Разработка научно-методических основ геомеханического обеспечения подземной отработки железорудных месторождений Сибири в геодинамически активном регионе

Лобанова, Татьяна Валентиновна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Разработка научно-методических основ геомеханического обеспечения подземной отработки железорудных месторождений Сибири в геодинамически активном регионе
ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Разработка научно-методических основ геомеханического обеспечения подземной отработки железорудных месторождений Сибири в геодинамически активном регионе"

На правах рукописи

ЛОБАНОВА Татьяна Валентиновна

РАЗРАБОТКА НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИХ ОСНОВ ГЕОМЕХАНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПОДЗЕМНОЙ ОТРАБОТКИ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СИБИРИ В ГЕОДИНАМИЧЕСКИ АКТИВНОМ. РЕГИОНЕ

Специальность 25.00.20 - "Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Новосибирск - 2009

003476222

Работа выполнена в Восточном научно-исследовательском горнорудном институте (ОАО "ВостНИГРИ").

Научный консультант - доктор физико-математических наук, член-корреспондент РАН, профессор Опарин Виктор Николаевич.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Барях Александр Абрамович; доктор технических наук Усков Владимир Александрович; доктор технических наук Мазуров Борис Тимофеевич.

Ведущая организация - Институт горного дела Уральского отделения Российской Академии наук.

Защита диссертации состоится 02 октября 2009 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 003.019.01 в Институте горного дела СО РАН (630091, г. Новосибирск, Красный проспект, 54).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГД СО РАН. Автореферат разослан Л^-С^е^^ 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук

Попов Н.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. На достигнутых глубинах отработки железорудных месторождений Сибири подземным способом возникают серьезные проблемы, связанные со сдвижением горных пород и проявлением горных ударов. Блочное строение горного массива и высокий уровень тектонических напряжений способствуют активному развитию процессов сдвижения и деформирования пород при их подработке, что существенно осложняет эксплуатацию охраняемых объектов и требует оставления значительных запасов руд в предохранительных целиках, где в настоящее время на крупнейших железорудных месторождениях Сибири залегает до 50 - 80 % разведанных запасов. В этой связи вопросы исследования условий безопасной подработки охраняемых объектов при извлечении запасов железорудного сырья из предохранительных целиков превратились в крупную хозяйственную проблему.

Другая крупная проблема - высокое горное давление, проявляющееся на железорудных месторождениях Сибири в динамической форме в виде горных ударов, микроударов и мощных толчков. Геодинамические особенности железорудных месторождений Сибири уже на глубине 300 м проявляются в виде стреляний горных пород, а на глубинах 600 м и более вызывают горные удары большой разрушительной силы (107-109 Дж), сопровождающиеся разрушением выработок, остановкой технологических процессов и большим экономическим ущербом. Появление на Таштагольском месторождении горных ударов большой мощности и горно-тектонических ударов в глубине массива вызывает необходимость исследования условий их формирования и проявления, разработки методов прогноза этих явлений.

Безопасная и эффективная эксплуатация месторождений в условиях извлечения запасов предохранительных целиков при продлении сроков службы подрабатываемых объектов и потенциальной опасности проявления горных ударов возможна в результате комплексного решения этих проблем при разработке научно-методических основ геомеханического обеспечения подземной отработки руд.

Таким образом, объектом исследования являются горные массивы железорудных месторождений Сибири, а предметом исследований - геомеханические процессы при подземной отработке месторождений в геодинамически активном регионе.

Цель работы: разработка научно-методических основ геомеханического обеспечения подземной отработки месторождений в геодинамически активном регионе.

Идея работы: использование основных закономерностей деформирования подрабатываемых скальных массивов для обоснования безопасной эксплуатации охраняемых объектов.

Задачи исследований:

1 Установить параметры процесса сдвижения и закономерности деформирования охраняемых объектов промплощадок на подрабатываемых терри-

ториях, определить критерии безопасной эксплуатации подрабатываемых сооружений и горных выработок.

2 Установить влияние отработки разрезных блоков в этажах на деформирование охраняемых объектов.

3 Выявить влияние тектонических разломов на деформирование размещенных в зонах разломов сооружений и удароопасность горного массива.

4 Определить условия формирования и проявления горных ударов при разработке месторождения.

5 Установить критерий прогноза удароопасного состояния массива горных пород в условиях действия геотектонических напряжений.

Методы исследований.

Основной метод исследований - инструментальные измерения сдвижений земной поверхности, горных пород и охраняемых объектов месторождений на комплексных наблюдательных станциях (геодинамических полигонах), проводимые в мониторинговом режиме с применением высокоточных геодезических инструментов (нивелиров, GPS-приемников, лазерных дальномеров). При решении поставленных задач использованы методы анализа и обобщения данных геодинамического и морфоструктурного картирования; статистической обработки результатов наблюдений и исследований; машинного картирования полей сдвижений, деформаций и напряжений; теоретических исследований и промышленных экспериментов по продлению сроков службы подрабатываемых сооружений и снижению удароопасности массивов.

Основные научные положения, защищаемые автором:

1 Блочное строение массива горных пород при его подработке обусловливает концентрацию деформаций на границах блоков, в 2 - 3 раза превышающих деформацию типового распределения по профилю в мульде сдвижения, вызывая выполаживание углов сдвижения до 40 — 45° и преждевременное деформирование охраняемых объектов, расположенных на границах структурных блоков.

2 При отработке разрезных блоков в этажах наблюдаются тангенциальные составляющие сдвижений, в 2.5 - 3 раза превышающие радиальные и совпадающие с направлением максимальных напряжений вне зоны влияния горных разработок, и сжатие горных пород от 100 до 200 мм с нарушением охраняемых объектов.

3 При выемке рудных запасов удароопасных месторождений на границах тектонических разломов возникают короткопериодные смещения горных пород до 50 - 150 мм, приводящие к увеличению скоростей деформирования земной поверхности, в 2 раза и более превышающих обычный уровень, и геодинамическим явлениям в шахте с сейсмической энергией от 102 до 109 Дж.

4 Формирование и проявление горно-тектонических ударов обусловлено распределением зон сжатия вокруг выработанного пространства при увеличении напряжений вне зоны влияния горных разработок по простиранию и вкрест простирания рудных тел на 0.3 и 0.5у// соответственно, наличии тек-

тонических нарушений с углом падения 5-10° и инициирующего динамические явления массового взрыва.

5 Изменение геодинамического состояния массива горных пород на глубинах отработки рудных тел 600 - 800 м и более при крупных динамических явлениях сопровождается вариациями прямых и обратных сдвижений до 50 - 100 мм протяженных участков вмещающих пород в периоды от 12 до 30 мес., которые позволяют осуществлять региональный прогноз горных ударов.

Достоверность научных положений подтверждается:

- представительным объемом длительного (до 40 лет) мониторинга процессов сдвижения земной поверхности, горных пород и охраняемых объектов с применением современных методов и приборов при определении линейных и угловых параметров сдвижения от отработки на Таштагольском, Шерегешевском, Абаканском месторождениях 27 этажей запасов железных

руд;

- многолетними (более 25 лет) инструментальными наблюдениями за сдвижением контурных и глубинных реперов при определении формирования нагрузок в зонах влияния горных разработок и установлении условий формирования потенциальных очагов удароопасности;

- значительным объемом (более 10 серий) СРБ-наблюдений в районах охраняемых объектов и тектонических разломов при производстве массовых взрывов;

- представительностью теоретических расчетов, их удовлетворительным совпадением с фактическими данными, высокими коэффициентами корреляции установленных эмпирических зависимостей;

- широким внедрением в производство результатов исследований при расконсервации запасов, продлении сроков службы сооружений на подрабатываемой территории, прогнозировании удароопасности месторождений.

Научное значение работы состоит в разработке научных основ геомеханического обеспечения отработки железорудных месторождений при изучении их геодинамики, обеспечивающих повышение эффективности и безопасности подземных горных разработок.

Новизна научных положений:

1 Установлен уровень концентрации деформаций земной поверхности на границах структурных блоков при их подработке, вызывающих выполажи-вание углов сдвижения и деформирование охраняемых объектов, расположенных на этих границах.

2 При отработке разрезных блоков в этажах выявлено преимущественное развитие тангенциальных составляющих сдвижений, совпадающих с направлением напряжений вне зоны влияния горных разработок, и высокий уровень сжатия горных пород в районах размещения охраняемых объектов.

3 Установлен диапазон короткопериодных смещений на границах тектонических разломов, приводящих к деформированию охраняемых объектов, расположенных в зонах разломов, с нарушением строительных конструкций и вызывающих геодинамические явления в шахте.

4 Определены условия формирования и проявления горнотектонических ударов при массовых взрывах в соответствии с расположением зон сжатия вокруг выработанного пространства в тектонически нарушенном массиве при увеличении напряжений вне зоны влияния горных разработок, разработан метод расчета энергии и области проявления горнотектонического удара.

5 Установлен критерий прогноза удароопасного состояния массива горных пород на основе вариаций прямых и обратных сдвижений протяженных участков вмещающих пород.

Личный вклад автора.

Содержание работы является результатом исследований по 24 научно-исследовательским работам, выполненным институтом "ВостНИГРИ" на железорудных месторождениях Сибири с 1992 по 2008 годы, в которых автор был ответственным исполнителем и научным руководителем работ.

Личный вклад автора заключается в:

- выборе параметров, проектировании и закладке поверхностных и подземных наблюдательных станций с учетом геодинамического строения месторождений, разработке методик и проведении мониторинга процессов сдвижения на комплексных станциях;

- установлении параметров и закономерностей сдвижения горных пород, земной поверхности и охраняемых объектов, обосновании путей сокращения запасов руд в предохранительных целиках и сроков эксплуатации основных сооружений промплощадок рудников на подработанной территории с применением конструктивных мер защиты;

- постановке задач, выборе граничных условий при разработке методов расчета параметров геомеханических процессов с учетом свойств пород, тектонической нарушенности месторождений и влияния дилатансионных процессов, апробировании их при проведении исследований;

- определении критериев безопасной эксплуатации подрабатываемых сооружений и горных выработок;

- постановке исследований, разработке методики работ и проведении наблюдений в районе сооружений промплощадок и тектонических разломов в периоды массовых взрывов с использованием СРБ-технологий;

- определении прогностических признаков и условий формирования удароопасных ситуаций на основе деформационных методов контроля;

- обосновании основных положений и разделов, согласовании в органах Ростехнадзора нормативно-методических документов по охране сооружений и объектов от вредного влияния подземных горных разработок и по безопасному ведению горных работ на железорудных месторождениях Сибири, склонных и опасных по горным ударам;

- реализации результатов исследований на крупнейших железорудных месторождениях Сибири (Таштагольском, Шерегешевском, Абаканском).

Практическая ценность работы заключается в:

- обосновании сроков эксплуатации охраняемых сооружений промплощадок на подработанной территории, разработке и внедрении рекомендаций

по расконсервации запасов предохранительных целиков под промышленными сооружениями;

- разработке рекомендаций по методам и периодичности контроля развития процессов сдвижения горных пород и деформирования подрабатываемых объектов;

- разработке и внедрении методики оценки состояния массива по наблюдениям за развитием деформационных процессов методом глубинных и контурных реперов, разработке методики оценки напряжений впереди фронта очистных работ;

- разработке и внедрении нормативно-методических документов по охране сооружений и объектов от вредного влияния подземных горных разработок и по безопасному ведению горных работ на железорудных месторождениях Сибири, склонных и опасных по горным ударам.

Реализация работы в промышленности. Обоснованы размеры предохранительных целиков под охраняемые объекты Таштагольского, Абаканского и Шерегешевского месторождений, что позволило существенно сократить запасы целиков под водными объектами и сооружениями промплощадок. Проведены промышленные эксперименты и внедрены рекомендации по безопасной эксплуатации промышленных сооружений на подработанной территории рудников с применением конструктивных мер защиты и извлечении запасов руды под ствол "Северный" Абаканского рудника, стволы "Западный" и "Южный", компрессорную и электроподстанцию, сооружения северной промплощадки Таштагольского рудника.

Основные результаты диссертационной работы использованы при разработке 5 нормативно-методических документов: "Указания но безопасному ведению горных работ на месторождениях Горной Шории, склонных и опасных по горным ударам", ВостНИГРИ, 2001; "Методические указания по применению конструктивных мер защиты сооружений в зонах опасных сдвижений земной поверхности от подземных горных разработок на железорудных месторождениях Сибири", ВостНИГРИ, 2001; "Указания по безопасному ведению работ на Абаканском месторождении, склонном к горным ударам", ВостНИГРИ, 2002; "Пакет программ для расчета сдвижений, деформаций и напряжений около эллиптических выработок", ВостНИГРИ, НФИ КемГУ, 2003; "Указания по охране сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на железорудных месторождениях ОАО "Евразруда", ВостНИГРИ, 2006. Данные документы используются маркшейдерскими и техническими отделами, службами прогноза и предупреждения горных ударов рудников, проектными организациями для проектирования отработки нижележащих горизонтов, охраны объектов и обеспечения безопасности подземных горных разработок в удароопасных условиях.

Апробация работы. Основные научные положения и выводы диссертационной работы докладывались на Международных конференциях "Геодинамика и напряженное состояние недр Земли" (Новосибирск, 1999, 2001, 2003, 2005, 2007,2009); научно-практической конференции по горным ударам "Оценка современных достижений в области безопасной отработки ударо-

опасных месторождений, методам прогноза и предупреждения горных ударов" (Таштагол, 2000); V Международной конференции "Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых" (Новокузнецк, 2000); Международных конференциях "Геомеханика в горном деле" (Екатеринбург, 2000, 2002, 2005); Международных научных конгрессах "ГЕО-Сибирь" (Новосибирск, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009); Международной конференции "Проблемы и перспективы развития горных наук" (Новосибирск, 2004); конференции с участием иностранных ученых "Фундаменталье проблемы формирования техногенной геосреды" (Новосибирск, 2006); Неделе горняка - 2007 (Москва, 2007); 21-м Всемирном горном конгрессе (Польша, Краков, 2008); технических совещаниях и комиссиях по горным ударам ОАО "Евразруда" и его филиалов (Таштагольского, Горно-Шорского, Абаканского), научно-технических советах института "ВостНИГРИ".

Публикации. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 28 научных статьях, 5 нормативно-методических документах, 3 изобретениях и патентах РФ.

Диссертационные исследования проводились в соответствии с тематическими планами и программами научно-исследовательских работ института "ВостНИГРИ" 1992 - 2008 гг., часть которых выполнялась в рамках межотраслевой координационной программы "Геодинамическая безопасность" на 2001 - 2005 гг. и Федеральной целевой программы 2001 г. "Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки".

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и содержит 323 страницы, включая 125 рисунков, 22 таблицы и список использованных источников из 174 наименований. В диссертации имеется 4 приложения, которые содержат 24 страницы.

Автор глубоко признателен и искренне благодарен д.т.н. Квочину В.А., под руководством которого выполнены исследования, и д.ф.-м.н., чл.-корр. РАН Опарину В.Н., при научной консультации которого диссертационные исследования были завершены и подготовлены к защите. Автор выражает благодарность сотрудникам лаборатории сдвижения горных пород института "ВостНИГРИ" и лаборатории горной информатики ИГД СО РАН, работникам управления ОАО "Евразруда" и его филиалов (Таштагольского, ГорноШорского, Абаканского) за неоценимую помощь в проведении исследований и их внедрении в производство.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе на основе анализа геологических, горнотехнических и геомеханических условий отработки Таштагольского, Шерегешевского и Абаканского месторождений установлены проблемные вопросы подземной отработки железорудных месторождений Сибири в геодинамически активном регионе, выполнен анализ изученности геомеханических процессов на рудных месторождениях, определены основные задачи исследований,

Железорудные месторождения Горной Шории (Таштагольское и Шере-гешевское) и Хакасии (Абаканское) расположены в сейсмически активном районе Алтая-Саянской складчатой области, где имеют место современные тектонические движения земной коры в условиях блочного строения горного массива, в связи с чем, эти месторождения эксплуатируются в геодинамиче-ски активном регионе.

По характеру оруденений железорудные месторождения Сибири идентичны. Рудные поля месторождений имеют длину до 1 - 2 км, мощность до 100 - 200 м, прослеживаются на глубину более 1 - 1.5 км и включают несколько рудных участков. Рудные тела месторождений линзо- и пластообраз-ной формы. Мощность рудных тел до 50 - 100 м, длина по простиранию до нескольких сот метров, углы падения от крутого до вертикального.

