Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Геомеханическое обеспечение нисходящей слоевой системы разработки богатых железных руд Яковлевского месторождения КМА

ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Геомеханическое обеспечение нисходящей слоевой системы разработки богатых железных руд Яковлевского месторождения КМА"

На правах рукописи

ЗАЙЦЕВ Денис Александрович

ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ НИСХОДЯЩЕИ СЛОЕВОЙ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ БОГАТЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД ЯКОВЛЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КМА

Специальность 25.00.20 «Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и

горная теплофизика»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 2012

! У ЯИВ 2013

005048117

005048117

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет» на кафедре прикладной геологии и горного дела.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор СЕРГЕЕВ Сергей Валентинович. Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор САММАЛЬ Андрей Сергеевич, Тульский государственный университет/ кафедра механики материалов, профессор;

кандидат технических наук, доцент ГРИГОРЬЕВ Александр Михайлович, Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова/ кафедра прикладной математики, доцент

Ведущая организация: ОАО «Всероссийский научно-исследовательский институт по осушению месторождений полезных ископаемых, защите инженерных сооружений от обводнения, специальным горным работам, геомеханике, геофизике, гидротехнике, геологии и маркшейдерскому делу» (ОАО «ВИО-ГЕМ»)

Защита диссертации состоится «_25_» января 2013 г. в 14 час 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.271.04 при Тульском государственном университете по адресу: 300012, г. Тула, просп. Ленина, 90, 6-й учебный корпус, ауд. 220.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Автореферат разослан « ¿0 » декабря 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Андрей Борисович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из основных задач горнорудной промышленности является разработка эффективных технологических схем по освоению месторождений со сложными горногеологическими и гидрогеологическими условиями. Особого внимания заслуживает вопрос геомеханического обоснования параметров закладочных работ, когда при замещении полезного ископаемого в подземных условиях создается новый искусственный массив.

Уникальные богатые железные руды (с содержанием железа более 60%) составляют основу запасов Белгородского железорудного района КМА, количество которых по промышленным категориям оценено около 7,19 млрд. т или 94,3 % от общероссийских запасов. Однако сложные горногеологические и гидрогеологические условия не позволяют эффективно их отрабатывать.

В настоящее время осуществляется разработка богатых руд только на Яковлевском месторождении. Горные работы ведутся в условиях неустойчивого рудного массива и системы неосушенных водоносных горизонтов. Для предотвращения поступления подземных вод в выработки рудника предусмотрен предохранительный рудный целик мощностью 65 м и использование систем разработки с полной закладкой выработанного пространства твердеющей смесью. Эти меры необходимы для обеспечения плавного и равномерного развития деформационных процессов в рудном массиве над зоной

ведения горных работ.

Существующий на Яковлевском руднике гидрогеомеханический мониторинг направлен на оценку целостности водоупорных слоев в подошве водоносного горизонта и не позволяет с достаточной точностью оценивать напряженно-деформированное состояние основного конструктивного элемента -искусственного закладочного массива. Применяемые в настоящее время методы контроля на основе маркшейдерских замеров, скважинной инклиномет-рии и фотоупругих датчиков не способны обеспечить долговременный контроль в жестком технологическом цикле очистных работ.

Вышеизложенное указывает на то, что геомеханическое обеспечение нисходящей слоевой системы разработки богатых железных руд, базирующееся на использовании комплексной методики оценки напряженно-деформированного состояния закладочного массива с помощью тензометрического метода измерения деформаций с учетом горного давления и теплового поля закладки, является актуальной научной проблемой, имеющей первостепенное значение для безопасной и экономически рентабельной разработки Яковлевс-кого и аналогичных по горнотехническим и гидрогеологическим условиям

железорудных месторождений КМА.

Диссертационная работа выполнялась в рамках исследований научного Центра Прикладной геологии и мониторинга геологической среды НИУ «БелГУ».

Целью работы является установление новых и уточнение существующих закономерностей формирования напряженно-деформированного состояния закладочного массива для геомеханического обеспечения нисходящей слоевой системы разработки богатых железных руд Яковлевского месторождения КМА.

Идея работы заключается в том, что обоснование необходимых прочностных характеристик закладочного массива, как конструктивного элемента системы разработки богатых железных руд, производится на основе натурных данных оперативного контроля напряженно-деформированного состояния закладочного слоя, полученных с помощью дистанционных тензометрических методов фиксации деформационного поля и теплового режима, характеризующих происходящие процессы.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

- повышение достоверности и оперативности контроля формирования напряженно-деформированного состояния закладочного массива в трех взаимно перпендикулярных направлениях и определения собственных температурно-усадочных деформаций закладочного материала достигается за счет применения натурных наблюдений с использованием закладных струнных тензометров;

- необходимая прочность первого слоя закладочного массива при нисходящей слоевой системе разработки железных руд, установленная в соответствии с разработанной методикой на основе обработки результатов мониторинга напряженно-деформированного состояния материала закладки, должна быть в интервале 5,0-5,5 МПа;

- интенсивный рост опорного горного давления на закладочный массив при выемке прилегающих рудных запасов обусловлен уменьшением размера рудного целика менее 35 м;

- интенсивность твердения закладочного материала в выработанном пространстве определяется трансформацией термовлажностных условий, обусловленных первоначальным его нагреванием до температуры 63° С на 14-е сутки в результате выделения тепла из твердеющей закладочной смеси и последующим остыванием до 40° С на 90-е сутки.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана и экспериментально обоснована новая методика диагностики и мониторинга иапряженно-деформированного состояния твердеющего закладочного массива, как конструктивного элемента нисходящей слоевой системы отработки, включающая в себя дистанционный контроль всех компонентов деформаций, температуры твердения и остывания закладки, а также измерения горного давления на крепь в сводовой части горной выработки;

- установлены закономерности формирования напряженно-деформированного состояния первого несущего слоя закладочного массива как в процессе выемки железных руд вприсечку к искусственно созданному телу из затвердевшей закладочной смеси, так и при последующей разработке второго

нижележащего слоя, когда искусственно созданный массив выступает в качестве потолочины в очистных выработках;

- выявлены особенности формирования температурного режима в закладочном массиве, заключающиеся в том, что за счет экзотермического разогрева материала закладки происходит поддержание температуры в искусственном массиве выше 30° С, что позволяет обосновать уменьшение времени ожидания набора прочности закладки и, как следствие, увеличить эффективность очистных работ на участках контактирующих с закладочным массивом.

Методы исследований. Для решения поставленных задач в работе использован комплекс методов, включающих обзор и анализ теоретических разработок и практического опыта отработки богатых железных руд в условиях месторождений КМА, дистанционные тензометрические методы получения оперативной информации о формировании напряженного состояния закладочного массива, натурные методы изучения геомеханических и тепло-физических свойств закладочного массива, методы математической статистики и численного моделирования.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются значительным объемом полученных натурных данных о напряженно-деформированном состоянии закладочного массива; применением для длительных наблюдений апробированных и серийно выпускаемых струнных тензометров; экспериментальным исследованием прочностных и деформационных характеристик материала создаваемого искусственного тела в шахтных условиях; удовлетворительной сходимостью результатов натурных измерений с данными компьютерного моделирования; положительным решением патентной экспертизы о выдаче патента на полезную модель «Устройство для измерения горного давления» (№120220 от 10 сентября 2012 г.).

Научное значение работы заключается в установлении закономерностей формирования напряженно-деформированного состояния закладочного массива, создаваемого в процессе нисходящей слоевой системы разработки рудного тела, в зависимости от различных схем ведения очистных работ, а также в выявлении особенностей протекания геомеханических и теплофизических процессов в закладочном массиве, сопровождающих выемку богатых железных руд с заполнением выработанного пространства твердеющей смесью.

Практическая значимость работы состоит в разработке методики контроля напряженно-деформированного состояния закладочного массива, формирующегося в процессе нисходящей слоевой системы отработки богатых железных руд, оценивать фактическую геомеханическую ситуацию и обоснованно принимать эффективные технологические решения, обеспечивающие безопасное ведение горных работ на глубинах более 600 м. Разработано «Устройство для измерения горного давления» на крепи капитальных и подготовительных выработок при разработке рыхлых руд, а также при строительстве тоннелей в гидроэнергетике и транспорте (в том числе в метрополитене)» (патент №120220 от 10 сентября 2012 г.).

