автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Управление удароопасным состоянием тектонически нарушенных бокситовых залежей

Министерство топлива и энергетики Российской Федерации

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИШ ТИТ/Т ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА

РГ6 ОД вними

На правах рукописи

Шадрин Михаил-Анатольевич

УПРАВЛЕНИЕ УДАРООПАСНЫМ СОСТОЯНИЕМ ТЕКТОНИЧЕСКИ НАРУШЕННЫХ БОКСИТОВЫХ ЗАЛЕ2ЁЙ

Специальность 05.15.II Физические процессы горного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1994

Работа выполнена в Уральском филиале научно-исследовательсног института горной геоывханики и маркшейдерского дела'(ВНИМИ).

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие:

Защита состоится

доктор технических наук, профессор

Петухов Игнатий Макарович

доктор технических наук, профессор

Борщ-Компониец Виталий Иванович

кандидат ге о лого-минералогических нa¿ старший научный сотрудник Григорьев Владимир Евгеньевич

Уральский научно-исследовательский и проектный институт медной промышленности (УНШРОМЕДЬ)

" 26" ЫЛОЗ_ 1994 г. в " 40

на заседании специализированного Совета Д.135.06.01 при научно-исследовательском институте горной геомеханики и маркшейдерского де ла (ВНИМИ) по адресу: 199026, С.-Петербург, В-26, Средний'пр., 82, зал заседаний Совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института с 9 до 15 час.30 мин.

Автореферат разослан ". £ ^ " 1994 г>

Исх.К

Ученый секретарь специализированного Совета, доктор технических наук

В.Н.Шак

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Возрастающая потребность промышленности в алкгании приводит к ¡ггенсивной отработке Североуральских бокситовых кссторовденпй, ко-зрые являются основные поставщиком сырья для перо работки. На прелагая эксплуатация месторождений на протятании 60-тп лат привела к эобходаиости оовоэнпя глубоких горизонтов с неблагоприятными горгго-эологичеонимд и га о г.:э ха ни ч о с кя условиями.

Слоашэ геологические условия разработка месторождений, пнтон— явная тектоническая нарушенность а современная тектоническая ак-звиость Севороуралъского региона обусловила высокую удароопасность ах? СУБРа. На 01.01.94 г. па СУБГэ произошло 277 горных ударов раэ-ачной тяжзстз, сейсглэтеская эноргая сашх сальных из них достигала О® Да. Крош того, ежегодно на шахтах объединения регистрируется олае 1000 сейсмических явлений.

Езсиотря на то, что количество сейсмическая явлений и горных ла роз о разрушением действующих горных выработок в послэдниэ годы в уганьаается (зшэ годно происходит 8-10 горных ударов), характер роявлэния сейсмической активности существенно изменился. Так, если 70-х - начале 00-х годоз в большинстве случаев основной причиной янаначесках проявлений являлись технологические факторы, то в пос-вдние годы в 60% всех горных ударов основной причиной динамических :роявлений признано влияние разрывных нарушений.

Рост объемов применения профилактических меропрзягай (с 20-30 'ысяч погонных метров скважин в середине 80-х до 50 тысяч в начале Ю-х годов) при неснижакзэыся общем количестве динамических проявле-шй и возрастании относительного количества горных ударов вблизи зазрывных нарушений свидетельствует, что традиционно используемые гетоды предупреждения горных ударов, такие как площадная разгрузка *еликов и краевых частей массива скважинами большого диаметра и ка-луфлетное взрывание шпуроз в зонах влияния дизъшктивов часто оказываются на эффективными. Большое количество динамических проявлений горного давления вблизи дизъюкктивов указывает такта на то, что прог-юзирование удароопасности горных пород на участках тектонических па-рушений в ряде случаев не полностью отражает фактическую удароопас-*ую ситуацию и требует дальнейшего соверпенствования. Этсм и опредэ-яяетея актуальность темы настояний работы.

Диссертационная работа выполнялась в рамках следующих работ тем-злана ВШМИ: 0294024000 "Разработка и внедрение комплойса мер прэд-этврасфзния горных ударов в сложных условиях ведения горных работ на лахтах ПО "СУБР"; '0294307000 "Разработка и оказание научно-пзтодачес-

кой помощи при внедрении комплекса мер предотвращения горных ударов, проведение исследований и разработка рекомендаций по ведению горных работ в удароопасных условиях шахт СУБРа"; 0294442000 "Разработка и освоение комплекса мер по безопасной и эффективной эксплуатации рудных, нерудных месторождений и других объектов недр, склонных к горным ударам".