Руды Таштагольского, Шерегешевского и Абаканского месторождений магнетитовые, сульфидно-магнетитовые. Содержание железа в рудах колеблется от 20 - 30 % до 45 - 50 %. Коэффициент крепости руд 9 - V6, пород 7 - 20. Руды и вмещающие породы прочные, высокомодульные, хрупко разрушаются под нагрузкой, способны накапливать значительную упругую энергию деформаций. Усредненные показатели удароопасности пород и руд Горной Шории и Хакасии указывают на то, что основные породы и руды уда-роопасны.

Для шахтных полей месторождений характерны системы разрывной тектоники, пересекающие рудные тела с мощностью нарушений от 0.5 до десятков метров и углами падения сместителя до 60 - 80°. Тектонические нарушения представлены трещинами и зонами дробления. Помимо разрывной тектоники на месторождениях выделяются системы мелких трещин различной ориентировки и углов падения, протяженностью от первых десятков до первых сотен метров. По результатам геодинамического районирования ВНИМИ, КузПИ (И.М. Батугина) и геоморфологических исследований МГУ (A.A. Лукашов) выделены глубинные разломы и блочное строение месторождений.

Месторождения характеризуются высокими тектоническими полями напряжений, горизонтальные составляющие которых вне зоны влияния горных работ в 1.3 - 3.0 раза больше вертикальных. Максимальные напряжения действуют в северо-западном направлении (азимут 315 - 350°). В зоне влияния очистной выемки происходит перераспределение естественного поля напряжений с увеличением значений составляющих. Разрывные нарушения блочного массива на месторождениях региона являются определяющим фактором в формировании неоднородного тектонического поля напряжений в массиве пород.

Совокупность природных и технических факторов на месторождениях региона создает условия для проявления горного давления в динамической форме от шелушений, заколообразований, стреляний и отдельных толчков на Абаканском месторождении до микроударов и горных ударов на Таштаголь-ском и Шерегешевском месторождениях.

Интенсивное развитие процессов сдвижения горных пород под влиянием подземных разработок Таштагольского, Абаканского и Шерегешевского месторождений, достигших глубины 600 - 900 м, привело к попаданию сооружений и коммуникаций действующих промплощадок и водных объектов в зоны опасных сдвижений.

Анализ геологических, горнотехнических и геомеханических условий подземной отработки железорудных месторождений Сибири в геодинамиче-ски активном регионе показывает, что для безопасной отработки месторождений необходима разработка научно-методических основ геомеханического обеспечения их эксплуатации. В этом плане наиболее остро стоят вопросы сдвижения горных пород и горных ударов.

Решением проблемы сдвижения горных пород занимались многие ученые. В первую очередь следует отметить таких ученых, как Авершин С.Г., Акимов А.Г., Борщ-Компониец В.И., Букринский В.А., Беляев В.И., Варлаш-кин В.М., Гвирцман Б.Я., Гертнер П.Ф., Дьяковский В.Б., Ержанов Ж.С., Зе-мисев В.Н., Зеленцов С.Н., Иофис М.А., Казаковский Д.А., Казикаев Д.М., Кашников Ю.А., Квочин В.А., Колбенков С.П., Короткое М.В., Крени-даЮ.Ф., Крушатин Р.Ф., Кузьмин В.И., Кузнецов М.А., Куняев Е.В., Макаров А.Б., Медянцев А.Н., Муллер P.A., Петухов И.А., Самарин В.П., Сашу-рин А.Д., Стариков А.Н., Суржин Г.Г., Храмцов Б.А., Цыгалов М.Н., Черный Г.И., Шадрин А.Г., Ягунов A.C. и многих других. Разработана теория сдвижения горных пород, установлены угловые и линейные параметры сдвижения, определены допустимые и предельные деформации охраняемых объектов, обоснованы условия размещения промплощадок и горных выработок, разработаны технологии отработки запасов под сооружениями и объектами. Многочисленные данные наблюдений за сдвижением земной поверхности на различных месторождениях страны, проводимые ВНИМИ и его филиалами, ИГД УрО РАН, ВостНИГРИ, Унипромедью и другими организациями, и их обобщение позволили разработать Правила и Указания по охране сооружений.

Вопросы подработки охраняемых сооружений наиболее успешно решены при разработке угольных месторождений, где разработаны надежные методы предрасчета сдвижений и деформаций горных пород от выемки угольных пластов, эффективные горные меры управления развитием деформационных процессов и конструктивные меры защиты подрабатываемых зданий, сооружений и коммуникаций. На рудных месторождениях страны для охраны земной поверхности и налегающих пород от обрушения в основном применялись камерно-столбовая система разработки или закладка выработанного пространства. Конструктивные меры защиты и эксплуатация объектов за пределами допустимых деформаций практически не применяются ввиду укоренившихся представлений о неравномерном деформировании крепких горных пород. Также недостаточно изучены процессы сдвижения пород в условиях действия геотектонических полей напряжений и наличия тектонических нарушений, размеры и формы областей влияния горных разработок в массиве, развитие процессов сдвижения пород во времени при формировании мульды

сдвижения, влияние массовых взрывов на охраняемые объекты, не выявлены возможности и пределы безопасного применения конструктивных мер защиты промышленных сооружений и горных выработок, расположенных в скальных массивах.

Расположение железорудных месторождений Сибири в сейсмоактивной зоне, характеризуемой высоким уровнем тектонических составляющих напряжений, определяет их удароопасность. Исследования по проблеме горных ударов начаты на рудных месторождениях страны в середине 70-х годов прошлого столетия по инициативе ВНИМИ (проф., д.т.н. Петухов И.М.) и Госгортехнадзора СССР в рамках Программы по решению проблемы горных ударов на рудных месторождениях, утвержденной Комитетом по науке и технике СССР.

Изучению природы и механизма проявления, прогнозированию и предупреждению горных ударов посвящены труды видных отечественных ученых: С.Г. Авершина, М.И. Агошкова, И.Т. Айтматова, С.А. Ватутина, И.М. Ватутиной, В.И. Борща-Компониеца, Д.М. Бронникова, Н.П. Влоха, П.В. Егорова, Н.Ф. Замесова, Д.М. Казикаева, A.A. Козырева, C.B. Кузнецова, М.В. Курлени, Г.А. Маркова, В.Н. Опарина, И.М. Петухова, И.Д. Ривкина, К.Н. Трубецкова, И.А. Турчанинова, Е.И. Шемякина и других.

Существенный вклад в решение проблемы борьбы с горными ударами на рудных месторождениях в различных регионах страны внесли также В.И. Бояркин, В.А. Ваганова, Б.Ш. Винокур, В.И. Дорошенко, В.Б. Дьяковский,

A.A. Еременко, A.B. Зубков, A.M. Ильин, В.А. Квочин, С.А. Константинова, Г.И. Кулаков, В.А. Колесов, Т.И. Лазаревич, Л.М. Лазаревич, A.B. Леонтьев, Я.И. Липин, A.M. Линьков, И.Ф. Матвеев, Е.И. Микулин, К.Т. Мезенцев, A.A. Ренев, В.И. Панин, М.Ф. Петухов, В.Г. Селивоник, Н.И. Скляр, В.А. Смирнов,

B.C. Сидоров, A.M. Фрейдин, A.A. Филинков, O.A. Хачай, Е.П. Чистяков, В.Г. Шабаров, А.Т. Шаманская, Ю.А. Шевелев, Б.В. Шрепп и др.

В настоящее время на шахтах и рудниках организованы службы прогноза и предупреждения горных ударов, выполнено геодинамическое районирование месторождений, оборудованы специальные геодинамические полигоны и сейсмостанции, изучено напряженно-деформированное состояние массивов, свойства пород и природа горных ударов, разработаны средства и методы прогноза, меры предупреждения горных ударов и безопасные технологии работ, разработаны Указания по безопасному ведению горных работ на месторождениях, склонных и опасных по горным ударам. За последние годы в результате этих работ на рудниках России достигнуто значительное снижение среднегодового количества горных ударов. Однако недостаточно изучена возможность применения прямых геодезических и маркшейдерских методов измерений для контроля и оценки НДС горных массивов.

Общность геологических, горнотехнических и геомеханических условий подземной отработки железорудных месторождений Сибири при современном состоянии изученности геомеханических процессов на рудных месторождениях определяют цель диссертационной работы, её идею и основные задачи исследований.

Во второй главе приведены исследования процессов сдвижения горных пород при отработке железорудных месторождений Сибири в геодина-мически активном регионе.

В основу исследований были положены систематические инструментальные наблюдения на комплексных поверхностных и подземных станциях на Таштагольском, Шерегешевском и Абаканском месторождениях, проводимые в мониторинговом режиме. При выявлении на месторождениях природного геотектонического поля напряжений и блочной структуры эти станции со временем превратились в комплексные геодинамические полигоны, на которых проводились геодезические и маркшейдерские измерения сдвижений больших участков массива, соизмеримых с шахтными полями.

На комплексном геодинамическом полигоне Таштагольского месторождения для проведения наблюдений использовались: 14 профильных линий из 280 грунтовых реперов на земной поверхности (рисунок 1) в породах висячего и лежачего боков (вкрест простирания рудных тел) и в торцевых частях рудной зоны (по простиранию) Восточного участка; профильная линия вкрест простирания Юго-Восточного участка, состоящая из 50 реперов; около 240 контурных реперов в горных выработках на 6 горизонтах шахты на Восточном участке; 45 станций глубинных реперов в рудном массиве и вмещающих породах на 6 горизонтах Восточного и Юго-Восточного участков.

Наблюдения за развитием процессов сдвижения Абаканского месторождения осуществлялись по станциям на земной поверхности и в массиве горных пород. Наблюдательная станция за сдвижением земной поверхности состояла из 9 профильных линий (около 180 реперов) в лежачем и висячем боках, в северном и южном торцах месторождения. Для определения положения границ областей влияния горных разработок и контроля сдвижения пород лежачего бока в направлении сооружений промплощадки инструментальные наблюдения проводились по станциям контурных реперов (более 180 реперов) в главных квершлагах на 6 горизонтах шахты.

На Шерегешевском месторождении контроль процессов сдвижения пород осуществлялся по наблюдательной станции на земной поверхности, которая представлена системой профильных линий грунтовых реперов на участках "Главный", "Болотный", "Новый Шерегеш", "Подрусловый" и состояла из 16 линий, по которым наблюдалось около 190 реперов.

Выбор конструкций наблюдательных станций для контроля за сдвижением земной поверхности и горных пород, методы и точность измерений, способы обработки и методика определения основных параметров процесса сдвижения осуществлялись в соответствии с "Инструкцией по наблюдениям за сдвижением горных пород и земной поверхности при подземной разработке рудных месторождений" (Москва, 1988). Закладка станций на земной поверхности и в горных выработках осуществлялась по проектам, разработанным совместно с д.т.н. В.А. Квочиным. Проекты на закладку станций глубинных реперов разрабатывались совместно с лабораторией горного давления института "ВостНИГРИ" (д.т.н. Б.В. Шрепп, Н.И. Нештун, Е.М. Лапшин).

Рисунок 1 - Схема наблюдательной станции за сдвижением земной поверхности Таштагольского месторождения: 1 - 5 - разломы, соответственно, Холодный, Кондомский, Нагорный, Шахтерский, Диагональный; 6 -субмеридиональное тектоническое нарушение; 7 - 10 - границы, соответственно, зон обрушения, трещин, опасных сдвижений, мульды сдвижения

Для проведения наблюдений за сдвижением земной поверхности и массива пород использованы высокоточные нивелиры с компенсаторами (Н-ЗК, AT-20D), жесткие отвесы с уровнями, компарированные рулетки российского и зарубежного производства (РК-50, WR-650, TSP 50/2) и нивелирные рейки с уровнями, светодальномеры "Блеск", лазерный дальномер "DISTO™ classic5 а", спутниковая геодезическая система Trimble 4600 LS фирмы Trimble Navigation Ltd. (США). Замер глубинных реперов осуществлялся рулетками конструкции ВНИМИ.

В результате многолетних инструментальных наблюдений процессов сдвижения на крупнейших железорудных месторождениях Сибири получены данные о сдвижении пород, характеризующие отработку 27 этажей запасов железных руд. На различных месторождениях, горизонтах и профилях наблюдательных станций определено более 450 значений граничных углов, углов сдвижения, разрывов, обрушения и воронкообразования. Ежегодно определялись сдвижения более 1400 грунтовых, контурных и глубинных реперов.

В общем случае подземная разработка рудных тел железорудных месторождений Сибири при отработке их системами с обрушением вмещающих пород сопровождается образованием на земной поверхности всех зон сдвижения: провалов, террас, зон обрушения, трещин, плавных сдвижений. В лежачих боках месторождений, где размещены основные охраняемые объекты рудников, установлено наличие зоны плавных сдвижений значительных размеров (до 300 - 400 м), что является благоприятным фактором для продления сроков службы охраняемых объектов в процессе подработки горных пород и земной поверхности.

В массиве пород указанным выше зонам мульды сдвижения соответствуют области сдвижения и обрушения пород, ограниченные криволинейными поверхностями, установленными инструментально по комплексным наблюдательным станциям грунтовых, контурных и глубинных реперов (рисунок 2). На Таштагольском и Абаканском рудниках определены аналитические выражения границ мульды сдвижения и границ области опасных сдвижений, которые, с учётом изученного распределения сдвижений и деформаций в области сдвижения, позволили решать вопросы размещения и охраны горных выработок в шахтах с учётом назначения, типа крепи и других условий, определяемых допустимыми деформациями.

Фактические углы сдвижения пород на железорудных месторождениях Сибири изменяются в широких пределах, в лежачем боку они, как правило, наиболее пологие, что отражено в действующих нормативных документах. На достигнутых глубинах разработки углы сдвижения составляют от 40 - 45° до 65 - 70°, при этом в условиях, характеризующихся высокой тектонической нарушенностью пород, большими размерами рудных тел и глубиной разработки, их значения минимальны. На всех месторождениях в лежачих боках при углублении горных работ установлено выполаживание углов сдвижения, что привело к подработке ряда охраняемых объектов. Определяющее влияние на выполаживание углов сдвижения оказывает>структурное строение массива горных пород. Границы зон сдвижения наследуют границы тектонических нарушений, даек, контактов пород с разными свойствами, на месте которых со временем формируются границы зон опасных сдвижений. Исходя из этого, установлены ограничения на строительство сооружений в зонах влияния разломов и протяженных ослабленных контактов пород на участках поверхности, подверженных воздействию горных работ под углами, на 5 - 10° меньшими установленных для месторождений углов сдвижения пород.

юз СИ

Рисунок 2 - Разрез вкрест простирания рудных тел Таштагольского месторождения: I -IV - области, соответственно, провалов, обрушения, трещин, плавных сдвижений; 1 - 5 -границы, соответственно, областей беспорядочного обрушения, разломов, трещин, опасных сдвижений, мульды сдвижения; 6 - 9 - соответственно, разлом "Холодный", субмеридиональное тектоническое нарушение, разлом "Нагорный", разлом "Диагональный"

На основе обобщения результатов многолетних наблюдений угловых параметров сдвижения горных пород на железорудных месторождениях Сибири, в связи с необходимостью использования в практических целях, помимо углов сдвижения и разрывов определены граничные углы, углы обрушения и воронкообразования, которые впервые приведены в качестве рекомендованных в "Указаниях по охране сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на железорудных месторождениях ОАО "Евразруда" (Новокузнецк, 2006).

Развитие деформаций земной поверхности по профильным линиям в мульде сдвижения за многолетний период наблюдений показывает, что величины деформаций с ббльшими скоростями их развития наблюдаются на одних и тех же участках, которые приурочены к границам тектонических структур. Деформации на этих участках в 2 - 3 раза превышают деформации типового распределения (рисунок 3).

Мониторингом сдвижения земной поверхности Таштагольского и Абаканского месторождений установлено, что, несмотря на высокую прочность подрабатываемых горных пород, блочное строение массивов, большую мощность отрабатываемых рудных тел, на значительных участках мульды сдвижения, включающих зону плавных сдвижений и часть формирующейся зоны

трещин, сдвижение и деформирование горных пород развивается сравнительно плавно. Установлен линейный закон развития во времени сдвижений (до 1800 мм) и деформаций (до 30 - 50 мм/м) земной поверхности (рисунок 4), горных пород, строительных конструкций зданий и сооружений, технологического оборудования. Высокие коэффициенты корреляции (0.89 - 0.99) полученных зависимостей отражают высокую тесноту связи.

X \ Типовое 12,2

чД распределение Д л. / Л

/ \ ^1

\ 4,8 1 2 \ А-

\У 3,6-

1 у^

Интервалы реперов р-2004 г. -е-2005 г. [

Рисунок 3 - Распределение горизонтальных деформаций земной поверхности Таштагольского месторождения по профилю линии "Западная": I - субмеридионапыюе тектоническое нарушение; 2 - разлом "Холодный"

Установленные закономерности свидетельствуют о том, что в массивах пород лежачего бока месторождений, характеризуемых сформировавшимися зонами обрушения и отсутствием активного перепуска обрушенных пород, развитие сдвижений и деформаций происходит сравнительно плавно, создавая условия для эксплуатации сооружений на подработанных территориях с применением конструктивных мер их защиты.