Реализация работы. Теоретические и практические результаты диссертации использованы при разработке «Проекта гидрогеомеханического мониторинга при отработке запасов богатых железных руд на Яковлевском руднике (ИГД УрО РАН)», а также включены в учебные курсы по инженерной геологии и мониторингу геологической среды для студентов, обучающихся по направлению «Прикладная геология» в НИУ «БелГУ».

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на международной научной конференции «Молодые - наукам о земле» (г. Москва, 2008, 2010 гг.), всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Геоэкология и рациональное природопользование: от науки к практике» (г. Белгород, 2009 г.), международной научно-технической конференции «Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений» (г. Донецк, 2011, 2012 гг.), международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Москва, 2011 г.), международной научно-практической конференции «Современные проблемы освоения недр» (г. Белгород, 2011, 2012 гг.), международной научной конференции «Геомеханика. Механика подземных сооружений», (г. Тула, 2011, 2012 гг.).

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 9 научных работ, из них 4 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент на полезную модель №120220 от 10 сентября 2012 г.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 154 страниц машинописного текста, 54 рисунка, 19 таблиц и список литературы из 112 наименований.

Автор диссертации выражает глубокую благодарность всем сотрудникам геологической службы Яковлевского рудника во главе с главным геологом Лябахом А.И. за поддержку и содействие в проведении экспериментальных исследований в подземных горных выработках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Сложность в освоении Яковлевского железорудного месторождения КМА предопределена гидрогеологическими и горнотехническими условиями, среди которых основными являются: наличие мощной толщи осадочных пород (до 600 м), с заключенными в ней 7 водоносными горизонтами, один из которых залегает непосредственно над рудным телом и неустойчивое состояние массива рыхлых руд склонных к вывалообразованию. Их изучению посвящены научно-исследовательские работы ВИОГЕМ, НТЦ «НОВОТЭК», НМСУ «Горный», ИГД УрО РАН, РГГРУ им. С. Орджоникидзе, а также исследования, выполненные геологической и маркшейдерской службами рудника. Результатом этой многолетней работы явился выбор и обоснование использования нисходящей слоевой системы разработки для обеспечения безопасной отработки богатых железных руд Яковлевского месторождения.

Вместе с тем, применяемые на Яковлевском руднике методы изучения геомеханических процессов и традиционные схемы получения информации о напряженном состоянии закладочного массива имеют ряд серьезных недостатков, главными из которых являются трудоемкость сочетания опытных работ с жестким технологическим циклом очистной выемки железных руд и применимость их лишь на ограниченных участках. Кроме того, остаются нерешенными такие важные вопросы, как получение оперативных данных о напряженно-деформированном состоянии искусственного массива при различных вариантах очистных работ с учетом фактических прочностных и деформационных характеристик, особенностях протекания теплового режима твердеющего закладочного массива в технологическом цикле отработки богатых железных руд, особенно в сложных подземных условиях.

Известные в настоящее время эффективные методики проведения экспериментальных работ с помощью закладной струнной тензометрической аппаратуры для измерения деформаций основаны главным образом на результатах исследований Давиденкова H.H. (ЛФТИ), Дробышева В.Ф., Булычева Н.С. (ВНИМИ), Огородникова Ю.Н. (ЛГУ), Казикаева Д.М., Сергеева C.B., Фомина Б.А., Борисова O.Ii. (ВИОГЕМ), а также зарубежных авторов: Shepherd R., Wilson А.Н. (Великобритания), Kratsch H. (Германия), Hiromatsu Y., Oka Y., Oqino S. (Япония). Однако все они предназначены для ведения мониторинга в гидротехнике, в гражданском и шахтном строительстве и не опробовались для натурных исследований по контролю деформаций при создании закладочных массивов больших объемов.

Цель, идея и современное состояние знаний по рассматриваемой проблеме обусловили необходимость постановки и решения следующих задач исследования:

- разработать методику проведения натурных наблюдений с целью оценки напряженно-деформированного состояния закладочного массива, основанную на дистанционных методах получения оперативной информации;

- произвести апробацию разработанной методики в подземных горных выработках Яковлевского рудника на участке слоевой системы отработки;

установить закономерности формирования напряженно-деформированного состояния закладочного массива при различных вариантах технологии ведения очистных работ;

- рекомендовать необходимую прочность первого несущего слоя закладочного массива с учетом фактического изменения напряженно-деформированного состояния под влиянием очистной выемки;

- исследовать особенности формирования температурного режима в процессе твердения закладочной смеси, заполняющей выработанное пространство горных выработок.

В дальнейшем были рассмотрены технические аспекты использования измерительной аппаратуры для получения оперативных данных о деформировании массива и их обработки в соответствии с разработанной методикой.

также позволяющей контролировать горное давление и тепловой режим твердения закладочного материала.

Проведенный анализ применения закладной контрольно-измерительной аппаратуры типа ПЛДС (преобразователь линейных деформаций струнный ТУ 34-28-10341-81) в сложных условиях на особо ответственных объектах показал, что датчики данного типа в наибольшей степени удовлетворяют требованиям опытных работ по оценке напряженно-деформированного состояния закладочного массива на Яковлевском руднике.

Для получения информации о процессе деформирования закладочного массива предложена конструкция наблюдательных тензометрических станций. В их состав входят: струнные преобразователи линейных деформации для контроля деформаций в трех взаимно перпендикулярных направлениях (X, У, 2'), струнный тензодатчик для учета собственных темиературно-усадочных деформаций, датчик температуры и устройство для измерения горного давления на крепь в сводовой части горной выработки (рис. )).

Рис. 1. Наблюдательная станция: а — схема элементов; 6 --размещение в выработке (деформометры: 1 - вертикальный, 2 - осевой, 3 - поперечный; 4 - усадочный, 5 - датчик температуры, б - регистратор давления)

Замерные станции устанавливаются в очистных заходках, начиная с самого верхнего отрабатываемого слоя - горизонта минус 370 м. Это позволяет контролировать изменение напряженно-деформированного состояния закладочного массива при проведении выработки вприсечку к закладке и при его подработке нижележащими очистными слоями, когда закладочный массив выступает в качестве искусственной кровли. Три тензометрических комплекса, установленные в одной очистной заходке, образуют измерительный створ, пересекающий площадь блока на всю ширину рудного тела. Линии связи для снятия показаний выводятся в безопасные места - капитальные горные выра-

ботки. Таким образом, созданная система тензометрических станций позволяет обеспечить проведение долговременных наблюдений.

Для учета температурно-влажностных деформаций используется метод усеченного конуса (усадочный цилиндр), заключающийся в применении в заложенной выработке ненапряженного образца, связанного с массивом бетона по площади одного из торцов. Комплексная методика позволяет проводить исследование температурного режима, для этого используются струнные датчики температуры ПТС-60.

По разработанной новой методике производства натурных наблюдений за напряженно-деформированным состоянием закладочного массива проанализировано его изменение в зонах влияния очистной выемки.

На первом этапе исследовано изменение напряженного состояния закладочного массива при ведении горных работ в пределах первого несущего слоя (рис. 2, выработки «А» и «Б»), когда нагрузка на массив обуславливается перераспределением опорного давления от веса вышележащей толщи при подработке рудного целика очистными заходками.

Анализ результатов наблюдений (рис. 3) показал, что характер изменения напряжений в теле закладки в осевом (<тхХ поперечном (о\) и вертикальном (о/,) направлениях различен. Так, проведение очистной заходки «Б» вызывает резкое увеличение напряжений сжатия в присечном закладочном массиве «А» в осевом и вертикальном направлениях на величину 0,5-0,7 МПа. При этом напряжения в поперечном направлении изменяются более значительно -на 0,9-1,4 МПа, переходя от сжатия к растяжению, что может быть объяснено отсутствием давления на одну из стенок закладки при выемке руды в выработке «Б». Дальнейшее изменение напряженного состояния закладки протекает со скоростью близкой к первоначальной (до момента проходки присеч-ной заходки «Б»).