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработать и обосновать оптимальные технологические схемы ведения горных работ, эффективные мероприятия по предотвра щенига горных ударов и способы выявления удароопасных зон на тектонически нарушенных участках бокситовых залежей.

ИДЕЯ РАБОТЫ заключается в использовании выявленных закономерностей формирования напряженно-деформированного состояния горных пород у тектонических нарушений и связи параметров дизъюнктивов с уда-роопасностью для эффективного управления удароопасным состоянием мае сива.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ включала: анализ горно-геологических и удароопасных ситуаций, статистическую обработку полученных данных, комплексные натурные исследования напряженно-деформированного состояния горных пород на участках разрывных нарушений, геологическое документирование участков проведения исследований, горно-экспериментальные работы по нагнетанию воды в массив горных пород и руд, обобщение опыта ведения горных работ в наиболее сложных геомеханических условиях.

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ. ВЫНОСИ!,МЕ НА ЗАЩИТУ.

1. Локализация зон повышенных концентраций напряжений по отноше нию к плоскости сместителя может быть различной и зависит от структурно-морфологических особенностей дизъюнктива.

2. Активизация подвижности крыльев разрывных нарушений сопровож дается увеличением неравнокомпонентности напряжений, разноориентиро-ванностью максимальных компонент напряжений в различных крыльях и из ненчивостью напряженного состояния во времени.

3. Управление удароопасным состоянием массива в зонах влияния дизъюнктивов путем использования оптимальных технологических схем достигается за счэт выравнивания напряженности на смежных участках массива и сведения к минимуму взаимовлияния естественных и техногенных концентраций напряжений.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

- разработана классификация разрывных нарушений по характеру распределения напряжений на различных расстояниях от плоскости сместителя;

- разработан способ выявления удароопасных участков вблизи тек-онических нарушений на основе количественной оценки изменения эле-ентов залегания дизъюнктивов;

- определены показатели и критерии, характеризующие опасное сос-ояние тектонического нарушения по возникновению подвижки, включаю-ие ориентировку максимальных компонент напряявний в обоих крыльях арушения, уровень напряжений, соотношение минимальных и максимальных омпонент, соотношение уровней напряжений в различных крыльях дизъюнк-ива;

- разработаны технологические способы, позволяющие управлять уда-оопасным состоянием массива в зонах влияния разрывных нарушений;

- установлена и научно обоснована возможность применения гидро-бработки массива горных пород и руд в качестве мероприятия по пред-твращению горных ударов на тектонически нарушенных участках.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА выражается: в выявлении взаимосвязи основ-нх .параметров разрывных нарушений с удароопасностьго; в создании ме-одики исследования напряженного состояния горных пород у тектоничес-их нарушений и проведения габот по нагнетанию воды з массив; в пос-ановке и проведении ,:;ах?ных экспериментов; в выявлении закономер-остей распределения напряжений вблчз:: дизъюнктивов; в обосновании разработке способа выявления удароопасных зон по изменению элемен-ов залегания нарушения; в сопоставлении результатов исследований апряжеиного состояния горных пород у тектонических нарушений с фак-иччской удароопасной обстановкой, определении закономерно изменяю-;ихся параметров напряженного состояния и критериев, харак-теризую-дх опасное состояние по возникновению подвижки; в разработке и недрении эффективных технологических схем ведения горных работ на частках разрывных нарушений; в установлении возможности нагнетания оды в массив и влияния гидрообработки на изменение напряженно-еформированного состояния горных Пород (руд).

ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ подтверждается:

- представительным объемом натурных исследований, выполненных :а участках различного геологического строения и с различной сте-:енью удароопасности (более 1000 комплексных замеров на наблвдатель-ых станциях);

- обширным фактическим материалом, использованным для анализа ^обобщения удароопасных ситуаций (рассмотрено более 100 случаев роявления горных ударов вблизи дизъюнктивов);

- промышленной апробацией и внедрением предложенных техноло-яческих схем;

- удовлетворительной корреляцией результатов исследований с

данными сейсмологических наблвдений в данными визуальных найдадений за состоянием выработок.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАВУЩ заилззчается в повышеазз безопасности ведения горных работ на твктоютйски нарушенных участках ударо опасных месторождений бокситов.

Выявлены геологические признаки разрывных нарушений, которые по воляют визуально определять тип нарушений и вид распределения напряжений вблизи сместителя для оперативного принятия технологических ре тений; установлены прогностические признаки удароопасных зон и нрите рии, позволяющие их выявлять по изшнзнию элементов залегайия дизъюн тивов; впервые установлены и обоснованы критерии прогнозирования под вижек по тектоническим нарушениям; разработаны оптимальные технологи ческие схемы расположения конструктивных элементов систем разработки и крепления горных выработок в зонах влияния разрывных нарушений.