В третьей главе приведены методы расчета ожидаемых параметров развития геомеханических процессов.

Методы расчета величин сдвижений и деформаций разработаны на основе модельных представлений о деформировании массива при отработке месторождений на больших глубинах, граница которых на железорудных месторождениях Сибири с позиций напряженности массива близка к границе удароопасности 600 м.

На основе исследований д.т.н. А.Д. Сашурина, д.т.н. Ю.А. Кашникова, д.т.н. В.А. Квочина, совместно с к.т.н. Г.Л. Линдиным, используя упругое решения задачи, дополненное развитием дилатансионных процессов, разработан метод расчета сдвижений земной поверхности для горизонтальной

плоскости с вырезом, сжимаемым горизонтальными тектоническими силами на бесконечности.

R, = 0,89

-400

; -юоо

-2000 -01.01 75

R6 =

R, = 0,99 V:

Rj = 0,99

»4 ч/' ~

\\\| 3 \ R,= V

Rl = 0,99 \

01.01.85

01.01.95

01 01.05

Рисунок 4 - Изменение во времени вертикальных и горизонтальных сдвижений земной поверхности в районе подрабатываемых сооружений Таштагольского (1-6) и Абаканского (7, 8) филиалов: 1,2- горизонтальные сдвижения и оседания в районе устья ствола Западного; 3, 4 - Западного вентилятора; 5, 6 - административно-бытового комбината шахты; 7, 8 - Северного вентиляционного ствола

Рассматривается эллиптическая зона обрушения (сплошной эллипс с полуосями а0, на рисунке 5, а). Вокруг нее на свободной поверхности образуется эллиптическая область влияния (штриховой эллипс с полуосями а^, />1). Эта область разбивается концентрической системой трещин на блоки, которые сдвигаются друг относительно друга как жесткие целые'в плоскости у, г (рисунок 5, б).

а0

6, у

—г>

' / <Уу = и у(7-

¿0

Ь | у

Рисунок 5 - Область влияния в плане (а) и в разрезе (б)

Выражения полуосей , области влияния через полуоси о0, Ь0 зоны пения и пг сводятся к виду

обрушения и параметры Н, м , и> согласно приведенным зависимостям

** /

а1 = а0Л1' Ь\ =А0/,2' Н /V II1,.

где А, =1.111 + 0.267—, И2 = 1 — (Л, -1)/г3, А3 = 1.785 + 0.646-^. «0

Для месторождений с изученными процессами сдвижения полуоси а1, 6] могут быть получены с помощью известных граничных углов , /?0 и уг-

II к

лов разрыва 8 , р вдоль координатных осей *, у соответственно

а\ =а0 + я(с1ёго ). Ьх =Ь0 + //(с1ё/70 -с1ё/).

Если же заданы произвольные координаты х, уточки на луче, образующем с осью х некоторый угол в, то расстояние гр вдоль этого луча от начала координат до границы области влияния имеет вид

гР=а1Ь1

х2+У2

ЧМ2+М2

Предполагается, что вектор сдвижения направлен противоположно радиус-вектору рассматриваемой точки. Тогда сдвижения в неупругой области определяются выражениями

их =-иг со$в, и у =-игьтв, tg в = у!х,

где иг(П,в)=Г±

А{б)-~-т2 +в{в) 9]

к+1

г| --^(о.9а0 сов^)2 +(1.4АО5Ш0)2 , Я = г!ц, =гр /г,,

к-1

-+2/V,

, В(в)~ РЕ0 +

2м\

и I

£(/с + 1) * 0

* + 1

где модуль дилатансии Е2 =2-

Я2 -1--

р 1«'.,

6/, ^ = 0.0138—

г3 =1.35|со5^| + 0.9|8|'п(?|; 0 = ; />(#)=

егЛЯр'в)

Е0 =2(}-2у)(1 + и)/Е; где Кг (/•) Уг (91 р - упругие радиальные сдви'жения.

г V' г Vр

Оседание в неупругой области выражается в виде

и_ = -

(Е2 -гвэт^-1),

310 =0.8.

Сравнение расчетных сдвижений с экспериментальными данными для Абаканского и Таштагольского рудников показывает, что в условиях отработки рудных зон несложного строения, характеризующихся развитием правильной формы зон обрушения и трещин, отклонение расчетных значений сдвижений от измеренных не превышает 20 %.

На основе данного метода расчета разработана методика оценки напряженно-деформированного состояния массива от влияния очистной выемки, которая была применена на Абаканском руднике, и может быть использована для обоснования условий разрезки, выбора направления развития горных работ и применяемой технологии отработки месторождений.

Для железорудных месторождений Сибири, где проводятся наблюдения за сдвижением земной поверхности, рекомендован и применен метод расчета величин сдвижений и деформаций на основе теории упругости и типовых кривых распределения сдвижений. Метод основан на том, что теоретически рассчитывается прогнозное смещение на границе эллиптического выреза, аппроксимирующего границу зоны трещин, учитывающее горно-геологические условия отработки месторождения, а распределение сдвижений в мульде сдвижения и степень их затухания при удалении от границ выреза определяются экспериментально и описываются эмпирическими зависимостями.

В условиях месторождений Сибири, где изучены особенности и закономерности сдвижения и деформирования массива, достаточно надежный

расчет ожидаемых величин деформаций в районе подрабатываемых сооружений может быть произведен по скоростям развития этих процессов. По фактическим результатам многолетних наблюдений за сдвижением земной поверхности и массива горных пород в районе подрабатываемого сооружения методами математической статистики устанавливается зависимость изменения величин деформаций наклонов и растяжений во времени. Данный метод расчета в настоящее время широко используется при эксплуатации сооружений Таштагольского филиала.

Проявление горно-тектонических ударов большой разрушительной силы вызывает необходимость оценки энергии возможных проявлений горного давления в динамической форме с учетом размеров отработки рудных залежей и пространственного положения крупных тектонических нарушений, прочностных свойств массивов. Для оценки возможности проявления горнотектонического удара совместно с д.т.н. В.А. Квочиным и к.т.н. Г.Л. Линди-ным разработан упрощенный алгоритм расчета энергии горно-тектонических ударов, происходящих вследствие подвижки и скола массива горных пород по тектоническим нарушениям в зоне влияния очистного пространства.

Выработанное пространство моделируется эллиптическим цилиндром, сечение которого является эллипсом с полуосями в, с (рисунок 6), а. центр расположен на свободной поверхности. Поле напряжений рассчитывается с помощью решения упругой задачи о плоскости с эллиптическим отверстием, неравномерно сжатой напряжениями на бесконечности, которые определяются глубиной разработки, тектоническими коэффициентами и плотностью пород.

Сейсмическая энергия горно-тектонического удара рассчитывается по формуле, полученной с помощью точного решения о дополнительных деформациях вокруг тонкого плоского нарушения массива, вдоль которого произошел однородный неупругий сдвиг,

Д К = л (1 - (г) (/(/:' / 2)2, Дж,

где е - предельная упругая деформация сжатия массива (е = 1(Г4); (г) - среднее касательное напряжение в области проявления горного удара вдоль нарушения, Па; ( = £¡(£2) ~ длина этой области, м; с1- ширина области, м; V- коэффициент Пуассона.

Граница области проявления горного удара определяется законом сухого трения Кулона-Мора. Однако, в связи с тем, что вдоль тектонического нарушения существует бесконечное множество направлений возможных подвижек, выбирается наиболее опасное направление, при котором сейсмическая энергия становится максимальной с учетом положения нарушения, а также касательных и нормальных напряжений вдоль этого нарушения.

Рассчитаны длина области проявления горно-тектонического удара 24.10.1999 г. на Таштагольском руднике и энергия явления, которые хорошо согласуются с данными сейсмостанции и результатами замеров сдвижения глубинных и контурных реперов, а также с расчетами д.т.н. Ю.П. Шуплецова

и д.т.н. О.В. Зотеева, в которых тектонические нарушения моделируются средой с хрупким разрушением и неустойчивой формой деформирования на допредельной стадии.

Рисунок 6 - Схема к расчету энергии и области проявления горно-тектонического удара

В четвертой главе на основе исследования процессов сдвижения земной поверхности и горных пород, деформирования подрабатываемых сооружений и размещенного в них технологического оборудования выполнено геомеханическое обоснование безопасной эксплуатации охраняемых сооружений, объектов и горных выработок.

В процессе отработки Таштагольского месторождения в зоне опасных сдвижений на земной поверхности эксплуатировались основные действующие стволы и сооружения их надшахтных комплексов, административно-бытовые комбинаты (АБК) шахты и бывшего горного цеха, компрессорная станция и электроподстанция, железнодорожные пути, река "Кондома", ручей "Холодный", жилые дома. Ствол "Западный" в период 2006 - 2008 гг. эксплуатировался в зоне трещин вблизи границы зоны обрушения, а здание его венткалориферной установки - вблизи зоны трещин.

В мульде сдвижения на земной поверхности Абаканского месторождения находился целый ряд сооружений и объектов, а стволы "Северный", "Воздухоподающий" и их надшахтные комплексы располагались в зоне опасных сдвижений, где зафиксированы деформации растяжения и наклонов земной поверхности выше критических значений.

Выполненные ВостНИГРИ исследования развития процессов сдвижения земной поверхности, деформирования массива горных пород и сооружений в зонах подработки и утверждение на этой основе "Указаний по охране сооружений..." (Новокузнецк, 1991) позволили перейти к охране сооружений и объектов по допустимым и предельным деформациям.

В процессе отработки Таштагольского месторождения на земной поверхности в районе подрабатываемых сооружений накоплены величины сдвижений и деформаций (таблица 1), достигшие уровня допустимых или предельных деформаций, а в ряде случаев превышающие предельные деформации.

Таблица 1 - Параметры сдвижения земной поверхности в районе охраняемых сооружений и объектов Таштагольского филиала ОАО "Евразруда", 2008 г.

Наименование сооружений Сдвижения, мм Деформации, мм/м

П * Наклоны Растяжения

1()оП 1:т Еф

Ствол "Западный" 1812 1520 21,16 6 8 14,37 4 8

Западный вентилятор 1266 1268 13,09 5 10 4,82 3 7

Машинное здание Западного ствола 1392 1313 7,62 - - 7,21 3 4,5

Ствол "Северный" 282 356 0,69 4 8 2,25 2 6

Северный вентилятор 339' 518" 419' 0,69' 11,45" 5 10 2,53' 9,27" 3 7

Машинное здание Северного ствола 280 356 1,68 4 6 3,66 3 4,5

(п. м.) (здание)

Ствол "НовоКапитальный" 233 336 1,30 4 8 2,78 2 6

Машинное здание Ново-Капитального ствола 424 336 2,47 4 6 3,03 4,5 -

(п. м.) (здание)

Ствол "Южный" 45 - 2,59 6 8 1,10 4 8

Южный вентилятор 64 88 2,80 5 10 1,19 3 7

Машинное здание Южного ствола 48 - 2,35 ' 4 6 1,29 4,5 -

(п. м.) (здание)

АБК шахты 580 477 4,62 - - 5,45 3 4,5

АБК горного цеха - - 2,8 1,8 3 4,5

Железнодорожные пути 86 96 1,49 10 - 1,43 7 -

Река "Кондома" 62 68 0,42 - - 0,73 5 -

Примечание: г) - оседания; £ - горизонтальные сдвижения; 1ф, 1„,т, 1„п - наклоны соответственно фактические, допустимые, предельные; £,/„ е,)„„, еп/, - растяжения соответственно фактические, допустимые, предельные; - южная часть здания; - северная часть здания; п. м. - подъемная машина.

Фактические величины деформаций в 5 - 6 раз превысили критические деформации, по которым в соответствии с "Временными правилами охраны сооружений..." (Новокузнецк, 1974), действующими до 1991 г., осуществлялась охрана сооружений 1 категории охраны (ствол "Западный", компрессорная станция Таштагольского рудника) от подработки. По сравнению с нормативами "Указаний по охране сооружений..." 1991 г. и 2006 г. уровень деформаций в районе ствола Западного превысил допустимые величины более чем в 3 раза. Несмотря на высокий уровень деформаций, с применением конструктивных мер защиты производилась эксплуатация ствола и вентилятора для проветривания шахты, осуществляемая в условиях превышения уровня предельных деформаций на 31 %.

Дальнейшая эксплуатация сооружений в этих условиях и выемка запасов вблизи водных объектов обеспечивалась проведением систематических инструментальных наблюдений и детальным исследованием процессов сдвижения подрабатываемых массивов в районах расположения конкретных сооружений и объектов. Для этого использовались профильные линии наблюдательных станций за сдвижением земной поверхности, проходящие вблизи сооружений, специальные сетевые станции грунтовых реперов вокруг сооружений и стенные реперы в зданиях. Сетевые станции наиболее развиты на Таш-тагольском месторождении, где реперы заложены вокруг сооружений и в зданиях подъёмных машин и вентиляторов стволов, АБК шахты. Это позволяет определять фактические параметры сдвижений и деформаций земной поверхности в районах расположения подрабатываемых объектов, выполнять оценку состояния деформирования зданий и сооружений, выдавать рекомендации по условиям их дальнейшей эксплуатации при разработке годовых и перспективных производственных программ.

На рудниках Горной Шории и Хакасии накоплены многолетние данные о деформировании подрабатываемых объектов, на основе которых впервые для железорудных месторождений Сибири определены допустимые и предельные деформации турбокомпрессоров, шахтных стволов и других горных выработок, строительных конструкций зданий и сооружений, которые использованы для разработки "Указаний по охране сооружений..." 2006 г.

За период отработки железорудных месторождений Сибири проведены широкие промышленные эксперименты по извлечению запасов предохранительных целиков при продолжении эксплуатации ствола "Западного" на протяжении 25 лет, в течение 15 лет компрессорной станции и подстанции Таштагольского филиала, ствола "Северного" Абаканского филиала с 1991 г. по настоящее время. Установлена принципиальная возможность извлечения запасов и продолжения эксплуатации ряда сооружений с применением конструктивных мер защиты до уровня высоких деформаций вплоть до попадания их в зону трещин, однако достижение этих пределов практически исчерпывает дальнейшие возможности эксплуатации сооружений и должно осуществляться на стадии завершения строительства новых сооружений.

Результаты комплексных инструментальных наблюдений и исследований позволяют научно обосновать необходимые конструктивные меры защи-

ты сооружений. Применение таких мер защиты в условиях их работоспособности при систематическом инструментальном контроле процессов сдвижения обеспечило безопасную эксплуатацию подработанных сооружений Таш-тагольского рудника до значений деформаций, превышающих на 30 % и более предельные деформации, установленные нормативными документами.

.- Для оценки влияния массовых взрывов на процессы сдвижения земной поверхности в районах охраняемых объектов в периоды производства массовых взрывов на Т^аштагольском месторождении проведены комплексные наблюдения на земной поверхности и в горных выработках. Мониторинговые наблюдения проведены спутниковой геодезической системой Trimble 4600 методом быстро-статической съемки сеансами по 25 - 30 мин, определены сдвижения, их периодичность и влияние на деформирование объектов.

Установлено, что при массовом взрыве If слоя разрезного блока 17 с 14.06. по 28.06.2005 г. (таблица 2) тангенциальные (по простиранию) составляющие сдвижений в 2.5 - 3 раза превышали радиальные (вкрест простирания) и совпадали с направлением действия максимальных напряжений вне зоны влияния горных разработок. В период очистной добычи с 28.06. по 25.09.2005 г. после разрезки этажа произошло существенное перераспределение напряжений на больших площадях, отражающееся в появлении на поверхности лежачего бока и северного фланга месторождения обратных сдвижений до 100 - 200 мм. По предварительным данным они проявляются по пологим тектоническим нарушениям (средний азимут сдвижений весьма близок к азимуту падения нарушений), вызывая сжатие горных пород лежачего бока, и служат причиной деформирования сооружений промплощадки.

О сжатии пород лежачего бока в 2005 г. свидетельствовали также показания контурных реперов в квершлагах гор. -280 и -350 м, где между массовыми взрывами 26.06.2005 г. и 02.10.2005 г. обратные сдвижения составляли 100 мм. При разрезке этажей (-280) - (-210) м в 1990 г. и (-350) - (-280) м в 2004 г. отмечено появление значительных по величине знакопеременных горизонтальных и вертикальных сдвижений земной поверхности, скорости которых достигали 250 мм/год.