Следует отметить, что в вертикальном направлении, в отличие от двух других, изменение напряжений (о/) в присечном закладочном массиве проис-

ботки «Б» относительно станций мониторинга №1 и №2 в выработке «А» и выработки «Г» на нижележащем очистном слое: (Н/ = 4,5 м, Н2 = 4,0м, Нз =4,0 м)

Рис. 2. Схема проведения присечной выра-

ходит более плавно. Закономерность этого процесса можно выразить в виде функциональной зависимости:

о7 = -0,00005хЬ2 - 0,0092*1. - 0,5255, (1)

где а/ - вертикальные напряжения, МПа; Ь - расстояние между забоем проводимой присечной выработки и закладочным массивом, м.

а) б)

О, ЧЛо

а, мпо

Напряжения -»Л-Осевые Поперечные Вертикальные

Рис. 3. Графику зависимости напряжений от расстояния между станцией и забоем выработки: наблюдательная станция № 1 (а) и №2 (б)

На втором этапе было исследовано изменение напряженного состояния закладочного массива ори разработке второго слоя, когда закладка первого слоя выступает в качестве искусственной кровли очистных выработок (рис. 2, выработки «А» и «Г»).

Так называемое «соосное» проведение выработок на нижележащем слое относительно подрабатываемых очистных заходок искусственной кровли является наиболее характерным случаем подработки искусственного массива. Изучение экспериментальных данных (рис. 4) позволило установить, что, в целом, подработка приводит к формированию в закладочном массиве растягивающих напряжений во всех контролируемых направлениях.

Можно отметить, что напряжения в осевом направлении (ах) в меньшей степени подвержены влиянию подработки. Их приращения не превышают 0,3-0,35 МПа, в то время, как напряжения в поперечном и вертикальном направлениях прирастают на 2,0 МПа, что в 6 раз больше. Когда расстояние между вертикальной плоскостью наблюдательной станции и забоем выработки превышает 12 м, кривые изменения напряжений выполаживаются.

На основе проведенного натурного исследования (рис. 5) общий механизм формирования напряженно-деформированного состояния закладочного массива может быть охарактеризован следующим образом. После окончательного твердения закладочного материала (I этап продолжительностью до 30 суток) в течение последующих 70-90 суток (11 этап) происходит медленное

10

его нагружение вследствие перераспределения нагрузки между ранее заложенными выработками и вышележащей толщей горного массива. В результате этого в закладке формируются области повышенных сжимающих напряжений (до 4,5 МПа). При проведении очистных выработок вприсечку к закладочному массиву (III этап) сжимающие напряжения в вертикальном (Z) и осевом (X) направлениях интенсивно растут, тогда как в поперечном (Y) направлении происходит резкое уменьшение на 1,5 МПа. После завершения проходки присечной выработки и заполнения очистного пространства твердеющей смесью (этап IV) замыкается цикл работ по отработке верхнего слоя, и горные работы начинаются на нижележащем слое под защитой искусственной потолочины. Последующая трансформация напряженно-деформированного состояния закладочного массива происходит под действием его подработки очистными заходками второго выемочного слоя (V этап). Наблюдения показывают, что в этот момент значительные сжимающие напряжения резко снижаются. При этом скачок напряжений может составлять до 2,0 МПа. Это положительно сказывается на геомеханической ситуации в окрестности закладочного массива. Он стремится к своему исходному напряженному состоянию, так как сжимающие напряжения в нем «нейтрализуются» искусственно вызванным растяжением.

Рис. 4. Графики зависимости напряжений от расстояния между станцией и забоем выработки: наблюдательная станция №1 (а) и №2 (б)

Установленный механизм формирования напряженно-деформированного состояния закладочного массива позволяет производить его комплексную геомеханическую оценку и обеспечить необходимую прочность закладки с учетом влияния различных этапов очистных работ в применяемой системе разработки.

Статистическая обработка результатов натурных испытаний показала, что доверительный интервал средней прочности закладочного материала с на-

Напряжения

—А—Осевые —♦—Поперечные -•-Вертикальные

дежностью 95 % составляет 7,1±0,2 МПа. Несмотря на то, что в техническом проекте на отработку участка Яковлевского месторождения заложена прочность для первого несущего слоя 10 МПа, то есть значительно выше фактической, проведенные натурные исследования позволили дать положительную оценку сложившейся геомеханической ситуации в массиве.

О, МПа

Рис. 5. Графики напряжений закладочного массива (1-У этапы формирования напряженно-деформированного состояния)

В целом, анализ напряженно-деформированного состояния сформированного закладочного массива показал, что искусственный массив испытывает напряжения, которые не превышают 65 % от допустимой величины фактического сопротивления материала заполнителя осевому сжатию (Яь). В свою очередь, подработка искусственного массива очистными заходками нижележащего слоя способствует появлению вертикальных растягивающих напряжений, которые в некоторых случаях могут превышать допустимую величину сопротивления бетона осевому растяжению (Б1ы). Однако из-за большого процента армирования, доходящего до 1 %, нарушения целостности материала закладки в местах наблюдений не выявлено. Принятое вертикальное расположение арматуры препятствует расслоению закладочного массива под действием возникающих напряжений и способствует сохранению его монолитной структуры. Таким образом, существующая прочность искусственного верхнего слоя является достаточной, а полученные результаты натурных исследований позволяют рекомендовать ее снижение до 5,0-5,5 МПа.

Полученные экспериментальные данные послужили основой для теоретического исследования, выполненного с помощью численного моделирования. Задача решалась в плоской (двумерной) постановке. Рудный массив модели-

12

решался нелинейно-деформированной изотропной средой со следующими параметрами рудного массива: модуль деформации Е = 2000 МПа, коэффициент Пуассона ц = 0,26, угол внутреннего трения <р = 32° и сцепление с = 0,8 МПа.

Принятая расчетная модель позволила получить результаты, удовлетворительно согласующиеся с фактическими экспериментальными данными. Так для вертикальной составляющей НДС материала закладки при проведении очистной выработки вприсечку к закладочному массиву компьютерное моделирование позволило прогнозировать сжимающие напряжения, максимальная величина которых составляет 1,0 МПа, что на 30 % превышает замеренные в натурных условиях.

В то же время следует отметить, что изменение напряжений при подработке закладочного массива нижележащим очистным слоем в значительной степени зависящее от положения рассматриваемой точки, достоверно смоделировать не удалось. Так, в точках на высоте 1,0-1,5 м от подошвы выработки вычисленные скачки напряжений составили 2,0-3,0 МПа, что по величине согласуется с измеренными, однако знаки этих скачков, полученных расчетом и в результате натурных измерений оказались противоположными. Выявленные несоответствия результатов объясняются различием положений фактических зон концентрации напряжений, которые зависят от геометрии рассматриваемой модели.

В соответствии с методикой проанализированы результаты исследования подземных термовлажностных условий формирования закладочного массива. Выявлен характер, величины разогрева и интенсивность остывания массы твердеющей закладки за счет химических процессов гидратации цемента, которые следует рассматривать в качестве техногенного фактора, способного оказывать положительное влияние на тепловой режим закладочного массива в качестве дополнительной его термообработки. Установлено, что массив из твердеющей закладки способен сохранять на 90-е сутки температуру в центре вертикального сечения выработки до 40 °С.

В процессе работы выполнено около 300 замеров температуры внутри сформированного закладочного массива. Выявлено, что его разогрев интенсивно происходит в течение первых 5-7 сут, когда температура достигает своего максимума, повышаясь до 66-72 °С. После повышения температуры отмечена относительная стабилизация теплового режима закладочного массива в течение 2 суток с сохранением достигнутых максимумов. В дальнейшем происходит отдача тепла окружающему массиву, сопровождающаяся снижением температуры (рис. 6).

Закономерность этого процесса можно выразить в виде экспоненциальной зависимости с коэффициентом корреляции 0,92:

1= 110,47 хТ^226 (2)

где I - температура (°С); Т - интервал наблюдений (сут).

