращающего вывалы из кровли слоя (рис. 3).

Промышленное внедрение этого способа отработки руд сильной нарушенное™ обеспечило, в комплексе с локальными мероприятиями, сокращение объема добычи нисходящим порядком выемки слоев, только в поле шахты 2 рудника «Октябрьский», с 74% общего объема добычи до 19% (таблица 1). Это позволило не только повысить эффективность горных работ, по и обеспечить заданные объемы добычи, что позволило сократить количество одновременно отрабатываемых очистных слоев.

Таблица 1

Объем добычи по вариантам системы в поле шахты 2 рудника «Октябрьский»

Порядок выемки слоез

Годы I-----1---------------------

| комбинированный I Нисходящий

1985 26 74

1986 40 60

1987 62 38

1988 79 21

1989 81 19

Рис. 3. Способ выемки сплыюпарушепных руд слоями в восходящем порядке.

1 —рудное тело; 2 — выемочная лепта шириной 8 м; 3 — очистные слои мощностью 3,5—4 м; 4 — закладочный массив; 5 — опережающая выработка (ссй-смозащитиый выступ); 6 — следующий сейсмозащитный выступ; 7 — торцевая часть рудного уступа; 8 — рудный уступ; 9 — очистной слон; 10 — разрезной штрек; 11 — отбитый закладочный массив.

В результате упрощаются вопросы управления технологическими процессами, повышается эффективность работы оборудования и снижаются затраты на поддержание выработок различного технологического назначения в устойчивом состоянии. Прямой экономический эффект от внедрения разработанного спосо-

ба отработки сильнонарушенных руд составил свыше 300 тыс. рублей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена актуальная научная задача разработки технологических схем и обоснования параметров выемки сильнонарушенных руд, обеспечивающих в условиях больших глубин требуемые объемы добычи руды.

Основными научными результатами исследований по выявлению характера и особенностей пагружеиия и деформирования краевых частей рудного массива блочного строения с зонами сильнонарушенных руд, ограниченных размеров, при его отработке сплошными системами разработки с опережающей выемкой защитного слоя по верхнему контакту залежи и закладкой выработанного пространства твердеющими смесями являются:

1. Обосновано влияние структурного строения месторождения на условия возникновения и формы проявлений горного давления в краевых частях рудного массива. Установлено следующее:

— вблизи плоскости сместителя разрывных тектонических нарушений существуют зоны сильной нарушенное™, ширина которых составляет 0,5—0,8 амплитуды смещения, установление местоположения и границ зон сильной нарушенности с достаточной достоверностью осуществляется по результатам измерений геофизическими методами;

— напряженное состояние массива блочного строения является крайне неоднородным, изменяющимся от блока к блоку. Характер распределения главных субвертикальных напряжений в блоке зависит от его ширины;

— приближение фронта очистных работ к очередному тектоническому нарушению вызывает рост напряжений преимущественно в отрабатываемом тектоническом блоке, величина напряжений в наиболее ослабленном сечении этого блока увеличивается до предельных значений с последующим срывом пород крыльев дизъюнктива по плоскости сместителя, освобождением консоли от горизонтального распора и ее быстрой осадкой;

— раскрыты закономерности развития деформаций и формирования зон нарушения пород на контуре выработок, характеризующие начальное состояние податливости краевых частей с последующим переходом в фазу упругой работы.

2. Уточнен механизм защитного действия опережающей над-работку рудной залежи в условиях чередующихся зон ненарушенных и сильнонарушенных пород:

— установлен эффект разгрузки от напряжении участка рудного тела, граничащего с налегающими породами по плоскости сместителя разрывного нарушения, в процессе извлечения полезного ископаемого в его крыльях, который обеспечивает безопасное ведение очистных работ без предварительной падработ-ки этого участка рудного тела;

— установлено влияние порядков развития горных работ в крыльях нарушения на устойчивость надрабатываемых очистных слоев, на основании которого рекомендованы порядки отработки защитного слоя.

3. Обоснованы и разработаны на основании закономерностей деформирования массива блочного строения с выраженной зональностью по фактору нарушенности подходы к решению проблемы управления устойчивостью выработок различного технологического назначения с использованием принципа искусственной податливости с заданными параметрами.

Полученные результаты экспериментальных исследований и анализа практики отработки сильнонарушенных руд позволили разработать практические рекомендации по управлению устойчивостью передовых подготовительных выработок, увеличению интенсивности сооружения защитного слоя и расширению области применения комбинированного порядка выемки слоев в условиях сильнонарушенных руд.

Новизна и полезность разработанных технологических схем и параметров отработки сильнонарушенных руд защищена авторскими свидетельствами. Их внедрение обеспечило экономи-ский эффект свыше 1400 тыс. рублей, повысило интенсивность отработки запасов фланга панели на 30—35%, обеспечило рост производительности труда на забойного рабочего на 32% и позволило стабилизировать добываемые объемы на заданном уровне вне зависимости от условий ведения горных работ.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ:

1. В соавторстве с М. В. Курленей, В. Н. Опариным, Г. Г. Мотасовой и др. О методике построения карт нарушенности массивов горных пород по данным геофизического каротажа.— Новосибирск, Наука, ФТПРПИ № 2, 1992.

2. В соавторстве с М. В. Курленей, В. Н. Опариным, Г. Г. Мотасовой и др. Сравнительный анализ геофизических карт нарушенности горных пород с геологическими данными.— Новосибирск, Наука, ФТПРПИ № 2, 1992.

3. В соавторстве с А. В. Пащенко, А. П. Тапсисвым. Сква-жннная отбойка при нисходящей выемке слоев с закладкой.— Цветная металлургия № 4, 1988.

4. В соавторстве с М. А. Дзауровым, А. В. Пащенко, А. П. Тапсиевым. Технология слоевой выемки сильнопарушенных руд на глубоких горизонтах Октябрьского месторождения.— Цветная металлургия № 11, 1989.

5. А. с. № 1350350. Способ создания искусственного перекрытия /В. И. Коротких, А. П. Тапсиев, В. А. Редькин, Б. В. Федорепко.— Опубл. в Б. И., 1987, № 41.

6. А. с. № 1514934. Способ разработки мощных рудных тел /А. П. Тапсиев, В. И. Коротких, А. К- Самусенко, Б. В. Федо-ренко и др.— Опубл. в Б. И., 1989, № 38.

7. А. с. № 1672106. Способ охраны горных выработок /А. П. Тагтснев, А. Н. Фокин, А. П. Коновалов, Б. В. Федоренко и др.— Опубл. в Б, И., 1991, № 31.