ЕЕАДИЗАМЯ РАБОТЫ

Результаты исследований доведены до практического внедрения и используются на шахтах Североуральского бокситового рудника для прог ноза удароопасных зон, при выборе конструктивных параметров систем разработки, оптимальных паспортов крепления выработок в зонах влияния дизъюнктивов, а также для выбора параметров профилактических мероприятий. Результаты исследований автора включены в "Инструкцию по безопасному ведению горных работ на рудных и нерудных месторождениях (объектах строительства подземных сооружений), склонных к горным ударам" (1989 г.), "Указания по безопасному ведению горных работ при строительстве и эксплуатации шахт на месторождениях Североуральского бокситового бассейна, подверженных горным ударам" (1988 г.), "Методические указания по прогнозу ударо- и выбросоопасных зон вблизи раз рывныг нарушений" (1990 г.), "Методические рекомендации и наказы по повышению безопасности ведения горных работ в удароопасных условиях у тектонических нарушений на шахтах СУЕРа" (1993 г.), "Параметры ка-ыерно-столбовой системы разработки у тектонических нарушений (Дополнение к руководству по выбору конструктивных параметров камерно-столбовой еистемы разработки на шахтах ПО "Севуралбокситруда")" (1992 г.), "Типовые схемы приведения в неудароопасное состояние участков горного массива и технологических целиков скважинами большого диаметра" (1991 г.), "Типовые паспорта крепления подготовительных выработок для шахт ПО "Севуралбокситруда" (1992 г.), "Инструкцию по креплению полевых горизонтальных и наклонных выработок шахт Североуральского бокситового бассейна" (1993 г.), "Инструкцию по креплению подготовительных горных выработок в руде на шахтах Североуральского бокситового бассейна" (1993 г.). 4

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертации докладывались, )бсувдалвсь и были одобрены на научно-техническом Совете Уральского йлзала ВН5Ш (Екатеринбург, 1989 г., 1990 г., 1994 г.), на техническом Совете Североуральского бокситового рудника (Североуральск, :989-19Э1 гг.), на секции горных ударов и внезапных выбросов угля [породы) и газа Ученого Совета ЗПИШ (Санкт-Петербург, 1990 г., :ээ1 г., 1993 г.), на У семинаре по геодинамическому районированию юдр (Кемерово, 1992 г.), на IX Всероссийском координационном совещании по горным ударам (Североуральск, 1994 г.).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 13 работ автора.

ОБЪЕЫ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав ! заключения, изложенных на 135 страницах машинописного текста, со-¡.еряшт 49 рисунков, 5 таблиц, список литературы из 108 наименований I 3 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И МЕТОДИКА 5ССЛЕДОВАНИИ. В данном разделе диссертации приведен анализ современ-шх представлений о влиянии разрывных нарушений на формирование уда-зоопасности, методов прогноза и мэр предотвращения горных ударов, ¡спользуемых в зонах влияния дизьюнктивов; рассмотрены горно-геологи-¡еские условия Сёвероуральских бокситовых месторождений.

Решению основных задач проблемы горных ударов на рудных месторождениях посвянрны работы Петухова И.1Л., Айтматова Й.Т., Винокура Б. 3., Влоха Н-П., Дяковского В.Б., Егорова П.З., Запрягаева А.П., Линь-сова A.M., Сидорова B.C., Ставрогина А.Н., Фил;:нко?а A.A., Ямщикова З.Е. и др. Этими авторами были созданы основы теории горных ударов на эудных месторождениях, исследованы условия формирования удароопаснос-ги, разработаны основные способы прогнозирования и методы предупрек-;еная горных ударов.

Динамические проявления горного давления происходят при опреде-тенном сочетании горно-геологических а горнотехнических факторов, ¡¡ели влияние горнотехнических факторов на формирование удароодаснос-ги в достаточной мере исследовано и поддается учету при планировании горных работ, то влияние горно-геологических факторов и, прежде всего, разрывных нарушений в настоящее время недостаточно изучено.

Формирование удароопасности и напряженное состояние горных пород вблизи дязенктивов рассмотрено в работах Петухова K.M., Айтматова И.Т., Бича Я.А., Егорова П.В., Вабарова А.Н. и других авторов. Три этом разрывные нарушения, как отмечаемся в работах этих исследо-

вателей,представляют собой естественные концентраторы напряжений. Однако характер распределения напряжений у плоскости смести теля большинство авторов рассматривает с позиции существования у шва дизъюнк-т:та ослабленной зоны, в пределах которой напряжения меньше фонового уровня, действующего на ненарушенных участках массива, а области повышенных концентраций напряжений в этом случае удалены от сместителя. Опыт ведения горных работ на шахтах СУБРа показал, что в условиях Североуральских месторождений распределение напряжений вблизи тектонических нарушений имеет более сложный и многообразный характер.