Н 40 -

30

О 30 60 90 120 150 180 210 240 Интервал наблюдения, сут

Рис. 6. График остывания закладочного массива в подземных условиях

Таким образом, экспериментальные данные позволили сделать вывод, что создание закладочного массива приводит к трансформации термовлажност-ных условий твердения, которые значительно отличны от регламентируемых. В связи с этим, при сохранении температуры окружающего массива на уровне 35-40 °С необходимая прочность материала закладки может быть достигнута через 16-18 суток. Уменьшение времени ожидания набора прочности позволяет увеличить эффективность очистных работ на участках, контактирующих с закладочным массивом.

В результате выполненных экспериментальных и теоретических исследований установлены новые и уточнены существующие закономерности формирования напряженно-деформированного состояния закладочного массива, позволившие обосновать необходимую прочность материала закладки с целью геомеханического обеспечения добычи железных руд нисходящей слоевой системой разработки и повышения ее эффективности в условиях Яков-левского месторождения КМА, что имеет важное значение для горнодобывающей промышленности России.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем.

1. Разработана и экспериментально обоснована в условиях Яковлевского рудника новая методика контроля формирования напряженно-деформированного состояния закладочного массива, включающая в себя дистанционный контроль всех компонентов деформаций и определение собственных темпе-ратурно-усадочных деформаций закладочного материала с помощью закладных струнных тензометров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

2. Установлены закономерности формирования напряженно-деформированного состояния первого несущего слоя закладочного массива, как при выемке богатых железных руд вприсечку к ранее заложенным выработкам, так и при разработке второго слоя, когда искусственно образованный первый слой работает как потолочина для нижележащих очистных заходок.

3. Выявлены особенности формирования температурного режима в процессе создания закладочного массива, на основе которых возможна корректировка параметров технологии ведения горных работ с целью увеличения темпов возобновления очистных работ на участках, контактирующих с закладочным массивом.

4. Установлено, что интенсивный рост опорного горного давления на закладочный массив при выемке прилегающих рудных запасов обусловлен уменьшением размера рудного целика менее 35 м;

5. Дана оценка напряженного состояния закладочного массива, показывающая, что он испытывает напряжения, которые не превышают 65 % от допустимой величины фактической прочности материала закладки осевому сжатию.

6. Подработка искусственного массива выработками нижележащего выемочного слоя способствует развитию вертикальных растягивающих напряжений, которые в некоторых случаях могут превышать допустимую величину сопротивления материала искусственного слоя осевому растяжению, однако благодаря большому проценту армирования закладочного массива нарушение целостности закладки в местах наблюдений не произошло. Вертикальное расположение арматурных стержней ограничивает расслаиваемость закладочного массива под действием возникающих напряжений и способствует сохранению его монолитной структуры.

7. Экспериментально обосновано, что необходимая прочность первого несущего слоя закладочного массива, установленная по результатам проведенных работ за формированием напряженно-деформированного состояния закладки, должна быть в интервале 5,0-5,5 МПа, что приведет к уменьшению расхода цемента с 450 кг до 300 кг на 1 м3 закладки и повышению рентабельности отработки богатых железных руд.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах.

1. Зайцев Д.А, Проблемы освоения Яковлевского месторождения богатых железных руд КМА. // Материалы III Всероссийской (с международным участием) научно-практической конференции молодых ученых «Геоэкология и рациональное природопользование: от науки к практике». - Белгород: Изд-во БелГУ, 2009, С. 156-159.

2. Зайцев Д.А. Прогнозирование состояния массива горных пород в условиях Яковлевского месторождения КМА. // Материалы V международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Молодые -наукам о земле». - М.: Изд-во РГГРУ, 2010, С. 222.

3. Макаров А.Б., Зотеев О.В., Фаустов С.И., Зайцев Д.А. Гидрогеомеханический мониторинг массива Яковлевского рудника // X Международная конференция «Новые идеи в науке о Земле». Доклады: В 3 т. Т.2. - М.: Изд-во РГГРУ, 2011,С.146.

4. Зайцев Д.А. Совершенствование системы мониторинга при разработке железных руд в сложных гидрогеологических условиях. // «Известия вузов. Горный журнал». №5 - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2011, С. 4-8.

5. Сергеев C.B., Лябах А.И., Зайцев Д.А. Опыт разработки богатых железных руд Яковлевского месторождения КМА. // «Научные ведомости БелГУ». №3 вып. 14. - Белгород: Изд-во БелГУ, 2011, С. 200-208.

6. Сергеев C.B., Зайцев Д.А. Перспективные методы контроля деформирования закладочного массива при слоевой системе разработки богатых железных руд // «Известия ТулГУ. Науки о земле», вып. 1, - Тула: Изд-во ТулГУ, 2011, С. 365-371.

7. Сергеев C.B., Лябах А.И., Зайцев Д.А., Севрюков В.В. Инженерно-геологическое сопровождение горных работ при разработке рыхлых руд КМА// Горный информационно-аналитический бюллетень, №11. - М.: Изд-во «Горная книга». 2011, С. 41-44.

8. Зайцев Д.А. Методика изучения деформаций закладочного массива при отработке глубокозалегающих богатых железных руд // Материалы II Международной заочной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Современные проблемы освоения недр». - Белгород: Изд-во НИУ «БелГУ», 2012, С. 174-177.

9. Сергеев C.B., Зайцев Д.А. Исследование температурного режима закладочного массива при разработке Яковлевского железорудного месторождения И «Горный журнал». №9 - М.: Изд-во «Руда и металлы», 2012, С. 23-26.

10. Патент на полезную модель «Устройство для измерения горного давления», Положительное решение государственной патентной экспертизы о выдаче патента №120220 от 10 сентября 2012 г.

Изд. яиц. ЛР № 020300 от 12.02.97. Подписано в печать 17.12.2012 Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 0,9. Уч.-изд. л. 0.8. Тираж 100 эхз. Заказ 058 ■шечатано в Издательстве ТулГУ 300012. г. Тула, просп. Ленина, 95

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Зайцев, Денис Александрович

ВВЕДЕНИЕ.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Геолого-гидрогеологические условия отработки Яковлевского железорудного месторождения.

1.2. Технология разработки Яковлевского месторождения.

1.3. Анализ использования твердеющей закладки в горнорудной промышленности.

1.4. Развитие наблюдений за деформированием массивов Яковлевского рудника.

1.5. Задачи диссертационного исследования.

2. МЕТОДИКА ГЕОМЕХАНИЧЕСКОГО И ТЕПЛОФИЗИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА.

2.1. Конструктивное решение замерных станций.

2.2. Контроль общих деформаций закладочного массива.

2.3. Контроль температурно-влажностных деформаций.

2.4. Контроль теплового режима искусственного массива.

2.5. Определение фактической прочности закладочного массива.

2.6. Измерение величины горного давления на крепь выработок.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ЗАКЛАДОЧНОГО МАССИВА.

3.1. Результаты определения прочности закладочного массива.

3.2. Установление характера деформирования закладочного массива.

3.3. Анализ формирования напряженно-деформированного состояния закладочного массива на первом отрабатываемом слое.

3.4. Анализ формирования напряженно-деформированного состояния закладочного массива при подработке нижележащим выемочным слоем.

3.5. Моделирование напряженно-деформированного состояния закладочного массива.

3.6. Использование натурных наблюдений для обоснования прочности искусственного массива.

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗУЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО ПОЛЯ ЗАКЛАДОЧНОГО МАССИВА.

4.1. Характеристика термовлажностных условий формирования закладочного массива.

4.2. Исследование изменения температуры закладочного массива во времени.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Геомеханическое обеспечение нисходящей слоевой системы разработки богатых железных руд Яковлевского месторождения КМА"

Одной из основных задач горнорудной промышленности является разработка эффективных технологических схем по освоению месторождений со сложными горногеологическими и гидрогеологическими условиями. Особого внимания заслуживает вопрос геомеханического обоснования параметров закладочных работ, когда при замещении полезного ископаемого в подземных условиях создается новый искусственный массив.

Уникальные богатые железные руды (с содержанием железа более 60%) составляют основу запасов Белгородского железорудного района КМА, количество которых по промышленным категориям оценено около 7,19 млрд. т или 94,3 % от общероссийских запасов. Однако сложные горногеологические и гидрогеологические условия не позволяют эффективно их отрабатывать.