Данные GPS-наблюдений 2005 - 2008 гг. (таблица 2) показывают, что величины как горизонтальных, так и вертикальных сдвижений в другие периоды невысоки, и зафиксированные 25.09.2005 г. обратные сдвижения в лежачем боку и на северном фланге сохранились и в последующие годы. Это свидетельствовало..о развитии процесса сжатий породного массива в районе сооружений промплощадки и негативно повлияло на их эксплуатацию: появились трещины в строительных конструкциях зданий и сооружений, нарушения крепи и армировки стволов.

Обоснованы перспективные направления расконсервации запасов предохранительных целиков железорудных месторождений Сибири и продления сроков службы подрабатываемых сооружений на период реконструкции предприятий: построение предохранительных целиков под углами допустимого и предельного влияния; поэтапная отработка целиков на основе расчета ожидаемых деформаций и контроля их фактического развития; применение

Реперы, профильные линии 14.06.-28.06.05 г. 28.06.-25.09.05 г. 25.09.05-15.06.06 г. 15.06.-24.06.06 г. 24.06.-23.09.06 г.

МВ-26.06.05 г. МВ-02.10.05 г. МВ-18.06.06 г.

ДХ, мм ЛУ, мм Д2, мм ДХ, мм ДУ, мм дг, мм ДХ, мм ДУ, мм дг, мм ДХ, мм ДУ, мм дг, мм ДХ, мм ДУ, мм дг, мм

10, Южная (ств. "Южный") -3 +2 -6 +122 -19 +1 +7 +6 +4 -2 0 -5 +5 0 +7

+18, Д - Д (АБК шахты) +8 +4 +9 +55 -48 +1 +14 +11 +5 -5 -2 -12 +8 +8 +28

+13, Западная (АБК шахты) +9 +4 +4 +42 -77 +9 +10 + 19 +15 -3 +2 +8 +8 +3 +2

7к (ств. "Н. Капитальный") +17 -6 +29 +24 -19 - - - - - - - - -

+6, Шх. Северная +6 -1 +9 +26 -127 -12 -3 + 12 +20 -5 +4 +8 + 1 -1 -1

+3, Шх. Северная +1 +4 +8 +35 -126 +7 - - - - - - - - -

+1, Шх. Северная - +2 +5 +4 +50 -133 +13 -1 +20 +12 +2 -2 -3 -6 +6 +5

+7, Д. Средняя (р. Кондома) +5 -3 +12 +87 -216 +9 - - - - - - - - . -

349 (р. Кондома) +3 +2 +19 +76 -225 +3 -3 -1 -10 -5 +3 +16 -5 -1 +4

+8, Д. Средняя (р. Кондома) +2 -3 +5 +81 -233 -18 - - - - - - -14 -8 -36

+4, Д - Д, висячий бок - - - - - - - - - -19 -6 -13 -13 -12 +13

Реперы, профильные линии 23.09.06-22.06.07 г. 22.06.-24.07.07 г. 24.07.-25.09.07 г. 25.09.07-26.06.08 г. 26.06.- 19.09.08 г.

МВ-22.07.07 г. МВ-25.11.07 г.

ДХ, мм ДУ, мм дг, мм ДХ, мм ДУ, мм ьг, мм ДХ, мм ДУ, мм дг, мм ДХ, мм ДУ, мм Д2, мм ДХ, мм ДУ, мм дг, мм

10, Южная (ств. "Южный") -1 +5 +4 0 -9 -4 +1 +7 +5 +7 +4 0 +2 -5 +6

+ 18, Д-Д (АБК шахты) +18 +15 0 -5 +1 +1 +4 +11 +1 +1 +14 -4 +9 -8 +11

+13, Западная (АБК шахты) -1 +16 +17 +2 +1 +3 +1 +10 +5 + 12 -5 +24 -3 +5 +9

+6, Шх. Северная 0 +13 +3 0 +1 + 12 -4 +6 -12 -10 +3 + 12 +2 +1 -4

+1, Шх. Северная -14 +21 +19 +7 -1 +9 -1 +12 -6 +3 +15 +25 -7 -3 -11

+7, Д. Средняя (р. Кондома) - - - +4 -3 +10 -7 +3 -6 -5 +5 -2 + 1 -5 +7

349 (р. Кондома) -13 +8 -25 +10 -5 +20 -15 +3 +13 +8 -3 -10 -2 -9 -16

+8, Д. Средняя (р. Кондома) +5 +13 +28 +15 -13 +20 -22 +24 +5 +18 -12 -15 -2 0 -8

+4, Д-Д, висячий бок -39 -37 +45 +43 +7 +9 -28 -4 -19 -40 -55 -19 -1 +11 +40

Примечание: МВ - массовый взрыв. Знаки сдвижений: ДХ - "+" - увеличение координаты X (сдвижега1е на север), "-" -уменьшение координаты X (сдвижение на юг); ДУ - "+" - увеличение координаты У (сдвижение на восток), "-" - уменьшение координаты У (сдвижение на запад); дг - "+" - оседание,"-" - поднятие.

научно обоснованных конструктивных мер защиты подрабатываемых сооружений и объектов с обязательным контролем работоспособности этих мер; применение в качестве горной меры охраны засыпки отходами горного производства зон обрушения и провалов от горных разработок, предотвращающей дальнейшее развитие обрушений и снижающей скорости развития процессов сдвижения.

В пятой главе на основе мониторинга деформационных процессов в шахтном поле исследованы условия формирования удароопасных ситуаций, разработаны методы прогноза удароопасного состояния и развития геодинамических процессов месторождения.

В настоящее время на всех крупнейших железорудных месторождениях Сибири отмечены динамические проявления горного давления, однако Таш-тагольское месторождение остается наиболее опасным как по количеству сейсмических событий, так и по энергии их проявления.

Распределение сейсмических событий, по данным сейсмостанции Таш-тагольского филиала, в шахтном поле месторождения во времени и по глубине отражает изменение положения фронта очистных работ по месторождению и увеличение интенсивности работ на нижних горизонтах. Несмотря на постоянное расширение фронта очистных работ, размеры зоны проявления событий во времени увеличиваются или уменьшаются, что обусловлено изменением региональной напряжённости массива в районе месторождения и периодически фиксируется по наблюдениям процессов сдвижения на границах структурных блоков.

В 2005 - 2008 гг. в районах подвижных тектонических структур проведены исследования сдвижения горных пород с использованием методов спутниковой геодезии. Для этого разработана схема геодинамического полигона на базе наблюдательной станции за сдвижением земной поверхности (рисунок 1). Пункты наблюдений охватывали разломы в районе месторождения. Комплекс оборудования состоял из четырех одночастотных приемников Trimble 4600. За базовую точку, относительно которой выполнялись наблюдения, был взят пункт полигонометрии 1111, находящийся в Юго-Восточном геодинамическом блоке вне зоны влияния горных разработок. Мобильные приемники перемещались по пунктам наблюдений в районе разломов.

В каждом пункте накопление данных от спутников производилось в течение 3-9 часов в быстро-статическом режиме, с периодичностью съема показаний 15 с. Далее многочасовые файлы данных с помощью специального программного обеспечения разбивались на файлы длительностью по 20 мин. В результате обработки вычислялись координаты, расстояния и превышения между реперами. Как правило, ошибка при определении положения реперов не превышала 2 мм в плане и 3 мм по высоте.

Первое наблюдение проведено 26.06.2005 г. в течение 9-ти часов при массовом взрыве И слоя разрезного 17 блока в полигоне на базе профильной линии "Д-Д": пункт полигонометрии 1111 - репер +20 - репер +13 в лежачем боку - репер +4 в висячем боку - п.п. 1111, где в лежачем боку месторожде-

ния находятся разлом "Холодный" и субмеридиональное тектоническое нарушение, а в висячем боку - разлом "Нагорный".

Зарегистрирована изменчивость (рисунок 7) горизонтальных и вертикальных смещений во времени как в направлении простирания рудной зоны (практически параллельно разлому "Холодный"), так и в перпендикулярном направлении. При этом поперечная деформация оказалась фактически противоположной по знаку. По границам крутопадающих тектонических разломов фиксировались короткопериодные движения на земной поверхности с максимальными величинами смещений 15 - 30 мм. После массового взрыва в период с 12 до 18 часов сейсмостанцией зарегистрировано 12 сейсмических событий 2-5 энергетического класса. Установлена некоторая взаимосвязь смещений и толчков после взрыва.

Максимальные величины горизонтальных и вертикальных смещений (таблица 3) на разломах были зафиксированы в 2006 и 2007 гг. Это соответствовало проявлению серии микроударов в 2006 г., крупных толчков (класс 6.2 - 6.9) и микроудара в 2007 г. Выделяются смещения на разломе "Нагорный" в 2006,2007 гг., которые в период увеличения интенсивности сейсмических событий на месторождении достигали 100 - 150 мм. Характерно, что крупные толчки и микроудары, произошедшие в шахте Таштагольского филиала в этот период, зарегистрированы в висячем боку рудной зоны.

Таблица 3 - Результаты наблюдений короткопериодных смещений в районах тектонических разломов Таштагольского месторождения

Район наблюдений Максимальные абсолютные смещения, мм

горизонтальные вертикальные

2005 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г. 2005 г. 2006 г. 2007 г. 2008 г.

Разлом "Холодный":

- АБК шахты 22 34 33 32 30 39 75 48

(пр. л. "Д-Д") - трасса подъёмника (Юго-Восток) 3 10 19 43 7 25 35 26

Разлом "Нагорный" 18 37 78 46 20 108 146 97

(пр. л. "Д-Д")

Разлом "Кондомский" 35 50 56 21 28 36 51 35

(пр. л. "Д. Средняя")

Разлом "Шахтёрский" 17 34 27 9 22 74 44 23

(пр. л. "Южная по

простиранию")

В 2008 г. на всех разломах зафиксировано уменьшение короткопериодных максимальных абсолютных смещений. Следует отметить, что не зарегистрировано и проявлений крупных сейсмических событий, максимальный энергетический класс событий не превышал 5.

20 15 -10 5

-5 -10 -15

а л Массовый взрыв

/1 г v

П А

/ i 1 / \\ л/лт ч \ 1

у ' /7 \ ад?

\J ъча7 ^ 11

Время, час: мин

-+20 -

Ü3

я 20

i '5

§ 10 <u

8 5

§ о

i ,

Ё -5 О

£ -10 Q.

£ -15

Массовый взрыв

О ™ N N Л

«Л VО SO

Время, час: мин I—+20-+13 --НИ -+20 — 1111 -+13]

«л \£> VO

Время, час: мин

Рисунок 7 - Изменение сдвижений (а, 6) земной поверхности в районе тектонических нарушений и динамической активности (б) Таштагольского месторождения в период проведения массового взрыва 26.06.2005 г.

GPS-мониторинг смещений породного массива в районе тектонических разломов Таштагольского месторождения показал наличие короткопериод-ных деформаций крупных разломов. Зафиксированы разнонаправленные движения бортов разломов по высоте, чередование сжатий - растяжений и разнонаправленный сдвиг бортов разломов в горизонтальной плоскости. Максимальные абсолютные величины короткопериодных смещений на разломах достигали 50 - 150 мм, увеличение которых в 2 - 5 раз по сравнению с предыдущими периодами наблюдений наблюдалось при проявлении сейсмических событий в шахтном поле с энергией от 102 до 109 Дж. Полученные параметры, по нашему мнению, отражают геодинамическое взаимодействие блоков и процессы перераспределения напряжений в районе месторождения.

Наличие короткопериодных смещений горного массива и некоторая их взаимосвязь с сейсмической активностью месторождения установлены в горных выработках Таштагольского месторождения в результате непрерывных мониторинговых наблюдений с использованием лазерного дальномера, а также в районах тектонических нарушений на земной поверхности Шереге-шевского месторождения.

Инструментально подтверждено, что напряженное состояние в районе Таштагольского месторождения формируется действующими в регионе тектоническими напряжениями и изменяется в процессе отработки очистных блоков. В результате сдвижения горных пород на границах крупных структурных блоков происходит концентрация сил и деформаций, определяющая при перераспределении напряжений в районе месторождения последующий сдвиг больших массивов.

Роль глубинных разломов в формировании удароопасной ситуации зафиксирована инструментально в сдвижении и деформировании массива Таштагольского месторождения в периоды подготовки и проявления горнотектонических ударов 1998, 1999 гг. По показаниям станций глубинных реперов в районе очистных работ в центральной части отрабатываемого участка с 1992 г. существенных изменений процессов сдвижения и деформирования не наблюдалось. Опасная концентрация деформаций сжатия фиксировалась только в рудном теле гор. -210 м в районе орта 10, которая образовалась там после горного удара 31.08.1992 г. Отмеченные участки сжатия горного массива долгое время оставались устойчивыми.

В то же время в породах лежачего бока по наблюдениям в квершлагах гор. -140 и -280 м (рисунок 8) на участках протяженностью 400 - 600 м с 1994 г. отмечена пригрузка боковых пород. К началу 1998 г. общая величина сжатия наблюдаемого участка от района стволов до полевых штреков составила более 100 мм. Горно-тектонический удар, произошедший в марте этого года, инициированный массовым взрывом, вызвал лишь частичную разгрузку породного массива со скачкообразным смещением его в сторону горных работ на величину более 40 мм. Оставшаяся часть накопленной энергии реализовалась при следующем горно-тектоническом ударе (24.10.1999 г.).

01.01.81 01.01.85 01.01.89 01.01.93 01.01.97 01.01.01 01.01.05 01.01.09

-♦-Гор. -140 м -•-Гор.-280 м -*-Гор. -350 м -Энергия ж Разрезка этажа

+ MB ♦ ГУ • Толчки 8-9 Кл • 7 Кя • 6 Кл

Рисунок 8 - Паспорт напряженно-деформированного состояния горного массива по изменению горизонтальных сдвижений в квершлагах Таштагольской шахты: положительные величины - обратные сдвижения, отрицательные - прямые сдвижения

Возможность развития крупного динамического события в этаже (-280) - (-210) м в районе ортов 9 - 13 предсказывалась по косвенным оценкам состояния вмещающих пород и характеру развития деформационных процессов. На больших по протяженности участках отмечалась новая волна при-грузки массива вблизи рудного тела. Динамическое событие с энергией 2.3хЮ9 Дж произошло на глубине 830 м через 26 с после массового взрыва блока 13 в этаже (-280) - (-210) м. Район отработки характеризуется пересечением крутопадающего Диагонального разлома и мощного пологопадающе-го нарушения в днище блока. Горный удар вызвал разрушения выработок шахты на двух горизонтах (гор. -210 м (орты 6 - 10) и -280 м (орты 8 - 18)), что выразилось в поднятии до 0.6 м рельсовых путей, появлении трещин и сколов в бетонном креплении по своду и бортам выработок, в выбросе породы. Общий объем вывалов на нижележащем горизонте превысил 900 м3.

В районе проявления горного удара зафиксировано скачкообразное смещение глубинных реперов до 60 - 100 мм на выработанное пространство гор. -210 м и 13 - 20 мм на рудный массив в районе ортов 11-12 гор. -210 м и ортов 16-17 гор. -280 м, что привело к значительной динамической при-грузке района отработки блока и нарушениям в выработках. По характеру и величинам сдвижения реперов выделяются станции, где процесс развивался активно; в то же время в других зонах сдвижений массива не произошло. При этом границами раздела служили Диагональный разлом и пологопадающее нарушение.

Событию в 1999 г. сопутствовала активизация процесса сдвижения на поверхности месторождения. Скорости сдвижений и деформаций пород в направлении воронки обрушения возросли по сравнению с предыдущими периодами наблюдений в 2 - 3 раза. Характерно, что максимальное приращение горизонтальных сдвижений (растяжение поверхности до 37 мм) произошло на границах тектонических структур (субмеридиональное нарушение, Кондом-ский разлом). Инструментально зафиксированные деформации на границах тектонических блоков свидетельствуют об увеличении сжимающих нагрузок в горизонтальной плоскости как по простиранию, так и вкрест простирания месторождения соответственно на 0.3 и 0.5 уН вследствие изменения природного поля напряжений.

В предыдущие периоды (1996 - 1998 гг.) на поверхности наблюдались обратные сдвижения и поднятия реперов, причем наиболее нагруженными были участки, удаленные от горных работ за границы тектонических нарушений. В 1999 г. район ведения горных работ пригрузило действующими тектоническими напряжениями, как по простиранию, так и вкрест простирания месторождения. При массовом взрыве в высоконапряженном зажатом массиве сложного строения с системой тектонических нарушений крутого и пологого падения произошло дополнительное нагружение прилегающего к взрываемому блоку массива, что и привело к срыву крупных блоков между Диагональным разломом и пологопадающим нарушением в этаже (-280) - (-210) м.

