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 ПРЩ1ШЯИЕ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОРНОЙ ГЕОМЕХАНИКИ И МАРКШЕЙДЕРСКОГО ДЕЛА В Н И М И

На правах рукописи

Шадрин Михаил Анатольевич

УПРАВЛЕНИЕ УДАРООПАСНШ СОСТОЯНИЕМ ТЕКТОНИЧЕСКИ НАРУШЕННЫХ БОКСИТОВЫХ ЗАЛЕЖЕЙ

Специальность 05.15.II Физические процессы горного производства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1994

Работа выполнена в Уральском филиала научно-исследовательск института горной геомеханики и маркшейдерского дела'(ВНИМИ).

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Петухов Игнатий Макарович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Борщ-Компониец Виталий Иванович

кандидат геолого-минералогических I старший научный сотрудник Григорьев Владимир Евгеньевич

Ведущее предприятие:

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

Защита состоится -Ж". /1С&<Л_ 1994 г. в " 1 О

на заседании специализированного Совета Д.135.06.01 при научно-исследовательском институте горной геомеханики и маркшейдерского ла (ВНИЖ) по адресу: 199026, С.-Петербург, В-26, Средний пр., 8< зал заседаний Совета.

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

Автореферат разослан и с%-И/беЛлЯ 1994 г.

Ученый секретарь специализированного Совета, доктор технических наук

В.М.Шик

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИК! РАБОТЫ

Г^растающая погрзбнссть пролллялэшюсти в алжиняи прзводат к гвнсизноЗ отрзботка Севвроуральскях боксатовых месторопязняй, порыв яэяяются оснозккм пос-тзздаоч сырья для сорзработай. Шлрз-' зяся окспдуатацяя квстороядзнкг на протягай я 60—тп .тат правола к эбходпг.'.ости осбо91Гля глубокяз горизонтов с л^олаге дрлятпымз горпо-ологзчгшшка а гооыэхзнячэсзн.'Д услоадяга.

Слогзшз гзолог-чосддз уолталл ра;?ра:;оллл нзстора^бшЛ, няг-лн-~чал тэкгокяччсдйя каруггияссть ч созизмзнгаяг тэктэпаческая як-зпсл?:, Оолороурллл^лого рэглелз обуолоэях! зьсалуи у^зрсопззкость 77! ОУБРз. На 01.01.94 г. пя 075?; ароязсвдо 277 готтлгх ударов из-ч::о'А тяигстг, сйЛсглчеитя эпопгля с?.*тле саль:'.:г'. лз tbki лоотзгчл? • лроуз того, <5гвгодяо лп 'зо.тгзд о':,здд!:о л;: л Логлсглдрузтоя ло; 1000 сзйсл

Е' c.*"/i*p.i га го, -¡со сэ2о^1г?ясклх чзлошь; ч гог:г!~

■"роз с ^азрул'лддхл де-:сл:»7;лдзл горных язра&то:? л :: о г.ходило годл X"-лгл-д'!?:? (?лсд'-5дло лр-^сго™:;? 8-10 гогльл: удзг-оз), гарз:-сгер \длл ••'•«.г -лдДг^-пло" алгллгс-с-г? су-тзз"ллло тмгллся. Так, "елл 7Г:-;; - ле-лзло 03-д годзг. г. бо::ь::"ПТ?г.г: олулз*? оололло;' пр'пллюЧ л~"тле-лл лролз-олий япллл.:оь ^хнодопл-селла Лусторл, то s лоо» длп лог- г. oO'i ropttaz y"--'pic оеноглоЛ пр-'лллол л^^-лл^сл:';; О;-. ллл-"'Р лрпгзпо злктяпо р"зт:'л:л'л ;гзру::.""!п:':Ь

Глол еллолоз пр^кзкэняя про-£:л?к?:тск:!'с •^"олтдягл; ! SO-SO дл" л-лчл"глл г^троз екзаззя б сордтео сО~-л лл 30 -rrsci л **зчзло ¡••г го за; iipi лзотлллзлдзмзя с<'л'лл гсо.-сл'о'дх- - л:.лл"~'лл::л;. проявло-е"* "! ":оссгсп»дьного .-судэрг* ллллз:*

i>:z-jbr.'jz гагут*»®!.'! с."77,с'Г5.'£>стз7-')?, iro •т?д.:г.!.,п:.о лзлол^уе?ялэ л:дл лр::д;;ткл лд :;оглчл удароз, 'лллл- ;ллл?дллт р-; .итул>'П л:лл" чр:?ллс лсстэл л-сенва еллгглллл-д Ослъллгс1 .■ тд? ч :;а-лз/лзгллл ллурол в зела:: ';л:лл.лг; лтплллл-л глллэ олазл--■лг^л лз г/Тлллдлл;д. Ро."лсз лсл::лос:г;о лллп:"!л-5сл'"л п'^явлэн:! ■р1ло:л дпзьллугллоз уг^з^зел гл--^ лс то, что г.тог-