В настоящее время осуществляется разработка богатых руд только на Яковлевском месторождении. Горные работы ведутся в условиях неустойчивого рудного массива и системы неосушенных водоносных горизонтов. Для предотвращения поступления подземных вод в выработки рудника предусмотрен предохранительный рудный целик мощностью 65 м и использование систем разработки с полной закладкой выработанного пространства твердеющей смесью. Эти меры необходимы для обеспечения плавного и равномерного развития деформационных процессов в рудном массиве над зоной ведения горных работ.

Существующий на Яковлевском руднике гидрогеомеханический мониторинг направлен на оценку целостности водоупорных слоев в подошве водоносного горизонта и не позволяет с достаточной точностью оценивать напряженно-деформированное состояние основного конструктивного элемента - искусственного закладочного массива. Применяемые в настоящее время методы контроля на основе маркшейдерских замеров, скважинной инклинометрии и фотоупругих датчиков не способны обеспечить долговременный контроль в жестком технологическом цикле очистных работ.

Вышеизложенное указывает на то, что геомеханическое обеспечение нисходящей слоевой системы разработки богатых железных руд, базирующееся на использовании комплексной методики оценки напряженно-деформированного состояния закладочного массива с помощью тензометрического метода измерения деформаций с учетом горного давления и теплового поля закладки, является актуальной научной проблемой, имеющей первостепенное значение для безопасной и экономически рентабельной разработки Яковлевского и аналогичных по горнотехническим и гидрогеологическим условиям железорудных месторождений КМА.

Диссертационная работа выполнялась в рамках исследований научного Центра Прикладной геологии и мониторинга геологической среды НИУ «БелГУ».

Целью работы является установление новых и уточнение существующих закономерностей формирования напряженно-деформированного состояния закладочного массива для геомеханического обеспечения нисходящей слоевой системы разработки богатых железных руд Яковлевского месторождения КМА.

Идея работы заключается в том, что обоснование необходимых прочностных характеристик закладочного массива, как конструктивного элемента системы разработки богатых железных руд, производится на основе натурных данных оперативного контроля напряженно-деформированного состояния закладочного слоя, полученных с помощью дистанционных тензометрических методов фиксации деформационного поля и теплового режима, характеризующих происходящие процессы.

Методы исследований. Работа является практической, выполнена с использованием комплекса методов, включающих обзор и анализ теоретических разработок и практического опыта отработки богатых железных руд в условиях месторождений КМА, дистанционные тензометрические методы получения оперативной информации о формировании напряженного состояния закладочного массива, натурные методы изучения геомеханических и теплофизических свойств закладочного массива, методы математической статистики и численного моделирования.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

- повышение достоверности и оперативности контроля формирования напряженно-деформированного состояния закладочного массива в трех взаимно перпендикулярных направлениях и определения собственных температурно-усадочных деформаций закладочного материала достигается за счет применения натурных наблюдений с использованием закладных струнных тензометров;

- необходимая прочность первого слоя закладочного массива при нисходящей слоевой системе разработки железных руд, установленная в соответствии с разработанной методикой на основе обработки результатов мониторинга напряженно-деформированного состояния материала закладки, должна быть в интервале 5,0-5,5 МПа;

- интенсивный рост опорного горного давления на закладочный массив при выемке прилегающих рудных запасов обусловлен уменьшением размера рудного целика менее 35 м;

- интенсивность твердения закладочного материала в выработанном пространстве определяется трансформацией термовлажностных условий, обусловленных первоначальным его нагреванием до температуры 63° С на 14-е сутки в результате выделения тепла из твердеющей закладочной смеси и последующим остыванием до 40° С на 90-е сутки.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- разработана и экспериментально обоснована новая методика диагностики и мониторинга напряженно-деформированного состояния твердеющего закладочного массива, как конструктивного элемента нисходящей слоевой системы отработки, включающая в себя дистанционный контроль всех компонентов деформаций, температуры твердения и остывания закладки, а также измерения горного давления на крепь в сводовой части горной выработки; установлены закономерности формирования напряженно-деформированного состояния первого несущего слоя закладочного массива как в процессе выемки железных руд вприсечку к искусственно созданному телу из затвердевшей закладочной смеси, так и при последующей разработке второго нижележащего слоя, когда искусственно созданный массив выступает в качестве потолочины в очистных выработках;

- выявлены особенности формирования температурного режима в закладочном массиве, заключающиеся в том, что за счет экзотермического разогрева материала закладки происходит поддержание температуры в искусственном массиве выше 30° С, что позволяет обосновать уменьшение времени ожидания набора прочности закладки и, как следствие, увеличить эффективность очистных работ на участках контактирующих с закладочным массивом.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются значительным объемом полученных натурных данных о напряженно-деформированном состоянии закладочного массива; применением для длительных наблюдений апробированных и серийно выпускаемых струнных тензометров; экспериментальным исследованием прочностных и деформационных характеристик материала создаваемого искусственного тела в шахтных условиях; удовлетворительной сходимостью результатов натурных измерений с данными компьютерного моделирования; положительным решением патентной экспертизы о выдаче патента на полезную модель «Устройство для измерения горного давления» (№120220 от 10 сентября 2012 г.).

Практическая значимость работы состоит в разработке методики контроля напряженно-деформированного состояния закладочного массива, формирующегося в процессе нисходящей слоевой системы отработки богатых железных руд, оценивать фактическую геомеханическую ситуацию и обоснованно принимать эффективные технологические решения, обеспечивающие безопасное ведение горных работ на глубинах более 600 м. Разработано «Устройство для измерения горного давления» на крепи капитальных и подготовительных выработок при разработке рыхлых руд, а также при строительстве тоннелей в гидроэнергетике и транспорте (в том числе в метрополитене)» (патент №120220 от 10 сентября 2012 г.).

Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на международной научной конференции «Молодые - наукам о земле» (г. Москва, 2008, 2010 гг.), всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Геоэкология и рациональное природопользование: от науки к практике» (г. Белгород, 2009 г.), международной научно-технической конференции «Совершенствование технологии строительства шахт и подземных сооружений» (г. Донецк, 2011, 2012 гг.), международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Москва, 2011 г.), международной научно-практической конференции «Современные проблемы освоения недр» (г. Белгород, 2011, 2012 гг.), международной научной конференции «Геомеханика. Механика подземных сооружений», (г. Тула, 2011, 2012 гг.).

Теоретические и практические результаты диссертации использованы при разработке «Проекта гидрогеомеханического мониторинга при отработке запасов богатых железных руд на Яковлевском руднике (ИГД УрО РАН)», а также включены в учебные курсы по инженерной геологии и мониторингу геологической среды для студентов, обучающихся по направлению «Прикладная геология» в НИУ «БелГУ».

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Зайцев, Денис Александрович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Представленная диссертация является научно-исследовательской работой, содержащей результаты установления новых и уточнения существующих закономерностей формирования напряженно-деформированного состояния закладочного массива, позволяющих обосновать необходимую прочность материала закладки для геомеханического обеспечения добычи железных руд нисходящей слоевой системой разработки и повышения ее эффективности в условиях Яковлевского месторождения КМА, что имеет важное значение для горнодобывающей промышленности России.

Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:

1. Разработана и экспериментально обоснована в условиях Яковлевского рудника новая методика контроля формирования напряженно-деформированного состояния закладочного массива, включающая в себя дистанционный контроль всех компонентов деформаций и определение собственных температурно-усадочных деформаций закладочного материала с помощью закладных струнных тензометров.

2. Установлены закономерности формирования напряженно-деформированного состояния первого несущего слоя закладочного массива, как при выемке богатых железных руд вприсечку к ранее заложенным выработкам, так и при разработке второго слоя, когда искусственно образованный первый слой работает как потолочина для нижележащих очистных заходок.

3. Выявлены особенности формирования температурного режима в процессе создания закладочного массива, на основе которых возможна корректировка параметров технологии ведения горных работ с целью увеличения темпов возобновления очистных работ на участках, контактирующих с закладочным массивом.

4. Установлено, что интенсивный рост опорного горного давления на закладочный массив при выемке прилегающих рудных запасов обусловлен уменьшением размера рудного целика менее 35 м;

5. Дана оценка напряженного состояния закладочного массива, показывающая, что он испытывает напряжения, которые не превышают 65 % от допустимой величины фактической прочности материала закладки осевому сжатию.

6. Подработка искусственного массива выработками нижележащего выемочного слоя способствует развитию вертикальных растягивающих напряжений, которые в некоторых случаях могут превышать допустимую величину сопротивления материала искусственного слоя осевому растяжению, однако благодаря большому проценту армирования закладочного массива нарушение целостности закладки в местах наблюдений не произошло. Вертикальное расположение арматурных стержней ограничивает расслаиваемость закладочного массива под действием возникающих напряжений и способствует сохранению его монолитной структуры.

7. Экспериментально обосновано, что необходимая прочность первого несущего слоя закладочного массива, установленная по результатам проведенных работ за формированием напряженно-деформированного состояния закладки, должна быть в интервале 5,0-5,5 МПа, что приведет к уменьшению расхода цемента с 450 кг до 300 кг на 1 м3 закладки и повышению рентабельности отработки богатых железных руд.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Зайцев, Денис Александрович, Белгород

1. О геологоразведочных и поисковых работах на Яковлевском месторождении КМА: Отчет / Белгородская железорудная экспедиция; Рук. работ В.Н. Клекль, С.Т. Кулешов, И.И. Романов. Белгород, 1969. - 172 с.

2. Леоненко, И.Н. Геология, гидрогеология и железные руды бассейна Курской магнитной аномалии (КМА). Т. III. Железные руды / И.Н. Леоненко, И.А. Русинович, С.И. Чайкин. М.: Недра, 1969. - 320 с.

3. Полищук, В.Д. Геология, гидрогеология и железные руды бассейна Курской магнитной аномалии (КМА). Т. I, кн. 1. Докембрий / В.Д. Полищук, Н.И. Голивкин, Ю.С. Зайцев. М.: Недра, 1970. - 440 с.

4. О бурении разведочных скважин на участке первоочередной отработки Яковлевского месторождения (1982-1986 гг.): Отчет / Белгородская железорудная экспедиция; Рук. работ В.Д. Татьянин, Ю.А. Трубников. Белгород, 1986. - 192 с.

5. О доразведке участка первоочередной отработки Яковлевского рудника из подземных горных выработок: Отчет / А/О Яковлевский рудник; Рук. работ А.И. Лябах, А.Н. Богомаз. п. Яковлево, 1993. - 48 с.

6. Орлов, В.П. Железные руды КМА / В.П. Орлов, И.А. Шевырев, H.A. Соколов; Под ред. В.П. Орлова. М.: Изд-во Геоинформарк, 2001. - 616 с.

7. Сводный отчет об опытном водопонижении на Яковлевском месторождении КМА: Отчет о НИР / ЦНИИГоросушение; Рук. работ А.Я. Гуркин. Белгород, 1962. - 327 с.

8. Определение степени закарстованности и физико-механических свойств надрудных известняков на Яковлевском месторождении КМА: Отчет о НИР / ЦНИИГоросушение; Рук. работ А.Я. Гуркин. Белгород, 1962. - 366 с.

9. Проект осушения шахтного поля Яковлевского рудника КМА. Т. I. Пояснительная записка: Технический проект / ВИОГЕМ. Белгород, 1970. -321 с.

10. Исследование вопросов водопонижения в каменноугольном водоносном горизонте Яковлевского месторождения и разработка рекомендаций по развитию системы осушения: Отчет о НИР / ВИОГЕМ; Рук. работ А.М. Порохняк. Белгород, 1982. - 113 с.

11. Исследование возможности и целесообразности применения специальных способов проходки горных выработок на горизонтах -300 и -400 м строящегося Яковлевского рудника: Отчет о НИР / ВИОГЕМ; Рук. работ Ю.А. Лаухин. Белгород, 1981. - 93 с.

12. Исследование и прогноз инженерно-геологических и гидрогеологических условий проходок подземных выработок пристроительстве Яковлевского рудника: Отчет о НИР / ВИОГЕМ; Рук. работ В.А. Котов. Белгород, 1988. - 154 с.

13. Разработка рекомендаций по совершенствованию системы осушения шахтного поля в процессе строительства Яковлевского рудника: Отчет о НИР / ВИОГЕМ; Рук. работ М.А. Забейда, A.B. Зубова. Белгород, 1990.- 138 с.

14. Исследование и оценка взаимосвязи подземных вод известняков карбона и руднокристаллического водоносного горизонта: Отчет о НИР / ВИОГЕМ; Рук. работ В.М. Чуйко. Белгород, 1970. - 79 с.

15. Совершенствование систем осушения Яковлевского рудника на основе анализа опыта отключения водопонижающих скважин на карбоновый водоносный горизонт: Отчет о НИР (заключительный) / НТЦ «НОВОТЭК»; Рук. работ Е.П. Писанец. Белгород, 1995. - 38 с.

16. О гидрогеологических и инженерно-геологических работах за2009 год (мониторинг подземных вод): Отчет / ООО «Металл-групп». Яковлевский рудник; Рук. работ А.И. Лябах, Д.А. Зайцев. п. Яковлево, 2010. -20 с.

17. О гидрогеологических и инженерно-геологических работах за2010 год (мониторинг подземных вод): Отчет / ООО «Металл-групп». Яковлевский рудник; Рук. работ А.И. Лябах, Д.А. Зайцев. п. Яковлево, 2011. -21 с.

18. Оценка физико-механических свойств пород и руд для целей выбора и проектирования систем разработки Яковлевского месторождения: Отчет о НИР / ВИОГЕМ; Рук. работ С.И. Чайкин. Белгород, 1972. - 202 с.

19. Петрографическая характеристика и исследование физико-механических свойств железистых пород и руд Яковлевского месторождения: Отчет / КГРИ; Рук. работ Л.И. Мартыненко. Кривой Рог, 1962. - 164 с.

20. Исследование инженерно-геологических особенностей руднокристаллического комплекса Яковлевского железорудного месторождения с учетом материалов дополнительного разведочного бурения: Отчет / НИИКМА; Рук. работ А.Н. Цибизов. Губкин, 1964. - 148 с.

21. Изучение напряженного состояния и устойчивости руд на участке первоочередной отработки Яковлевского рудника: Отчет о НИР / ФГУП ВИОГЕМ; Рук. работ Б.А. Фомин. Белгород, 2002. - 98 с.

22. Дашко Р.Э. Инженерно-геологическая характеристика и оценка богатых железных руд Яковлевского рудника// Записки горного института. Т.168. СПб: СПГГИ (ТУ), 2006, с. 97-103.

23. Волкова A.B. Инженерно-геологические критерии устойчивости богатых железных руд в подземных выработках Яковлевского месторождения КМА: Автореф. дис. канд. геол.-минер. наук: 25.12.06 / A.B. Волкова, СПГГИ им. Г.В. Плеханова (ТУ). СПб., 2006, 22 с.

24. Мартемьянов Г.А., Очкуров В.И., Максимов А.Б., Петров Д.Н. Деформирование рудного массива вокруг горных выработок // Записки горного института. Т.168. СПб: СПГГИ (ТУ), 2006, с. 196-202

25. Методическое обеспечение и внедрение экспериментальных методов оценки прочности массива богатых руд в шахтных условиях: Отчет о НИР / СПГГИ им. Г.В. Плеханова (ТУ); Рук. работ В.Л. Трушко. СПб., 2007. - 49 с.

26. Проект I очереди строительства на 1,0 млн. т сырой руды в год. Т II. Шахта. Кн. 1. Пояснительная записка: Технический проект / ООО «Центрогипроруда». Белгород, 2006. - 169 с.

27. Система разработки нисходящими слоями с твердеющей закладкой: Рабочая документация / НПФ «Тарекса». М., 2007. - 119 с.

28. Создание защитной потолочины севернее блока № 2-4 между линиями ортов 25 и 29: Рабочий проект / НПФ «Тарекса». М., 2008. - 80 с.

29. Создание защитной потолочины и отработка запасов севернее блока №2-4 между л.о. 24 л.о. ЗОп: Рабочий проект / НПФ «Тарекса». - М., 2009. - 68 с.

30. Опытно-промышленные испытания камерной системы с закладкой выработанного пространства под искусственной потолочиной в условиях Яковлевского месторождения: Рабочий проект / СУБР-проект. Североуральск, 2005. 190 с.

31. Агошков, М.И. Подземная разработка рудных месторождений / М.И. Агошков, Г.М. Малахов. М.: Недра, 1966. - 663 с.

32. Агошков, М.И. Открыто-подземный способ освоения месторождений крепких руд / М.И. Агошков, Д.Р. Каплунов, В.И. Шубодеров. М.: ИПКОН РАН, 1992. - 188 с.

33. Закладочные работы в шахтах: справочник / под ред. Д.М. Бронникова, М.Н. Цыгалова. -М.: Недра, 1989. 400 с.

34. Цыгалов, М.Н. Разработка месторождений полезных ископаемых с монолитной закладкой / М.Н. Цыгалов, П.Э. Зурков. М.: Недра, 1970. - 176 с.

35. Репп, К.Ю. Материалы для искусственных целиков и технология их возведения / К.Ю. Репп, JI.K. Вахрушев, С.А. Студзинский. М.: Недра, 1968.- 191 с.

36. Смолдырев, А.Е. Трубопроводный транспорт концентрированных гидросмесей / А.Е. Смолдырев, Ю.К. Сафонов. М.: Машиностроение, 1989. - 256 с.

37. Смолдырев, А.Е. Технология и механизация закладочных работ /

38. A.Е. Смолдырев. М.: Недра, 1974. - 327 с.

39. Вяткин, А.П. Твердеющая закладка на рудниках / А.П. Вяткин,

40. B.Г. Горбачев, В.А. Рубцов. М.: Недра, 1983.- 168 с.

41. Вяткин, А.П. Транспортабельность закладочных смесей по трубам в самотечно-пневматическом режиме / А.П. Вяткин, В.П. Кравченко, К.Ю. Репп. М.: Цветметинформация, 1975. - 37 с.

42. Добровольский, В.В. Применение закладки выработанного пространства при разработке месторождений полезных ископаемых / В.В. Добровольский, В.Е. Ерофеев, С.Г. Скопин. М.: Недра, 1969. - 94 с.

43. Кравченко, В.П. Применение твердеющей закладки при разработке рудных месторождений / В.П. Кравченко, В.В. Куликов. М.: Недра, 1974. -200 с.

44. Рыжков, Ю.А. Механика и технология формирования закладочных массивов / Ю.А. Рыжков, А.П. Волков, В.А. Гоголин. М.: Недра, 1985. - 191 с.

45. Байконуров, О.А. Технология добычи руд с твердеющей закладкой / О.А. Байконуров. М.: Недра, 1979. 152 с.

46. Требуков, A.JI. Применение твердеющей закладки при подземной добыче руд / A.JI. Требуков. М.: Недра, 1981. - 172 с.

47. Монтянова, А.Н. Формирование закладочных массивов при разработке алмазных месторождений в криолитозоне / А.Н. Монтянова. М.: Горная книга, 2005. - 597с.

48. Wilhelm, G.L., Gardner, E.D., and Vandenburg, Underground Mining Methods Handbook, Sec. 3, W.A. Hustrulid, ed., SME-AIME, New York, 1982, p. 850-871.

49. More O' Ferrall R.C., Macaulay R.J. Slime-cement fill as a stope support for gold mines. Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy. 1978, №6, p. 290-295.

50. Воронин А.И., Моисеев В.Г., Савелков B.C. Опыт ведения закладочных работ на основе отходов производства // Горный журнал. №6, 1989, с. 41-43.

51. Pekka Sarkka. Mining methods in Finnland. World Mining, 1978, №3, p. 37-54.

52. Hedley D.G., Wilson J.C. Rock mechanics applications in Canadian underground mines. CIM Bulletin, 1975, №763, p. 61-73.

53. Blakey P.N. Stoping practice at Kidd Creek Mine Timmins, Ontario. -Mining Magazine, 1979, №4, p. 318-321.

54. Dayton Stan. Mount Isa mixes multiple concepts of mining with advanced fill technology. Engineering and Mining Journal, 1978, №6, p. 94-107.

55. Гамбер P.M., Койлов В.Г. Закладка пустот породами от гидровскрыши на Зыряновском руднике // Горный журнал. №5, 1962, с. 2527.

56. Петров, Д.Н. Обеспечение устойчивости сопряжений горизонтальных выработок при разработке Яковлевского железорудногоместорождения: Автореф. дис. канд. тех. наук: 20.10.07 / Д.Н. Петров, СПГГИ им. Г.В.Плеханова (ТУ). СПб., 2007, 19 с.

57. Патент РФ №2278972 по заявке на изобретение: Способ разработки крутопадающих рудных залежей от 16.12.2004 г., опубликован 2006 г. (авторы В.П. Зубов, A.A. Антонов).

58. Зубов В.П., Антонов A.A. Концепция отработки Яковлевского железорудного месторождения на участках богатых железных руд // Записки горного института. Т.168. СПб.: СПГГИ (ТУ), 2006, с. 203-210

59. Потемкин Д.А. Моделирование процессов сдвижения массива горных пород при нисходящем порядке отработки рудного тела Яковлевского месторождения // Записки горного института. Т.168. СПб.: СПГГИ (ТУ), 2006, с. 137-141

60. Потемкин Д.А., Плащинский В.Ф. Параметры поля напряжений в рудокристаллическом массиве до начала ведения горных работ // Записки горного института. Т.168. СПб.: СПГГИ (ТУ), 2006, с. 123-126.

61. Протосеня А.Г., Потемкин Д.А. Геомеханическое обоснование параметров водозащитной потолочины и защитного перекрытия при освоении Яковлевского месторождения // Записки горного института. Т.168. СПб.: СПГГИ (ТУ), 2006, с. 127-136

62. Протосеня А.Г., Синякин К.Г., Петров Д.Н., Мартемьянов Г.А. Натурные наблюдения за осадкой рудной потолочины при ведении горных работ на Яковлевском руднике // Записки горного института. Т. 190, СПб.: СПГГИ (ТУ), 2011, с. 158-162

63. Синякин, К.Г. Прогноз устойчивости подготовительных выработок при отработке первоочередного участка Яковлевского месторождения: Автореф. дис. канд. тех. наук: 27.05.11 / К.Г. Синякин, СПГГИ им. Г.В. Плеханова (ТУ). СПб., 2011, 20 с.

64. Антонов, Ю.Н. Геомеханическое обоснование устойчивости параллельных взаимовлияющих горизонтальных выработок в рудноммассиве: Автореф. дис. канд. тех. наук: 05.06.09 / Ю.Н. Антонов, СПГГИ им. Г.В. Плеханова (ТУ). СПб., 2009, 20 с.

65. Научное сопровождение горных работ при эксплуатации первой очереди Яковлевского рудника: Отчет о НИР (заключительный) / СПГГИ им. Г.В. Плеханова (ТУ); Рук. работ В.Л. Трушко. СПб., 2009. - 297 с.

66. Базовые положения регламента гидрогеомеханического мониторинга Яковлевского рудника: Отчет о НИР / СПГГИ им. Г.В. Плеханова (ТУ); Рук. работ В.Л. Трушко. СПб., 2005. - 79 с.

67. Методика проведения геомеханического мониторинга в подземных горных выработках и на подрабатываемой поверхности Яковлевского рудника / СПГГИ им. Г.В. Плеханова (ТУ); Рук. работ В.Н. Гусев. СПб., 2007. - 46 с.

68. Обоснование безопасных и эффективных условий отработки Яковлевского железорудного месторождения под водоносным горизонтом: Отчет о НИР / ИЭЦ ИГД УрО РАН; Рук. работ О.В. Зотеев, А.Б. Макаров. -Екатеринбург Москва, 2008. - 110 с.