Тектоника Североуральских бокситовых месторождений характеризуется большим количеством дизъюнктивов и многообразием Форм их проявлений. В настоящее время выявлено более десятка разрывных нарушений с амплитудами в сотни метров, около 150 дизъюнктивов с амплитудами более 5 метров и на порядок большее количество нарушений с амплитудами до 5 метров. По элементам залегания и морфологическим признакам дизъюнктивы также разнообразны, причем некоторые из них на коротких интервалах могут резко изменять свою геометрию, создавая неповторим}'« мозаику блочного строения бокситовых залежей.

В таких условиях в мае -иве формируютсл т~>ктошгч*ск1> •:3:1]«т'.«нные зон']!, которые при вскрытии горными выработками ->г6а я J<op-

ме горных ударов. Большую опасность представляют та** удары .чцао-тектонического типа, связанные с подвп&иш ю илоз-'псгж cwcj .;те-лей. В связи с этим ведение горных работ на участка» ; иит'лияш-юй тектонической нарушенность.о, разнообразием MopToi>r;i;i i: р.>о>готр:>;) дизъ'онхтявов требует совершенствования традиционных и разр.-ботновых методов прогнозирования и мер предотвращения горных ударов.

На основании изложенного сформулированы задачи исследований:

1. Выявить взаимосвязь элементов зилега ия и структурчо-геомет-рических неоднородностей дизъюнктивов с удароопасность .

2. Установить общие закономерности Т.ормирования на и ряж иного состояния вблизи тектонических нарушений.

3. Разработать способы выявления тектонически напряженных зон на участках разрывных нарушений, вскрытых горными выработками, и в массиве (впереди фронта работ).

4. Определить показатели и количественные критерии, характеризующие опасное состояние по возникновению подвижки но шву дизъюнкти-ва;

5. Разработать и обосновать оптимальные технологические схемы ведения горных работ в зонах влияния разрывных нарушений и эффективные мероприятия по управлению удароопаеннм состояни .1 массива.

2. УСЛОВИЯ ПРОЯВЛЕНИЯ ГОРНЫХ УДАЮВ ВБЛИЗИ ДИЗЪЮНКТИВОВ. Много-этний опыт разработки Североуральских бокситовых месторождений по-ззал, что проявления удароопасности у разрывных нарушений имеют оп-эделенную избирательность. Для выявления взаимосвязи основных пара-этров дазъйнктЕЭоа с удароопасностью был проведен многофакторный нализ случаев проявления горных ударов вблизи тектонических наруше-ай. В результата проведанных исследований установлено, что наиболее асто динамические проявления регистрируются у малоамплитудннх (с ■ шлитудамя смещения до 5 метров) и крутопадающих (с углами падения 0-90°) дозъшнтивоз, а также в приподнятых крыльях сбросов при паде-яи плоскости сглостзгшея в интервале 60-75°. Это обусловлено тем, го у разрывных нарушений с указанными элементами залегания создают-я условия для накопления энергии упругого деформирования горных по-эд, тогда как крупноамплитудпые (с -амплитудами смещения 50-100 метров и более) и пологопадающие дизъюнктива обладают большей возмож-эстью релаксации напряжений в виде.плавных подвижек по плоскости иестителя.

Исследования взаимосвязи структурно-геометрических особеннос-эй разрывных нарушений с удароопасностью показали, что горные удары эще всего проявляются в местах резкого изменения азимута простира-ия дизъюнктива; резкого изменения угла падения плоскости сместителя, рачем изменение угла падения может иметь место как в вертикальной, ак и в горизонтальной плоскостях; резкого изменения амплитуды и полого затухания нарушения; разветвления плоскости сместителя; а также Злизи таких структур как близкорасположенные параллельные наружная.

. Большое количество проявлений горных ударов в местах различных эометрнческих неоднородностей дизъюнктивов, а также имеющие место лучаи динамических проявлений в одиночных горнокапитальных виработах вблизи указанных геометрических особенностей позволяют их считать рогностическими признаками тектонически напряженных зон.