Причиной горно-тектонического удара 24.10.1999 г. явилось сочетание ряда факторов: наличие в районе очистного блока пересечения Диагонального разлома и пологопадающей зоны в днище блока, способствующей смещению по ней боковых пород; пригрузка района месторождения и очистного пространства перед горным ударом, отмеченная по наблюдениям сдвижения больших участков массива на поверхности и в шахте и подтвержденная теоретическими оценками; массовый взрыв блока, явившийся инициатором горно-тектонического удара в сложных горно-геологических условиях и повышенном напряженном состоянии горного массива района месторождения.

Многолетними наблюдениями и исследованиями сдвижения горного массива Таштагольского месторождения на рабочих горизонтах шахты на глубинах отработки 600 - 800 м и более установлено, что изменчивость графиков горизонтальных сдвижений реперов в различных выработках носит одинаковый характер, отражая условия нагружения и разгрузки массива. Совпадение характера сдвижений в квершлагах гор. -280 и -140 м (рисунок 8), один из которых расположен в днище отрабатываемого этажа, а другой напротив отработанного пространства, свидетельствует об определяющей роли в формировании напряженно-деформированного состояния горного массива горизонтальных тектонических сил.

Пилообразный характер кривых сдвижений показывает, что в определенные периоды прямые горизонтальные сдвижения в сторону выработанного пространства сменяются обратными. Как правило, обратные сдвижения до 50 - 100 мм, свидетельствующие о переходе от растяжения к сжатию массива,

наблюдаются в периоды проявления горных ударов. Характерны длительные периоды (от 12 до 30 мес.) накопления обратных сдвижений на фоне снижения динамической активности в шахтном поле.

Для оценки геодинамических процессов в высоконапряжённых горных массивах рекомендовано строить паспорт напряжённо-деформированного состояния массива, представленный графиками изменения во времени горизонтальных и вертикальных сдвижений контурных реперов по наблюдаемым выработкам, дополненными периодами проведения массовых и технологических взрывов, проявления горных ударов и толчков, графиком выделения в различные периоды сейсмической энергии при динамических проявлениях. Появление обратных сдвижений и поднятий является признаком пригрузки массива, а прямые сдвижения и оседания свидетельствуют о его разгрузке.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой изложены научно обоснованные технические решения, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики страны. Разработаны научно-методические основы геомеханического обеспечения подземной отработки месторождений в геодинамически активном регионе, которые позволили обосновать пути сокращения запасов руд в предохранительных целиках и сроки безопасной эксплуатации подрабатываемых промышленных объектов, повысить эффективность и безопасность подземных горных разработок.

Наиболее существенные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1 Установлен уровень концентрации деформаций земной поверхности на границах структурных блоков при их подработке, вызывающих выполажи-вание углов сдвижения и преждевременное деформирование охраняемых объектов, расположенных на этих границах. Деформации на границах блоков в 2 - 3 раза превышают деформацию типового распределения по профилю в мульде сдвижения, а углы сдвижения выполаживаются до 40 - 45°.

2 Установленный линейный закон изменения во времени сдвижений до 1800 мм и деформаций до 30 - 50 мм/м земной поверхности в районах подрабатываемых объектов Таштагольского и Абаканского рудников характеризуется коэффициентами корреляции зависимостей 0.89 - 0.99. Это создает возможность долговременного прогноза развития процессов сдвижения земной поверхности до уровня деформаций, в 10 раз и более превышающих критические для сооружений I категории охраны.

3 Промышленными экспериментами доказано, что применение научно обоснованных конструктивных мер защиты в условиях их работоспособности при систематическом инструментальном контроле процессов сдвижения обеспечивает безопасную эксплуатацию подрабатываемых зданий и сооруже-

ний до значений деформаций, превышающих на 30 % и более предельные деформации, установленные нормативными документами.

4 При отработке разрезных блоков в этажах выявлено преимущественное развитие тангенциальных составляющих сдвижений, совпадающих с направлением напряжений вне зоны влияния горных разработок, и высокий уровень сжатия горных пород в районах размещения охраняемых объектов. Тангенциальные составляющие сдвижений в 2.5 - 3 раза превышают радиальные. Сжатие вмещающих пород в районе подрабатываемых объектов достигает 100 - 200 мм и приводит к их деформированию с образованием трещин в строительных конструкциях зданий и сооружений, нарушениям крепи и армировки стволов.

5 Установлен диапазон короткопериодных смещений горных пород на границах тектонических разломов, вызывающих активизацию процессов сдвижения и геодинамических явлений в шахте. При выемке рудных запасов удароопасных месторождений на границах тектонических разломов возникают короткопериодные смещения горных пород до 50 - 150 мм. В эти периоды наблюдаются увеличение скоростей деформирования земной поверхности, в 2 раза и более превышающих обычный уровень, и геодинамические явления в шахте с сейсмической энергией от 102 до 109 Дж. Увеличение максимальных смещений в 5 раз на земной поверхности приводит к проявлению микроударов в зонах влияния тектонических разломов в глубине массива горных пород.

6 Определены условия формирования и проявления горнотектонических ударов при массовых взрывах в соответствии с расположением зон сжатия вокруг выработанного пространства в тектонически нарушенном массиве при увеличении напряжений вне зоны влияния горных разработок, разработан метод расчета энергии и области проявления горнотектонического удара. Инструментально зафиксированы сдвижения на границах тектонических блоков, приводящие к увеличению на 0.3 и 0.5 уН геотектонических напряжений вне зоны влияния горных разработок соответственно по простиранию и вкрест простирания месторождения, которые подтверждены теоретическими оценками.

7 Установлен критерий прогноза удароопасного состояния массива горных пород на основе вариаций прямых и обратных сдвижений протяженных участков вмещающих пород. Обратные сдвижения пород от 50 до 100 мм, накопленные за длительный промежуток времени (до 30 мес.), приводят к сжатию горного массива и наблюдаются в периоды горных ударов и мощных толчков.

ния скальных массивов при отработке железорудных месторождений Сибири на больших глубинах и применяются для оценки горнотехнической ситуации, опасности проявления горных ударов и определения мест контроля ударо-опасности в процессе отработки месторождения.

9 Разработаны нормативно-методические документы, внедрение которых на Таштагольском, Абаканском, Шерегешевском месторождениях позволило сохранить производительность предприятий по добыче сырой руды, обеспечить безопасность горных работ и охраняемых объектов. При внедрении рекомендаций по досрочной расконсервации запасов предохранительных целиков при продлении сроков эксплуатации охраняемых объектов на 15 - 25 лет в период 1992 - 2008 гг. из целиков Таштагольского рудника извлечено около 30 млн. т запасов сырой руды. Более 2 млн. т запасов сырой руды извлечено из предохранительного целика под Северный вентиляционный ствол Абаканского рудника. Ежегодный экономический эффект от внедрения рекомендаций в производство составлял 8-10 млн. руб. (в ценах 2005 - 2007 гг.).

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1 Квочин, В.А. Геодинамические процессы при отработке железорудных месторождений Горной Шории / В.А. Квочин, Т.В. Лобанова, Н.И. Скляр, В.К. Климко, В.А. Ваганова // Геодинамика и напряженное состояние недр Земли : тр. Междунар. конф. 4-7 октября 1999 г. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. - С. 303 - 308.

2 Филиппов, П.А. Обоснование отработки запасов под водоемом на участке "Подрусловый" Шерегешевского месторождения [Текст] / П.А. Филиппов, Л.М. Цинкер, В.А. Квочин, Т.В. Лобанова, В.В. Дорогунцов, А.П. Гайдин, Б.З. Рубежов // Горный журнал. - 2000. -№ 10. - С. 30 - 32.

3 Лобанова, Т.В. Расчетные схемы для оценки напряженно-деформированного состояния массива в зоне очистных работ [Текст] / Т.В. Лобанова, В.А. Квочин, Г.Л. Линдин, C.B. Фефелов // Геодинамика и напряженное состояние недр Земли : тр. Междунар. конф. 2-4 октября 2001 г. -Новосибирск: Изд-во: Институт горного дела СО РАН, 2001. - С. 315 - 319.

4 Квочин, В.А. Обоснование и внедрение методов безопасной подработки действующих инженерных сооружений и объектов железорудных месторождений Сибири [Текст] / В.А. Квочин, Т.В. Лобанова, И.Ф. Матвеев, А.И. Щербаков // Геомеханика в горном деле : докл. Междунар. конф. 19 - 21 ноября 2002 г. - Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2003. - С. 233 - 243.

5 Лобанова, Т.В. Совершенствование метода прогноза горных ударов по наблюдениям за развитием деформационных процессов Таштагольского месторождения [Текст] / Т.В. Лобанова, В.А. Квочин, В.К. Климко // Геомеханика в горном деле : докл. Междунар. конф. 19-21 ноября 2002 г. - Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2003. - С. 243 - 248.

6 Квочин, В.А. Опыт эксплуатации ствола шахты в условиях его подработки [Текст] / В.А. Квочин, Т.В. Лобанова, А.И. Щербаков // Горный журнал.-2003.-№ 12.-С. 44-45.

7 Лобанова, Т.В. Геомеханические процессы в массиве Таштагольского месторождения в период подготовки и проявления горно-тектонического удара 24.10.1999 г. [Текст] / Т.В. Лобанова // Техника и технология разработки месторождений полезных ископаемых / Междунар. науч.-техн. сб. Вып. 6. - Новокузнецк: ГОУ ВПО "СибГИУ", 2003. - С. 130 - 136.

8 Квочин, В.А. Извлечение запасов предохранительных целиков под поверхностными сооружениями при отработке железорудных месторождений Сибири [Текст] / В.А. Квочин, Т.В. Лобанова, И.Ф. Матвеев // Горный журнал. -2004.- №8. -С. 97- 101.

9 Лобанова, Т.В. Оценка геомеханического состояния породного массива по данным наблюдений за деформационными процессами в подземных выработках [Текст] / Т.В. Лобанова, В.А. Квочин, В.К. Климко // Геодинамика и напряженное состояние недр Земли : тр. Междунар. конф. 6-9 октября 2003 г. - Новосибирск: Изд. Института горного дела СО РАН, 2004. - С. 297 -302.

10 Квочин, В.А. Расчет энергии горно-тектонического удара [Текст] /

B.А. Квочин, Г.Л. Линдин, Т.В. Лобанова // Геодинамика и напряженное состояние недр Земли : тр. Междунар. конф. 6-9 октября 2003 г. - Новосибирск: Изд. Института горного дела СО РАН, 2004. - С. 95 - 97.

11 Лобанова, Т.В. Опыт эксплуатации компрессорной станции Таштагольского рудника в зоне влияния тектонических нарушений [Текст] / Т.В. Лобанова // Горный журнал. - 2004. - № 10. - С. 38 - 41.

12 Лобанова, Т.В. Перспективы отработки железорудных месторождений Сибири в условиях подработки горного массива и охраняемых объектов [Текст] / Т.В. Лобанова, В.А. Квочин // Проблемы и перспективы развития горных наук : тр. Междунар. конф., посвящ. 60-летию образования Горногеологического ин-та СО АН СССР - Ин-та горного дела СО РАН (1-5 ноября 2004 г.). В II т. Т.1. Геомеханика. - Новосибирск: Ин-т горного дела СО РАН, 2005.-С. 128- 136.

13 Квочин, В.А. Геодинамическая безопасность разработки железорудных месторождений Сибири [Текст] / В.А. Квочин, В.В. Билибин, Т.П. Ва-сильченков, Т.В. Лобанова, В.Н. Никитин, И.Ф. Матвеев // Горный журнал. -2005.-№ 11.-С. 44-53.

14 Лобанова, Т.В. Паспорт напряженно-деформированного состояния горного массива месторождения в процессе его разработки [Текст] I Т.В. Лобанова, В.А. Квочин // Геомеханика в горном деле: докл. междунар. конф. 5 -8 июля 2005 г. - Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2005. - С. 173 - 179.

15 Лобанова, Т.В. Мониторинг процессов формирования напряжений при горно-тектонических ударах [Текст] / Т.В. Лобанова, В.А. Квочин, И.Ф. Матвеев, В.К. Климко, А.Ф. Мюнх // Геодинамика и напряженное состояние недр Земли. Тр. междунар. конф - Новосибирск: Изд. ИГД СО РАН, 2006. -

C. 248-254.

16 Квочин, В.А. Исследование деформационных процессов горного массива Таштагольского месторождения с использованием ОРБ-технологий в периоды производства массовых взрывов [Текст] / В.А. Квочин, Т.В. Лобано-

ва, А.Ф. Клещева, Е.В Новикова // ГЕО-Сибирь-2006. Т. 5. Недропользование. Новые направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых : сб. материалов Междунар. научн. конгресса "ГЕО-Сибирь-2006", 24 - 28 апреля 2006 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2006. - С. 250-260.

17 Лобанова, Т.В. Оценка параметров безопасной эксплуатации горных выработок [Текст] / Т.В. Лобанова // Техника и технология разработки месторождений полезных ископаемых : Междунар. науч.-техн. сб. Вып. 8. - Новокузнецк: СибГИУ, 2006. - С. 4 - 12.

18 Лобанова, Т.В. Исследование геодинамической активности Ташта-гольского месторождения методами спутниковой геодезии [Текст] / Т.В. Лобанова // ГЕО-Сибирь-2007. Т. 5. Недропользование. Новые направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых : сб. материалов Междунар. научн. конгресса "ГЕО-Сибирь-2007", 25 - 27 апреля 2007 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2007. - С. 238 - 243.

19 Лобанова, Т.В. Извлечение запасов предохранительных целиков под сооружениями и объектами в условиях ограниченности ресурсов железных руд [Текст] / Т.В. Лобанова // "Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды", конф. с участием иностранных ученых (2006; Новосибирск). Труды конф. с участием иностранных ученых "Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды" (10 - 13 октября 2006 г.). В 2т. Т. 1. Геотехнологии. - Новосибирск: Ин-т горного дела СО РАН, 2007. - С. 165 - 173.

20 Лобанова, Т.В. Спутниковые наблюдения за развитием геодинамических процессов в районах тектонических нарушений Таштагольского месторождения [Текст] / Т.В. Лобанова, Е.В. Новикова // ГЕО-Сибирь-2008. Т. 5. Недропользование. Новые направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых : сб. матер. IV Междунар. научн. конгресса "ГЕО-Сибирь-2008", 22 - 24 апреля 2008 г., Новосибирск. -Новосибирск: СГГА, 2008. - С. 278 - 282.

21 Лобанова, Т.В. Исследование геомеханического состояния породного массива при формировании и проявлении горных ударов на Таштаголь-ском руднике [Текст] / Т.В. Лобанова // ФТПРПИ. - 2008. - № 2. - С. 38 - 46.

22 Лобанова, Т.В. Особенности сдвижения горных пород в периоды массовых взрывов при подземной разработке Таштагольского железорудного месторождения [Текст] / Т.В. Лобанова, Е.В. Новикова // ФТПРПИ. - 2008. -№3,-С. 25-33.

23 Lobanova, T.V. Features of Rock Mass Movements During Higher Geo-dynamic Activity in Terms of the Tashtagol Mine, Rossia / T.V. Lobanova, V.N. Oparin, A.V. Leontiev // Archives of Mining Sciences. - Vol. 53 (2008). - No 3. -P. 383 - 396. - Krakóvv, 2008.

24 Eremenko, A.A. Decrement of Rick and Abatement of Natural and Tech-nogenic Hazards when Mining Iron-Ore Deposits in Gornaya Shoria and Khakasia / A.A. Eremenko, V.A. Eremenko, T.V. Lobanova// 21st World Mining Congress &

Expo 2008, 7- 12 September 2008. - Poland, Kraków - Katowice - Sosnowiec. -P. 27-35.

25 Лобанова, T.B. Роль короткопериодных геодинамических движений в формировании НДС блочного массива Таштагольского месторождения [Текст] / Т.В. Лобанова, Е.В. Новикова // Геодинамика и напряженное состояние недр Земли. Труды научн. конф. с участием иностранных ученых. - Новосибирск: Изд. ИГД СО РАН, 2008. - С. 189 - 194.

26 Лобанова, Т.В. Влияние массовых взрывов на деформирование горных пород Шерегешевского железорудного месторождения [Текст] / Т.В. Лобанова, Е.В. Новикова // ГЕО-Сибирь-2009. Т. 2. Недропользование. Горное дело. Новые направления и технология поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых : сб. матер. V Междунар. научн. конгресса "ГЕО-Сибирь-2009", 20 - 24 апреля 2009 г., Новосибирск. - Новосибирск: СГГА, 2009. - С. 205 - 209.

27 Лобанова, Т.В. Обеспечение безопасной эксплуатации вентиляторов и зданий вентиляторных установок при их подработке [Текст] / Т.В. Лобанова // Безопасность труда в промышленности. - 2009. - № 4. - С. 31 - 34.