>злр'>.-я::-;е удчг^стскоотл горячд порол кэ у^зотззх гонт'лп^лjctst на-

з ¡лдр слу*?лоз лв ао^люст^п о?рзллэл рлтлласлу?} удлртопза-ts огггуолчл п трвбувг дальп-зГ^лего со5ор:;:онз?сово:;ля. Етлл я оя|пдз-•эгея 2:;:гузлы:эсть текч лаотоягэЗ рэбэта.

Д^ссэрташгоякая работа аюто-титлзсб з jsrmax стадулд^л рзбо? ток-БЗГЯ: 0294С?4000 "Разработла я ипэдрзпЕО ко^ятайсп üon прод-гаракзнйя горзл:;; ударов з cjxoshhz услозаях зодоняя горных рзбот на зхтах ПО "СУБР"; -0294-307000 "Разработка я огззаяпо нау-то-дэтодиязс-

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

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработать и обосновать оптимальные технологичес кие схемы ведения горных работ, эффективные мероприятия по предотв] щениго горных ударов и способы выявления удароопасных зон на тектош чески нарушенных участках бокситовых залежей.

ИДЕЯ РАБОТЫ заключается в использовании выявленных закономерностей формирования напряженно-деформированного состояния горных пс род у тектонических нарушений и связи параметров дизъюнктивов с удг роопасностыо для эффективного управления удароопасным состоянием мг 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-экспериме] тальные работы по нагнетанию воды в массив горных пород и руд, 0601 щэние опыта ведения горных работ в наиболее сложных геомеханически: условиях.

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ. ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

1. Локализация зон повышенных концентраций напряжений по отно: нию к плоскости сместителя может быть различной и зависит от струк турно-морфологических особенностей дизъюнктива.

2. Активизация подвижности крыльев разрывных нарушений сопров дается увеличением неравнокомпонентности напряжений, разноориентир ванностью максимальных компонент напряжений в различных крыльях и менчивостью напряженного состояния во времени.

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

НАУЧНАЯ НОВИЗНА:

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

- разработан способ выявления удароопасных участков вблизи тек-нических нарушений на основе количественной оценки изменения эла-нтов залегания дизъюнктивов;

- определены показатели и критерии, характеризующие опасное сос-яние тектонического нарушения по возникновению подвижки, включаю-

в ориентировку максимальных компонент напряжений в обоих крыльях рушения, уровень напряжений, соотношение минимальных и максимальных мпонент, соотношение уровней напряжений в различных крыльях дизъганк-ва;

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

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

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА выражается: в выявлении взаимосвязи основ-х параметров разрывных нарушений с удароопасностью; в создании медики исследования напряженного состояния горных пород у тектоничес-х нарушений и проведения {абот по нагнетанию воды в массив; в пос-новке й проведении шахтных экспериментов; в выявлении закономер-стей распределения напряжений вблизи дизъюнктивов; в обосновании разработке способа выявления удароопасных зон по изменению элемен-в залегания нарушения; в сопоставлении результатов исследований пряженного состояния горных пород у тектонических нарушений с фак-чаской удароопасной обстановкой, определении закономерно изменяю-хся параметров напрятанного состояния и критериев, харак-теризую-х опасное состояние по возникновению подвижки; в разработке и едрении эффективных технологических схем ведения горных работ на астках разрывных нарушений; в установлении возможности нагнетания ды в массив и влияния гидрообработки на изменение напряженно-формированного состояния горных пород (руд).

ДОСТОЗКРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ подтверждается:

- представительным объемом натурных исследований, выполненных участках различного геологического строения и с различной сте-

нью удароопасности (более 1000 комплексных замеров на наблюдатель-х станциях);

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

- промышленной апробацией и внедрением предложенных техноло-ческих схем;

- удовлетворительной корреляцией результатов исследований с

данными сейсмологических наблюдений в данныма визуальных найэддений за состоянием выработок.

ПРАКТКЧтаАЯ ЦЕННОСТЬ РАГСТЫ мклотаотся в повышвган безопасности ведения горные работ на твктокычбскв нарушенных участках уда! опасных месторождений бокситов.

Выявлены геологические признаки разрывных нарушений, которые с воляют визуально определять теп нарушений и вид распределения напря женяй вблизи сместителя для оперативного принятия технологических I шенай; установлены прогностические признаки удароопасных зон и крит рии, позволяющие их выявлять по азмэнонив элементов залегания дпзък тивов; впервые установлены и обоснованы критерии прогнозирования пс вижек по тектоническим нарушениям; разработаны оптимальные техноло1 ческие схеш располокония конструктивных элементов систем разработа и крепления горных выработок в зонах влияния разрывных нарушений.

РВАЛйЗАШЯ РАБОТЫ

Результаты исследований доведены до практического внедрения Е используются на шахтах Североуральского бокситового рудника для прс ноза удароопасных зон, при выборе конструктивных параметров систем разработки, оптимальных паспортов крепления выработок в зонах влияния дизъюнктивов, а также для выбора параметров профилактических ш роприятий. Результаты иссйэдований автора включены в "Инструкцию пс безопасному ведению горных работ на рудных и нерудных месторовдеши (объектах строительства подземных сооружений), склонных к горным ударам" (1989 г.), "Указания по безопасному ведению горных работ щ строительстве и эксплуатации шахт на месторождениях Североуральскоз бокситового бассейна, подверженных горным ударам" (1988 г.), "Методические указания по прогнозу ударо- и выбросоопасных зон вблизи рг рывныж нарушений" (1990 г.), "Методические рекомендации и наказы ш повышению безопасности падения горных работ в удароопасных условия: у тектонических нарушений на шахтах СУБРа" (1993 г.), "Параметры кг мерно-столбовой системы разработки у тектонических нарушений (Допо. ненив к руководству по выбору конструктивных параметров камерно-столбовой системы 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 подготовите л: ных выработок для шахт ПО "Севуралбокситруда" (1992 г.), "Инструкц по креплению полевых горизонтальных и наклонных выработок шахт Сев! роуральского бокситового бассейна" (1993 г.), "Инструкцию по крепл нию подготовительных горных выработок в руде на шахтах Североураль' кого бокситового бассейна" (1993 г.). 4

АПР0БА1Щ РАБОТЫ. Основные положения диссертации докладывались, :уздалзсь и были одобрены на научно-техническом Совете Уральского сала ВШЕИ (Екатеринбург, 1989 г., 1990 г., 1994 г.), на техничес-t Совете Североуральского бокситового рудника (Североуральск, 39-1991 гг.), на секции горных ударов и внезапных выбросов угля >роды) и газа Ученого Совета ЗШМИ (Санкт-Петербург, 1990 г., 31 г., 1993 г.), на У семинаре по геодинамическому районированию ip (Кемерово, 1992 г.), на IX Всероссийском координационном сове-ши по горным ударам (Североуральск, 1994 г.).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 13 работ автора.

ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав заключения, изложенных на 135 страницах машинописного текста, со-зяит 49 рисунков, 5 таблиц, список литературы из 108 наименований S прило:кения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

I. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ И МЕТОДИКА _ /

¡ЛгЩОВАКИИ. В данном разделе диссертации приведен анализ современ-с представлений о влиянии разрывных нарушений на формирование уда-)пасноста, методов прогноза и мэр предотвращения горных ударов, гользуемых в зонах влияния дизьюнктивов; 'рассмотрены горно-геологи-:кае условия Сезероуральских бокситовых местороздений.

Решению основных задач проблемы горных ударов на рудных место-гениях посвяеэны работы Патухоза И.М., Айтматова П.Т., Винокура Б.

Влоха Н-П., Дяковского В.Б., Егорова П.В., Запрягаова А.П., Линь-¡а A.M., Садороза B.C., Ставрогзна А.Н., Фил;:нкг?.а A.A., Ямщикова 3. и др. Этсет авторами были созданы основы теории горных ударов на щых месторождениях, исследованы условия Формирования удароопзснос-, разработаны основные способы прогнозирования я методы предупредил горных ударов.

Данашческие проявления горного дазления происходят при опреде-шом сочетании горно-теологических а горнотехнических факторов, in влияние горнотехнических факторов на формирование ударооцаснос-в достаточной мере исследовано а поддается учету при планировании жых работ, то влияние горно-геологических факторов и, прежде все, разризных нарушений в настоящее врэмя недостаточно изучено.