Наибольшую опасность для шахт, разрабатывающих месторождения в зловиях современной тектонической активности массива, представляют эрно-тектонические удары. Во всех случаях горно-тектонические удары эпровоздаются подвижками по швам тектонических нарушений. Проявление эрно-тектонических ударов возможно в тех случаях, когда возникнове-ию подвижки препятствуют значительные силы сцепления на участках азрывных нарушений, то есть создается "замок", который обуславливает акопление гораздо большего количества энергии упругого деформирования эрннх пород по сравнению с обычными толчками.

На основе анализа условий проявления горно-тектонических ударов сопоставления результатов с опытом, полученным на других"месторож-

дениях, установлены ыэста наиболее вероятного проявления таких собь тий. К ним относятся участки резкого уменьшения мощности шва наруше ния, участки различного вида искривлений сместягвля, места сочленения активных дизъюнктивов, а также тектонические блоки клиновидной формы.

3. ИССЛЕДОВАНИЯ НАПШЕННО-ДЕФОРШРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД У РАЗРЫВНЫХ НАРУШЕНИЙ. Шахтные исследования напрянвнно-дефо] мированного состояния горных пород вблизи дизъюнктивов включали: исследование распределения напряжений вблизи сместителя, оценку наг ряженного состояния горных пород у активных дизъюнктивов.

Исследования распределения напряжений вблизи плоскости сместителя производились с использованием базовых методов оценки напряже! ного состояния - по дискованию керна и по вдавливанию пуансона в стенки скважин с помощью прибора МГД. Прогнозные шпуры (скважины) пробуривались в виде профильной линии на различных расстояниях от шва нарушения.

На основе полученных данных разработана классификация разрыв--ных нарушений. В зависимости от расположения зон повышенных конце® раций напряжений ( ), переходных зон ( ). области с фо1

вым уровнем напряжений ( ) и зон разгрузки ( ) по отног

нию к плоскости сместителя выделяется три типа дизъюнктивов (см. табл.). Классификация наряду с напряженным состоянием учитывает и геологическое строение массива в зоне влияния дизъюнктива, по которому визуально определяется тип нарушения и вид распределения напр жений у сместителя.

Представленная классификация используется на шахтах СУБРа для решения различных геомеханических задач: выбора типа крепи в зонах влияния дизъюнктивов, выбора параметров систем разработок, выбора мест проведения локальных прогнозов удароопасности и параметров пр филактических мероприятий.

Оценка напряженного состояния горных пород у активных тектони ческих нарушений, представляющих наибольшую опасность по проявлени: горно-тектонических ударов, производилась с использованием аппарат; ры ОИС, позволяющей регистр1ровать динамические деформационные пок затели. Проведенные исследования показали, что в отличие от всех других дизъюнктивов напряженное состояние у активных нарушений хар теризуется разноориентированностью компонент напряжений в различны крыльях и более высокой неравнокомпонентностью напряжений - соотно шение между бтл* и бпаип. может достигать 10 и более. Серия повторно выполненных замеров на участках активных нарушений показала, что напряженное состояние горных пород вблизи сместителя

Таблица

Классификация тектонических нарушений

Тип

Вид распределения напряжений вблизи сместителя

Геологическая характеристика

Плотные хрупкие породы в обоих крыльях нарушения. Шов дизъгонктива сухой, узкий, защемленный шириной до 5 см. Зона дробления отсутствует.

В рудной залежи вблизи шва нарушения появление крепкой видоизмененной разновидности боксита, уменьшение мощности рудного тела.

ЙМщшг шшШЙ

1-ч 1-.2 ¿-ц

3 зоне разгрузки - наличие развитой зоны дробления шириной 2 и более метров; выветре-лые интенсивно трещиноватые порода. Шов пшш-ной 10 и более см. Обводненность шва, затяг пород по сместителю. В рудной залежи появление слабой пластичной разновидности руды.

В переходных зонах -повышенная трещинова-тость.

В одном из крыльев -плотние хрупкие породы непосредственно у сместителя.

В другом крыле вблизи сместителя зона дробления, интенсивная трещиноватость, обводненность пород, затяг пород по сместителю.

суп?зственно изменяется во времени. Происходит изменение ориентировки напряжений, величин и соотношений между" компонентами. Изменчивость напряженного состояния наблюдается также у активных нарушена около которых горные работы не ведутся. Полученные результаты свидс тельствугот, что основным фактором, оказывающим влияние на фордировг ние напряженного состояния у активных дизъюнктивов, является взаимс действие тектонических блоков.