69. Геомеханическое обоснование параметров отработки богатой железной руды на Яковлевском руднике, Т. 1: Отчет о НИР / ИЭЦ ИГД УрО РАН; Рук. работ О.В. Зотеев, А.Б. Макаров. Екатеринбург - Москва, 2009. -87 с.

70. Геомеханическое сопровождение отработки богатых железных руд на Яковлевском руднике: Отчет о НИР / ИЭЦ ИГД УрО РАН; Рук. работ О.В. Зотеев, А.Б. Макаров. Екатеринбург - Москва, 2011. - 45 с.

71. Обоснование безопасных и эффективных условий отработки Яковлевского железорудного месторождения под водоносным горизонтом: Отчет о НИР / ИЭЦ ИГД УрО РАН; Рук. работ О.В. Зотеев, А.Б. Макаров. -Екатеринбург Москва, 2007. - 95 с.

72. Казикаев, Д.М. Диагностика и мониторинг напряженного состояния крепи вертикальных стволов / Д.М. Казикаев, C.B. Сергеев. М.: Горная книга, 2011. - 244 с.

73. Методические указания по натурным наблюдениям за состоянием крепи стволов и околоствольного массива в сложных гидрогеологических условиях Яковлевского рудника ЮМА. ВИОГЕМ, Д.М. Казикаев, О.П. Борисов, A.C. Пузенко. Белгород, 1974. - 28 с.

74. Изучение состояния крепи и массива горных пород при сооружении стволов Яковлевского рудника: Отчет о НИР (заключительный) / ВИОГЕМ; Рук. работ О.П. Борисов. Белгород, 1977. - 83 с.

75. Казикаев Д.М., Борисов О.П., Сергеев C.B. Натурные наблюдения за деформациями крепи и пород при проходке ствола в обводненных породах // Тематический сборник трудов ВИОГЕМ: Вып. XXVI. Белгород, 1981, с. 82-87.

76. Сергеев C.B. Учет температурно-усадочных деформаций при исследовании состояния бетонных оболочек подземных сооружений / В кн.: Физико-химические проблемы материаловедения и новые технологии. -Белгород: изд-во БТИСМ, 1987

77. Сергеев C.B. Учет собственных деформаций бетона при расчете комбинированных оболочек подземных сооружений // Механика подземных сооружений: Сб. науч. тр. / ТПИ. Тула, 1988, с. 147-150

78. Основные технические решения проекта сооружения стволов Яковлевского рудника / И.Ф. Лось, И.В. Клеев, Б.Б. Бергер и др. // Шахтное строительство. №4, 1981, с. 8-14

79. Казикаев Д.М., Сергеев C.B., Борисов О.П. Результаты долговременных натурных наблюдений в стволах Яковлевского рудника КМА // Подземная разработка тонких и средней мощности угольных пластов: Сб. научных трудов / ТЛИ. Тула, 1989, с. 52-59

80. Сергеев C.B., Суржин Г.Г. Опыт сооружения стволов Яковлевского рудника // Горный журнал. №1-2, 1996, с. 82-84

81. Обследование состояния замерных станций, установленных в крепи ствола №1 Яковлевского рудника и проведение контрольных измерений: Отчет о НИР / БелГУ; Рук. работ C.B. Сергеев. Белгород, 2004. -54 с.

82. Комплексное изучение напряженного состояния массивов горных пород при разведке месторождений полезных ископаемых / Э.В. Калинин, В.В. Ковалко, В.А. Могилевцев и др. // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. №2, 1995, с. 75-89

83. Булычев Н.С., Сергеев C.B. Исследование нагрузок на крепь стволов в условиях рудника «Скалистый» Норильского ГМК // Геомеханика в горном деле-96 / Тез. докл. международ, конф. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1996, с. 151-152

84. Казикаев Д.М., Сергеев C.B., Борисов О.П. Нагружение крепи ствола, сооружаемого в солях // Механика подземных сооружений: Сб. науч. трудов / ТПИ. Тула, 1990, с. 67-72

85. Тарасов Б.Г., Глоба В.М, Гаркушин П.К. Геомеханические аспекты устойчивости горных выработок на калийном руднике «Пийло» // Шахтное строительство. №8, 1989, с. 10-13

86. Лазебник, Г.Е. Давление грунта на сооружение / Г.Е. Лазебник. -Киев: ПЛАВ, 2005. 243 с.

87. Исследование геомеханического состояния конструктивных элементов системы разработки с гидрозакладкой очистных камер на опытном участке шахты им. Губкина: Отчет о НИР (заключительный) / ВИОГЕМ; Рук. работ С.Н. Журин. Белгород, 2000.

88. Оборудование системы контроля и выполнение периодических наблюдений за состоянием перемычек и массива закладки на опытном участке шахты им. Губкина: Отчет о НИР (заключительный) / ЦЭБГОР; Рук. работ Б.А. Фомин, C.B. Сергеев. Белгород, 1999. - 33 с.

89. Дополнительное оборудование наблюдательной станции контроля геомеханических процессов на опытном участке гидрозакладки камер шахты им. Губкина: Отчет о НИР (заключительный) / ЦЭБГОР; Рук. работ Б.А. Фомин. Белгород, 2000. - 25 с.

90. Барышников В.Д., Барышников Д.В., Качальский В.Г. Опыт применения инклинометрического метода для контроля за сдвижениями закладочного массива при подземной разработке месторождений // ГЕО-Сибирь-2007, Т.5, Новосибирск: СГГА, 2007.

91. Барышников В.Д., Барышников Д.В. Организация и проведение наблюдений за сдвижениями закладочного массива при его подработке // ГИАБ №12. М.: изд-во МГГУ, 2008, с. 256-261

92. OCT 34-72-650-83 «Линейные деформации бетона. Методика выполнения измерений измерительными преобразователями типа ПЛДС»

93. РД 153-34.2-21.545-2003 «Правила проведения натурных наблюдений за работой бетонных плотин»

94. Казикаев Д.М., Сергеев C.B. Измерение деформаций комбинированной оболочки подземных сооружений в замороженном массиве // Нелинейные методы расчета пространственных конструкций: В Сб. тр. / МИСИ. Белгород: изд-во БТИСМ, 1988, с. 43-50

95. Рунов П.В., Макаров А.Б., Терешин A.A., Фаустов С.И. Выбор экспресс-метода оценки прочности закладки // X Международная конференция «Новые идеи в науке о Земле». Доклады: В 3 т. Т.2. М.: РГГРУ, 2011, с. 151

96. Кацуров, И.Н. Механика горных пород / И.Н. Кацуров. М.: Недра, 1981.- 166 с.

97. Тимошенко, С.П. Механика материалов / С.П. Тимошенко, Гере Дж. М.: Мир, 1976. - 669 с.

98. Зав. лабораторией геодинамики и горного давления, проф., д.т.н.1. О.В. Зотеев120220

99. Приоритет полезной модели 16 марта 2012" Г. Зарегистрировано в Государственном реестреполезных моделей Российской Федерации 10 сентября 2012 г.

100. Срок действия патента истекает 16 марта 2022 г.

101. Руководитель Федеральной службы по интеллектуальной собственности1. И.II. Симоновшмжжжмжжжмжмжжжмшшшшмшмжжо см см о см1. РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ19)ки11)13)ил51. МПК <301Ь 1/222006.01)

102. ФЕДЕРАЛЬНАЯ СЛУЖБА ПО ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ

103. ТИТУЛЬНЫЙ ЛИСТ ОПИСАНИЯ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ К ПАТЕНТУ21.(22) Заявка: 2012110258/28, 16.03.2012

104. Дата начала отсчета срока действия патента: 16.03.20121. Приоритёт(ы):

105. Дата подачи заявки: 16.03.2012

106. Опубликовано: 10.09.2012 Бюл. № 251. Адрес для переписки: I308015, г.Белгород, ул. Победы, 85, БелГУ, отдел интеллектуальной собственности, И.А. Киреевой72. Автор(ы):

107. Добрынин Владимир Евгеньевич (1Ш), Сергеев Сергей Валентинович (1Ш), Зайцев Денис Александрович (1Ш)73. Патентообладатель(и):

108. Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Белгородский государственный национальный исследовательский университет" (НИУ "БелГУ") (БШ)

109. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