Формирование удароопасности и напряженное состояние горных по-I вблизи дазшктивов рассмотрено в работах Петухоза K.M., Айтаато-И.Т., Бича Я.А., Егорова П.В., Пабарова А.Н. и других авторов. ! этом разрывные нарушения, как отмечаефся в работах этих исследо-

вателей,представляют собой естественнее концентраторы напряжений. Однако характер распределения напряжений у плоскости смести теля 6oj ¿¡¡потно авторов рассматривает с позицип существования у шва дизъюш т:т.г. ослабленной зоны, в пределах которой напряжения меньше ¡vohoboi уровня, действующего на 'Ненарушенных участках массива, а области пс гышекнкх концентраций напряжений в этом случае удалены от сместиtqj Опыт ведения горных работ на шахтах СУБРа показал, что в условиях Североуральских месторождений распределение напряжение вблизи тектс нических нарушений имеет более сложный и многообразный характер.

Тектоника Североуральских бокситовых месторождений характера ется большим количеством дизъюнктнвов и многообразием йорм их проя! лений. В настоящее время выявлено более десятка разрывных нарушаниi с амплитудами в сотни метров, около 150 дизъюнктиьов с амплитудами более 5 метров и на порядок большее количество нарушент" с амплитудами до 5 метров. По элементам залегания и морфологическим признаке дизъюнктивы также разнообразны, причем некоторые из них на коротки: интервалах могут резко изменять свою геометрию, создавая неповторш мозаику блочного строения бокситовых залежей.

В таких условиях в мае .-ивэ формирутос. i тектонически ••алцчтсвнш зоны, которые при вскрытии горными выработками про?ш.п-!Т с*бя в .по] ме горных ударов. Большую опасность представляют ?зк% ympu .-орно-тектонического типа, связанные с иодиилили! .10 алосгостж сгл->сл;?о. лей. 3 связи с этим ведение горных работ на участках- с интенсивной тектонической нарушенность.о, разнообразием морЯоажш 15 одчотргл дизъ'онктавов требует совершенствования традиционных и уазр:<6о?и: п вых методов прогнозирования и мер предотвращения торных ударов.

На основании изложенного сформулированы задачи ясслвдозшшЗ:

1. Выявить взаимосвязь элементов зале га ия и структуочо-гооме' рических неоднородностей дизъюнктивов с удароопасность .

2. Установить обэде закономерности формирования напряжнного состояния вблизи тектонических нарушений.

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

4. Определить показатели и количественные критерии, характера зующие опасное состояние по возникновению подвижки ¡га шву дизъюнкт: ва;

5. Разработать и обосновать оптимальные технологические схемы ведения горных работ з зонах влияния разрывных нарушений и э.ЭДекти: нне мероприятия но управлению ударооиасным состояни .1 массива.

2. УСЛОВИЙ ПРОЯВЛЕНИЯ ГОРНЫХ УДАРОВ ВБЛИЗИ ДИЗЪЮНКТОВ. Много-гний опыт разработка Севзроуральскпх бокситовых месторождений по-зал, что проявления удароопасностп у взрывных нарушений имеют оп-целэнную избарзтельностз. Для выявления взаимосвязи основных пара-гров дязз>эккткзсп с удароопаскостыэ был проведен многофакторный зляз случаев проявления горных ударов вблизи тектонических нарушз-й. В результата прогэдеиных исследований установлено, что наиболее это динамические проявления рэгастрзруптся у малоампднтудннх (с ■ платудами смецэпяя-до 5 метров) и крутопадаодих (с углами падения -90°) дззътсгштпвов, а -такие в приподнятых.крыльях сбросов при паде-я плоскости окэстатэля в интервале 60-75°. Это обусловлено тем, э у разрывных наруг:эни;1 с указанными элементами залегания создают-условпя для накопления энергии упругого деформирования горных яо-ц, тогда как крупиоамплитудше (с -амплитудами смзщэпая 50-100 мет-зв л более) а пологопадоющяе дизъюнктиви обладают большей возмоя-зтью релаксации напряжений в виде плавных подвиг.эк по плоскости эстителя.

Исследования взаимосвязи структурно-геометрических особеннос-1 разрывных нарушений с удароопасностыо показала, что горные удары Ц9 всего проявляются в мэстах рэзкого изменения азимута простира-з дизъвннтява; резкого изменения угла падения плоскости сместителя, зчем изменение угла падения можт иметь место как в вертикальной, :< а в горизонтальной плоскостях; резкого изменения амплитуды и пол-га затухания нарушения; разветвления плоскости сместителя; а так.че гази таких структур как близкорасположенные параллельные наружная.

. Большое количество проявлений горных ударов в местах различных зметрпческих неоднородностей дизьюнктивов, а также имеющие место гчаи динамических проявлений з одиночных горнокаплтальных выработ-к вблизи указанных геометрических особенностей позволяют их считать згностическпмя признаками тектонически напряженных зон.

Наибольшую опасность для шахт, разрабатывающих месторождения в товаях современной тектонической активности массива, представляют рно-тектонические удары. Зо всех случаях горно-тектонические удары 1ровоздаются подвижками по пвам тектонических нарушений. Проявление эно-тектонических ударов возможно в тех случаях, когда возникнозе-э подвижки препятствуют значительные силы сцепления на участках зрывных нарушений, то есть создается "замок", который обуславливает ■{ошйнае гораздо большего количества энергии упругого деформирования эяых пород по сравнению с обычными толчками.

На основе анализа условий проявления горно-тектонических ударов зопоставления результатов с опытом, полученным на других'местороя-

дениях, установлены кэста наиболее вероятного проявления таких со< тий. К ним относятся участки резкого уменьшения мощности шва нарут ния, участки различного вида искривлений-сместителя, места сочлен* ння активных дизъюнктивов, а также тектонические блоки клиновидно] формы.

3. ИССЛЕДОВАНИЯ НАПЕЯЖЕННО-ДЕЗОРШГОВАШЮГО СОСТОЯНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД У РАЗРЫВНЫХ НАРУШЕНИЙ. Шахтные исследования напряданно-деф< мированного состояния горных пород вблизи дизъюнктивов включали: исследование распределения напряжений вблизи сместителя, оценку а ряженного состояния горных пород у активных дизъюнктивов.

Исследования распределения напряжений вблизи плоскости смест; теля производились с использованием базовых методов оценки напря» 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 ( 1-1 ), переходных зон ( ), области с ф

вым уровнем напряжений ( 1-з ) и зон разгрузки ( ) по отн

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 кот рому визуально определяется тип нарушения и вид распределения нал жений у сместителя.

Представленная классификация используется на шахтах СУБРа да решения различных геомеханических задач: выбора типа крепи в зона влияния дизъюнктивов, Еыбора параметров систем разработок, выбора мест проведения локальных прогнозов удароопасности и параметров п фалактических мероприятий.

Оценка напряженного состояния горных пород у активных тектоя ческих нарушений, представляющих наибольшую опасность по проявлен горно-тектонических ударов, производилась с использованием аппара ры ОИС, позволяющей регистрировать динамические деформационные по затели. Проведенные исследования показали, что в отличие от всех других дизъюнктивов напрятанное состояние у активных нарушений ха теризуется разноориентированностью компонент напряжений в различи крыльях и более высокой неравнокомпонентностью напряжений - сооте шение между бгллх и ^тйп. может достигать 10 и более Серя повторно выполненных замеров на участках активных нарущеот! показала, что напряженное состояние горных лород вблизи сместите;

Таблица

Классификация тектонических нарушений

Тип

Вид распределения напряжений вблизи сместителя

Геологическая характеристика

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

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

1_.г> 1-Ц

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

3 переходных зонах -повышенная трещинова-тость.

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

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

существенно изменяется во времени. Происходит изменение ораентяро ки напряжений, величин и соотношений между' компонентами. Изменчивость напряженного состояния наблюдается также у активных нарушен около которых горные работы не ведутся. Полученные результаты сви, тельствуют, что основным фактором, оказывающим влияние на йормиро ние напряженного состояния у активных дизъшктивов, является взац; действие тектонических блоков.

На основе проведенного анализа проявления горных ударов на различных расстояниях от швов всрязэиай и результатов инструмента, ной оценки напряженного состоялся установлены усредненные размера зон повышенных концентраций на прятаний вблизи сыестателя. В больш стве случаев зоны повышенных концентраций напряжений в завЕмкост; от типа дазъюнктива и'вида распределения напряжений локализуются i расстоянии от 0 до 15 метров от шва нарушения. В отдельны;! ептуагр при образовании благоприятных условий для накопления энергии упру] го дефорщрования горных пород размеры son повышенных концентраци! напряжений у тектонических нарушений кыут достигать 20 в более м< ров.

4. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ АКТИВНОСТИ РАЗШВШХ НАРОТЖНИй. В условию интенсивной тектонической нарр/аенноста к многообразия форы дпзъка тавов для объективного вшгвлэвзк ^згл отчески капряазнннх зон по i менению геометрии плосноста сцеет.тееля необходимо определить количественные' крате pan. Проведешь шр^ла пащиконного состояния ва таких участках показала, что aasir.vn-isaocss £з.чзнешщ амшшеуда ksj шеная, а тагакз его азимута просмрсгая и угла падения находится в прямой связи с удароопасностью. В сеяве с этап в качестве показам лей, характеризующих удароопаспость, автором предложено ясцользоза градиент амплитуда:

(1 >

и градиент простирания (падения) нарушения:

-

L

^ - дс/-^>

Kj/SI ~ ~i ( 2

где A A— Ai~ A tt - изменение амплитуды между двумя участка

дизъюнктива;

дdi(S)- o^i-d-2 ( 8а,- ) ~ изменение азиата простирания (утла пад;

ная) нарушения между двумя участкам.

Ь - расстояние (база) между этими участками.

В результате проведенных исследований установлены критические значения градиентов и область их применения по бая.' и амплитуде. В :лучае если Кд 0,08 на базе от 5 до 30 метров и при амплитуде га рушения до 10 метров, либо К^Я) 2 на базе-от ТО до 30 мет-»в и при амплитуде нарушения до 30 метров, то такой участок являв.т-:я опасным по появлению горных ударов.

Результаты оценки напряженного состояния горных пород у активах нарушений показали, что по виду напряг ялого состояния выделяет-я два периода: период подготовки к подвижки и г, ;л;од после реализа-яи явления сдвигового типа. В первом случае иог.-ноходит переориента-ця максимальных напряжений в направлении субпараллельком смсстителю, ост величин и усиление неравнокомпонентпости на-цгжоний; в период осле реализации подвижки происходит выравнивание напрятанного сос-ояния п крыльях дизъюнктива. В связи с зтам были выявлены основ1ше оказатели, определяющие подвижность нарукндая: направление действия эксималънкх напряжений в обоих крыльях, уровень напряжений

бшл* /С ), соотношение компонент напряжений

б"гг,л* / бг^т ) и в некоторых случаях неравномерность напря-зний в различных крыльях ( / б«,Ак, )-

На основе обобщения результатов исследований, их сопоставления фактической удароопасностью и подвижностью нарушений установлены )личествен1ше критерии подвижности дизйанктилов. Опасное состояли" > возникновению подвижки формируется при совокупном выго-лнении сл — тощих условий:

- максимальные напряжения хотя бы в одном из крыльев нарушения 1лжны быть ориентированы субпараллелъно плоскости сиеститсля (под ■лом -с 30°);

- в том случае, если I" одном из крыльев с^ентнро-но субнормально или диагонально к плоскости сместитзля, го , йствующее субпараллельно сместителю я другом крыле, должно превч--ть бтл>, в 1,5 и более раз;

- уровень напряжений б^д* /[ б"с"! должен состааля" ь 0,7 и лее;

- / 2 (в крыле, где ориентигоЕзнс бпараллзльно сместителю).

Одним из наиболее актуальных вопросов эффективного уиряв.' ,>:< ¡я з¡»опасным состоянием массива яплиотг-т пропгозяроЕЭние уды па х зон у разрывных нарушений з.чоредм гл.-ли фронта очпотных злиз проявления сейсмической активности на .участках, ю ве-'.ыткс рними выработками, и опыт иоедядуйтой отработки таких учас. : >:•■

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

5. УПРАВЛЕНИЕ УДАРООПАСКЛЛ СОСТОЯНИИ,!' МАССИВА В ЗОНАХ ВШШЕШ РАЗРЫВНЫХ НАОТЕШЙ. Известно, что использование элементов технологии ведения горных работ в качестве мероприятия по управлении уда ро о па с ¡па; состоянием массива кзесолэв оправдано как с точки зрения эффективности, так и с точки зрекня технологичности. Выявленные условия формирования удароопасноств и закономерности распределения нааршзимй у швов нарушений явились основой для разработки технолога ческих мероприятий по управлению удароопасным состоянием массива вблизи дизъюнктивов.

В зависимости от типа нарушения и вида распределения напряжена! у плоскости сместителя (см. табл.) предложено выбор мест оставления опорных и ленточных целиков производить таюш образом, чтобы свести к минимуму взаимовлияние естественных и техногенных концентраций напряжений, то есть у нарушений 1-го типа непосредственно вблизи шв; располагать очистные камеру, а цолзкп офорилять на некотором удалак от него. У дизъюнктивов П-го типа гаобэрст, вблизи сместитоля более благоприятно офоршмть целики, а очяс&ше капоры относить на некоторое удаление от ива нарушения (ряс, I). На участках массива, предст; ляших собой тектонически напряженно ноны, ¿¿т обеспечения выравш-вания ЕапряшЕности со сыезныма улстками следует предусматривать опере жаЕасую отработку залеаи. Пра движении фронта очистных работ на раэршноз нарушение с высохши концентрациями напряжений вблизи см$: тателя раксизвдовано производить первоочередную отработку запасов вдоль шва дизъюнктива.

Для предотвращения ударов горно-тектонического типа на СУБРе' используется камуфлетное взрьтание скваашшшх зарядов. Разгрузочные кац^флетные взрывы большой мощности проводятся в двух Еарпан?ах: по площади наиболее удароопасных тектонических блоков и по швам активных разрывных нарушений.

Проведенные исследования по оценке эффективности разгрузоч1ШХ •взшвов показали, что данное мероприятие позволяет не только разуп-рочнятъ отдельные участки массива, но и за счет сильного сотрясения воздействовать на формируицаеся очаги горных ударов, инициируя их проявление. При этом период эффективного снитсеняя удароопасноста составляет 7-9 месяцев после взрыва. Влияние каадуфлетного взрыва большой мощности на напряженное состояние горных пород вблизи дизвн тива проявляется в том, что происходит выравнивание напряженного со

Схемы оптимального расположения опорных цэляков вблизи разрывных тектонических нарушений

а) для на руле ний П-го типа

■Г- 1 I 1 Í 1 Чр^^к( I очистил» Í (

' J1"1" * i i.—, lJ—* Jr-f/Zv I I/IUC

- известняки висячего бэка;

11 ¡I - известняки лежачого бока.

б) для нарушений 1-го типа

0ЧМСТИД.Я

ЦЕЛИК I

1 КЛМЕрЛ

Рис. I

тояния в крыльях нарушения, то есть снижается вероятность возникно вения подвижки.

Одним из перспективных мероприятий по управлению удароопасннм состоянием тектонически нарушенного массива является гадрообработк горных пород и руд. Результаты исследований по нагнетанию воды в массив показали, что в зависимости от напряженно-деформированного состояния массива и структуры пород нагнетание может осуществлятьс. в режимах гидроразрыва, гидрорыхления и увлажнения. При этом во вс! 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 рассмо рены следующие аспекты: планирование отработки запасов залежи, выб размеров и мест расположения конструктивных элементов систем разра ботки, выбор видов крепи подготовительных выработок, выбор мест пр ведения локального прогноза удароопасности, прогнозирование подвиж ности 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 ве дения горных работ вблизи'разрывных нарушений.

Основные результаты выполненных исследований заключаются в следующем:

1. Выявлена взаимосвязь элементов залегания разрывных нарушен с удароопасностью. Установлено, что более склонны накапливать эне^ гию 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 выявлен основные структурно-геологические признаки тектонически напряженнь зон, связанные с геометрией дизъюнктивов: резкое Изменение азимуте простирания и угла падения плоскости сместителя, резкое изменение амплитуды и полное затухание нарушения, разветвление сместителя,

¡лизкорасположенные параллельные дизъюнктивы. Установлены участки аиболее вероятного проявления горно-тектонических ударов.

3. Разрафтана классификация разрывных нарушений, в основу ко-орой положен характер распределения напряжений у плоскости смести-еля. В зависимости от расположения зон повышенных концентраций апрякений и зон разгрузки по отношению к шву нарушения выделяется ри типа дизъюнктивов. Классификация учитывает также геологическое троение массива в зоне влияния нарушения, по которому визуально пределяется тип дизъюнктива.

4. Установлено, что вблизи активных нарушений напряженное сос-ояние горных пород в отличии от обычных дизъюнктивов характеризуется изменчивость во времени, разцоориентированностыэ максимальных омпонент в различных крыльях и более высокой неравнокомпонентностью ш ряжений. Обоснована возможность прогнозирования динамических под-ажен по нарушениям на основе закономерно изменяющиеся параметров апряже иного состояния. Выявлены критерии, определяющие опасное сос-эяние по возникновению подвижки.

5. Разработан способ выявления удароопасных зон вблизи разрывных ¡рушений по изменению элементов залегания дизъюнктивов, включающий гределение градиентов амплитуда, простирания и падания на ограничен->й базе. Определены критические величины данных показателей, позво-пнцие выявлять участки, опасные по проявлению горных ударов.

6. Предложено прогнозирование местоположения тектонического на-тпения с высокими концентрациями напряжений вблизи сместителя впере-I линии фронта очистных работ производить по проявлению в массиве йсмической активности в виде трасс и полос.

7. На основе выявленных условий формирования удароопасности и кономерности распределения напряжений у разрывных нарушений разра-|таны оптимальные технологические схемы ведения горных работ, поз-ляющие управлять удароопасныы состоянием горного массива посредст-м выравнивания напряженности на смежных участках и сведения к ми-муму взаимовлияния естественных и техногенных концентраций напря-ний.

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

Основные положения диссертации опубликованы в следующих ботах:

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

ней), склонных к горам ударзм . - I.: ВЕШ1, IS83. - 55. о.

2. Инструкция по креплению подготовительных гордк:: л^рзботок в руде на шахтах Севороуральского бокситового бассейна. - CIÍu., 1993. ■ 40 с.

3. Инструкция по креплению полевых гори зонталынгх и паклошшх выработок шахт Североуральского бокситового бассейна. - СПб., 1923.61 с.

4. Указаняя по базопаскслу зз,т»епзв горгшх работ njs¡ строиткьс? во к эксплуатации шахт на |.астотсг;';^:'ях Совсроуральского болситозог ¿ассвЁкз, подЕвр-лапных горнлл ударам. - BEO, 1988. - So с.

5. Мотодзчзсяде ужазанпл ко прогнозу ударю- з вкбросоозаогах зон вблааа разршшх наруЕокпй. - Л.: ВКШ, IS90. - 4S с.

6. ?Лотодэачес::ко рехоьавдацш: к наказы ио повкззнпв ¿>.ьопгскоск; вэдекзя гор-ых раЗот б удароопаоцах условиях у тзкюкячеек;::: паруго-fSiii кг взхзах СУБРа. - Сйвзроурагьсг., 1934. - 82 с.

Тггтавкз czoíx Rjpsscnzzzn « неудароонаскс-с сосштжэ ynzozzoz ropscro гйсс-вй п технологдзашксв скважак-.^ бс-л*сэго дяста Р9. - 2.: БлкЛ, 1931. -- 40 с.

8. Казаки? горних удароз ir- рданх « кзкгяних мостслс'члгкллх, Т. 3 Согдзгохглльскоэ, Тгатзго;с.л-гСлтл:.!?ьскоо (По;ллъсл), :ls.zrлл" коз, (тфо:..лjü <^-0Сдигоп>п "Ангт^г"), К?.-ííapcitoo jj дггггле nccxopvcsarvr. -- Л, • г.лГл, Ifc9. - 182 с.

9. Ззпрягаог Л .П., к:л.!плх; ..'. слрдил-ялл --оло-вражщагазсгз и !;:л,л:;зтл •:: Ра.с-гкн": с í¿- g-.kcktcs гл*: глслзчиус 1г«г<т&к?я :: к:, .¿п^г-склих е.. у.з;-у::'лх //Ущпг-.-л : гзг.ллл; .ir.axL-rc:r'ft...: глоглое бзгсл^гл-лл уолтей,"' с.-"/--,ос;гг;; угс-зыг:;. лс;:-'.оркдзгз!: Елу^.'.'р. - ЕЛГЛ. ~ I.: 1Ш0, о. 1С--31.

10. и.ч.'.'.'Л.г ..,-i. РаГ.окзго:?а^-.в :лллзчк;х учас'.лОЕ лгл'/лах ir.vi3.;l па ссног-о ¿ :л;л: с-Лол^леско д сил :; о лнто^лллгллп.л л.' л:л:лг: готллх и;, бот //Геода;:аг,'ллос:л^ дс-др: Со, лоулл.гр. -Кедюхдаг,-,-. IS9I, с. 05-90.

11. ладсйк М.А., ИЦ&яол А.Е. Елглл;л ¿лзрллллч ^нс удзроопасЕость бокситосих гзсюрсэдзк^Й //Горл:.;: г/ргзд. - XU-J:;. •• й II, с. 53-53.

12. Шадргн U.A. Прогнозирование удзрсопаснсстг у тоудсзэтозк;:;:

КЗРУЕЗЕЕЙ ПО ОЗОбОННОСТЯ:*. EX ГССМЗТрЗПССЮТО СТр-ЛЛЛЛЯ //CüDsГО ного массива в управление его ссотсяпсвк: Сб. научи.тр. - Cao: BEH5Í» 1991, с. 158-163.

13. Шадрин -Л.А., Колосоь В.А., Сглшокчк В.Г. Повллзназ усто л: вости выработок в зонах аишя розривны ra^psspifi //Горний рпьл. 1993. - i; 7, с. 32-35. ~ *