На основе проведенного анализа проявления горных ударов на различных расстояниях от швов нарушений и результатов инструменталь ной оценки напряженного состояния установлены усредненные размер; зон повышенных концентраций напряжений вблизи сместителя. В большян стве случаев зоны повышенных концентраций напряжений в зависимости от типа дизъюнктива и'вида распределения напряжений локализуются на расстоянии от 0 до 15 метров от шва нарушения. В отдельных ситуация при образовании благоприятных условий для накопления энергии упруго го деформирования горных пород размер! зон повышенных концентраций напряжений у тектонических нарушений могут достигать 20 и более мет ров.

4. ПРОГНОЗИРОВАНЫЕ АКТИВНОСТИ РАЗРЫВНЫХ НАРУШЕНИЙ. В условиях интенсивной тектонической наруизЕзости и многообразия форы дизъюнктивов для объективного выявления тектонически напрятанных зон по из менению геометрии плоскости сьйстнтзля необходимо определить количественные крятераи. Прозедешгая оцогаа напряженного состояния на таких участках показала, что инт-. ковкость изменения амплитуды нарушения, а также его азимута простарання и угла падения находится б прямой связи с удароопдсностью. В связи с этим в качестве показателей, характеризующих удароопасность, автором предложено исцользоватз градиент амплитуда:

и- - -АА

и градиент простирания (падения) нарушения:

(2)

где дА= А4- Аа - изменение амплитуды между двумя участкам!

дизъюнктива;

(¿в) ~ изменение азимута простирания (угла падания) нарушения между двумя участками.

L - расстояние (база) между этими участками.

В результате проведенных исследований установлены критические, значения градиентов и область их применения по бане я амплитуде. В случае если Кд 0,08 на базе от 5 до 30 метров и при амплитуде нарушения до 10 метров, либо 2 на базе от 10 до 30 мет-

ров и при амплитуде нарушения до 30 метров, то такой участок является опасным по проявлению горных ударов.

Результаты опенки напряженного состояния горных пород у активных нарушений показали, что по виду напрязвтшого состояния выделяется два периода: период подготовки к подвижке к к.t «од после реализации явления сдвигового типа. В перзом случае ирс;;.сходит переориентация максимальных напряжений в направлении с/опар-;.мольном емзетителю, рост величин и усиление неравнокомпонентпостя на трений; в период после реализации подвижки происходит выравнивание напрятанного состояния в крыльях дизъюнктива. В связи с эть-.м были выявлены основные показатели, определяющие подвижность нарушения: направление действия максимальных напряжений в обоих крыльях, уровень напряжений ( бтлх/СбИ ), соотношение компонент напряжений ( 6"mAvt / 6mm ) и в некоторых случаях неравномерность напря-хений в различных крыльях ( t>mAn{ / б^дхд, )-

На основе обобщения результатов исследований, их спя оставления з фактической удароопасностью и подвижностью нарушений установлены соличественные критерии подвижности дизйанктилов. Оггасш-ч состояние ¡о возникновению подвижки формируется nja совокупном выго^непии сл — дующих условий:

- максималыгае напряжения хотя бы б одном из крыльев нарушения ;олжны быть ориентированы субпараллально плоскости сместителя (под ■глом 30°);

- в том случае, если бтАЛ1 :: одном из крыльев сияентнро-ано субнормально или диагонально к плоскости сместитзля, то , ействуяцее субпараллельно сместителю п другим крыле, должно иревч--ать ¿>mA3li в 1,5 и более раз;

- уровень напряжений бгчА* /1 6V! должен составлять 0,7 и злее;

- 6„>all / <5™wv ^ 2 (в крыле, где 6\..ах ориентировано ;бпараллзльно сместителю).

Одним из наиболее актуальных вопросов эффективного за ¡я

рроопасаым состоянием массива пятою,г иропю:«ярование удьс па IX зон у разрывных нарушений впереди ли.-am фронта очкетпых. f iaлиз проявления сейсмической активности па участках, по во i.'th< >рными выработками, и опыт последутгом отработки таких уча«!1- : >в

показали, что признаком расположения впереди линии фронта очистных работ дизъюнктива с высокими концентрациями напряжений вблизи сиес-тителя является группирование очагов сейсмических явлений в виде трасс и Полос.

5. УПРАВЛЕНИЕ УДАРООПАСЮЛ СОСТОЯНИЕ!,V МАССИВА В ЗОНАХ ВЛИЯНИЯ РАЗРЫВНЫХ НАРУШЕНИЯ. Известно, что использование элементов технологии ведения горных работ в качестве мероприятия по управлению удароопасным состоянием массам на и с и лее оправдано как с точки зрения эффективности, так и с точка зрэппя технологичности. Выявленные условия формирования удароопасности и закономерности распределения напряжений у швов нарушений явились основой для разработки технологических мероприятий по управлению удароопасным состоянием массива вблизи дизъюнктивов.

В зависимости от типа нарушения и вида распределения напряжений у плоскости сместителя (см. табл.) предложено выбор мест оставления опорных и ленточных целиков производить таким образом, чтобы свести к минимуму взаимовлияние естественных и техногенных концентраций напрязений, то есть у нарушений 1-го типа непосредственно вблизи шва располагать очистные камега, а ца^лкп офоркяять на некотором удалении от него. У дизъюнктивов П-го типа г лэборот, вблизи сместителя болзе благоприятно оформлять целики, а очнетпые камеры относить на некоторое удаление от ива нарушения (рис. I). На участках массива, продета!" ляхезх собой тектонически напрЯЕотпше гош, для обеспечения выравнивания напряженности со смежными участками следует предусматривать опережающую отработку залегн. При движении фронта очистных работ на разрывное нарушение с иысокеья концентрациями напряжений вблизи сместителя рекомендовано производить первоочередную отработку запасов вдоль шва дизъюнктива.

Дня предотвращения ударов горно-тектонического типа на СУБРе используется камуфлетное взрывание скватанннх зарядов. Разгрузочные каь^флетные взрывы большой мощности проводятся в двух вариантах: по площади наиболее удароопасных тектонических блоков и по швам активных разрывных нарушений.

Проведенные исследования по оценке эффективности разгрузочных взрывов показали, что данное мероприятие позволяет ве только разуп-рочнять отдельные участки массива, но и за счет сильного сотрясения воздействовать на формирующиеся очаги горных ударов, инициируя их проязление. При этом период эффективного снижения удароодаспости составляет 7-9 месяцев после взшва. Влияние камуфлетного взрыва большой мощности на напряженное состояние горных пород вблизи дизюнк тиба проявляется в том, что происходит выравнивание напряженного сос

Схемы оптимального расположения опорных целиков вблизи разрывных тектонических нарушений

а) для нарушений П-го типа

тояния в крыльях нарушения, то есть снижается вероятность возникновения подвижки.

Одним пз перспективных мероприятий по управлению удароопасннм состоянием тектонически нарушенного массива является гидрообработка горных пород и руд. Результаты исследований по нагнетанию зоды в массив показали, что в зависимости от напряженно-деформированного состояния массива и структуры пород нагнетание может осуществляться в режимах гидроразрыва, гидрорыхления и увлажнения. При этом во всех случаях вода, подаваемая в массив под высоким давлением, вызывает изменение напряженно-деформированного состояния участка массива, а в некоторых случаях приводит к снижению ударооопасности.

На основании полученных результатов автором разработаны рекомендации по повышению безопасности ведения горных работ в зонах влияния разрывных нарушений. Применительно к условиям СУБРа рассмотрены следующие аспекты: планирование отработки запасов залежи, выбор размеров и мест расположения конструктивных элементов систем разработки, выбор видов крепи подготовительных выработок, выбор мест проведения локального прогноза ударооласиостн, прогнозирование подвижности дизъюнктивов, применение профилактических мероприятий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе приведено новое решение актуальной научной и практической задачи управления удароопасным состоянием тектонически нарушенных бокситовых залежей. Разработка мероприятий по предупреждению горных ударов и способов выявления тектонически напряженных зон позволяет повысить безопасность и эффективность ведения горных работ вблизи разрывных нарушений.

Основные результаты выполненных исследований заключаются в следующем:

1. Выявлена взаимосвязь элементов залегания разрывных нарушений с удароопасностью. Установлено, что более склонны накапливать энергию упругого деформирования горных пород и чаще высвобождать ее в форме горных ударов малоамплитудные и крутопадающие дизъюнктивы, поскольку в этом случае создаются условия защемления сместителя.

2. На основе анализа условий проявления горных ударов выявлены основные структурно-геологические признаки тектонически напряженных зон, связанные с геометрией дизъюнктивов: резкое изменение азимута простирания и угла падения плоскости сместителя, резкое изменение амплитуды и полное затухание нарушения, разветвление сместителя,

близкорасположенные параллельные дизъюнктивы. Установлены участки наиболее вероятного проявления горно-тектонических ударов.

3. Разрафтана классификация разрывных нарушений, в основу которой положен характер распределения напряжений у плоскости сместите ля. В зависимости от расположения зон повышенных концентраций напряжений и зон разгрузки по отношению к шву нарушения выделяется три типа дизъюнктивов. Классификация учитывает также геологическое строение массива в зоне влияния нарушения, по которому визуально определяется тип дизъюнктива.

4. Установлено, что вблизи активных нарушений напряженное состояние горных пород в отличии от обычных дизъюнктивов характеризуется изменчивость во времени, разцоориентированностыо максимальных компонент в различных крыльях и более высокой неравнокомпонентностью напряжений. Обоснована возможность прогнозирования динамических подвижек по нарушениям на основе закономерно изменяющихся параметров напряженного состояния. Выявлены критерии, определяющие опасное состояние по возникновению подвижки.

5. Разработан способ выявления удароопасных зон вблизи разрывных нарушений по изменению элементов залегания дизъюнктивов, включающий определение градиентов амплитуды, простирания и падения на ограниченной базе. Определены критические величины данных показателей, позво-пяпцие выявлять участки, опасные по проявлению горных ударов.

6. Предложено прогнозирование местоположения тектонического нарушения с высокими концентрациями напряжений вблизи сместителя впере-;и линии фронта очистных работ производить по проявлению в массиве :ейсмической активности в виде трасс и полос.

7. На основе выявленных условий формирования удароопасности и )акономерности распределения напряжений у разрывных нарушений разра-5отаны оптимальные технологические схемы ведения горных работ, поз-юлянцие управлять удароопасным состоянием горного массива посредст-юм выравнивания напряженности на смежных участках и сведения к ми-ямуму взаимовлияния естественных и техногенных концентраций напря-вний.

8. Доказана и обоснована возможность применения гидрообработки ассива горных пород а руд в различных режимах в качестве мероприятия о предупреждению горних ударов на тектонически нарушенных участках.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих аботах:

I. Инструкция по безопасному ведению горных работ на рудных и зрудных месторождениях (объектах строительства подземных сооруже-

шзй), склонных к горным ударам . - Л.: BEffiSI, IS83-. — £2.с.

2. Инструкция по креплению подготовительных ropäi^ ;Щ|аботок в руде на шахтах Североуральского бокситового бассейна. - СПб.,. 1933. -40 с.

3. Инструкция по креплению полевых горизонтальных и наклонных выработок шахт Североуральского бокситового бассейна. -СПб., 1993.61 с.

4. Указания по безопасное/ дэдзкш горных работ при строительство в эксплуатации шахт на кесторог,;;.:>iz::;x Североуральского бокситового бассейна, подверженных горным ударам. - Л.: ВБИ?£1, 1988. - 95 с.

5. Методические указания по прогнозу ударо- и выбрссоопасных зон вблизи раз равных нарушений. - Л.: ВШИ, 1990. - 4S с.

6. Методические рекомендации и наказы но повышению безопасности ведения горных работ б удароопаснах условиях у тектонических нарушений на шахтах СУБРа. - Североуральск, 1994. - 82 с.

7. Тсповые схогд! приведения в неудароопасное состояние участков горного ьассива и технологических целиков скваюшаш большого диаметра. - Л.: BESüI, 1991. - 40 с.

8. Каталог горных ударов на рудных и нерудных месторокданаях.

Т. 3 Северозгральскоо, Таатагольи.еа, Октябрьское (Норильск), К>;споре-коа, КукЕСвушоррскоо (про и за одета оглао объединение "Апать*тя), Коч-карскоа н другие ыесторовдеввя. - Л.: ВШШ, 1989. - 182 с.

9. Згшрягаез А .П., Шадрзн М.А„ К определению параметров водопроницаемости к изманепая олзико-и: ^гачсскнх сьойзтв бокситов при раваичных реаимах нагнетания и их ;.!37[ряженных состояниях //Управление горша! давлением и прогноз безопасных условий освоения угольных мсс-торзЕДвшзй: Сб. научн.тр. - ВШШ. - Л.: 1990, с. 16-21.

10. Шадрин H.A. Районирование выемочных участков шахтных полой на основа связи сейсмической активности с интенсивностью ведения горшх работ //Геодинаылческое районирование недр: Сб. научн.тр. -Кемерово, 1991, с. 86-90.

11. Шадрин H.A., Шабаров А.Н. Влияние разрывных нарушений па удароопасность бокситовых месторождений //Горный журнал. - 1992. -№ II, с. 5G-58.

12. Шадрин 15.А. Прогнозирование удароопасности у тектонических нарушений по особенностям ах геометрического строения //Свойства горного массива и управление его состоянием: Сб. научн.тр. - СПб: ВШШ, 1991, с. 158-163.

13. Шадрин У.А., Колосов В.А., Селивоник В.Г. Повышение устойчивости выработок в зонах влияния разрывны нарушавши //Горный журнал. -1993. - Ш 7, с. 32-35.