28 Лобанова, Т.В. Результаты комплексной оценки напряженно-деформированного состояния горного массива Таштагольского месторождения геофизическими и геодезическими методами [Текст] / Т.В. Лобанова, C.B. Моисеев // ФТПРПИ. - 2009. - № 3. - С. 31 - 39.

29 A.c. 1668535 СССР, МКИ3 Е 02 В 3/12. Способ защиты горных работ от прорывов воды при подработке водных объектов [Текст] / В.А. Кво-чин, В.М. Шкутков, Т.В. Лобанова, П.Т. Гайдин, М.Ф. Петухов, А.К. Заболоцкий, Д.В. Минько, А.И. Щербаков, В.П. Козин, ВЛ. Меер (СССР). - № 4678810/15 ; заявл. 14.04.89 ; опубл. 07.08.91, Бюл. № 29. - 2 е.: ил.

30 A.c. 1693262 СССР, МКИ3 Е 21 F 5/00. Способ разработки ударо-опасных месторождений [Текст] / В.А. Квочин, И.М. Петухов, Т.В. Лобанова, В.И. Бояркин, В.М. Кирпиченко, П.Т. Гайдин, М.Ф. Петухов, И.Ф. Матвеев (СССР). - № 4740423/03 ; заявл. 19.07.89 ; опубл. 23.И .91, Бюл. № 43. - 2 е.: ил.

31 Пат. 2156358 Российская Федерация, МКИ3 Е 21 С 41/32. Способ засыпки воронки [Текст] / В.А. Квочин, Т.В. Лобанова, Г.П. Ермак, И.Ф. Матвеев, П.А. Филиппов, А.П. Дроздов, П.А. Безбородов ; заявитель и патентообладатель ОАО Восточн. науч.-исслед. горнорудн. ин-т. -№ 98113692/03 ; заявл. 07.07.98 ; опубл. 20.09.00, Бюл. № 26. - 2 е.: ил.

Подписано в печать 06.07.2009. Формат 60x84 1/16. Тираж 110 экз. Зак. № .

Сибирский государственный индустриальный университет. 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42. Типография СибГИУ.

Содержание диссертации, доктора технических наук, Лобанова, Татьяна Валентиновна

Введение.

1 Проблемные вопросы подземной отработки железорудных месторождений Сибири в геодинамически активном регионе.

1.1 Анализ геологических, горнотехнических и геомеханических условий подземной отработки железорудных месторождений Сибири в геодинамически активном регионе.

1.1.1 Таштагольское месторождение.

1.1.2 Шерегешевское месторождение.

1.1.3 Абаканское месторождение.

1.2 Состояние изученности геомеханических процессов на рудных месторождениях.

Выводы.

2 Исследование процессов сдвижения горных пород при отработке железорудных месторождений Сибири в геодинамически активном регионе

2.1 Организация комплексных наблюдательных станций для мониторинга процессов сдвижения горных пород.

2.2 Результаты мониторинга процессов сдвижения горных пород.

2.2.1 Таштагольское месторождение.

2.2.2 Шерегешевское месторождение.

2.2.3 Абаканское месторождение.

2.3 Формы проявления процессов сдвижения горных пород и оценка влияния горных разработок на земную поверхность и горный массив.

2.4 Закономерности сдвижения горных пород.

Выводы.

3 Разработка методов расчета ожидаемых параметров развития геомеханических процессов.

3.1 Экспериментально-аналитический метод расчета сдвижений и напряжений.

3.2 Расчет ожидаемых параметров сдвижения по скоростям их развития.

3.3 Расчет энергии горно-тектонического удара.

Выводы.

4 Геомеханическое обоснование безопасной эксплуатации подрабатываемых сооружений, объектов и горных выработок.

4.1 Сдвижение земной поверхности в районе основных сооружений промплощадок.

4.2 Деформирование стволов шахт под влиянием горных разработок

4.3 Исследование процессов сдвижения горных пород в периоды производства массовых взрывов методами спутниковой геодезии

4.4 Определение параметров безопасной эксплуатации горных выработок.

4.5 Обоснование возможности извлечения системами с обрушением запасов предохранительных целиков под сооружениями и объектами.

Выводы.

5 Исследование условий формирования удароопасных ситуаций на основе мониторинга деформационных процессов.

5.1 Анализ проявления горных ударов на Таштагольском месторождении.

5.2 Развитие процессов сдвижения в боковых породах и в днище блоков в периоды проявления горных ударов.

5.3 Определение потенциальных очагов удароопасности по результатам деформационного мониторинга.

5.4 Оценка деформирования горного массива на основе современных методов наблюдений.

5.4.1 Исследование активности тектонических разломов методами ОРБ-технологий.

5.4.2 Наблюдения процессов деформирования горного массива лазерными дальномерами.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка научно-методических основ геомеханического обеспечения подземной отработки железорудных месторождений Сибири в геодинамически активном регионе"

Актуальность темы. На достигнутых глубинах отработки железорудных месторождений Сибири подземным способом возникают серьезные проблемы, связанные со сдвижением горных пород и проявлением горных ударов. Блочное строение горного массива и высокий уровень тектонических напряжений способствуют активному развитию процессов сдвижения и деформирования пород при их подработке, что существенно осложняет эксплуатацию охраняемых объектов и требует оставления значительных запасов руд в предохранительных целиках, где в настоящее время на крупнейших железорудных месторождениях Сибири* залегает до 50 - 80 % разведанных запасов. В этой связи вопросы исследования условий безопасной подработки охраняемых объектов при извлечении запасов железорудного сырья из предохранительных целиков превратились в крупную хозяйственную проблему.

Другая крупная проблема - высокое горное давление, проявляющееся на железорудных месторождениях Сибири в- динамической форме в виде горных ударов, микроударов и мощных толчков; Геодинамические особенности железорудных месторождений Сибири уже на глубине 300 м проявляются в виде стреляний горных пород, а на глубинах 600 м и более вызывают горные удары большой

П О разрушительной силы (10—10 Дж), сопровождающиеся разрушением выработок, остановкой технологических процессов и большим экономическим ущербом: Появление на Таштагольском месторождении горных ударов-большой мощности и горно-тектонических ударов в глубине массива вызывает необходимость исследования условий их формирования и проявления, разработки методов прогноза этих явлений.

Безопасная и эффективная эксплуатация месторождений в условиях извлечения запасов, предохранительных целиков при продлении сроков службы подрабатываемых объектов и потенциальной опасности проявления горных ударов возможна в результате комплексного решения этих проблем при разработке научно-методических основ геомеханического обеспечения подземной отработки руд.

Таким образом, объектом исследования являются горные массивы железорудных месторождений Сибири, а предметом исследований — геомеханические процессы при подземной отработке месторождений в геодинамически активном регионе.

Задачи исследований:

1 Установить параметры процесса сдвижения и закономерности деформирования охраняемых объектов промплощадок на подрабатываемых территориях, определить критерии безопасной эксплуатации подрабатываемых сооружений и горных выработок.

2 Установить влияние*отработки разрезных блоков в этажах на деформирование охраняемых объектов.

4 Определить условия формирования и проявления горных ударов при разработке месторождения.

Методы исследований.

Основной метод исследований — инструментальные измерения сдвижений земной поверхности, горных пород и охраняемых объектов месторождений на комплексных наблюдательных станциях (геодинамических полигонах), проводимые в мониторинговом режиме с применением высокоточных геодезических инструментов (нивелиров, ОР8-приемников, лазерных дальномеров). При решении поставленных задач использованы методы анализа и обобщения данных геодинамического и морфоструктурного картирования; статистической обработки результатов наблюдений и исследований;, машинного картирования полей сдвижений, деформаций и напряжений; теоретических исследований и промышленных экспериментов по продлению сроков службы подрабатываемых сооружений и снижению удароопасности массивов.

Основные научные положения, защищаемые автором:

1 Блочное строение массива горных пород при его подработке обусловливает концентрацию деформаций на границах блоков, в 2 — 3 раза превышающих деформацию типового распределения по профилю в мульде сдвижения, вызывая выполаживание углов сдвижения до 40 - 45° и преждевременное деформирование охраняемых объектов, расположенных на границах структурных блоков.

2 При отработке разрезных блоков в этажах наблюдаются тангенциальные составляющие сдвижений, в 2.5 — 3 раза превышающие радиальные и совпадающие с направлением максимальных напряжений вне зоны влияния горных разработок, и сжатие горных пород от 100 до 200 мм с нарушением охраняемых объектов.

3 При выемке рудных запасов удароопасных месторождений на- границах тектонических разломов возникают короткопериодные смещения горных пород до 50- 150 мм, приводящие к увеличению скоростей деформирования земной поверхности, в 2 раза и более превышающих обычный уровень, и геодинамическим явлениям в шахте с сейсмической энергией от 102 до 109 Дж.

4 Формирование и проявление горно-тектонических ударов обусловлено распределением зон сжатия вокруг выработанного пространства при увеличении напряжений вне зоны влияния горных разработок по простиранию и вкрест простирания рудных тел на 0.3 и 0.5уН соответственно; наличии тектонических нарушений с углом падения 5—10° и инициирующего динамические явления массового взрыва.

5* Изменение геодинамического состояния массива горных пород на глубинах отработки рудных тел 600 — 800 м и более при крупных динамических явлениях сопровождается вариациями прямых и обратных сдвижений до 50 — 100 мм протяженных участков вмещающих пород в периоды от 12 до 30 мес., которые позволяют осуществлять региональный прогноз горных ударов.

Достоверность научных положений подтверждается:

- представительным объемом длительного (до 40 лет) мониторинга процессов сдвижения земной поверхности, горных пород и охраняемых объектов с применением современных методов и приборов при определении линейных и угловых параметров сдвижения от отработки на- Таштагольском, Шерегешевском, Абаканском месторождениях 27 этажей запасов железных руд;

- многолетними (более 25 лет) инструментальными наблюдениями» за сдвижением контурных и глубинных реперов при определении формирования нагрузок в зонах влияния горных разработок и установлении условий формирования потенциальных очагов удароопасности;

- значительным объемом (более 10 серий) ОР8-наблюдений в районах охраняемых объектов и тектонических разломов при производстве массовых взрывов;

Новизна научных положений:

1 Установлен уровень концентрации деформаций земной поверхности на границах структурных блоков при их подработке, вызывающих выполаживание углов сдвижения и деформирование охраняемых объектов, расположенных на этих границах.

3 Установлен диапазон короткопериодных смещений на границах тектонических разломов, приводящих к деформированию охраняемых объектов» расположенных в зонах разломов, с нарушением строительных конструкций и вызывающих геодинамические явления в шахте.

4 Определены условия формирования и проявления горно-тектонических ударов при массовых взрывах в соответствии с расположением зон сжатия вокруг выработанного пространства в тектонически нарушенном массиве при увеличении напряжений вне зоны влияния горных разработок, разработан метод расчета энергии и области проявления^ горно-тектонического удара.

5 Установлен критерий прогноза удароопасного состояния, массива- горных пород на основе вариаций прямых и обратных сдвижений протяженных участков вмещающих пород.

Личныйтвклад автора.

Содержание работы- является результатом исследований по- 24 научно-исследовательским работам, выполненным институтом "ВостНИГРИ" на железорудных месторождениях Сибири с 1992 по 2008 годы, в которых автор был ответственным исполнителем и научным руководителем работ.

Личный вклад автора заключается в:

- определении критериев безопасной эксплуатации подрабатываемых сооружений и горных выработок;

- постановке исследований, разработке методики работ и проведении наблюдений в районе сооружений промплощадок и тектонических разломов-в периоды массовых взрывов с использованием ОРБ-технологий;

- определении прогностических признаков и условий формирования ударо-опасных ситуаций на основе деформационных методов контроля;

- обосновании основных положений и разделов, согласовании в органах Ростехнадзора нормативно-методических документов по охране сооружений и объектов от вредного влияния подземных горных разработок и по безопасному ведению'горных работ на железорудных месторождениях Сибири, склонных и опасных по горным ударам;

Практическая ценность работы заключается в:

- обосновании сроков эксплуатации охраняемых сооружений промплощадок на подработанной территории, разработке и внедрении рекомендаций по расконсервации запасов предохранительных целиков под промышленными сооружениями;

Реализация, работы, в промышленности. Обоснованы размеры, предохранительных целиков под охраняемые объекты Таштагольского, Абаканского и Шерегешевского месторождений, что позволило существенно сократить запасы целиков под водными объектами и сооружениями промплощадок. Проведены промышленные эксперименты и внедрены рекомендации по безопасной эксплуатации промышленных сооружений на подработанной территории рудников с применением конструктивных мер защиты и извлечении запасов руды под ствол "Северный" Абаканского рудника, стволы "Западный" и "Южный", компрессорную и электроподстанцию, сооружения северной промплощадки Таштагольского рудника.

Основные результаты диссертационной работы использованы при разработке 5 нормативно-методических документов: "Указания по безопасному ведению горных работ на месторождениях Горной Шории, склонных и опасных по горным ударам"; ВостНИГРИ, 2001; "Методические указания по применению конструктивных мер защиты сооружений в зонах опасных сдвижений земной поверхности от подземных горных разработок на железорудных месторождениях Сибири", ВостНИГРИ, 2001; "Указания по безопасному ведению работ на Абаканском месторождении, склонном к горным ударам", ВостНИГРИ, 2002; "Пакет программ для расчета сдвижений, деформаций и напряжений около эллиптических выработок", ВостНИГРИ, НФИ КемГУ, 2003; "Указания по охране сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок на железорудных месторождениях ОАО "Евразруда", ВостНИГРИ, 2006. Данные документы используются маркшейдерскими и техническими отделами, службами прогноза и предупреждения горных ударов рудников, проектными организациями для проектирования отработки нижележащих горизонтов, охраны объектов и обеспечения безопасности подземных горных разработок в удароопасных условиях.

Апробацияфаботы. Основные научные положения и выводы диссертационной работы докладывались на Международных конференциях "Геодинамика и напряженное состояние недр Земли" (Новосибирск, 1999, 2001, 2003, 2005^ 2007, 2009); научно-практической конференции по горным* ударам "Оценка современных достижений в, области безопасной отработки удароопасных месторождений, методам прогноза и предупреждения горных ударов" (Таштагол, 2000); V Международной конференции "Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых" (Новокузнецк, 2000); Международных конференциях "Геомеханика в горном деле" (Екатеринбург, 2000, 2002, 2005); Международных научных конгрессах "ГЕО-Сибирь" (Новосибирск, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009); Международной конференции "Проблемы и перспективы развития горных наук" (Новосибирск, 2004); конференции с участием иностранных ученых "Фундаменталье проблемы, формирования техногенной геосреды"" (Новосибирск, 2006); Неделе-горняка — 2007 (Москва, 2007); 21-м Всемирном горном конгрессе (Польша, Краков, 2008); технических совещаниях и комиссиях по горным ударам ОАО "Евразруда" и его филиалов (Таштагольского, Горно-Шорского, Абаканского), научно-технических советах института "ВостНИГРИ".

Публикации. Основное содержание-диссертационной работы опубликовано в 28 научных статьях, 5 нормативно-методических документах, 3 изобретениях и патентах РФ.

Диссертационные исследования проводились в соответствии с тематическими планами и программами научно-исследовательских работ ВостНИГРИ 1992 - 2008 гг., часть которых выполнялась в рамках межотраслевой-координационной программы "Геодинамическая безопасность" на 2001 — 2005 гг. и Федеральной целевой программы 2001 г. "Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки".

Структурами объем диссертации. Диссертация состоит из введения; 5 глав, заключения и содержит 323 страницы, включая 125 рисунков, 22 таблицы и спи

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Лобанова, Татьяна Валентиновна

Выводы

1 Распределение сейсмических событий в шахтном поле Таштагольского месторождения во времени и по глубине отражает изменение положения фронта очистных работ по месторождению и увеличение интенсивности работ на нижних горизонтах. Несмотря на постоянное расширение фронта очистных работ, размеры зоны проявления событий во времени увеличиваются или уменьшаются. Это обусловлено изменением региональной напряжённости массива в районе месторождения, что периодически фиксируется по наблюдениям процессов сдвижения на границах геодинамических блоков.

2 Особенности формирования и проявления горных ударов на Таштаголь-ском руднике, заключающиеся в зарождении очагов концентрации напряжений на удалении от отрабатываемых блоков и передаче упругой энергии при региональных проявлениях в виде динамической пригрузки района отработки обусловливают и соответствующие требования к методам прогноза горных ударов. Эти методы должны обеспечивать контроль не только за состоянием рудного массива в местах проходки горных выработок и отработки запасов, но и контролировать значительные по протяженности участки массива боковых пород и находящиеся в них действующие выработки, включая зону смятия и область поднятия массива, как места повышенной динамической активности. Горный массив в пределах шахтного поля контролируются региональными методами, а зоны смятия и области поднятия - локальными методами.

3 Многолетними (до 25 лет) наблюдениями и исследованиями сдвижения горного массива Таштагольского месторождения на рабочих горизонтах шахты установлено, что изменчивость графиков горизонтальных сдвижений реперов в различных выработках носит одинаковый характер, отражая условия нагружения и разгрузки массива. Совпадение характера сдвижения боковых пород на различных горизонтах и в различных условиях, свидетельствует об определяющей роли в формировании напряженно-деформированного состояния горного массива горизонтальных тектонических сил.

4 Установлено, что прогностическим признаком формирования очагов горных ударов являются аномальные сдвижения реперов (поднятия и обратные сдвижения), отражающие перераспределение тектонических напряжений, происходящее при взаимодействии геодинамических блоков в процессе передачи упругой энергии в район горных работ.

Поднятия являются признаком возрастания в боковых породах напряжений сжатия, действующих по простиранию, при этом положение максимума поднятий, как правило, совпадает с положением максимума существующей или формирующейся зоны опорного давления. Появление поднятий и обратных сдвижений реперов величиной 15 — 50 мм и более на участках боковых пород протяженностью 100 м и более, свидетельствует о возможности динамических проявлений горного давления.

Обратные сдвижения в периоды проявления горных ударов, как правило, достигают 50 — 100 мм и свидетельствуют о переходе от растяжения к сжатию массива, и накапливаются длительные периоды (от 12 до 30 мес.) при снижении динамической активности в шахтном поле.

5 Для оценки геодинамических и геомеханических процессов в высоконапряжённых горных массивах в опорном разрезе по месторождению применяются графики изменения во времени горизонтальных и вертикальных сдвижений контурных реперов по наблюдаемым горным выработкам (квершлагам, штрекам и ортам), отражающие изменение во времени параметров процессов пригрузки и разгрузки массива шахтного поля на различных горизонтах. Появление обратных сдвижений и поднятий является признаком пригрузки массива, а прямые сдвижения и оседания свидетельствуют о его разгрузке. Представление результатов наблюдений в такой форме, в виде своеобразного паспорта напряжённо-деформированного состояния массива, позволяет получить наглядную информацию о процессах пригрузки и разгрузки массива по всей глубине горного массива. Дополнение графиков сдвижений периодами проведения массовых и технологических взрывов, проявления горных ударов и толчков, графиком выделения в различные периоды сейсмической энергии при динамических проявлениях позволяет выявлять причины изменения напряженно-деформированного состояния массива. Такой паспорт используется для общей оценки состояния массива в целом по шахте и является основанием для применения локальных методов контроля уда-роопасности на различных горизонтах.

6 Для условий Таштагольского и Абаканского месторождений разработан деформационный метод оценки удароопасности породных и рудных массивов, основанный на прямом измерении сдвижений и деформаций. Метод включен в разработанные для этих месторождений "Указания по безопасному ведению горных работ." и применяется участками 11111 У Таштагольского и Абаканского филиалов ОАО "Евразруда".

Основу метода составляют критерии оценки удароопасности породного и рудного массивов в направлениях вкрест простирания и по простиранию рудной зоны, которые определены на основании специальных исследований и расчетов и соответствуют относительным уровням региональной напряженности массива, характеризующим возможность проявления горных ударов.

7 На основе обобщения результатов деформационного мониторинга, проводимого на Таштагольском месторождении методом глубинных реперов более 25 лет, определены прогностические признаки накопления напряжений в горном массиве:

- деформации сжатия породного и рудного массивов в направлениях вкрест простирания и по простиранию рудных тел, превышение которых над критериальными значениями соответствует категории удароопасности "Опасно";

- скорости сдвижений 20 - 40 мм/мес.;

- скорости деформаций 0,6 — 1,2 мм/м в мес.1, в районах тектонических разломов — 0,3 мм/м в мес.;

- обратные сдвижения (сдвижения в направлении нетронутого массива) более 10 мм, в районах разломов - более 5 мм.

8 В результате обобщения данных наблюдений методом глубинных реперов вблизи разломов и других крупных структурных ослаблений массива установлен характер деформирования пород при развитии геодинамических процессов.

Крупные структурные ослабления массива (разломы, тектонические нарушения, дайки, протяженные контакты пород), расположенные в зонах смятия пород, активно реагируют на общее нагружение массива. Взаимодействие блоков на их границах определяет удароопасность массива горных пород. Удароопасность массива повышается в период зажима разломов, что обнаруживается в появлении обратных сдвижений реперов и сжатии бортов разломов, при этом скорость зажима разломов определяет степень удароопасности массива. Накопление сжатий на разломах начинается за 2 — 3 месяца до проявления горного удара.

9 Комплексный анализ результатов инструментальных наблюдений в периоды проявления крупных горных ударов на Таштагольском месторождении показал, что проявление горно-тектонических ударов возможно при сочетании ряда факторов: пригрузки района месторождения и очистного пространства перед горным ударом, выраженной в сдвижении больших участков массива на поверхности и в шахте и подтвержденной теоретическими оценками; наличия в районе очистного блока системы тектонических нарушений, создающих условия для смещения по ним структурных блоков; массового взрыва блока, являющегося инициатором горно-тектонического удара в сложных горно-геологических условиях и повышенном напряженном состоянии горного массива района месторождения.

10 В результате ОР8-мониторинга смещений породного массива в районе тектонических разломов Таштагольского месторождения установлено:

- наличие короткопериодных деформаций крупных разломов: разнонаправленные движения бортов разломов по высоте, чередование сжатий — растяжений и разнонаправленный сдвиг бортов разлома в горизонтальной плоскости, максимальные абсолютные величины смещений которых достигали 50 - 150 мм, что свидетельствует о геодинамическом взаимодействии блоков и отражает процессы перераспределения напряжений в районе месторождения;

- увеличение в 2 - 5 раз амплитуды короткопериодных смещений на границах разломов в 2006 г. по сравнению с 2005 г., зафиксированное в период динамической активности в шахтном поле;

- механизм изменения НДС массива после массового взрыва: в результате действия взрывной волны происходит сдвижение массива от района взрыва до границ геодинамических блоков, в результате чего наблюдается сжатие и поднятие массива в районе разломов между блоками. В последующем взрывная волна отражается от границ ближайших геодинамических блоков, приводит к сдвижению горного массива в направлении взрыва, на границах блоков поднятия сменяются оседаниями, а сжатия бортов разломов - растяжениями.

11 На основе данных непрерывных мониторинговых наблюдений в горных выработках Таштагольского месторождения, выполненных с использованием лазерного дальномера, в массиве горных пород, также как и на земной поверхности, установлено наличие короткопериодных смещений и некоторая их взаимосвязь с динамической активностью месторождения. Зафиксированное явление короткопериодных смещений горного массива может быть использовано для разработки методики оперативной оценки НДС массива в различных частях шахтного поля с использованием лазерных дальномеров.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Наиболее существенные научные и практические результаты заключаются в следующем:

1 Установлен уровень концентрации деформаций земной поверхности на границах структурных блоков при их подработке, вызывающих выполаживание углов сдвижения и преждевременное деформирование охраняемых объектов, расположенных на этих границах. Деформации на границах блоков в 2 - 3 раза превышают деформацию типового распределения по профилю в мульде сдвижения, а углы сдвижения выполаживаются до 40 - 45°.

2 Установленный линейный закон изменения во времени сдвижений до 1800 мм и деформаций до 30 - 50 мм/м земной поверхности в районах подрабатываемых объектов Таштагольского и Абаканского рудников характеризуется коэффициентами корреляции зависимостей 0,89 - 0,99. Это создает возможность долговременного прогноза развития процессов сдвижения земной поверхности до уровня деформаций, в 10 раз и более превышающих критические для сооружений I категории охраны.

4 При отработке разрезных блоков в этажах выявлено преимущественное развитие тангенциальных составляющих сдвижений, совпадающих с направлением напряжений вне зоны влияния горных разработок, и высокий уровень сжатия горных пород в районах размещения охраняемых объектов. Тангенциальные составляющие сдвижений в 2,5 — 3 раза превышают радиальные. Сжатие вмещающих пород в районе подрабатываемых объектов достигает 100 — 200 мм и приводит к их деформированию с образованием трещин в строительных конструкциях зданий и сооружений, нарушениям крепи и армировки стволов.

5 Установлен диапазон короткопериодных смещений горных пород на границах тектонических разломов, вызывающих активизацию процессов сдвижения и геодинамических явлений в шахте. При выемке рудных запасов удароопасных месторождений на границах тектонических разломов возникают короткопериод-ные смещения горных пород до 50 — 150 мм. В эти периоды наблюдаются увеличение скоростей деформирования земной поверхности, в 2 раза и более превышающих обычный уровень, и геодинамические явления в шахте с сейсмической энергией от 102 до 109 Дж. Увеличение максимальных смещений в 5 раз на земной поверхности приводит к проявлению микроударов в зонах влияния тектонических разломов в глубине массива горных пород.

6 Определены условия формирования и проявления горно-тектонических ударов при массовых взрывах в соответствии с расположением зон сжатия вокруг выработанного пространства в тектонически нарушенном массиве при увеличении напряжений вне зоны влияния горных разработок, разработан метод расчета энергии и области проявления горно-тектонического удара. Инструментально зафиксированы сдвижения на границах тектонических блоков, приводящие к увеличению на 0,3 и 0,5 уН геотектонических напряжений вне зоны влияния горных разработок соответственно по простиранию и вкрест простирания месторождения, которые подтверждены теоретическими оценками.

8 Разработаны методы расчета ожидаемых параметров развития геомеханических процессов, позволяющие определять сдвижения, напряжения и деформации в районах размещения охраняемых объектов и очистных выработок, рассчитывать энергию и размеры области проявления возможных горно-тектонических ударов в районах тектонических нарушений. Эти методы основаны на модельных представлениях о развитии процессов деформирования скальных массивов при отработке железорудных месторождений Сибири на больших глубинах и применяются для оценки горнотехнической ситуации, опасности проявления горных ударов и определения мест контроля удароопасности в процессе отработки месторождения.

9 Разработаны нормативно-методические документы, внедрение которых на Таштагольском, Абаканском, Шерегешевском месторождениях позволило сохранить производительность предприятий по добыче сырой руды, обеспечить безопасность горных работ и охраняемых объектов. При внедрении рекомендаций по досрочной расконсервации запасов предохранительных целиков при продлении сроков эксплуатации охраняемых объектов на 15 — 25 лет в период 1992 - 2008 гг. из целиков Таштагольского рудника извлечено около 30 млн. т запасов сырой руды. Более 2 млн. т запасов сырой руды извлечено из предохранительного целика под Северный вентиляционный ствол Абаканского рудника. Ежегодный экономический эффект от внедрения рекомендаций в производство составлял 8 — 10 млн. руб. (в ценах 2005 - 2007 гг.).

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Лобанова, Татьяна Валентиновна, Новокузнецк

1. Курленя, М.В. Технологические проблемы разработки железорудных — сторождений Сибири Текст. / М.В. Курленя, A.A. Еременко, JI.M. Цинкер, Б.ЗЕЕ^- Шрепп. Новосибирск: Наука, 2002. - 240 с.

2. Климко, В.К. Краткая геомеханическая и геодинамическая характеристик:^^

3. Егоров, П.В. Управление состоянием массива горных пород на рудника^^!

4. Горной Шории Текст. / П.В. Егоров [и др.]. Кемерово: КузГТУ, АГН, 1999.257 с.

5. Матвеев, И.Ф. К вопросу о классификации динамических проявлений .

6. Батугин, С.А. Исследование напряженного состояния массива горных пород методом разгрузки в условиях Таштагольского железорудного месторождением Текст. / С.А. Батугин, А.Т. Шаманская // ФТПРПИ. 1965. - № 2. - С. 28 - 33.

7. Егоров, П.В. Естественное поле напряжений массива пород Горной Шо— рии Текст. / П.В. Егоров, А.Т. Шаманская // Измерение напряжений в массивен горных пород. Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1972. - С.140 - 143.

8. Шрепп, Б.В. Выбор технологии отработки нижележащих горизонтов Tarn— тагольского месторождения Текст. / Б.В. Шрепп [и др.] // Горный журнал. 1980-№ 2.-С. 30-33.

9. Лазаревич, Л.М. Изучение напряженного состояния пород для прогнозирования горных ударов Текст. / Л.М. Лазаревич // Безопасность труда в промышленности. 1984. -№ 3. - С. 58 - 59.

10. Методические рекомендации по предупреждению ударов горнотектонического типа на железорудных месторождениях Сибири Текст. — Новокузнецк, 1997. — 27 с.

11. Егоров, П.В. Некоторые особенности проявления горных ударов и меры борьбы с ними Текст. / П.В. Егоров, A.A. Еременко, Ю.А. Шевелев // Горный журнал. 1989.-№ 10.-С. 50-53.

12. Батугина, И.М. О динамическом районировании шахтных полей Текст. / И.М. Батугина, Я.М. Грицюк, Н.Р. Урушадзе // Безопасность труда в промышленности. 1981. -№ 1.-С. 53-54.

13. Методические указания по профилактике горных ударов с учетом геодинамики месторождений Текст. Л.: ВНИМИ, 1983. — 117 с.

14. Курленя, M.B. Геомеханические проблемы разработки железорудных месторождений Сибири Текст. / М.В. Курленя, A.A. Еременко, Б.В. Шрепп. Новосибирск: Наука, 2001. — 184 с.

15. Коваленко, В.А. Совершенствование технологии очистных работ на Ше-регешской шахте Текст. / В.А. Коваленко [и др.] // Горный журнал. 1977. - № 9. -С. 10-12.

16. Дорогунцов, В.В. Пути развития Шерегешского рудника Текст. / В.В. Дорогунцов // Научный и технический прогресс — основа развития Шерегешского рудника: науч.-техн. сб. — Кемерово: СИНТО; Новосибирск: ЦЭРИС, 2002. С. 7 -10.

17. Указания по безопасному ведению горных работ на месторождениях Горной Шории, склонных и опасных по горным ударам Текст. / согл. Кузнецким управлением Госгортехнадзора России 20.10.2001 : ввод, в действие с 01.11.2001. Новокузнецк, 2001. — 72 с.

18. Шеховцов, B.C. Совершенствование технологии отработки сложнострук-турных залежей на Абаканском руднике Текст. / B.C. Шеховцов, Г.М. Бурмин, С.Н. Эйсмонт // Горный журнал. 1995. - № 4. - С. 23 - 24.

19. Байбородов, Н.И. Абаканскому руднику 40 лет Текст. / Н.И. Байборо-дов, Г.П. Ермак // Горный журнал. 1997. - № 11. - С. 40 - 42.

20. Указания по безопасному ведению горных работ на Абаканском месторождении, склонном к горным ударам Текст. : согл. Управлением Енисейского округа Госгортехнадзора России 18.02.2003. Новокузнецк, 2002. - 61 с.

21. Авершин, С.Г. Сдвижение горных пород при подземных разработках Текст. / С.Г. Авершин. М.: Углетехиздат, 1947. - 245 с.

22. Сдвижение горных пород на рудных месторождениях Текст. / М.А. Кузнецов, А.Г. Акимов, В.И. Кузьмин [и др.]. М.: Недра, 1971. - 224 с.

23. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных работ при разработке меднорудных месторождений Урала Текст. : согл. Госгортехнадзором СССР 16.02.77, утв. Минцветметом СССР 28.02.77.-М., 1978.-43 с.

24. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных работ в Криворожском железорудном бассейне Текст. : утв. Минметом СССР 08.07.75. Л.: ВНИМИ, 1975. - 67 с.

25. Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород и земной поверхности при поземной разработке рудных месторождений Текст. : согл. Мин-черметом СССР 11.12.85, Минцветметом СССР 30.12.85, утв. Госгортехнадзором СССР 03.07.86.-М.: Недра, 1988. 112 с.

26. Шадрин, А.Г. Теория и расчет сдвижений горных пород и земной поверхности Текст. / А.Г. Шадрин. Красноярск: Изд-во Красноярск, ун-та, 1990. -200 с.

27. Сашурин, А.Д. Сдвижение горных пород на рудниках черной металлургии Текст. / А. Д. Сашурин. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1999. - 268 с.

28. Авершин, С.Г. Расчет сдвижений горных пород при подземных разработках Текст. / С.Г. Авершин. М.: Металлургиздат, 1950. - 60 с.

29. Авершин, С.Г. Горные работы под сооружениями и водоемами Текст. / С.Г. Авершин. — М.: Углетехиздат, 1956. — 324 с.

30. Кратч, Г. Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений Текст. / Г. Кратч. М.: Недра, 1978. - 494 с.

31. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния горных разработок на угольных месторождениях Текст. : утв. Госгортехнадзором РФ 16.03.98 : ввод, в действие с 01.10.98. СПб., 1998. - 291 с.

32. Защита гражданских зданий от влияния подземных горных работ Текст. / P.A. Муллер, JI.HI. Меламут, В.М. Варлашкин [и др.]. М.: Недра, 1970. - 224 с.

33. Защита и подработка зданий и сооружений Текст. / С.Е. Шагалов, P.A. Муллер, В.В. Марков [и др.]. М.: Недра, 1974. - 256 с.

34. Иофис, М.А. Инженерная геомеханика при подземных разработках Текст. / М.А. Иофис, А.И. Шмелев. М.: Недра, 1985. - 248 с.

35. Хохлов, И.В. Безопасная разработка месторождений полезных ископаемых под водоемами Текст. / И.В. Хохлов. М.: Недра, 1971. — 264 с.

36. Цыгалов, М.Н. Подземная- разработка с высокой полнотой извлечения руд Текст. / М.Н. Цыгалов. М.: Недра, 1985. - 272 с.

37. Сдвижение горных пород при подземной разработке угольных и сланцевых месторождений Текст. / А.Г. Акимов [и др.]. М.: Недра, 1970. - 224 с.

38. Ягунов, A.C. Закономерности сдвижения горных пород в Кузбассе Текст. / A.C. Ягунов. СПб., 2000. - 304 с.

39. Батугина, И.М. Геодинамическое районирование месторождений при проектировании и эксплуатации рудников Текст. / И.М. Батугина, И.М. Петухов. -М.: Недра, 1988. 166 с.

40. Геодинамическое районирование недр: Методические указания Текст. / Колл. авторов. — JL, 1990. — 129 с.

41. Авершин, С.Г. Горные удары Текст. / С.Г. Авершин. -М.: Углетехиздат, 1955.-235 с.

42. Петухов, И.М. Предотвращение горных ударов на рудниках Текст. / И.М. Петухов, П.В. Егоров, Б.Ш. Винокур. М.: Недра, 1984. - 230 с.

43. Влох, Н.П. Управление горным давлением на подземных рудниках Текст. / Н.П. Влох. М.: Недра, 1994. - 208 с.

44. Марков, Г.А. Напряженное состояние пород и горное давление в структурах гористого рельефа Текст. / Г.А. Марков, С.Н. Савченко. — JL: Наука, 1984. -140 с.

45. Шемякин, Е.И. Зональная дезинтеграция горных пород вокруг подземных выработок. Ч. I: Данные натурных наблюдений Текст. / Е.И. Шемякин [и др.] // ФТПРПИ. 1986. - № 3. - С. 3 - 15.

46. Опарин, В.Н. О возможных причинах увеличения сейсмической активности шахтных полей рудников "Октябрьский" и "Таймырский" Норильского месторождения в 2003 г. Ч. I: Сейсмический режим Текст. / В.Н. Опарин [и др.] // ФТПРПИ. 2004. - № 4. - С. 3 - 22.

47. Справочное пособие для служб прогноза и предотвращения горных ударов на шахтах и рудниках Текст. / П.В. Егоров [и др.]; под ред. П.В. Егорова. -М.: Недра, 1995.-240 с.

48. Курленя, М.В. Техногенные геомеханические поля напряжений Текст. / М.В. Курленя, В.М. Серяков, A.A. Еременко. Новосибирск: Наука, 2005. - 264 с.

49. Викторов, С.Д. Технология крупномасштабной взрывной отбойки на удароопасных рудных месторождениях Сибири Текст. / С.Д. Викторов, A.A. Еременко, В.М. Закалинский, И.В. Машуков. Новосибирск: Наука, 2005. - 212 с.

50. Квочин, В.А. Геодинамические процессы при отработке железорудных месторождений Горной Шории Текст. /В.А. Квочин, Т.В. Лобанова, Н.И. Скляр,

51. B.К. Климко, В.А. Ваганова // Геодинамика и напряженное состояние недр Земли: тр. Междунар. конф. 4-7 октября 1999 г. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999.1. C. 303-308.

52. Квочин, В.А. Извлечение запасов предохранительных целиков под поверхностными сооружениями при отработке железорудных месторождений Сибири Текст. / В.А. Квочин, Т.В. Лобанова, И.Ф. Матвеев // Горный журнал. -2004.-№ 8.-С. 97-101.

53. Квочин, В.А. Исследование закономерностей сдвижения горных пород при разработке железорудных месторождений Горной Шории Текст. : автореф. дисс. . канд. техн. наук : 05.15.01 : защищена 13.12.74 / Квочин Валерий Александрович. Новокузнецк, 1974.-31 с.

54. Квочин, В.А. Исследование взаимосвязи процессов сдвижения горных пород с возникновением горных ударов на Таштагольском руднике Текст. / В.А. Квочин, Б.В. Шрепп Б.В., В.И. Бояркин, П.Т. Гайдин, М.Ф. Петухов // Горный журнал. 1981.-№ 12.-С. 45-48.

55. Сашурин, А.Д. Особенности сдвижения горных пород в условиях тектонических полей напряжений железорудных месторождений Текст. / А.Д. Сашурин // Горный журнала 1980. - № 4. - С. 47 - 49.

56. Сашурин, А.Д. Проявление тектонического поля напряжений на Сара-носвком хромитовом месторождении Текст. / А.Д. Сашурин, А.М. Казаков //

57. Геомеханическая интерпретация результатов натурного эксперимента. Новосибирск, 1983. - С. 50 - 54.

58. Сашурин, А.Д. Геомеханические модели и методы расчета сдвижений горных пород при разработке месторождений в скальных массивах Текст. : авто-реф. дисс. . д-ра техн. наук : 01.02.07, 05.15.01 / Сашурин Анатолий Дмитриевич. -Екатеринбург, 1995. -38 с.

59. Пакет программ для расчета сдвижений, деформаций и напряжений около эллиптических выработок: Метод, указ. Текст. / сост.: В.А. Квочин, Г.Л. Лин-дин, Т.В. Лобанова, H.H. Романова; под ред. В.А. Квочина. Новокузнецк: РИО НФИ КемГУ, 2003. - 56 с.

60. Седов, Л.И. Механика сплошной среды. Т. 2 Текст. / Л.И. Седов М.: Наука, 1970. - 668 с.

61. Волков, В.М. Смещения в подготовительной выработке в связи с дила-тансией горных пород Текст. / В.М. Волков, А.Е. Клычков // Информац.- мате-матич. модели горн. Предприятий : сб. науч. тр. КГТУ. Кемерово, 1994. - С. 23 — 30.

62. Weber, S.J. Numerical modelling of a repeated fault slip Текст. / S.J. Weber // Jour, of the South Africa Inst, of mining and metallurgy. 1990. — № 6. - V. 90.

63. Курленя, M.B. Прогноз излучения сейсмической энергии тектоническим нарушением на границе с крупными горными выработками Текст. / М.В. Курленя, Г.Л. Линдин, В.Ф. Храмцов // ФТПРПИ. 1993. - № 4. - С. 3 - 8.

64. Шуплецов, Ю.П. Численное моделирование горно-тектонического удара на Таштагольском подземном руднике Текст. / Ю.П. Шуплецов, О.В. Зотеев, Н.И. Скляр, В.А. Ваганова // Горный журнал. 2002. - № 7. - С. 14-18.

65. Временные правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных разработок на рудных месторождениях с неизученным процессом сдвижения горных пород Текст. : утв. Госгортехнадзором РСФСР 15.10.65. Л.: ВНИМИ, 1966. - 61 с.

66. Временные правила охраны сооружений от вредного влияния подземных горных разработок на железорудных месторождениях Горной Шории Текст. : согл. Госгортехнадзором СССР 14.05.74, утв. Минчерметом СССР 18.06.74. Новокузнецк, 1974. - 45 с.

67. Лобанова, Т.В. Опыт эксплуатации компрессорной станции Таштаголь-ского рудника в зоне влияния тектонических нарушений Текст. / Т.В. Лобанова // Горный журнал. 2004. - № 10. - С. 38 - 41.

68. Шрепп, Б.В. Выбор рациональной технологии отработки нижележащих горизонтов Таштагольского месторождения Текст. / Б.В. Шрепп [и др.] // Проблемы подземной эксплуатации рудных месторождений на больших глубинах. — М.: ИПКОН АН СССР, 1979.-С. 200-213.

69. Квочин, В.А. Опыт эксплуатации ствола шахты в условиях его подработки Текст. / В.А. Квочин, Т.В. Лобанова, А.И. Щербаков // Горный журнал. — 2003. -№ 12.-С. 44-45.

70. Лобанова, T.B. Обеспечение безопасной эксплуатации вентиляторов и зданий вентиляторных установок при их подработке Текст. / Т.В. Лобанова // Безопасность труда в промышленности. — 2009. № 4. — С. 31 — 34.

71. Козел, A.M. Горное давление и способы поддержания вертикальных стволов Текст. / A.M. Козел, В.А. Борисовец, A.A. Репко. М.: Недра, 1976. — 293 с.

72. Акимов, А.Г. Защита вертикальных стволов шахт от влияния очистных работ Текст. / А.Г. Акимов, A.M. Козел. М.: Недра, 1969. - 179 с.

73. Указания по рациональному расположению, охране и поддержанию горных выработок на угольных шахтах СССР Текст. — Л.: ВНИМИ, 1985. -216 с.

74. Сдвижение горных пород и земной поверхности при подземных разработках Текст. / Колл. авторов под ред. В.А. Букринского, Г.В. Орлова. М.: Недра, 1984.-247 с.

75. Отчет № 178/54-03C/05 по результатам обследования надземных строительных конструкций копра и надшахтного здания ствола "Ново-Капитальный", принадлежащих ОАО "Евразруда" Таштагольского филиала Текст. : ООО "Проект-Сервис". Новосибирск, 2005.

76. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия Текст. / Госстрой России. — М.:ГУП ЦПП, 2003.

77. Копырин, В.В. Методика исследования влияния геодинамики на магистральные газопроводы Текст. / В.В. Копырин // Геомеханика в горном деле -2000 : докл. Междунар. конф. 29 мая 2 июня 2000 г. — Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2000. - С. 288 - 294.

78. Панжин, A.A. Непрерывный мониторинг смещений и деформаций земной поверхности с применением комплексов спутниковой геодезии GPS Текст. /

79. A.A. Панжин // Геомеханика в горном деле 2000 : докл. Междунар. конф. 29 мая - 2 июня 2000 г. - Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2000. - С. 320 - 324.

80. Балек, А.Е. Натурные исследования процессов деформирования блочного скального массива на больших пространственно-временных базах Текст. /

81. A.Е. Балек, Ю.П. Кановалова // Геомеханика в горном деле : докл. Междунар. конф. 19-21 ноября 2002 г. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2003. - С. 46 - 51.

82. Сашурин, А.Д. Современная геодинамика и техногенные катастрофы Текст. / А.Д. Сашурин // Геомеханика в горном деле : докл. Междунар. конф. 19 -21 ноября 2002 г. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2003. - С. 180 - 191.

83. Руководство по эксплуатации 4600 LS Surveyor. Part Number: 27564-00 Текст. Редакция А, 1995. - 95 с.

84. Лобанова, Т.В. Мониторинг процессов формирования напряжений при горно-тектонических ударах Текст. / Т.В. Лобанова, В.А. Квочин, И.Ф. Матвеев,

85. B.К. Климко, А.Ф. Мюнх // Геодинамика и напряженное состояние недр Земли. Тр. междунар. конф.- Новосибирск: Изд. ИГД СО РАН, 2006. С. 248 - 254.

86. Лобанова, Т.В. Особенности сдвижения горных пород в периоды массовых взрывов при подземной разработке Таштагольского железорудного месторождения Текст. / Т.В. Лобанова, Е.В. Новикова // ФТПРПИ. 2008. - № 3. - С. 25 -33.

87. Акимов, А.Г. Обеспечение безопасной эксплуатации шахтных стволов Текст. / А.Г. Акимов, Х.Х. Хакимов. -М.: Недра, 1988. 216 с.

88. Методические указания по определению параметров процесса сдвижения горных пород, охране сооружений и горных выработок на месторождениях цветных металлов Текст. Л.: ВНИМИ, 1974. - 66 с.

89. СНиП П-94-80. Часть II. Нормы проектирования. Глава 94. Подземные горные выработки Текст. / Госстрой СССР. -М.: Стройиздат, 1982. 31 с.

90. Лобанова, Т.В. Оценка параметров безопасной эксплуатации горных выработок Текст. / Т.В. Лобанова // Техника и технология разработки месторождений полезных ископаемых : Междунар. науч.-техн. сб. Вып. 8. — Новокузнецк: СибГИУ, 2006.-С. 4-12.

91. Никонов, A.A. Землетрясение на Алтае Текст. / A.A. Никонов // Еженедельник "География". 2003. - № 39. - С. 22 - 23.

92. Квочин, В.А. Геодинамическая безопасность разработки железорудных месторождений Сибири Текст. / В.А. Квочин, В.В. Билибин, Т.П. Васильченков, Т.В. Лобанова, В.Н. Никитин, И.Ф. Матвеев // Горный журнал. — 2005. № 11. — С. 44-53.

93. Квочин, В.А. Исследование опорного давления в связи с проявлением горных ударов на Таштагольском руднике Текст. / В.А. Квочин, Т.В. Лобанова,

94. Н.И. Скляр // Нетрадиционные и интенсивные технологии разработки месторождений полезных ископаемых : тр. V Междунар. конф. 21—22 ноября 2000 г. — Новокузнецк: СибГИУ, 2000. С. 9 - 11.

95. Лобанова, Т.В. Исследование геомеханического состояния породного массива при формировании и проявлении горных ударов на Таштагольском руднике Текст. / Т.В. Лобанова // ФТПРПИ. 2008. - № 2. - С. 38 - 46.

96. Зубков, A.B. Пульсация тектонических напряжений в земной коре Урала Текст. / A.B. Зубков, Я.И. Липин, C.B. Худяков, Ю.М. Зубков, О.Ю. Смирнов,

97. A.A. Панжин, С.А. Обухов // Геомеханика в горном деле — 2000 : докл. Междунар. конф. 29 мая 2 июня 2000 г. - Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2000. - С. 31 - 36.

98. Лобанова, Т.В. Мониторинг процессов формирования напряжений при горно-тектонических ударах Текст. / Т.В. Лобанова, В.А. Квочин, И.Ф. Матвеев,

99. B.К. Климко, А.Ф. Мюнх // Геодинамика и напряженное состояние недр Земли. Тр. междунар. конф Новосибирск: Изд. ИГД СО РАН, 2006. - С. 248 - 254.

100. Методические указания по региональному прогнозу горных ударов электрометрическим методом Текст. / ВостНИГРИ : согл. НПО "Сибруда" 20.01.89. Новокузнецк, 1989. - 28 с.

101. Лукашов, A.A. Геоморфологический анализ при поисках и промышленном освоении рудных месторождений Текст. : автореф. дисс. . д-ра геогр. наук : 11.00.04 : защищена 17.05.90 / Лукашов Андрей Александрович. М., 1990. - 59 с.

102. Лобанова, Т.В. Динамика движения боковых пород Текст. / Т.В. Лобанова, В.А. Квочин, О.Н. Воробьева // Геодинамическое районирование недр : сб. науч. тр. / Кузбасс, политехи, ин-т. — Кемерово, 1991. С. 71 — 76.

103. Lobanova, T.V. Features of Rock Mass Movements During Higher Geody-namic Activity in Terms of the Tashtagol Mine, Rossia / T.V. Lobanova, V.N. Oparin, A.V. Leontiev // Archives of Mining Sciences. Vol. 53 (2008). - No 3. - P. 383 - 396. -Kraków, 2008.

104. Леонтьев, A.B. Некоторые особенности геодинамики массива горных пород в Урало-Сибирских регионах Текст. / A.B. Леонтьев // Геодинамика и напряженное состояние недр Земли. Тр. междунар. конф.- Новосибирск: Изд. ИГД СО РАН, 2006. С. 203 - 218.

105. Лобанова, Т.В. Результаты комплексной оценки напряженно-деформированного состояния горного массива Таштагольского месторождения геофизическими и геодезическими методами Текст. / Т.В. Лобанова, C.B. Моисеев // ФТПРПИ. 2009. - № 3. - С. 31 - 39.

Информация о работе

Лобанова, Татьяна Валентиновна
доктора технических наук
Новокузнецк, 2009
ВАК 25.00.20

Диссертация

Разработка научно-методических основ геомеханического обеспечения подземной отработки железорудных месторождений Сибири в геодинамически активном регионе - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы