Развитие научных основ крепления горных выработок при разработке рудных залежей блочного строения на больших глубинах

Бадтиев, Батрадз Петрович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Развитие научных основ крепления горных выработок при разработке рудных залежей блочного строения на больших глубинах
ВАК РФ 25.00.20, Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

Автореферат диссертации по теме "Развитие научных основ крепления горных выработок при разработке рудных залежей блочного строения на больших глубинах"

сен да

Па правах рукописи

БАДТИЕВ Батрадз Петрович

РАЗВИТИЕ НАУЧНЫХ ОСНОВ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ПРИ РАЗРАБОТКЕ РУДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ БЛОЧНОГО СТРОЕНИЯ НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ

Специальности: 25.00.20 - «Геомеханика, разрушение горных пород,

рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика» 25.00.22 - «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Новосибирск - 2009

Работа выполнена в ОАО «Научно-исследовательский инстшут горной геомеханики и маркшейдерского дела - Межотраслевой научный центр В НИМИ», Учреждении Российской академии наук Институте горного дела СО РАН и Заполярном филиале ОАО «ГМК «Норильский никель»

Научные консультанты: доктор технических наук, профессор

РОЗЕНБАУМ Марк Абрамович

доктор технических наук ТАПСИЕВ Александр Петрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

КУЛАКОВ Геннадий Иванович

доктор технических наук БОЛИКОВ Владимир Егорович х

доктор технических наук, профессор ЦИНКЕР Леонид Маркович

Ведущая организация - Учреждение Российской Академии наук Институт проблем комплексного освоения недр РАН

Защита диссертации состоится 1 октября 2009 г. в 14 ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д 003.019.01 при Институте горного дела СО РАН (630091, г. Новосибирск, Красный проспект, 54).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИГД СО РАН. Автореферат разослан 31 августа 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

доктор технических наук /а^йТСС^' Попов Н.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Крепление и поддержание горных выработок в устойчивом состоянии в период эксплуатации является одним из наиболее ответственных и ресурсоемких технологических процессов горного производства. Выбор крепи с недостаточной несущей способностью приводит к возрастанию ряска внезапных обрушений, вероятности незапланированных простоев. Установка крепи с излишней несущей способностью становится причиной роста непроизводительных затрат.

При разработке месторождений полезных ископаемых Талнахского рудного узла применяемые типы крепей до настоящего времени рассчитывались и конструировались исходя из представлений, что вокруг подземных выработок действует симметричное относительно вертикали поле напряжений. Крепление горных выработок в соответствии с нормативными документами, разработанными на основе описанного подхода, в основном обеспечивало необходимую устойчивость их контура.

Однако имели место случаи разрушения рекомендованных крепей, например, в зонах тектонических нарушений па контактах геологических блоков. На одной и той же глубине в одних случаях деформации проявлялись в виде вывалов и разрушений кровли, в других - в разрушении и осыпании стенок выработки, пучении почвы. Это, а также отмечаемая зачастую ассиметричная форма вывалов в закрепленных выработках, уже ставило под сомнение правильность распространения существующих теоретических подходов на все возможные условия расположения горных выработок.

Анализ случаев разрушений различных типов крепей в широком диапазоне геотехнических условий показал, что несоответствие существующих представлений и принятых на их основе расчетных схем нагружения крепи фактическому состоянию пород и контура деформирующихся выработок особенно резко проявилось с переходом горных работ на глубокие горизонты. Результаты экспериментальных исследований, выполненных в последние десятилетия, позволяют предположить, что на глубоких горизонтах существенное влияние на устойчивость выработок начинает оказывать явление зональной дезинтеграции горных пород (открытие СССР № 400).

Применяемые конструкции крепи и методики расчетов ее параметров не учитывали особенности зонального деформирования и разрушения породного массива. Действующая методика выбора крепи предусматривала использование двух классификаций горных пород - по устойчивости (для выработок, расположенных в нетронутом массиве и зонах опорного давления) и по нарушенное™ (для выработок, расположенных в зонах разгрузки). В качестве критерия проявлений горного давления принимались только смещения породного контура за весь срок службы выработки без учета форм разрушений контура, характерных для тех или иных геомеханических условий эксплуатации. Это усложняло процесс подготовки проектно-

технической документации, а иногда приводило к принятию ошибочных решений по выбору крепи.

Создавшаяся ситуация обусловила актуальность проведения большого объема специальных исследований по определению закономерностей смещений и деформаций пород, характерных для различных геомеханических условий существования выработок, и на этой основе, разработки способов их крепления и поддержания, методик расчета крепи, которые соответствовали бы реальным горно-техническим и геомеханическим условиям эксплуатации выработок, повысили надежность обеспечения устойчивости.

Цель работы - развить научные основы и разработать способы крепления выработок, пройденных в предельно-напряженном горном массиве блочного строения, учитывающие установленные новые закономерности деформирования пород, обеспечивающие устойчивость породных обнажений.

Идея работы заключается в использовании предложенной классификации устойчивости горных пород, учитывающей тип геотехнических условий проведения и эксплуатации подземных выработок, устанавливаемый в зависимости от выявленных новых закономерностей деформирования и разрушения блочного породного массива.

Методы исследований. При выполнении научно-исследовательских и научно-технических работ использовались следующие методы:

- анализ и обобщение литературных фондовых, патентных материалов и технических разработок по теме диссертационных исследований;

- лабораторные эксперименты методами физического моделирования на моделях из эквивалентных и оптически активных материалов;

- шахтные эксперименты по изучению проявлений горного давления, деформирования и разрушения породного массива вокруг выработок с применением современных методов натурных исследований;

- теоретическая обработка материалов лабораторных и натурных исследований с использованием методов механики деформируемого твердого тела, нелинейной геомеханики и статистического анализа.

Задачи исследований.

1. Выполнить типизацию геомеханических условий эксплуатации горных выработок в условиях сплошной выемки мощных пологах ударо-опасных рудных залежей Талнахско-Октябрьского месторождения с твердеющей закладкой выработанного пространства.

2. Изучить особенности деформирования и разрушения массива горных пород применительно к основным типам геомеханических условий: в предельно-напряженном блочном массиве вне и в зоне влияния очистных работ, в подработанном и надработанном массиве, в окрестности тектонических нарушений, в условиях проявлений зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок.

3. Разработать методики расчета параметров крепи горных выработок для всех выделенных типов геомеханических условий их эксплуатации.

4. Разработать новые, экспериментально обоснованные технические решения и рекомендации по креплению, охране и поддержанию подземных горных выработок применительно к выделенным геомеханическим условиям их эксплуатации, провести работы по опытно-промышленным испытаниям и внедрению предложенных типов крепей.

Достоверность и обоснованность научных положений выводов и рекомендаций подтверждается:

- результатами большого объема комплексных исследований по изучению характера проявлений горного давления и форм деформирования и разрушения контура подземных выработок, выполненных в течение 20 лет на рудниках «Маяк», «Комсомольский», «Октябрьский», «Таймырский» и «Скалистый» Норильского ГМК им. А.П. Завенягина;

- соответствием результатов экспериментов по изучению проявлений горного давления на моделях го эквивалентных и оптически активных материалов натурным данным, полученным в зоне влияния тектонических нарушений и в условиях проявлений зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок;

- положительными результатами внедрения технологических решений и рекомендаций по креплению горных выработок и их сопряжений разработанными для этих условий основными видами крепи - усиленной комбинированной, сталеполимерной анкерной, предварительно напряженной железобетонной, усиленной набрызг-бетонной;

- включением рекомендаций автора в действующие нормативно-методические документы.

Научные положения, выносимые на защиту.

1. В условиях Талнахско-Октябрьского месторождения на глубинах порядка 200-1500 м разрушения крепи в выработках обусловлены несоответствием между нормативными документами по выбору крепи, базирующимися на представлениях о симметричном относительно вертикали поле напряжений в окрестности горной выработки, и фактически установленной асимметричной ориентировкой максимальных действующих напряжений относительно вертикальной оси поперечного сечения выработки.

2. Горные выработки, в зависимости от характера деформирования обнажений и форм разрушения контура, соизмеримости величины и скорости смещений приконтурных пород следует разделять на: пройденные и поддерживаемые в нетронутом массиве; пройденные и последовательно попадающие в зоны опорного давления, в условия надработки или подработки; пройденные в сильно нарушенных зонах в окрестности тектонических нарушений; пройденные в областях проявления зональной дезинтеграции горных пород.

3. Параметры крепи горных выработок в условиях проявления зональной дезинтеграции определяются с учетом переформирования блочного массива на расстоянии до 10-12 м от контура выработки в разнопроч-ную, слоистую геосреду с мощностью слоев от 0,6-0,8 до 1,2-1,7 м, обла-

дающую присущим ей характером развития деформаций и форм разрушения..

4. Тип, параметры и конструкция крегш устанавливаются на основе прогноза не только величин смещений кровли и действующих в массиве напряжений, но и обязательного учета возможных деформаций контура выработок и форм разрушений массива пород, характерных для тех или иных геомехаяических условий проведения и эксплуатации выработок, приведенных в предложенной классификации.

5. Надежное обеспечение устойчивости выработок достигается при удовлетворении конструируемых крепей дополнительным требованиям, сформулированным и реализованным в настоящей работе.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлены неоднородность и асимметрия нагружения контура выработки в реальном горном массиве, приводящие к формированию на отдельных его участках, являющихся очагами последующего разрушения, зон концентрации напряжений, в 3-5 раз превышающих по величине прочность окружающего массива и несущую способность крепи.

2. Обоснована и построена номограмма, позволяющая производить прогноз смещений контура выработки при прочности пород на сжатие от 20 до 80 МПа в диапазоне глубин 200-1500 м для выработок, проводимых в массиве до начала очистных работ, в зоне опорного давления, в надрабо-танном и подработанном массиве.

3. Получены зависимости смещений кровли и объемов вывалов пород от взаимного расположения выработки и плоскости нарушения, размещения выработки в лежачем или висячем боку тектонического разлома. Выявлена основная форма вывалов пород из кровли выработок па участках тектонических нарушений с образованием несимметричного свода шатровой формы. Высота свода обрушения может превышать пролет выработки, а основную роль в разрушении контура играют тектонические горизонтальные напряжения, которые на месторождении превышают вертикальные в 1,4 -1,6 раза.

4. Установлены ширина распространения зон дезинтеграции (до 712 м от контура выработки), а также величины конвергенции пород на контуре выработок при проявлении зональной дезинтеграции, на порядок превышающее величину смещений пород в выработках, в которых это явление не отмечено. При формировании зон дезинтеграции в проводимой выработке интенсивный рост смещений, достигающих 50-300 мм, наблюдается в течение 6-10 часов после проведения взрывных работ. При формировании зон дезинтеграции вокруг ранее пройденных выработок смещения развиваются практически мгновенно, также достигая указанных величин, часто вызывая повреждения крепи и вывалы пород.

родного контура за весь срок службы, но и формы разрушений контура, характерные для геомеханических условий эксплуатации.

6. Сформулированы и реализованы в новых конструкциях крепи дополнительные требования, обеспечивающие надежное поддержание подземных горных выработок, проводимых и эксплуатируемых в условиях проявления зональной дезинтеграции, в зонах тектонической нарушенности и воздействия асимметричных полей напряжений.

Практическая ценность работы.

1. Разработаны и испытаны новые конструкции: анкерной крепи с упруго-решетчатыми подхватами, создающими предварительный подпор по обнаженной поверхности кровли; комбинированной крепи со стойками усиления; железобетонной предварительно-напряженной крепи сопряжений; усиленной комбинированной крепи со сталеполимерными анкерами, двойным слоем набрызг-бетона и плоскими сварными решетками-подхватами.

2. Разработаны инженерные методики расчета параметров крепи применительно ко всем установленным типам геомеханических условий эксплуатации выработок на рудниках «Маяк», «Комсомольский», «Октябрьский», «Таймырский», и «Скалистый» Норильского ГМК.

3. Разработаны требования к крепи горных выработок в условиях проявлений эффекта зональной дезинтеграции породного массива и созданы системно-секционные крепи для этих условий.

Реализация работы.

Результаты работы используются в проектных и проектно-конструкторских организациях «Норильскпроект», <(Гипроникель», «Полиметалл» при выполнении проектно-конструкторских работ, вошли составной частью в нормативно-методические документы, регламентирующие выбор вида, параметров и конструкции крепи горных выработок на рудниках «Заполярный», «Маяк», «Комсомольский», «Октябрьский», «Таймырский» и «Скалистый» Норильского горно-металлургического комбината; на предприятиях «СУБР» и «АЛРОСА»

Личный вклад автора заключается в:

- постановке проблемы, организации и проведении широкомасштабных длительных исследований проявлений горного давления в горных выработках в различных геомеханических условиях их эксплуатации на рудниках Норильского ГМК;

- постановке задач и разработке методики исследований на моделях из эквивалентных материалов;

- выборе объектов исследований и руководстве опытно-промышленными испытаниями анкерной, сталеполимерной и комбинированной усиленной крепей;

- организации и проведении опытно-экспериментальных работ по изучению работоспособности новых разработанных типов и конструкций крепи горных выработок в условиях проявлений зональной дезинтеграции породного массива;

- получении основных научных результатов диссертации.

Апробация. Основные положения диссертации докладывались на Международной конференции по механике горных пород (Санкт-Петербург, 1996 г.), на Международной конференции «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли» (Новосибирск 2005 г.), на Международной конференции «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды» (Новосибирск 2006, 2008 гг.), на региональной научно-практической конференции «Добыча и переработка руд Норильского промышленного района» (Норильск, 2005 г.), на заседании горной секции НТС Норильского горно-металлургического комбината (Норильск, 2005 г.), на научных семинарах в Институте горного дела СО РАН (Новосибирск, 2006, 2008 гг.), на секции Ученого совета по геомеханике ВНИМИ (Санкт-Петербург, 2006,2007 гг.).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено в 26 опубликованных работах, в том числе, в изданиях, рекомендованных ВАК, - 15, в сборниках научных трудов и материалах всесоюзных конференций -4, а также в 3 монографиях, 3 нормативных документах и 1 учебном пособии.

Объем работы. Диссертация состоит из общей характеристики работы, семи глав, заключения, изложенных на 282 страницах машинописного текста, содержит 89 рисунков, 19 таблиц, список литературы из 143 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

В первой главе диссертациошюй работы рассмотрены горногеологические и горнотехнические особенности залегания и разработки пластообразяых рудных залежей, приведен анализ современных представлений о деформировании и разрушении массива горных пород вокруг подземных выработок на больших глубинах, рассмотрен опыт крепления выработок в этих условиях.

Для решения практических задач, связанных с ведением горных работ, основным является вопрос о концентрациях напряжений, деформациях и разрушениях пород в зоне «возмущения», вызванной проведением выработки.

В механике горных пород в течение довольно длительного времени существует несколько широко известных гипотез о форме и размерах зон влияния выработки на породный массив. К числу наиболее известных из них относятся: гипотеза свода, гипотеза сыпучей среды, гипотеза, основанная на принципах строительной механики и сопротивления материалов.

В результате обобщения экспериментальных данных сложилось широко используемое в настоящее время представление о характере процессов, происходящих в массиве пород при проведении выработок. Суть этих представлений кратко заключается в выделении вокруг выработок нескольких расположенных друг за другом зон, в пределах которых породы находятся в различном напряженно-деформированном состоянии, определяемом

естественным полем напряжений породного массива и его деформационно-прочностными характеристиками. При этом, зона нарушенных пород располагается непосредственно на контуре выработки, а область неупругих деформаций охватывает небольшую, в переделах ее радиуса, область, примыкающую к выработке. Далее идет область пород, которые в результате перераспределения напряжений, вызванных проведением выработки, находятся в состоянии практически упругого деформирования. Таким образом, согласно этим представлениям, прочность массива пород частично уменьшается только на контуре выработки, т.е. в зоне разрушенных пород.

В работах AM. Козела, В.А. Борисовца, A.A. Репко, Т.Я. Таранова и других авторов, опубликованных в 1972-1973 гг., отмечено появление вокруг выработок областей повышенных и пониженных напряжений (сжимающих и растягивающих), а также зафиксировано возникновение в массиве вокруг выработки трещин, которое объяснялось влиянием волн напряжений, возникающих в массиве при проведении в нем выработок с помощью буровзрывных работ.

Экспериментальные исследования, выполненные в последние десятилетия ГЛ. Фисенко, К.Е. Руппенейтом, Е.И. Шемякиным, М.В. Курленей, В.Н. Опариным, В.Н. Ревой, М.А. Розенбаумом, Ю.С. Кузнецовым,

A.П. Тапсиевым, В.В. Макаровым, В Л. Кириченко, А.Ф. Морозовым и др., показывают, что на глубоких горизонтах в предельное состояние переходят большие области в окрестности выработок, и что глубина разработки начинает непосредственно влиять как на размер этих областей, так и на состояние пород в них. В результате этого при проведении выработок на глубоких горизонтах в условиях большой напряженности породного массива, находящегося в предельном состоянии, происходит образование вокруг выработки кольцеобразных чередующихся зон «ненарушенных» и сильно нарушенных пород (эффект зональной дезинтеграции горных пород).

Основной частью зональной структуры дезинтеграции пород, ее «скелетом», наблюдаемым в натурном эксперименте является система трещин, геометрически подобных контуру выработки.

Рассмотренные в работах Э.А Троппа (1985), АД. Алексеева (1974),

B.C. Никифоровского (1979), А.И. Берона (1969), А.Н. Ставрогина (1968), Е.И. Шемякина (1992), В.Н. Одинцева (1993) и др. вопросы определенно указывают на аналогию между трещинами, образующимися в массиве, и трещинами, наблюдаемыми при разрушении сплошных образцов горных пород вертикальной нагрузкой при наличии бокового давления. В результате многочисленных опытов было установлено, что характер деформирования образцов в значительной степени зависит от условий, при которых этот процесс происходит, и что любой тип разрушения можно получить на одном и том же материале, создавая соответствующие условия.

Опыт крепления и поддержания горных выработок на больших глубинах подтвердил высказанное предположите о том, что формы разрушения контура и деформации крепи в значительной степени определяются геомеханическими условиями их проведения и эксплуатации.

Применяемые талы и технологии крепления, не позволяют достаточно эффективно обеспечить устойчивость выработок во всем многообразии геомеханических условий, сложившихся на рудниках Норильска, в частности, в условиях высоких концентраций напряжений при отработке разделительных массивов и предохранительных целиков, превышающих предел прочности пород; в условиях проявления совершенно нового механизма разрушения пород вокруг выработок (зональной дезинтеграции пород); при локальных пригрузках и разгрузках краевых частей массива под влиянием подвижек крупномасштабных блоков, оконтуренных разломами и тектоническими трещинами; в условиях раздробленных пород.

Исходя из проведенного анализа состояния проблемы, сформулированы цель и конкретные задачи исследований.

Вторая глава диссертации посвящена исследованиям закономерностей формирования кошура выработок, пройденных в сильно напряженном блочном массиве. Выполнена типизация выработок по условиям их эксплуатации.

Условия проведения и поддержания горных выработок на глубоких рудниках Норильска отличаются большим разнообразием. Полого залегающие мощные и весьма мощные рудные тела имеют интенсивную раздробленность как вмещающих пород, так и самих рудных тел трещинами и тектоническими нарушениями. Напряженное состояние массива характеризуется повышенными горизонтальными напряжениями, превышающими вертикальные в 1,4-1,6 раза.

При переходе горных работ на глубокие горизонты (800 и более метров) в прикоятурном массиве формируются зоны критических напряжений. Величины напряжений превышают предел прочности пород в массиве, а поле напряжений характеризуется относительно сечения выработки неоднородностью и асимметричностью. В результате действия высоких напряжений снижается устойчивость пород в приконтурном массиве и возрастают нагрузки на элементы крепления выработок. В процессе разрушения пород на контуре выработок происходит разрушение набрызг-бетона, «обыгрывание» анкеров на глубину до 1 м и более, разрывы сетки (решетки). Арочная податливая крепь (АПК), вследствие повышенного бокового давления, во многих случаях не работает в податливом режиме из-за заклинивания элементов крепи в замках.

В случаях неоднородного асимметричного поля напряжений формирующиеся внешние нагрузки в под держиваемом массиве могут распределяться по неравномерной эпюре. Это предопределяет неравномерность на-гружения анкеров. Отдельные анкеры могут воспринимать нагрузку, близкую к их предельной несущей способности, в то время как другие остаются недогруженными. В этих случаях в первую очередь происходит разрушение пород между перегруженными анкерами, их «обыгрывание» с обнажением арматуры и резкое снижение устойчивости поддерживаемого этими анкерами массива. Массив разрушается с образованием заколов или вывалов. Такие явления могут происходить в кровле и (или) бортах выработок.

С учетом изложенного выше классификация условий но выбору типов крепи горных выработок и их сопряжений включает в себя следующее'.

1) класс выработки по ее назначению и роли в функционировании рудника;

2) геомеханические условия проведения и поддержания выработки;

3) срок службы выработки.

Геомеханические условия проведения и поддержания выработок определяются интенсивностью проявлений горного давления в зоне влияния очистных работ и расположением выработок относительно выработанного пространства. Здесь следует выделить:

1) группу А - выработки, проводимые в массиве вне зоны влияния очистных работ без наличия тектонических нарушений;

2) группу В - выработки, проводимые в массиве по рудному телу до начала влияния очистных работ, затем подвергающиеся их влиянию и погашаемые за очистным забоем; выработки, проводимые по рудному телу вблизи зон тектонических нарушений и пересекающие их;

3) группу С - выработки, проводимые в массиве до начала влияния очистных работ, подвергающиеся их влиянию и сохраняемые после выемки рудной залежи в подработанном или подработанном массиве.

В качестве критерия интенсивности проявлений горного давления в выработках следует принимать смещения их породного контура за весь срок службы.

Для исследования проявлений горного давления в выработках использовалась комплексная методология, включающая натурные эксперименты и моделирование на эквивалентных материалах. При выполнении моделирования воспроизводились условия Талнахского и Октябрьского месторождений Норильского ГМК. На объемных моделях имитировался массив горных пород трех структурных строений: однородный, слоистый и слоистый, дополнительно ослабленный двумя системами трещин, перпендикулярных и параллельных напластованию. Масштаб моделей был принят 1:100. Прочность на сжатие вмещающего выработку массива в пересчете на условия натуры принималась в пределах от 20 до 80 МПа. Глубина имитировалась от 200 до 1000 м.

Результаты исследований на моделях сведены в номограмму (рис. 1), на основании которой производится прогноз возможных смещений контура выработки.

Из анализа процесса трещинообразования, наблюдаемого при испытании моделей, следует, что область массива, охваченная трещинами, различна. Для оценки степени устойчивости выработки может быть принято отношение 5гр/£>выр., где: ^ыр. - площадь поперечного сечения выработки до ее разрушения; 5тр. - поверхность модели, затронутая трещинами. Чем больше численное значение параметра , тем в более тяжелых усло-

виях находится выработка.

Правильное представление о механизме деформирования подготовительных выработок в зоне влияния очистных работ невозможно без изуче-

ния напряженно-деформированного состояния массива горных пород вокруг выработок в период их проходки. Исследования проявлений горного давления в период проходки включали визуальные наблюдения, измерение деформаций и смещений в приконтурном массиве и на контуре выработки вслед за подвигаяием проходческого забоя.

В - диаметр выработки, м; АО - суммарное смещение контура выработки со стороны кровли и почвы, м; Н - глубина расположения выработки, м; Лсж.—прочность пород, МПа; А"стр,- коэффициент структурного ослабления; Е\/Ет~ степень пластичности (Ем, -мгновенный модуль деформации материала модели или горного массива; £1 — значение

модуля деформации при достижении постоянной скорости деформирования

Рис. 1. Номограмма для определения смещений контура выработки

На рис. 2 в качестве примера приведены результаты деформирования контура в призабойной зоне находящейся в проходке выработки (рудник «Октябрьский», ЗВЗШ, гор. -700 м, породы средней устойчивости).

Результаты измерений позволили выделить характерные участки в проводимой выработке: участок интенсивного деформирования и участок стабилизации смещений и деформаций пород.

В большинстве случаев развитие смещений в выработках носило неравномерный характер. Основная доля смещений приходилась на приза-бойный участок длиной 10—30 м и составляла 60-80 % от суммарной величины смещении в период проходки.

Обобщением данных измерений по станциям контурных реперов установлено, что связь между смещениями на контуре и расстоянием до забоя в общем случае можно выразить экспоненциальной зависимостью вида:

и^А-е^, (1)

где и„ - среднее смещение контура выработки; 5 - расстояние до груди забоя; А и В - эмпирические коэффициенты, полученные экспериментально.

им

1.М

(Ч

а, б, в- деформации, соответственно, в западном, восточном боку а кровле; г - смещения на контуре (а - зап. бок, б - вост. бок, в - кровля); 1, 2,3 -деформации в интервалах 0,0-1,0 м, 1,0-1,5 м, 1,5-2,0 м

Рис. 2. Характер деформирования выработки в призабошхой зоне (р-к «Октябрьский», ЗВЗШ, гор -700 м, породы средней устойчивости)

Опыт проведения выработок на глубинах 800-1000 м и более показал, что часто невозможно придать выработке желаемую форму и выдержать проектные параметры сечения.

В результате шелушения, интенсивного заколообразования и выпадения кусков породы из кровли и стенок выработки приобретают эллипсовидную или полигональную форму. Фактическая форма поперечного сечения выработки, формирующаяся в результате обрушения пород с контура и оборки заколов, существенно зависит от ориентировки выработки относительно основных систем трещин и напряженности структурных блоков.

По характеру развития техногенной трещияоватости породы Талнах-ского рудного узла молено условно разделить на три группы. В породах первой группы: аргиллиты, алевролиты, мергели, известняки, ангидриты, доломиты, песчаники, частично сплошные сульфидные руды, имеющие крепость по М.М. Протодьяконову / < 9, образуется, как правило, ступенчатый - односкатный свод. Объем возникающих вывалов в зависимости от направления проходки по отношению к элементам залегания трещин изменяется в широком диапазоне. При этом фактическое сечение выработки на 4-5 ^ 30% превышает проектное значение. При образовании контура шатровой формы объем вывалов увеличивается, величина превышения фактического сечения выработки относительно проектного достигает- 45-50 %.

Во вторую группу входят роговики, скариированные породы, крупнозернистые разности габбро-долеритов, имеющие крепость по М.М. Протодьяконову / = 10-12. Величина превышения сечения выработки в таких породах составляет в большинстве случаев 10-30 % от проектного.

Третья группа пород представлена исключительно магматическими разностями с коэффициентом крепости по М.М. Протодьяконову / > 12. Контур выработок в этих породах имеет округлую, «выглаженную» форму. Обычно превышение проектного сечения выработки составляет 10-20 %. При проявлении зональной дезинтеграции выработка по всему контуру оказывается окруженной породным слоем, фактически отделенным от основного массива слоем сильно раздробленной породы. Высота вывалов породы в этом случае достигает 2,0-2,5 м, а превышение проектного сечения выработки - 50-70 %.

На рис. 3 представлены характерные формы поперечного сечения выработки, ^ также полученная зависимость превышения фактического сечения контура относительно проектного от угла между направлением главных горизонтальных напряжений и продольной осью выработки.

Как видно, с увеличением угла от нуля до 90° объем породы, отбитой сверх проектного сечения, увеличивается до 40-44 %.

Третья глава диссертации посвящена исследованиям закономерностей разрушения горных пород вокруг подготовительных выработок в зонах тектонических нарушений.

Генезис формирования сложной геологической обстановки Талнах-ского и Октябрьского месторождений обусловил существенную простран-

ственную неоднородность минералогического состава, текстурно-структурных и физико-механических свойств руд и пород. Изменчивость этих свойств определила неравномерную устойчивость горных выработок в зависимости от расстояния до дизъюнктивных нарушений.

I А Б В Г

А - шатровая; Б - эллипсовидная; В, Г - односкатная

Угол между направлением главных горизонтальных напряжений и продольной осью выработки, град

Рис. 3. Характерные формы поперечного сечения выработки (I) и зависимость превышения фактического сечения выработки относительно проектного («перебор» породы) от угла между направлением главных горизонтальных напряжений и продольной осью выработки (П)

Порядок нарушения, угол его падения и морфология шва оказывают существенное влияние на устойчивость выработок, пройденных по нарушению и вблизи него в зоне и вне зоны влияния очистных работ.

Главным структурным элементом Норильского рудного узла является Норильско-Хараелахский разлом, оперяющие его сбросы и грабеновидные провальные структуры. Тектонические нарушения более низких порядков представлены серией мелких сбросо-сдвигов с амплитудой смещения крыльев до 10-15 м, ориентированных в субмеридиональном направлении. В большинстве случаев тектонические нарушения характеризуются криво-

линейной поверхностью сместителя с общей тенденцией к выполаживанию и падением на запад под углом 45-75°. Реже встречаются сбросо-сдвиги с падением на восток под углом 30-50°.

В связи с выше изложенным, выполнена классификация условий поддержания подготовительных выработок, пройденных вблизи тектонических нарушений. В табл. 1 представлено все многообразие горно-геологических условий, в которых может быть пройдена горная выработка вблизи тектонических нарушений.

Исследования показали, что обеспечение безопасных условий поддержания горных выработок в значительной степени определяется горнотехнической ситуацией, которая зависит от расположения и ориентировки выработок относительно плоскости сместителя и развивающегося фронта очистных работ. Выработки, пройденные вдоль тектонического нарушения или пересекающие его, могут иметь многообразные схемы взаимного расположения и поддержания.

На рудниках «Октябрьский» и «Таймырский» наблюдения за состоянием горных выработок, пройденных в районах нарушений, проводились, как правило, с момента их проходки. Были проанализированы акты расследования аварий, обрушения и отслоения кусков горной массы в выработках и проходческих забоях, а также результаты маркшейдерских замеров переборов пород (разницу объемов отбитой породы по факту и проекту) при проведении выработок.

Анализ обрушений пород в выработках позволил установить зависимости объемов вывала от угла падения нарушения и от угла встречи выработки с основной системой трещин. Результаты анализа показали, что объем вывалов растет при уменьшении угла падения нарушения и уменьшении угла встречи выработки с определяющей нарушение трещиноватостью.

Формы сечения выработок, образовавшихся после обрушения, в районах нарушений свидетельствуют, что происходит оно по естественным плоскостям ослабления. Формирование свода обрушения начинается с выпадения отдельных блоков между штангами, их «обыгрывания». Окончательные контуры свода обрушения определяются наиболее ослабленной поверхностью.

Типичная форма вывалов пород на участках тектонических нарушений приведена на рис. 4.

Анализ обрушений пород в выработках в районах нарушений показывает, что их причиной является несоответствие облегченных параметров крепи условиям и формам деформирования и разрушения пород. На основе результатов фактических замеров получена зависимость вероятности выва-лообразования (отношения количества вывалов на данном интервале к общему количеству вывалов) от расстояния до тектонического нарушения для выработок различной ширины. Также установлена взаимосвязь высоты вывалов от ширины выработок.

( 1-Н к Группа условий поддержания выработок

И >-| ни '"н 5 я << « Порядок нарушения

>20 10-20 2-10 10-20 2-10 2-10 1 до 2 Амплитуда смещения, м

3000- 1 5000 | 100-3000 25-100 100-3000 25-100 1 25-100 до 25 Протяженность нарушения в плане, м

о 1 о о Протяженность по падению, м

30-60 30-60 30-60 60-90 60-90 1 75-90 1 1 Угол падения, град.

и! 0,5-3 1 о „о Мощность зоны дробленных пород, м

Зона дробления несцементированная, 1 серия параллельных | сближенных плос- | костей, сглаженная плоскость Серия параллельных сближенных плоскостей, сглаженная плоскость, зона дробления сцементированная Сглаженная плос- 1 кость, зона дробле- ! ния сцементирован- ■ нал Морфология шва

Л<0,15 сильно-нарушен Л = 0,150,30 средне нарушен | Л> 0,30 слабо нарушен Висячий бок Коэффициент ( структурного ос- | лабления

Л 5 0,1 весьма сильно пару- 1 шен А = 0,100,25 сильнослабо | нарушен , г Л> 0,25 средне-слабо нарушен Лежачий бок

до 40 40-60 Оч О Предельная прочность образцов на одноосное сжатие, МПа

ь о о 10-30 о Длительная прочность массива на одноосное сжатие, МПа

25-30 5-10 ДО 0,5 1 Вися- | чий бок | 1 | Ширина зоны влияния текто-1 нического нарушения, м

1 о 5-10 о Лежачий бок

(а о> а к в р>

Я а р о О

К -©•

Й К

р ч

з §

° 2

* 3

« 3

01 (В

а о

3 Я

° Э

к ^

гз 3

■с Л

8 3

о §

X В

■с Е

п> X к К!

л га

о §

г>

а о

К »

а о

а>

тз «

напластования, в - по разлому

Рис. 4. Типичные формы сводов обрушения на участках выработок, пересекающих тектонические нарушения

Обобщением данных по изменению смещений пород в выработках, расположенных вблизи нарушений в зоне опорного давления, получен коэффициент К увеличения смещений пород в выработках относительно нетронутою массива, используемый при выборе крепи, в зависимости от расстояния I до тектонического нарушения и расстояния В до фронта очистных работ (рис. 5).

Четвертая глава диссертации посвящена исследованиям проявлений горного давления в выработках, подверженных влиянию очистных работ.

Особенности проявлений горного давления в подрабатываемых выработках рудников «Маяк», «Комсомольский», «Октябрьский» изучались практически с самого начала разработки рудных тел. Ниже приведены обобщенные результаты исследований по рудникам.

Рис. 5. Изменение коэффициента увеличения смещений пород на контуре сечения выработок (1С), попадающих в зону опорного давления, в зависимости от расстояния (/) до тектонического нарушения при различных расстояниях (В) до фронта очистных работ

По руднику «Маяк» состояние подрабатываемых выработок в большей мере изучалось в центральном блоке. Здесь выработки подверглись многократной подработке в результате выемки сплошных, богатовкраплеп-ных, вкрапленных и «медистых» руд. Исследования показали, что в выработках, закрепленных жесткими видами крепи или крепью с заданной податливостью (монолитный бетон и железобетон, комбинированная крепь из штат и набрызг-бетона и др.) отмечаются разрушения крепи и вывалов породы с кровли и боков.

Деформации расслоения подработанного массива над центральной частью выработанного пространства составили (0,8-3,0)-10°, а максимальные оседания превысили 550-750 мм.

На руднике «Комсомольский» в условиях подработки находились выработки веытиляционно-закладочных горизонтов -330 м, -380 м и -420 м на северо-восточном и северо-западном участках шахтного шля. Высота подработки выработок изменялась от 10 до 50 м, а максимальный пролет подработки составил около 350 м.

Комбинированная крепь из набрызг-бетона и железобетонных штанг не обеспечила устойчивости выработок, наблюдалось интенсивное заколо-образование и вывалы крупных кусков породы.

Аналогичная картина в подрабатываемых выработках прослеживалась и на руднике «Октябрьский».

Расслоение пород в налегающей толще при достигнутых пролетах подработки распространялось на высоту И, которую можно найти из зависимости:

ь = 0,41,^, (2)

где ¿поф. - пролет подработки.

Графики рис. 6 позволяют определять величины деформаций слоев подработанной толщи в зависимости от пролета подработки и расстояния до фронта очистных работ.

Было установлено, что в выработках, закрепленных монолитной железобетонной крепью с узлами податливости В НИМИ, а также арочной металлической податливой крепью СВП-27 и усиленной комбинированной крепью (анкера со сварной металлической решеткой) разрушений крепи и породного контура не отмечено, при этом максимальные деформации в узлах податливости составили (3,5-4,0)-Ю-3.

Проявления горного давления в надрабатываемых выработках рудников «Комсомольский» и «Октябрьский» изучалось на долговременных комплексных наблюдательных станциях с самого начала отработки рудных залежей. Устанавливался характер деформирования выработок с учетом различных горно-геологических и горнотехнических факторов, тектоники полей, систем и порядков разработки рудных тел.

С развитием фронта очистных работ активизировался процесс деформирования надрабатываемых выработок, особенно в зоне опорного давления. Жесткие виды крепи (монолитный бетон, железобетон, комбинированная крепь, из набрызг-бетона и железобетонных штанг) не обеспечили устойчивости выработок. При этом выработки, параллельные фронту работ, подвергались большему разрушению, чем выработки, перпендикулярные фронту.

Анализ данных о деформировании надрабатываемых выработок, ориентированных перпендикулярно развитию фронта очистных работ, позволил установить, что при пролете надработки свыше 180-200 м влияние глубины надработки прослеживается на расстоянии А„ определяемом по формуле

К = (0,25 - 0,3)-1. (3)

■О»

1 /

г/

ВО

160

240

I, М

320

1 -- деформирование слоя подработанной толщи пород высотой до 50 м от кровли рудного тела, 2 - то же, в интервале 50-100 м по вертикали от кровли рудного тела

£>10'

Г»

0 8

—0-6-

0 9 к

I- -и,£ \

60 40 20 0 20 40 60

посяе фронта очистных работ до после фронта очистных работ

Рис. 6. Характер деформирования налегающей толщи пород кровли над центральной частью закладочного массива в зависимости от пролета подработки (а) и деформации подрабатываемых пород кровли в зависимости от расстояния до фронта очистных работ (б)

На рис. 7 представлены установленные зависимости величины распространения зон разгрузки в почве отрабатываемого рудного тела для глубины 500 - 600 м и 900 - 1200 м.

Ьн,м

40 35 30 25 20 15 10 5

✓

( |/

/ 1

/ /

¡/

I, м

50 100 150 200 250 300 350 400

Рис. 7. Распространение зон разгрузки в почве отрабатываемого рудного тела на глубинах 500-600 м (1) и 900-1200 м (2) в зависимости от пролета надработки (Ь)

Пятая глава диссертации посвящена экспериментальным исследованиям устойчивости горных выработок при проявлении зональной дезинтеграции пород.

Зональная дезинтеграция горных пород все еще остается явлением относительно мало изученным, В настоящее время трудно прогнозировать возникновение этого явления вокруг какой-либо конкретной выработки, поэтому методикой наблюдений предусматривался охват как можно большего числа выработок, в которых по тем или иным признакам должно было наблюдаться зональное разрушение пород.

Для наблюдений были выбраны горные выработки рудников «Октябрьский» и «Таймырский». Станции закладывались с минимально возможным по техническим условиям разрывом во времени между выемкой горной массы и сооружением замерной станции.

Замерная станция представляла собой веер скважин, пробуренных в определенном выбранном сечении выработки. Скважины бурили в кровлю и бока выработок, длина их колебалась от 3,5 до 7-12 м.

Для определения положения зон трещинообразования в скважинах использовались методы подземного электрического зондирования (ПЭЗ) и

электрокаротажа с помощью аппаратуры ИКС-50, СРП-68-0,3, а так же визуальный метод просмотра скважин прибором РВП-451.

Сложившаяся в настоящее время геомеханическая обстановка на рудниках «Октябрьский» и «Таймырский» является чрезвычайно сложной, концентрация напряжений в разделительных массивах достигает (3-4) уН.

Исследованиями установлено, что вокруг выработок может образоваться до трех и более зон дезинтеграции пород. Первая зона образуется, как правило, на расстоянии 1,5-3,5 м от контура выработки, следующие зоны соответственно 3,0-5,5 м, 5-8 м и т.д. Зоны наведенной интенсивной трещиноватости имеют ширину от 0,15-0,2 до 1,0-1,5 м. Они отделены одна от другой квазицшшндрическими зонами ненарушенного массива шириной от 0,2-0,3 м до 1,1-1,5 м и более.

Измерения конвергенции контура выработок при наличии явления дезинтеграции пород показали, что максимальные величины смещений при этом оказываются на порядок выше, чем в выработках тех же горизонтов, вокруг которых это явление не проявлялось.

На рис. 8 показаны характерные графики смещений кровли и почвы выработок при проявлении в их окрестности зональной дезинтеграции.

Зональное разрушение пород вокруг выработок проявляется по-разному. В одних выработках сразу после выемки горной массы вблизи контура образуются зоны дезинтеграции, и основные смещения пород происходят в течение 6-10 часов (рис. 8 а, кривая 1). После БВР в забое слышны сильный гул и треск, которые прекращаются сразу после образования зон дезинтеграции. В других выработках сразу после выемки горной массы дезинтеграционные процессы не наблюдались и смещения контура были незначительные. Но по истечении некоторого времени в ряде выработок это явление проявлялось, причем развитие его происходило примерно за такое же время, как и первом случае (рис. 8 б). Общая величина смещений контура при этом возросла почти на порядок. Вид крепи мало оказывал влияние на скачок смещений контура. Как правило, крепь разрушалась, происходили вывалы пород.

Измерения показали, что местами дезинтеграции породного массива являются зоны повышенных напряжений. После образования зон дезинтеграции в выработках смещения контура стабилизируются и в течение длительного времени их рост остается незначительным. Таким образом, способы крепления и поддержания выработок при проявлении зональной дезинтеграции пород должны строиться на принципиально иной основе. В случае зональной дезинтеграции массив горных пород представлен не квазисплошной, а слоистой средой.

Была решена статическая задача о напряженном состоянии в окрестности выработки круглого сечения, окруженной кольцами раздробленных и ненарушенных пород. Решение этой задачи позволяет определить один из важнейших для практики параметров - расстояние от контура выработки до внешней границы наиболее удаленной зоны разрушения, которое совпадает с удалением максимума опорного давления.

250 200 150 100 50 0

/ /

Т /

> и 2

2 4 6 810 720 1440

бремя, час

2160 2880

1 - ремонтная камера самоходного оборудования, гор. -1050 м (РТ), 2 - откаточный штрек, гор. -1050 м (РТ)

б 100

г г

«из X О)

2 4 6 8 10

720 1440

Время, час

2160

1 ~ откаточный квершлаг № 4 гор. ~ 800 м, крепь - монолитный бетон (РО), 2 - западный вентиляциото-закпадочный уклон, гор. - 950 м, крепь монолитный ж/б (РТ)

Рис. 8. Графики вертикальных смещений пород в горных выработках рудников «Октябрьский» (РО) и «Таймырский» (РТ)

Шестая глава диссертации посвящена разработке рекомендаций по выбору типов крепи горных выработок для различных геомеханических условий.

Выбор вида крепи производится в зависимости от класса выработки по ее назначению и роли в функционировании рудника, интенсивности проявлений горного давления и срока службы выработки.

В качестве критерия проявлений горного давления в выработках принимается смещение их породного контура за весь срок службы и выявленные формы разрушений контура, характерные для типичных геомеханических условий эксплуатации выработок данной группы. В табл. 2 приведены предельно допустимые смещения контура выработок для различных видов крепи.

В зависимости от назначения и сроков службы выработки ее поддержание на каждый период эксплуатации может осуществляться одним видом крепи, но с параметрами, соответствующими реализации смещений породного контура в конкретной геомеханической ситуации.

В табл. 3 представлены рациональные виды крепи выработок для различных геомеханических условий.

Таблица 2. Предельно допустимые смещения различных видов крепи

№ п/п Вид крепи Величины предельно допустимых смещений (Укр), мм

1 Монолитная бетонная и железобетонная 10-20

2 Набрызг-бетонная 20-30

3 Железобетонная сборная 50

4 Анкерная (ж/б анкеры) 40

5 Комбинированная из набрызг-бетона и ж/б анкеров 30-50

б Набрызг-бетонная армированная стекловолокном 75-100

7 Комбинированная из набрызг-бетона с упруго-податливыми анкерами 80-120

8 Усиленная комбинированная из ж/б штанг, на-брызг-бетояа к сварной металлической решетки 100-150

9 Монолитная железобетонная с поясами податливости 50-100

10 Деревянная рамная 150

11 Металлическая арочная податливая трехзвенная (типа АП) 300

12 _________ Металлическая податливая пятизвездная или кольцевая 500-700

Следует различать три вида потери устойчивости пород. Первый - вывалы, отслоения, обрушения горной массы по поверхностям ослабления, трещинам, контактам, напластованию, сланцеватости. Ис-

следования показали, что данный вид потери устойчивости наблюдается, как правило, в сильно нарушенных массивах при больших углах падения поверхностей ослабления.

Таблица 3. Рациональные виды крепи выработок для различных геомеханических условий

Группа выработок Рациональные типы крепи Примечание

I класс Группа А Монолитная бетонная и железобетонная; тюбинговая; комбинированная из монолитного бетона и железобетона и анкеров; комбинированная из анкеров, сварной металлической решетки и набрызг-бегона

П класс Группа А, С, Д Монолитная беггонная и железобетонная; монолитная бетонная и железобетонная с поясами податливости, металлическая арочная податливая; металлическая податливая с анкерами; комбинированная из анкеров, металлической сварной решетки и набрызг-бетона В зонах тектонических нарушений предусматривается упрочнение вмещающих пород смолами или цементацией (при необходимости)

Ш класс Группа А В Анкерная; иабрызг-бетонная, металлическая арочная, податливая с анкерами; комбинированная из анкеров, сварной металлической решетки и набрызг-бегона

IV класс Группа А При небольшом сроке службы выработки в слабонарушенных породах и рудах могут эксплуатироваться без крепи

Второй тип - разрушение пород в зонах концентрации напряжений. Данная форма неустойчивости выработок проявляется в сильно напряженных массивах на большой глубине, а также в зонах влияния очистных работ, когда подготовительные выработки оказываются в зоне опорного давления или при действии в массиве высоких тектонических напряжений.

Третий тип - значительные смещения пород в выработку, приводящие к уменьшению ее поперечного сечения. Данный вид потери устойчивости характерен для проходки выработок на большой глубине в породах малой прочности.

Приведенные исследования позволили создать единую классификацию устойчивости горных выработок (см. табл. 4), в которой нашли отражение геологическая и геомеханическая составляющая. Единая классификация устойчивости выработок позволяет геологическим службам рудников выдавать необходимые сведения технологам, на основании которых можно обоснованно выбирать тип крепи, соответствующей реальным геологическим и геомеханическим условиям эксплуатации выработок и выполнять расчеты ее параметров.

Сформулированы дополнительные требования к крепи для выработок, проводимых в условиях проявления зональной дезинтеграции, в зонах тектонической нарушенности и воздействия неравнокомпонешных полей напряжений. Крепь должна: обеспечить совместную работу всех элементов крепи по закрепляемому контуру выработки; активно воздействовать на упрочняемую часть приконтурного массива на всех стадиях поддержания выработки; обеспечивать сейсмоустойчивость выработок в условиях динамических проявлений горного давления на удароопасных участках и вблизи ведения взрывных работ; обеспечивать затяжку кровли и стенок выработок, исключающую развитие вывалов породы и «обыгрывание» элементов крени; включать элементы податливости; обладать способностью приспосабливаться к неровностям контура; обладать способностью воспринимать локальные концентрированные нагрузки и равномерно распределять их по периметру выработки; отвечать требованиям технологичности возведения; обеспечивать возможность усиления и ремонта крепи без существенных капитальных затрат и специального оборудования; быстрый (в течение 5-10 мет.) набор несущей способности крепи после ее установки.

Данные требования были в значительной степени учтены при разработке и испытаниях новых конструкций крепи, а именно: усиленной комбинированной крепи с двойным слоем набрызг-бетона; крепи сопряжений, в которой основные несущие элементы состоят из кустов предварительно-напряженных анкеров; системно-секционной комбинированной крепи (ССКК), состоящей из анкеров с закреплением связующим составом по всей длине, сварной решетчатой затяжки, секций гибких решетчатых подхватов и набрызг-бетона (рис. 9); комбинированной крепи с установленными в боках от почвы до пяты свода вертикальными металлическими элементами из швеллера, спецпрофиля или полосовой стали, закрепленными анкерами в почве, боках и пяте свода выработки; упругой решетки-подхвата, позволяющей создавать предварительный подпор вокруг анкеров 25-30 кН/м .

Указанные конструкции крепи прошли лабораторные и промышленные испытания и успешно применяются па рудниках НГМК. Описание конструкций, условий их применения и результаты испытаний приведены в диссертации.

Седьмая глава диссертации посвящена разработке методик расчета параметров крепи горных выработок для различных геомеханических условий их эксплуатации.

Методика расчета параметров крепления и поддержания горных выработок в массиве в обычных условиях.

Обычные условия проведения и поддержания выработок характеризуются отсутствием областей с повышенными полями напряжений от влияния очистных работ, тектоники, оставленных целиков и т.п. Этим условиям соответствует выработки группы «А» (см. табл. 3).

Таблица 4. Классификация пород и руд по их устойчивости в горизонтальных и наклонных выраб

о с Нарушенность пород >я к е Характер п их обна;

к „ ё р о Характеристика наиболее развитых . 5 О Ц М

Степет устойчиво: о Й систем трещин Основные формы элементарного блока 6 " Степень ослабляющю вторичных изменений

8-•ё- О « « из к Й- по углу падения по наличию ослабляющих ми- по рельефу стенок Среднее ра< *ежду трещ е- »г й £ & •а а вывалы, отслоения

нералов

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Ус- ¿10 Две верти- Нет Все три не- Паралле- >20 Слабая - Отслое-

тойчи кальные ровные или лепипед- (породы ния от-

вые (>70°), одна горизонтальная шероховатые ная, плитчатая, реже - призма- выглядят свежими) дельных кусков породы,

(<10°) тическая длитель-

ность обнаж. без вывалов до 6 мес.

Сред- <6 Две верт., По одной Одна вертик. Призмати- >10 От сла- >30° Отдель-

ней одна гори- вертик. гладкая, ос- ческая, па- бой до ные вы-

устои зонт. или есть ос- тальные не- раллелепи- средней валы из

чиво- пологая (10- лаб. ровные или педная, (в породе кровли

сти 30°).0дна верт., другая верт. или крутая (5070°), третья горизонт. минер. По горизонт. -ослаб, минералы шероховатые. Горизонт, гладкая, остальные - неровные, шероховатые плитчатая, трапецеидальная имеется небольшое количество ослабл. минер.) до 1,0 м. Длит, обнаж. без вывалов до 0,5 мес.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Сла- <4 Одна на- По двум Две гладкие, Ромбоэд- >5 От слабой - Система- Зоны раз- Смеще-

бой клон. крут., есть ос- остальные - рическая, до сильной тические рушений ния до

ус- другая на- лабляю- неровные или линзовид- (порода вывалы, в охваты- 500 мм

той- клон. (30- щие ми- шероховатые ная, парал- заметно том числе вают в оса-

чиво- 50°) или нералы лелепипед- изменена) мощно- большую дочных

сти крут., третья наклон. Одна крутая ная стью более 1 м, часть контура вы- породах или до

Одна вер- По гори- гладкая, ос- Трапецеи- длитель- работки и 200 мм

тик., другая зонт. тальные - дальная, ность об- распро- в маг-

крутая, трс- ' есть ос- неровные или параллеле- нажения страняют- матиче-

тья горизон- лабл. шероховатые. пипедн., без выва- ся на глу- ских

тальная или минер. Горизонталь- плитчатая, лов до 1 бину бо- породах

пологая ная гладкая, призма- суток лее 1 м

Две верти- По од- остальные - тич.,

кальные, ной- неровные или линзовид-

одна гори- двум шероховатые ная, ром-

зонтальная есть ос- лабл. минер. боэдрическая

Неус- Лю- Две наклон- По трем Все три глад- Линзовид- - От слабой - Обруше- Интен- Смеще-

той- бые ные или есть ос- кие ная, че- до сильной ния сразу сивные ния

чи- зна- крутые, тре- лабляю- шуйчатая, (порода после об- разруше- >500 мм

вые че- тья пологая щие ми- ромбоэд- заметно нажения. ния пород в оса-

(раз- ния или наклон- нералы рическая, изменена) В движе- по всему доч. по-

дроб- ная реже плит- ние при- контуру родах

лен- чатая, па- ходят выработ- или

ные) раллелепи-педная и др- большие массы породы ки >200 мм в маг-матич. породах

1 ~ анкер; 2 - сварная решетка; 3 - секция гибких решетчатых подхватов;

4 - клин; 5 - набрызг-бегон

Рис. 9. Системная секционная комбинированная крепь

Для определения параметров комбинированной крепи, которая в настоящее время является базовой крепью на рудниках Талнахского рудного узла и состоит из анкеров (железобетонных или сталеполимерных, набрызг-бетона и сварной металлической решетки), автором, по результатам проведенных исследований построены номограммы (рис. 10), пользуясь которыми можно определить требуемые параметры.

Методика определения параметров крепи в массиве в. зоне действия повышенных напряжений.

К этим условиям относятся выработки групп В, С и классов Л, Ш (см. табл. 3).

Для определения параметров комбинированной крепи в этих условиях построена номограмма, аналогичная приведенной на рис. 10.

В породах и рудах весьма сильной нарушенности (раздробленные породы) базовую комбинированную крепь не рекомендуется использовать как средство усиления под держивающих видов крепи.

Кя - коэффициент, зависящий от угла встречи выработки с основной системой трещин; В - ширина выработки; С - сетка штангования; Я - глубина; 4 - глубина штангования

Рис. 10. Номограмма для определения параметров комбинированной крепи в обычных условиях

Методика крепления горных выработок в условиях проявления зональной дезинтеграции.

Как было показано выше, основным признаком зональной дезинтеграции является разрушение массива на контуре и в глубине с образованием чередующихся зон нарушенных и условно ненарушенных пород, повторяющих контур выработки. При этом массив приобретает структуру и свой-

ства слоистого массива. Крепление выработок в таком массиве целесообразно осуществлять комбинированной крепью путем формирования с помощью анкеров несущего слоя определенной мощности.

Мощность несущего слоя пород, скрепляемого анкерами, определяется по формуле, полученной в результате обработки экспериментальных данных:

где В - ширина выработки в проходке, м; у~ объемный вес пород, мН/м3; кг ~ коэффициент глубины, следует принимать к0 = 1,5 в условиях действия повышенного поля напряжений от влияния тектоники, и ка = 2,5 при попадании выработки в зону опорного давления от влияния очистных работ или проведении ее в этой зоне; ку - коэффициент влияния на упрочнение пород угла встречи анкеров с развитой системой трещин, находится в пределах к, = 1,2-1,7; кп - коэффициент пригрузки принимается равным 1,55 при образовании одной зоны дезинтеграции, 2,4 при двух и 3,2 при трех зонах дезинтеграции; кзт. - коэффициент запаса с увеличением прочности пород с 60 до 200 МПа уменьшается с величины 1,8 до 1,0 и определяется по графику приведенному в диссертации; Яс - прочность пород на одноосное сжатие,

где ¡в - длина выступающей в выработку части анкера, м.

Сопротивление анкерной крепи Рак и требуемое количество анкеров в ряду (Лк) определяется по графику и формулам приведенным з диссертации.

Методика определения параметров крепи выработок в зонах разгрузки.

В зонах разгрузки находятся выработки, расположенные в подработанном и надработанном массивах; пройденные вприсечку к закладочному массиву; проведенные и поддерживаемые в массиве, разгруженном скважинами большого диаметра.

Для вновь подготавливаемых горизонтов в случае применения жестких видов" крепи (монолитный бетон, железобетон, набрызг-бетон и т.п.) выработки в подрабатываемом массиве располагают за пределами областей повышенных и критических деформаций, но не ближе чем показано в табл. 5 при развитых пролетах подработки. Данные табл. 5 корректируются умножением на коэффициент к„ влияния эффективной мощности рудной залежи, приведенный в диссертации.

Для вновь подготавливаемых горизонтов, если используются жесткие виды крепи, выработки в надработанном массиве следует располагать за пределами зоны существенного влияния очистных работ, не ближе, чем на расстояния, приведенные в табл. 5, при развитых пролетах подработки.

(4)

МПа.

Длину анкеров принимают равной:

4; ^нс Аъ

(5)

Данные табл. 5 корректируются, путем умножения их на коэффидиент влияния мощности обрабатываемой рудной залежи (к,„), представленный в диссертационной работе.

Таблица 5. Минимально допустимые расстояния от контура рудного тела до подрабатываемой (числитель) или надрабатываемой (знаменатель)

выработки

Глубина от Расстояние между рудной залежью и выработкой (м) в зависимости

поверхности от расчетной прочности пород на ее контуре Кс, МПа

до выработ- До 20 30 40 50 60 90 120 140 Более

ки, м 160

До 200 120 40 100 35 80 25 60 20 - - - - -

400 160 140 120 100 100

50 40 35 30 25

600 210 190 170 150 130 100 90

60 35 50 45 40 35 30

800 230 210 190 170 150 120 по 90

70 60 65 50 45 40 35 30

1000 250 230 210 190 170 160 140 110 90

90 80 75 70 60 50 45 40 35

1200 280 260 240 220 190 180 160 140 110

95 85 80 75 65 55 50 45 40

1500 320 290 270 250 230 210 190 160 130

100 95 90 85 75 65 60 50 45

Методика определения параметров крепи выработок в зоне тектонических нарушений.

За критерий оценки устойчивости закрепленных подготовительных выработок, пройденных вблизи тектонических нарушений, принята предельная величина смещений их контура.

В результате геолого-структурных исследований в выработках, пройденных вблизи нарушений, установлена связь величины амплитуды смещения нарушения с размерами зон нарушенности в висячем и лежачих боках нарушений и величина коэффициента структурного ослабления. В зависимости от условий поддержания выработок выделены 3 группы. В автореферате, в качестве примера, приводится порядок расчета только для одной -третьей группы выработок. Расчетные формулы и величины включенных в них параметров приведены в диссертации.

Для выработок третьей группы условий поддержания, пройденных параллельно нарушению на расстоянии от него более пролета выработки, метод прогноза смещений заключается в следующем:

1) по данным геологоразведочного бурения выявляют порядок нарушения (амплитуду смещения). Порядок нарушения определяет величину коэффициента структурного ослабления и протяженность зон одинаковой нарушенности в висячем и лежачем боку;

2) определяют расчетный предел прочности массива пород на сжатие с учетом коэффициента структурного ослабления;

3) анализируют горнотехнические условия. Они определяют максимальный коэффициент концентрации напряжений (зависит от порядка нарушения и расстояния от выработки до нарушения);

4) рассчитывают радиус зоны предельного состояния и неулругих деформаций пород;

5) по эмпирической зависимости определяют начальные смещения пород;

6) определяют величину смещений пород с учетом угла встречи выработки с тектоническим нарушением (основной наиболее развитой системой оперяющей трещиноватости). Затем, определяют коэффициент изменения начальных смещений пород по установленной зависимости от величины структурного ослабления пород и угла встречи выработки с основной системой трещиноватости. С учетом этого коэффициента определяют смещения;

7) определяют коэффициент увеличения смещений пород в зоне влияния очистных работ по установленной его зависимости от расстояния до тектонического нарушения и расстояния до фронта очистных работ;

8) размер зон предельного состояния пород и ожидаемые расчетные смещения служат обоснованием для выбора вида и параметров крепи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основании выполненных автором исследований изложены научно обоснованные технические и технологические решения обеспечения устойчивости подземных горных выработок, пройденных в предельно-напряженном рудном массиве блочного строения, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики страны. Научно обоснован ряд технических и технологических решений, позволивших повысить эффективность и безопасность отработки рудных месторождений на больших глубинах.

Основные научные и практические результаты диссертации заключаются в следующем.

1. На больших глубинах в реальном горном массиве блочного строения вокруг выработок формируется поле повышенных напряжений, которое относительно их сечения характеризуется неоднородностью и асимметричностью. Величина напряжений на отдельных участках контура выработок в несколько (3-5) раз превышает прочность окружающего массива и несущую способность крепи и является причиной их деформаций и разрушения.

2. Установлены закономерности проявлений горного давления в горных выработках, проводимых до начала очистных работ, расположенных в зоне опорного давления, в надработанном и подработанном массиве. Построены номограммы, позволяющие производить прогноз смещений контура выработки при прочности пород на сжатие от 20 до 80 МПа в диапазоне глубин до 1500 м.

3. В зоне влияния тектонических нарушений интенсивность проявлений горного давления зависит от взаимного расположения выработки и плоскости смесгателя, угла встречи с ним, расположения ее в лежачем или висячем боку нарушения. Получены зависимости смещений кровли и объемов обрушений пород от указанных факторов. Установлен о, что основной формой вывалов пород на участке тектонических нарушений являются вывалы из кровли с образованием несимметричного свода шатровой формы. Высота свода обрушения может превысить пролет выработки, а основную роль в разрушении контура выработки играют тектонические горизонтальные напряжения.

4. Установлено, что на большой глубине вокруг выработки на различном расстоянии от контура формируются области, в которых напряжения в 1,5-2,0 и более раз превышают исходные, в этих местах и происходят последующие разрушения пород с образованием вокруг выработки дезинте-грационных зон, при этом блочный массив на расстоянии от контура выработки 7-12 м превращается в слоистый трещиноватый массив с толщиной слоев от 0,6-0,8 до 1,2-1,7 м. Величины смещений пород на контуре при проявлении зональной дезинтеграции на порядок превышают величину смещений в выработках, в которых не отмечено это явление. Интенсивный рост смещений в проводимой выработке происходит в течение 6-10 часов и достигает 50-300 мм. В ранее пройденной выработке при создании условий зональной дезинтеграции смещения развиваются мгновенно, достигая указанных величин часто с повреждениями крепи и вывалами породы.

5. Экспериментально решена задача о напряженном состоянии в окрестности выработки круглого сечения, окруженной кольцами раздробленных и ненарушенных пород. Решение этой задачи позволяет определить один из важнейших для практики параметров - расстояние от контура выработки до внешней границы наиболее удаленной зоны разрушения. Доказано, что зональная дезинтеграция является незаконченной фазой перехода породы в предельное состояние с сохранением вероятности перехода в предельное состояние во всем объеме зоны опорного давления.

6. Доказано, что при определении параметров крепи горных выработок на больших глубинах в качестве критерия проявлений горного давления необходимо принимать не только смещения их породного контура за весь срок службы, но и формы разрушений, характерные для геомеханических условий эксплуатации выработок данной группы. Разработана классификация устойчивости горных выработок, в которой, в отличие от известной, нашли отражения не только геологическая, но и геомеханическая составляющая, на основании которых можно обоснованно выбирать тип крепи,

соответствующий реальным условиям эксплуатации выработок и выполнять расчеты ее параметров.

7. Установлено, что конструкции и взаимодействие элементов практически всех применяемых типов крепей рассчитаны для случаев формирования в поддерживаемом массиве симметричного однородного поля напряжений, в котором суммарный вектор преобладающих деформаций близок к вертикальному. Это в большинстве случаев не соответствует реальному полю напряжений, формирующихся в массиве вокруг горных выработок. Сформулированы требования к конструкциям крепи, обеспечивающим устойчивое состояние выработок в рассматриваемых условиях. Показано, что при выборе и установлении параметров крепи необходимо принимать во внимание не только смещения породного контура за весь срок службы, но и выявленные формы разрушений контура, характерные для геомеханических условий эксплуатации выработок данной группы.

8. Разработаны и испытаны новые конструкции крепи и ее элементов, соответствующие сформулированным требованиям, а также выявленным величинам смещений и формам разрушения выработок: усиленной комбинированной крепи с двойным слоем набрызг-бетона, сопряжений, в которой основные несущие элементы состоят из кустов предварительно-напряженных анкеров, комбинированной крепи с установленными в боках выработай от почвы до пяты свода вертикальными металлическими элементами из швеллера спецпрофиля или полосовой стали, закрепленных анкерами в почве боках и пяте свода выработки; упругой решетки-подхвата, позволяющей создавать предварительный подпор вокруг анкеров равный 2530 кН/м2.

9. Разработаны методики определения параметров крепи горных выработок для определенных геомеханических условий их эксплуатации: одиночных выработок, пройденных в сильно напряженном породном массиве, в том числе при проявлении зональной дезинтеграции; выработок, пройденных в подработанном и надработаином массиве; в зонах влияния тектонических нарушений; в зонах повышенного опорного давления под влиянием очистных работ.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Аршавский В.В. Опыт укрепления приконтурного массива горных пород на рудниках Норильского комбината [Текст]/ В.В. Аршавский, В.П. Марысюк, Б.Н. Самородов, Л.А. Спирин, А.П. Тапсиев, Б.П. Бадгаев // Горный журнал. - 1999.-№ 2. - С. 77-79.

2. Бадгаев Б.П. Проявления горного давления в выработках, проводимых в трещиноватых породах [Текст] / Б.П. Бадтиев, В.Н. Рева, М.А Розен-баум // Горный журнал. - 1999. - № 10. - С. 13-16.

3. Бадтиев Б.П. Поддержание горных выработок глубоких рудников Норильска при условии зонального разрушения пород [Текст] / Б.П. Бадтиев, В.Н. Рева, М.А. Розенбаум // Сборник ВНИМИ. - СПб, 1999. - С. 175178.

4. Валетов A.B. Современное состояние минерально-сырьевой базы ОАО «НГМК» [Текст] / A.B. Валетов, О.И. Олешкевич, Б.П. Бадтиев и др. II Цветные металлы. - 2000. -№ 6. - С. 10-14.

5. Богданов М.Н. Перспективы развития горного производства [Текст] / М.Н. Богданов, Б.М. Липчанский, Б.П. Бадтиев // Цветные металлы. - 2000. - № 6. - С. 18-21.

6. Бадтиев Б.П. Геомеханическая ситуация при отработке разделительного массива РМ-2 [Текст] / Б.П. Бадтиев, Е.А. Бабкин, Ю.Н. Наговицин и др. // Горный журнал. - 2001. - № 4. - С. 22-24.

7. Ананикян С.А. Исследование влияния взрыва на устойчивость ру-довмещающего массива при комбинированной разработке месторождений [Текст] / С. А. Ананикян, О.З. Габараев, Б.П. Бадтиев и др. // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2001. - № 11. - С. 98-101.

8. Бадтиев Б.П. Формирование устойчивых структур при поддержании горных выработок на рудниках Талнаха [Текст] / Б.П. Бадтиев, Е.А. Бабкин, В.Н. Рева и др. // Горный журнал. - 2004. - № 12. - С. 28-32.

9. Аршавский В.В. Геодинамическое моделирование рудного месторождения [Текст]! В.В. Аршавский, В.В. Зубков, Н.й. Мишин, А.Н. Шабаров, Б.П. Бадтиев // Горный журнал. - 2004. - № 12. - С. 32-36.

10. Богданов М.Н. Техническое перевооружение и модернизация горного производства ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» [Текст] / М.Н. Богданов, Б.П. Бадтиев, С.П. Горбунов // Добыча и переработка руд норильского промышленного района (сборник научных трудов НИИ). - Норильск, 2005 - С. 4-10.

И. Аршавский В.В. Об одном кинематическом критерии прогнозирования предельного состояния массивов горных пород по шахтным сейсмологическим данным [Текст] /В.В. Аршавский, Е.А. Бабкин, В.И. Востриков, Б.П. Бадтиев и др. // ФТПРПИ. - 2006. -№ 6. - С. 3-10.

12. Опарин В.Н. Видеокаротажный зонд [Текст] / В.Н. Опарин, A.A. Акинин, В.И. Востриков, А.П. Тапсиев, Б.П. Бадтиев, Е.А. Бабкин // ФТПРПИ. - 2006. 6. - С. 119-124.

13. Востриков В.И. Анализ сейсмоактивности породного массива рудников Норильского месторождения в период 1994-2005 гг. [Текст] / В .И. Востриков, Б.П. Бадтиев, Н.Ф. Жилкина и др. // Тр. научной конф. с участием иностранных ученых «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли» (10-13 окт, 2005 г). - Новосибирск: ИГД СО РАН, 2006. - С. 7-15.

14. Бадтиев Б.П. Совершенствовать технологии горных работ в сложных горно-геологических условиях [Текст] / Б.П. Бадтиев, Е.А. Бабкин, Х.Х. Кожиев // Горный журнал. - 2006. -№ 9. - С. 50-52.

15. Аршавский ВВ. Опыт внедрения слоевой восходящей выемки руды с магазинированием и применением дизельного самоходного оборудования на горных предприятиях ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» [Текст] / В.В. Аршавский, Б.П. Бадтиев, А.Г. Анохин и др. // Тр. конф. «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды» с участием

иностр. ученых (10-13 окт. 2006 г.) в 2-х т. Т 1. Геотехнологии. - Новосибирск: Изд-во ИГД СО РАН, 2007. - С. 59-67.

16. Бодалов В.Е. Уникальная технология закладочных работ на руднике «Комсомольский» [Текст] / В.Е. Бодалов, В.М. Гига, Х.Х. Кожиев, Б.П. Бад-■гаев и др. // Горный журнал. - 2007. - № 1. - С. 15-18.

17. Анохин А.Г. Совершенствование восходящей слоевой системы разработки с закладкой для выемки медистых руд [Текст] / А.Г. Анохин, В.П. Марысюк, Ю.Н. Наговицин, Б.П. Бадгаев и др. // Цветные металлы. -

2007,- №7. -С. 9-12.

18. Опарин В.Н. Обоснование концепции рудника будущего для условий отработки мощных пологих медно-никелевых залежей на больших глубинах [Текст] / В.Н. Опарин, И.И. Айнбиндер, Ю.И. Родионов, П.Г. Пацкевич, Б.П. Бадгаев, и др. // ФТПРПИ. - 2007. - № 6. - С. 89-100.

19. Бадгаев Б.П. Развитие системы управления горным давлением и технологии крепления выработок на рудниках ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» [Текст] / Б.П. Бадгаев, Е.А. Бабкин // Горный журнал. - 2008. -№5.-С. 17-19

20. Опарин В.Н. Мировой опыт автоматизации горных работ на подземных рудниках [Текст] / В.Н. Опарин, Е.П. Русин, А.П. Тапсиев, А.М. Фрейдам, Б.П. Бадгиев // Рос. акад. наук, Сиб. отд-ние, Ин-т горного дела. - Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. - 99 с.

21. Учебное пособие для специальности 130404 Дипломное проектирование. Норильский индустриальный ин-т [Текст] / М.С. Скачков, А.Н. Лам-зин, Б.В. Федоренко, Б.П. Бадгиев. - Норильск: Изд-во НИИ, 2007. - 266 с.

22. Опарин В.Н. Зональная дезинтеграция горных пород и устойчивость подземных выработок [Текст] / В.Н. Опарин, А.П. Тапсиев, М.А. Розенбаум, В.Н. Рева, Б.П. Бадгаев, А.И. Чанышев. - Новосибирск: Изд-во СО РАН,

2008. - 280 с.

23. Инструкция по безопасному ведению горных работ на рудных и нерудных месторождениях, объектах строительства подземных сооружении склонных и опасных по горным ударам РД 06-329-99 [Текст] / А.М. Ильин, И.М. Петухов, A.A. Филинков, Б.П. Бадгиев и др. - М.: Госгортехнадзор России, 2000. - 179 с.

24. Указания по безопасному ведению горных работ на Талнахском и Октябрьском месторождениях, склонных и опасных по горным ударам [Текст] / А.Л. Анохин, A.A. Андреев, В.В. Аршавский, Б.П. Бадгаев и др. -Норильск, 2001. - 107 с.

25. Указания по безопасному ведению горных работ на Талнахском и Октябрьском месторождениях [Текст] / А.Л. Анохин, A.A. Андреев, В.В. Аршавский, Б.П. Бадтиев и др. - Норильск, 2007. - 174 с.

26. Опарин В.Н. Современное состояние, проблемы и стратегия развития горного производства на рудниках Норильска [Текст] / В.Н. Опарин, А.П. Тапсиев, М.Н. Богданов, Б.П. Бадгиев и др. - Новосибирск: йзд-во СО РАН, 2008. - 372 с.

Подписано в печать 07.07.2009. Формат 60 х 84 /16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Уч. печ. Л. 2,5. Уч.-изд. л. 2,75. Тираж 100 экз. Зак. 355. Поз. Плана 27н.

ИД №06509 от 25.05.2007 Учреждение Российской Академии наук Институт горного дела СО РАН 630091, г. Новосибирск, Красный проспект, 54.

Содержание диссертации, доктора технических наук, Бадтиев, Батрадз Петрович

Общая характеристика работы.

1.,Состояние изученности проблемы.

1.1. Современные представления о деформируемости и разрушении» горных- массивов вокруг подземных выработках на больших глубинах

1.2. Особенности залегания пластообразных рудных залежей

1.2.1. Горно-геологические и* горнотехнические особенности разработки?Талнахского рудного узла

1.2.2. Опыт крепления горных выработок-на больших глубинах 39 1.3". Применяемые типы крепи и состояние капитальных выработок на рудниках Талнаха,.

2. Закономерности, формирования контура выработок в сильно напряженном блочноммассиве.

2. Г. Типизация.>выработок по условиям их эксплуатации.

2.2. Изучение на.моделях проявлений горного давления в одиночных выработках, пройденных в трещиноватом массиве

2.3. Исследования проявлений горного давления при проходке подготовительных-выработок.

2.4. Особенности-разрушения контура выработок прифасположении их в предельно-напряженном массиве.80"

Выводы по главе.

3. Исследования закономерностей разрушения горных пород ^вокруг подготовительных выработок в зонах-тектонических нарушений.

3.Г. Анализ геологических, структурно-механических и горнотехнических условий поддержания выработок в зонах тектонических нарушений, их классификация

3.2. Исследования напряженно-деформированного состояния пород вокруг выработок и их сопряжений в зонах влияния тектонических нарушений.

Выводы по главе.

4. Исследования проявлений горного давления в выработках, подверженных.влиянию очистных работ.

4.1. Исследования проявлений, горного давления в подрабатываемых выработках.

4.2. Изучение деформируемости надрабатываемых выработок . . 134 Выводы по главе.

5. Зональная структура разрушения породного массива.

5.1. Исследование устойчивости горных выработок при проявлении зональной дезинтеграции.

5.1.1. Методика исследований.

5.2. Результаты исследований.

5.3. Теоретические аспекты эффекта зональной дезинтеграции . . 169 5.3.к Математические модели зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок.

5.3.2. «Балочное приближение теории трещин».

5.3.3. Упругопластическая'модель.

5.4. Формирование устойчивых структур при поддержании горных выработок на рудниках Талнаха.

Выводы по главе.

6. Рекомендации по выбору типов крепи горных выработок для различных геомеханических условий их эксплуатации^.

6.1!. Классификация условий для выбора типа крепи горных выработок

6.2. Разработка системно-секционной комбинированной крепи (ССКК).

6.3. Лабораторные испытания разработанных конструкций крепи и ее элементов.

6.3.1. Результаты испытаний плоских решеток - подхватов

6.3.2. Результаты испытаний упругих решетчатых подхватов . . 229 6.4. Рекомендации по креплению горных выработок, соответствующие выявленным формам разрушения контура выработок

6.4.1. Усиленная комбинированная крепь.

6.4.2. Сооружение сопряжений.

6.4.3 Комбинированная крепь.

Выводы по главе.

7. Методики расчета параметров крепи горных выработок для различных геомеханических условий их эксплуатации

7.1. Крепление и поддержание горных выработок в массиве в обычных условиях, вне областей повышенных концентраций напряжений.

7.2. Крепление и поддержание горных выработок в зоне действия повышенных или пониженных напряжений.

7.2.1. Крепление горных выработок в условиях проявления зональной дезинтеграции.

7.2.2. Крепление и поддержание выработок в зонах разгрузки

7.2.3. Определение параметров крепи выработок в зоне тектонических нарушений

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Развитие научных основ крепления горных выработок при разработке рудных залежей блочного строения на больших глубинах"

Актуальность проблемы.

Крепление и поддержание горных выработок в устойчивом состоянии в период эксплуатации является одним из наиболее ответственных и ресурсоемких технологических процессов горного производства. Выбор крепи с недостаточной несущей способностью приводит к возрастанию риска внезапных обрушений, вероятности незапланированных простоев. Установка крепи с излишней несущей способностью становится причиной роста непроизводительных затрат.

Однако имели место случаи разрушения рекомендованных крепей, например, в зонах тектонических нарушений на контактах геологических блоков. На одной и той же глубине в одних случаях деформации проявлялись в виде вывалов и разрушений кровли, в других - в разрушении и осыпании стенок выработки, пучении почвы. Это, а также отмечаемая зачастую асси-метричная форма вывалов в закрепленных выработках, уже ставило под сомнение правильность распространения существующих теоретических подходов на все возможные условия расположения горных выработок.

Применяемые конструкции крепи и методики расчетов ее параметров не учитывали особенности зонального деформирования и разрушения породного массива. Действующая- методика, выбора крепи предусматривала использование двух классификаций, горных пород - по устойчивости (для< выработок, расположенных в нетронутом массиве и зонах опорного давления) и not нарушенности (для< выработок, расположенных в зонах разгрузки): В; качестве критерия проявлений горного давления принимались только8 смещения^ породного контура за весь срок службы выработки без учета, форм разрушений контура, характерных для тех или иных геомеханических условий эксплуатации. Это усложняло процесс подготовки, проектно-технической документации, а иногда приводило к принятию ошибочных решений по, выбору крепи. - '

Создавшаяся ситуация- обусловила актуальность! проведениям большого» объема специальных исследований по определению-закономерностей смещеt ний и деформаций пород, характерных для различных, геомеханических условий существования выработок, и на этой основе, разработки способов их крепления и поддержания, методик расчета крепи, которые соответствовали бы реальным горно-техническим и геомеханическим условиям эксплуатации выработок, повысили надежность.обеспечения устойчивости.

Цель, работы - развить, научные основы и разработать способы крепления выработок, пройденных в предельно-напряженном горном массиве блочного строения, учитывающие установленные новые закономерности деформирования пород, обеспечивающие устойчивость породных обнажений.

Идея. работы заключается в использовании предложенной классификации устойчивости горных пород, учитывающей тип геотехнических условий проведения и эксплуатации подземных выработок, устанавливаемый в зависимости от выявленных новых закономерностей деформирования и разрушения блочного породного массива.

Методы* исследований. При выполнении научно-исследовательских и научно-технических работ использовались следующие методы: анализ и обобщение литературных фондовых, патентных материалов и технических разработок по теме диссертационных исследований;

- лабораторные эксперименты методами физического моделирования на моделях из эквивалентных и оптически активных материалов; шахтные эксперименты по-изучению проявлений горного давления, деформирования и разрушения породного массива вокруг выработок с применением современных методов натурных исследований;

Задачи исследований.

1. Выполнить типизацию геомеханических условий эксплуатации горных выработок в условиях сплошной выемки мощных пологих удароопасных рудных залежей Талнахско-Октябрьского месторождения с твердеющей закладкой выработанного пространства.

2. Изучить особенности деформирования и разрушения массива горных пород применительно к основным типам геомеханических условий: в предельно-напряженном блочном массиве вне и в зоне влияния очистных работ, в-подработанном и надработанном массиве, в окрестности тектонических нарушений, в условиях проявлений зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок.

Достоверность и обоснованность научных положений выводов и рекомендаций подтверждается:

- соответствием результатов экспериментов по изучению проявлений горного давления на моделях из эквивалентных и оптически активных материалов натурным данным, полученным в зоне влияния тектонических нарушений и в условиях проявлений зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок;

- положительными результатами внедрения технологических решений и рекомендаций по креплению горных выработок и их сопряжений разработанными для этих условий основными видами крепи — усиленной комбинированной, сталеполимерной анкерной, предварительно напряженной железобетонной, усиленной набрызг-бетонной;

- включением рекомендаций автора в действующие нормативно-методические документы.

Научные положения, выносимые на защиту.

2'. Горные выработки, в зависимости от характера деформирования*;обнажений и форм разрушения контура, соизмеримости величины и скорости смещений приконтурных пород следует разделять на: пройденные и поддерживаемые в нетронутом массиве; пройденные: и последовательно попадающие в зоны опорного давления; в условия надработки или подработки; пройденные: в;, сильно1 нарушенных зонах в, окрестности тектонических нарушений; пройденные в областях проявления, зональной? дезинтеграции; горных пород.

3. Параметры крепи горных выработок в условиях проявления зональной дезинтеграции определяются с учетом? переформирования;, блочного массива на расстоянии до 10-12 м от контура выработки в разнопрочную, слоистую геосреду с мощностью слоев от 0,6-0,8 до 1,2-1,7 м, обладающую присущим ей характером развития; деформаций и форм, разрушения:

4. Тип, параметры и конструкция? крепи; устанавливаются на основе прогноза не только- величин смещений кровли и действующих в массиве напряжений, но и обязательного учета возможных деформаций контура выработок и форм разрушений массива пород,, характерных для;1 тех или иных геомеханических условий проведения и эксплуатации выработок, приведенных в предложенношклассификации:

5. Надежное обеспечение устойчивости выработок достигается» при удовлетворении- конструируемых; крепей дополнительным требованиям, сформулированным и реализованным в настоящей работе.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Установлены неоднородность и асимметрия? нагружения контура; выработки в реальном горном: массиве, приводящие к формированию на; отдельных его участках, являющихся очагами последующего разрушения, зон концентрации напряжений, в 3-5 раз превышающих по величине прочность окружающего массива и несущую способность крепи.

2. Обоснована: и построена номограмма, позволяющая производить прогноз смещений контура выработки при прочности пород на сжатие от 20 до 80 МПа в диапазоне глубин 200-1500 м для выработок, проводимых в массиве до начала очистных работ, в зоне опорного давления, в надработан-ном и подработанном массиве.

3. Получены зависимости смещений кровли и объемов вывалов пород от взаимного расположения выработки и плоскости нарушения, размещения выработки в лежачем или висячем боку тектонического разлома. Выявлена основная форма вывалов пород из кровли выработок на участках тектонических нарушений с образованием несимметричного свода шатровой формы. Высота свода обрушения может превышать пролет выработки, а основную роль в разрушении контура играют тектонические горизонтальные напряжения, которые на месторождении превышают вертикальные в 1,4 - 1,6<раза.

4. Установлены ширина распространения зон дезинтеграции (до 7-12 м от контура выработки), а также величины конвергенции пород на контуре выработок при проявлении зональной дезинтеграции, на порядок превышающие величину смещений пород в> выработках, в которых это явление не отмечено. При формировании зон дезинтеграции в проводимой выработке интенсивный рост смещений, достигающих 50-300 мм, наблюдается в течение 6-10 часов после проведения взрывных работ. При формировании зон дезинтеграции вокруг ранее пройденных выработок смещения развиваются практически мгновенно, также достигая указанных величин, часто вызывая повреждения крепи и вывалы пород.

5. Разработаны новые методики определения параметров крепи горных выработок на больших глубинах, в которых в качестве критерия проявлений горного давления принимается не только величина смещений их породного контура за весь срок службы, но и формы разрушений контура, характерные для геомеханических условий эксплуатации.

6. Сформулированы и реализованы в новых конструкциях крепи дополнительные требования, обеспечивающие надежное поддержание подземных горных выработок, проводимых и эксплуатируемых в условиях проявле " . 11 ■ ния зональной дезинтеграции,, в зонах тектонической нарушенности и действия асимметричных полей напряжений.

Практическая ценность работы;

1. Разработаны и испытаны- новые конструкции: анкерной-крепи; с уп-руго-решетчатымш подхватами^, создающими предварительный подпор по обнаженной поверхности: кровли;: комбинированной; крепи со; стойками; усиления; железобетонной предварительно-напряженной^ крепи? сопряжений; усиленной» комбинированною крепи со сталеполимерными анкерами; двойным* слоем набрызг-бётона и плоскими, сварными решетками-подхватами.

2. Разработаны инженерные: методики;; расчета' параметров? крепи применительно ко всем,: установленным типам, геомеханических, условий эксплуатации. выработок на рудниках; «Маяк», «Комсомольский», «Октябрьский»; «Таймырский»,и«Скалистый»НорильскогоЕМК.

31 Разработаны требования- к.крепи горных выработок в условиях проявлений- эффекта зональной дезинтеграции породного массива: и созданы системно-секционные крепи для этих условий.

Реализацияфаботыг

Результаты работы используются в проектных и проектно-конструкторских организациях «Норильскпроект», «Гипроникель»* «Полиметалл» при выполнении проектно-конструкторских работ, вошли составной частью; в^ нормативно-методические документы, регламентирующие выбор вида, параметров и конструкции крепи горных выработок на рудниках «Заполярный», «Маяк», «Комсомольский», «Октябрьский»,. «Таймырский» и «Скалистый» Норильского горно-металлургического комбината; на предпри--ятиях «ОУБР» и «АЛРОСЛ» .

Личный вклад авторазаключаетеяв:

- постановке проблемы, организации и проведении: широкомасштабных длительных: исследований:проявлений горного давления! в горных выработках В; различных геомеханических условиях их эксплуатации на рудниках Норильского FMK;:

- постановке задач и разработке методики исследований на моделях из эквивалентных материалов;

- выборе объектов исследований и руководстве опытно-промышленными испытаниями анкерной сталеполимерной и комбинированной усиленной крепей;

- организации и-про ведении опытно-экспериментальных работ по>изучению работоспособности новых разработанных типов и конструкций крепи горных выработок в условиях проявлений зональной дезинтеграции породного массива;

- получении основных научных результатов диссертации.

Апробация. Основные положения диссертации докладывались - на Международной * конференции по механике горных пород (Санкт-Петербург, 1996 г.), на Международной конференции «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли» (Новосибирск 2005 г.), на Международной конференции «Фундаментальные проблемы формирования техногенной геосреды» (Новосибирск 2006, 20081 гг.); на1 региональной«научно-практической конференции «Добыча и переработка руд Норильского промышленного района» (Норильск, 2005 г.), на заседании горной секции HTG Норильского горнометаллургического комбината (Норильск, 2005 г.), на научных семинарах в Институте горного дела СО РАН (Новосибирск, 2006, 2008 гг.), на секции Ученого совета по геомеханике ВНИМИ (Санкт-Петербург, 2006, 2007 гг.).

Публикации. Основное содержание диссертации изложено^ 26 опубликованных работах, в том числе, в изданиях, рекомендованных ВАК, — 15, в сборниках научных трудов и материалах всесоюзных конференций - 4, а также в 3 монографиях, 3 нормативных документах и 1 учебном пособии.

Заключение Диссертация по теме "Геомеханика, разрушение пород взрывом, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика", Бадтиев, Батрадз Петрович

Выводы по главе

1. Выполненные исследования [134-143] показали, что конструкция и взаимодействие элементов практически всех применяемых типов крепи предполагает работу ее для/случаев формирования в поддерживаемом массиве симметричного^ однородного поля «напряжений, в котором суммарный вектор преобладающих деформаций близок к вертикальному, что в большинстве случаев не соответствует реальному полю напряжений, формирующемуся в массиве вокруг горных выработок. Сформулированы требования к конструкциям крепи, обеспечивающие устойчивое состояние выработок в рассматриваемых условиях.

2. При определении параметров крепи горных выработок в качестве критерия проявлений горного давления необходимо^ принимать не только смещения их породного контура за весь срок службы, но и выявленные формы разрушений контура, характерные для геомеханических условий эксплуатации выработок данной группы.

3. Проведенные исследования позволили создать единую» классификацию устойчивости горных выработок, в которой, в' отличие от известных, нашла отражение не только геологическая, hoj и геомеханическая составляющая, на основании'которой можно обоснованно выбирать.тип крепи, соответствующий реальным условиям эксплуатации! выработок и выполнять расчеты ее параметров.

4. Разработаны и испытаны новые конструкции крепи и ее элементов, соответствующие выявленным величинам смещений и формам разрушения контура выработки, а именно» - усиленной комбинированной крепи с двойным слоем набрызг-бетона; крепи сопряжений, в которой основные несущие элементы состоят из кустов предварительно-напряженных анкеров; комбинированной крепи с установленными в боках выработки от почвы до пяты свода вертикальными металлическими элементами из швеллера, спецпрофиля или полосовой стали, закрепленных анкерами в почве боках и пяте свода выработки; упругой решетки-подхвата, позволяющей создавать предварительный подпор вокруг анкеров равный 25-30 кН/м .

Глава VII. Методики расчета параметров крепи горных выработок для различных геомеханических условий их эксплуатации

7.1. Крепление и поддержание горных выработок в массиве в обычных условиях, вне областей повышенных концентраций напряжений

Обычные условия проведения и поддержания выработок характеризуются отсутствием областей с повышенными концентрациями напряжений от влияния очистных работ, тектоники, оставленных целиков и т. п. Этим условиям соответствует выработки группы «А» (глава 2). В таких условиях на больших глубинах (свыше 700 м) устойчивое состояние выработок, проводимых по породам и рудам, зависит от структурных особенностей и физико-механических свойств массива, угла встречи выработки с наиболее развитой системой трещин, ориентировки выработки по отношению к тектоническим -нарушениям, размеров выработки, а также соответствия применяемой крепи возможным величинам деформаций массива и формам его разрушения.

Выбор вида и параметров крепи выработок для этих условий, по результатам проведенных исследований, необходимо осуществлять, руководствуясь фактором устойчивости пород и предельно-допустимой величиной смещений того или иного вида крепи (см. табл. 14). В зависимости от класса выработок расчет параметров поддерживающих видов крепи (монолитный бетон и железобетон, металлическая арочная податливая крепь с усилением анкерами и без них и др.) следует производить в соответствии с методическими положениями, ранее изложенными в работах [101, 102, 104].

Для определения параметров комбинированной крепи, которая в настоящее время является базовой крепью на рудниках Талнахского рудного узла и состоит из анкеров (железобетонных или сталеполимерных), набрызг-бетона и сварной металлической решетки, автором, по результатам проведенных исследований построены номограммы (рис. 78).

Рис. 78. Номограмма для определения параметров* комбинированной крепи.

В данной номограмме пределы областей устойчивости пород, заключенные между осью абсцисс и линиями 1 (устойчивые породы), 1—2 (породы средней устойчивости 2 — 3 (слабоустойчивые) и 3 - 4 (неустойчивые породы), находятся в зависимости от угла встречи выработки с наиболее развитой основной системой, трещин и направления действия, главных горизонтальных тектонических напряжений, характеризуемых величиной коэффициента Ка. Ранее проведенные исследования показали, что направления максимальных горизонтальных тектонических напряжений ориентированы субперпендикулярно основной системе трещин [133].

Нижний предел категории устойчивости пород, совпадающий' с осью абсцисс и линиями 1, 2, 3 и 4, соответствует направлению проведения выработки,порядка 90° по отношению к этим влияющим факторам. Средняя, часть между линиями пределов устойчивости пород соответствует направлению проведения выработки под углом 60° по отношению к ориентировке указанных влияющих факторов, а область категории устойчивости пород выше средней части и до линий, определяющих их верхний; предел, соответствуют углу встречи выработки с влияющими факторами менее 40°.

Влияние угла встречи выработки с наиболее развитой системой трещин в большей степени проявляется в породах устойчивых. В неустойчивых породах превалирующее-влияние оказывает направление действия! максимальных напряжений.

7.2. Крепление и поддержание горных выработок в зоне действия. повышенных или пониженных напряжений•

В зонах действия повышенных напряжений находятся1 выработки, проводимые и поддерживаемые в отрабатываемом рудном теле и на его контактах с вмещающими породами, в краевых частях подрабатываемого и надра-батываемого массива, в разделительных массивах и целиках, над или под целиками, а также в условиях проявления зонального разрушения пород как в нетронутом массиве от действия тектонических напряжений, так и при воздействии опорного давления от влияния очистных работ. К этим условиям относятся выработки групп В1 и С (глава 2) и классов II и III (табл. 14). Распространение областей действия повышенных полей напряжений при воздействии опорного давления от влияния очистных работ показано на рис. 79, 80, а условия возникновения и проявления эффекта зональной дезинтеграции в гл. V.

При применении комбинированной (базовой) крепи из анкеров (железобетонных и сталеполимерных), набрызг-бетона и сварной металлической решетки для определения параметров комбинированной крепи построена номограмма, которая приведена на рис. 81.

7.2.1. Крепление горных выработок в условиях проявления* зональной дезинтеграции

Повышенные концентрации1 напряжений от влияния очистных работ в разделительных массивах, целиках, краевых частях очистной выемки, а также в нетронутом массиве от влияния тектоники могут в несколько раз превышать фоновые. При достижении значений напряжений, превышающих прочность пород в массиве, происходят разрушения его на контуре и в глубине с образованием чередующихся зон нарушенных и условно ненарушенных пород, повторяющих контур выработки (явление зональной дезинтеграции). При этом блочный массив приобретает структуру и свойства слоистого массива. Крепление выработок в таком массиве целесообразно осуществлять комбинированной крепью путем формирования с помощью анкеров несущего слоя определенной мощности. Мощность несущего слоя пород, скрепляемого анкерами, определяется по формуле, полученной автором в результате обработки экспериментальных данных:

7.1) а — впереди фронта очистных работ: по восстанию 1Ъ и падению 1п залежи, в зависимости от глубины работ и пролета подработки (1 — 10, соответственно, до 40, 60, 80, 120, 160, 200, 240, 280, 320, свыше 320 м); б - после фронта очистных работ в под- (hi) и надрабатываемом (аг) массиве

Рис. 79. Распространение области повышенных деформаций ь„ ,м

1 - 10, соответственно, до 40, 60, 80, 120, 160, 200, 240, 280, 320, > 320 м

Рис. 80. Распространение области повышенных деформаций hu и hH в под- и надрабатываемом массиве в зависимости от Н и L

Рис. 81. Номограмма для определения параметров комбинированной крепи в зоне очистных работ где В - ширина выработки в проходке, м; у - объемный вес пород, мН/м ; кг -коэффициент глубины, равный: kr = k0yH/Rc,

7.2) где к0 - коэффициент концентрации напряжений; ку - коэффициент влияния на упрочнение пород угля встречи анкеров с развитой системой трещин; кп -коэффициент пригрузки; кШ1 - коэффициент запаса; Н - глубина выработки от поверхности, м; Rc - прочность пород на одноосное сжатие, МПа.

Входящие в формулу (7.1) коэффициенты и параметры характеризуются следующими величинами: кт - коэффициент глубины при значении kv > 1,0 с учетом структурной особенности массива характеризует образование вокруг выработок зонального разрушения пород. В расчет следует принимать к0 = 1,5 при проведении выработки в условиях действия повышенного поля напряжений от влияния тектоники, и к0 — 2,5 при попадании выработки в зону опорного давления от влияния очистных работ или проведении ее в этой зоне; ку - коэффициент влияния на упрочнение пород угла встречи анкеров с наиболее развитой системой трещин, находится в пределах ку = 1,2-1,7. -Меньшая величина соответствует установке анкеров, попарно скрещивающихся под углом 60° в средней части выработки, большая величина - установке анкеров под небольшим углом (меньше 30°) к системе трещин, а средняя величина - установке анкеров нормально к этой системе; кп - коэффициент пригрузки принимается равным 1,55 при образовании одной зоны дезинтеграции, 2,4 при двух и 3,2 при трех зонах дезинтеграции; кап - коэффициент запаса для пород Талнахского рудного узла с увеличением прочности пород с 60 до 200 МПа уменьшается с величины 1,8 до 1,0 и определяется по признаку, представленному на рис. 82;

Rc - прочность пород на одноосное сжатие определяется по формуле:

Rc = (Ята* + Rmn)/2 , (7.3) где Ятач и Rmm - максимальное и минимальное сопротивление пород на одноосное сжатие в кровле выработки на высоту В12.

Прочность пород

Рис. 82. График значений коэффициента запаса для пород различной прочности

Длину анкеров принимают равной: к = т11С + /в, (7.4) где /в - длина выступающей в выработку части анкера, м.

Задается расстояние между рядами анкеров в диапазоне 0,5 - 1,2 м и по номограмме, представленной на рис. 83, определяют сопротивление анкерной крепи Рак в зависимости от соотношения В/тнс и принятых расстояний между рядами анкеров Ск.

После определения необходимого сопротивления анкерной крепи находится фактический периметр свода, считая, что с некоторым приближением он равен длине полуокружности, диаметр которой равен расстоянию между пятами свода (В\) выработки:

Р., кН/м 200 8 ft Ф 160 4

2 в а Ф s е* 120

4 * о

5 в о 6 о и

С =0.5м 0 ,6м

П 7м

-- 0.8м

3 4

Отношение ширины выработки к мощности несущего слоя

В/т,

Рис. 83. Номограмма для определения сопротивления анкерной крепи.

LCB — кВ\12

7.5) где LCB - фактический периметр свода выработки.

Требуемое количество анкеров в ряду (77к) рассчитывается по формуле:

П. =

PL С 2/7, ак св ~к I N С

7.6)

При поддержании выработок комбинированной крепью из анкеров, набрызг-бетона и сварной металлической решетки в условиях интенсивного разрушения ее боков целесообразно устанавливать вертикальные стойки от почвы до пяты свода, плотно прижимая ими металлическую решетку к породным стенкам выработки. Стойки выполняются из швеллера, спецпрофиля, полосовой стали толщиной 5 - 10 мм и шириной 50 — 100 мм или стержней арматуры диаметром 20-30 мм, закрепляемых анкерами в почве, боках и пяте свода выработки. Шаг установки стоек 1 — 1,2 м. Жесткость их принимают в зависимости от степени нарушенности пород или руд в боках выработки: чем раздробленнее порода, тем жестче стойки (швеллер, спецпрофиль) и др. Глубина штангования принимается равной возможной величине разрушения боков, которое определяется по формуле: ро = (0,7 - 085)/1Ь (7.7) где h\ — высота выработки, м.

7.2.2. Крепление и поддержание выработок в зонах разгрузки

Для вновь подготавливаемых горизонтов в случае применения жестких видов крепи (монолитный бетон, железобетон, набрызг-бетон и т. п.) выработки в подрабатываемом массиве располагают за пределами областей повышенных и критических деформаций (см. гл. IV), но не ближе чем показано в табл. 17 при развитых пролетах подработки. Данные табл. 17 корректируют умножением на коэффициент ки влияния эффективной мощности рудной залежи, зависимость от которой представлена на рис. 84.

О 12 24 36 п,м n - эффективная мощность отрабатываемой рудной залежи Рис. 84. График для определения коэффициента Кп

Рис. 85. График для определения коэффициента Кт

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основании выполненных автором исследований изложены научно обоснованные технические и технологические решения обеспечения^ устойчивости подземных горных выработок, пройденных в предельно-напряженном рудном массиве блочного строения; внедрение которых вносит значительный вклад в развитие экономики страны. Научно обоснован ряд технических и технологических решений, позволивших повысить эффективность и безопасность отработки рудных месторождений на больших глубинах.

Основные научные и практические результаты диссертации заключаются в следующем.

1. На больших глубинах в реальном горном массиве блочного строения вокруг выработок формируется поле повышенных напряжений, которое относительно! их сечения характеризуется неоднородностью и асимметричностью. Величина напряжений на отдельных участках контура выработок в несколько (3-5) раз превышает прочность окружающего массива и несущую способность крепи и является причиной их деформаций и разрушения.

2. Установлены закономерности проявлений горного давления в-горных выработках, проводимых до начала очистных работ, расположенных в зоне опорного давления, в надработанном- и подработанном массиве. Построены номограммы, позволяющие производить прогноз смещений контура выработки при прочности пород на сжатие от 20 до 80 МПа на глубинах до 1500 м.

3. В зоне влияния тектонических нарушений интенсивность проявлений горного давления зависит от взаимного расположения выработки и плоскости сместителя, угла встречи с ним, расположения ее в лежачем или висячем боку нарушения. Получены зависимости смещений кровли и объемов обрушений пород от указанных факторов. Установлено, что основной формой вывалов пород на участке тектонических нарушений являются вывалы из кровли с образованием несимметричного свода шатровой формы. Высота свода обрушения может превысить пролет выработки, а основную роль в разрушении контура выработки играют тектонические горизонтальные напряжения.

4. Установлено, что на большой глубине вокруг выработки на различном расстоянии от контура формируются области, в которых напряжения в 1,5-2,0 и более раз превышают исходные, в этих местах и происходят последующие разрушения пород с образованием вокруг выработки дезинтеграци-онных зон, при этом блочный массив на расстоянии от контура выработки 7— 12 м превращается в слоистый трещиноватый массив с толщиной слоев-от 0,6-0,8 до 1,2-1,7 м. Величины смещений пород на контуре при проявлении зональной дезинтеграции на порядок превышают величину смещений в выработках, в которых не отмечено это явление. Интенсивный рост смещений в проводимой выработке происходит в течение 6-10 часов0и достигает 50-300 мм. В ранее пройденной выработке при создании условий^ зональной дезин- < теграции смещения развиваются мгновенно, достигая указанных величин часто с повреждениями крепи и вывалами породы.

5. Экспериментально решена задача о напряженном состоянии в окрестности выработки круглого сечения, окруженной кольцами раздробленных и ненарушенных пород. Решение этой задачи позволяет определить один из важнейших для практики параметров - расстояние от контура выработки до внешней границы наиболее удаленной зоны разрушения. Доказано, что зональная дезинтеграция является! незаконченной фазой перехода породы в предельное состояние с сохранением вероятности перехода в предельное состояние во всем объеме зоны опорного давления.

6. Доказано, что при определении параметров крепи горных выработок на больших глубинах в качестве критерия проявлений горного давления необходимо принимать не только смещения их породного контура за весь срок службы, но и формы разрушений, характерные для геомеханических условий эксплуатации выработок данной группы. Разработана классификация устойчивости горных выработок, в которой, в отличие от известной;, нашли отражения? не только геологическая, но и геомеханическая составляющая, на основании которых можно обоснованно выбирать тип крепи; соответствующий реальным;условиям; эксплуатации- выработок и выполнять расчеты/ ее: параметров.

7. Установлено; что конструкции и: взаимодействие элементовшракти-чески всех применяемых типов крепей рассчитаны; для? случаев формирования в» поддерживаемом массиве симметричного однородного поля; напряжений; в котором суммарный вектор-- преобладающих деформаций близок к вертикальному. Это в большинстве случаев не соответствует реальному полю напряжений, формирующихся в массиве вокруг горных выработок. Сформулированы требования! к: конструкциям крепй; обеспечивающим* устойчивое состояние выработок в рассматриваемых условиях. Показано, что при выборе и установлении параметров; крепи необходимо принимать во внимание не только смещения породного контура за весь срок службы, но и выявленные формы разрушений контура, характерные для геомеханических условий эксплуатации выработок данной группы.

8. Разработаны, и испытаны новые конструкции крепи и ее элементов, . г ' соответствующие сформулированным требованиям, а также выявленным величинам смещений и формам разрушения выработок: усиленной;комбинированной; крепи с двойным слоем: набрызг-бетона,, сопряжений; в, которой основные несущие элементы, состоят из; кустов^ предварительно-напряженных анкеров, комбинированной крепи, с. установленными, в боках выработки от почвы, до пяты свода вертикальными металлическими элементами из швеллера1 спецпрофиля или полосовой стали;„закрепленных анкерами в почве боках и пяте свода выработки; упругой решетки-подхвата, позволяющей создавать предварительный подпор вокруг анкеров равный.25-3 0 кН/м .

9. Разработаны, методики определенияшараметров крепи горных выработок для определенных геомеханических условий их эксплуатации: одиночных выработок, пройденных в сильно напряженном породном массиве, в том числе при проявлении зональной дезинтеграции; выработок, пройденных в подработанном и надработанном массиве; в зонах влияния тектонических нарушений; в зонах повышенного опорного давления под влиянием очистных работ.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора технических наук, Бадтиев, Батрадз Петрович, Новосибирск

1. Козел A.M. Горное давление и способы поддержания вертикальных стволов Текст. / A.M. Козел, В.А. Борисовец, А.А. Репко - М.: Недра, 1972.- 292 с.

2. Борисовец В.А. Напряженно-деформированное состояние пород вблизи подземных горных выработок, сооружаемых буровзрывным способом Текст. / В.А. Борисовец, A.M. Козел // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1973. - №1. - С. 13-20.

3. Таранов П.Я. Контурное взрывание в угольных шахтах Текст. / П.Я. Таранов и др. Донецк: Донбасс, 1972. - 88 с.

4. Фисенко Г.Л. Предельное состояние горных пород вокруг выработок Текст. / Г.Л. Фисенко. М.: Недра, 1976. - 271 с.

5. Указания по терминологии горного давления Текст. — Л.: ВНИМИ, 1972.-38 с.

6. Шемякин Е.И. Две задачи механики горных пород, связанные с освоением глубоких месторождений руды и угля Текст. / Е.И. Шемякин // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1975. -№6.-С. 29-45.

7. Фисенко Г.Л. О механических свойствах массивов горных пород Текст. / Г.Л. Фисенко // В кн. Инженерно-геологические прогнозы при разведке глубоких горизонтов месторождений твердых полезных ископаемых. М.: ВСЕГИНГЕО, 1969. - С. 15-17.

8. РуппенейтК.В Деформируемость массивов трещиноватых горных пород Текст. / К.В. Руппенейт. М.: Недра, 1975. - 232 с.

9. Шемякин Е.И. Эффект зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок Текст. / Е.И. Шемякин, Г.Л. Фисенко, М.В. Курленя и др. // Доклады Академии Наук СССР 1986. - том 289. - №5. - С. 1088-1094.

10. Шемякин Е.И. Зональная дезинтеграция горных пород вокруг подземных выработок. Часть IV. Практическое применение Текст. / Е.И. Шемякин, М.В. Курленя, В.Н. Опарин и др. // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1989. - №4. — С. 3-9.

11. Опарин В.Н. О некоторых закономерностях трещинообразования вокруг горных выработок Текст. / В.Н. Опарин, А.П. Тапсиев // В сб. Горные удары, методы оценки и контроля удароопасности массива горных пород. -Фрунзе: Илим, 1979. С. 342-349.

12. Adams G.R. Petroscopic observation of rock fracturing ahead of stop faces in deep-level gold mines text. / G.R. Adams, A.J. Jager // J. South African Just. Mining and Metallurgy. 1980. - vol. 80 №6. - p. 204-209.

13. Кузнецов Ю.С. Устойчивость горных выработок на удароопасных участках рудников «Октябрьский» и «Таймырский» Норильского ГМК Текст. / Ю.С. Кузнецов // В сб. Устойчивость и крепление горных выработок. Л.: ЛГИ, вып. 7, 1981. - С. 62-69.

14. Кузнецов Ю.С. Сферические зоны влияния с дифференциацией пород в приконтурном массиве вокруг горизонтальной выработки Текст.

15. Ю.С. Кузнецов, Ю.Н. Ерофеев, Н.П. Ерофеев // В сб. матер., конф. «Совершенствование технологии производства плавикового шпата и цветных металлов». Красноярск, 1989. - С. 10-31.

16. Шмиголь. А.В. Шахтные исследования характера разрушения слабых пород на шахтах Западного Донбасса Текст. / А.В. Шмиголь, В.Я. Кириченко, С.К. Бучатский, В.Н. Рева // Шахтное строительство. 1987. — №5.-С. 11-12.

17. Кириченко В.Я. О механизме пучения почвы выработок сооружаемых в слабых породах Текст. / В.Я. Кириченко, А.В. Шмиголь, В.Н. Рева // Шахтное строительство. — 1988. №11. — С. 3-5.

18. Нейман JT.K. Поддержание выработок на шахтах ПО «Павлоградуголь» Текст. / JI.K. Нейман, В.Н. Рева, А.В. Шмиголь, В.Я. Кириченко. М.: ЦНИЭИуголь: обзор, 1991. - 80 с.

19. Bai Shiwei Gu Zhimeng Deformation monitoring of galleries in fractured rock mass and research on failure mechanism of surrounding rocks text. / Proc. Jnt. Sump. Eng. Сотр. Rock Form Beijing, 3-7 Nov. 1986. P. 909-914.

20. Xu Yuhyao Integral movement of with surrounding rocks project and character of two opposite radial points moving in same direction text. / Xu Yuhyao // China Coal Goc. 1989. - №2. - P. 47-56.

21. Морозов А.Ф. Флуктуации зональной дезинтеграции осадочных пород вокруг подготовительной выработки Текст. / А.Ф. Морозов, A.M. Юскевич // Уголь Украины. 1991 - №7. - С. 36-39.

22. Морозов А.Ф. Повышение устойчивости интенсивно деформирующихся выработок глубоких шахт Текст. /А.Ф. Морозов // Автореф. дис. докт. техн. наук. М.: МГИ, 1992. — 30 с.

23. Алексеев А.Д. Исследование явления зональной дезинтеграции вокруг горных выработок в изолиниях Текст. / А.Д. Алексеев, А.Ф.

24. Морозов, K.JI. Метлов, Л.С. Метлов // Тезисы докл. X Междунар. конф. по механике горных пород. М.: МГИ, 1993. - С. 22.

25. ТроппЭ.А. Зональная дезинтеграция породы вокруг горных выработок на больших глубинах препринт. / Э.А. Тропп, М.А. Розенбаум, В.Н. Рева, Ф.П. Глушихин // ФТИ им. Иоффе, №976. Л,. 1985. - 34 с.

26. Kick F. Die Runzipien der mechanischen text. / F. Kick //Technologie und die Festigkeitslehre Zeitschrift der Vereines deutscker Jngenieure. — Bd.26 №10,32-1982.

27. Foppe A. Versuche uber die wirkung eines allseitig gleichen text. / A. Foppe // Fltissigkeitsdruckes Mitteilungen des mechanisch technischen Laboratoriums Т.Н. Mtinchen.-H.27. 1900.

28. Adams F.D. An Experimental Contribution to the Question of the Depth of the Zone of Flow in the Earths Crust ibid text. v. 20 - 1912.

29. Adams F.D. An Experimental investigation into the Action of Differential Pressure on Certain Minerals- and Rocks Employing the Rocks Suggested by Proffessor Kick Journal Geology text. / F.D.Adams — v. 18 1910.

30. Adams F.D. On the Amount of internal Friction Developed in during Deformation and on the Relative Plasticity of Different Types of Rocks ibid text. / F.D. Adams, and J.A. Bancroff- v. 25 1917. - P. 597-637.

31. Adams F.D. An Experimental investigation into the Flow Rocks Amer Journal Seieht text. / F.D. Adams and E.G. Coker. v. 29 - 1910. - P. 465-487.

32. Adams F.D. An Experimental investigation into the Flow of Marble, Phil, Trans Ray text. / F.D. Adams and J.T. Nicholson. 1901. - P. 367-401.

33. Adams F.D. text. An Experimental investigation into the Flow Rocks / F.D. Adams and E.D. // Williamson Journal of the Franklin Jnst. v. 195 -№4. -1923.

34. King L.V. On the Limiting Srensth of Rocks under Condition of Stress Existing in the Earths Interior Journal Geology text. / L.V. King. v. 20 - 1912. -P. 119-138.

35. Bocker R. Die Mechanick der bleiben For manderung in kristalinisch aufgebout Rorpern Mitt uber Forschingsarbeiten der vereines Doutscher Ingenieure text. / R. Bocker. v. 175 - 1915. - P. 1-51.

36. Griggs D. Observations on fracture to ductile flow in Solenhoffene limestone as a function of temperature confining pressure and interstitial fluid pressure text. / D. Griggs. I. Handin // Rock Deformation. 1960. - №4.

37. Heard H.C. Transition from brittle fracture to ductile flow in Solenhoffene limestone as a function of temperature confining pressure and interstitial fluid pressure text. / H.C. Heard // Rock Deformation. 1960. - №4.

38. Moggi K. Effect of the triaxial stress system on the failine of dolomite and limestone text. / K. Moggi // Tectonophysies. №11. - 1971.

39. Ставрогин A.H. Анализ экспериментальных результатов по деформации и разрушению горных пород Текст. / А.Н. Ставрогин // В сб. Горное давление, сдвижение горных пород и методика маркшейдерских работ. -М.: ВИНИТИ, 1968. С. 63-65.

40. Rummel F. Deformation of the post-failure behavior of britte rock using a servo- out rolledn testing machine text. / F. Rummel, С Fairhurst // Rock Mechanics. 1970. - №2. - P. 189.

41. Физические свойства горных пород при высоких термодинамических параметрах Текст. Киев: Наукова думка, 1971 - 283 с.

42. Кузнецов Г.Н. Исследование предельного состояния хрупкого ослабленного трещинами материалов различных условиях трехосного сжатия Текст. / Г.Н. Кузнецов // В кн. Проблемы механики горных пород. -Новосибирск, Наука. — С. 64-72.

43. Берон А.И. Исследование прочности горных пород в условиях трехосного неравномерного сжатия Текст. / А.И. Берон, СЕ. Чирков // Научные сообщения ИГД им. А.А. Скочинского. №61. - 1969. — С. 33-38.

44. Чирков СЕ. Прочность горных пород при трехосном неравнокомпонентном сжатии Текст. / СЕ. Чирков // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1976. - №1 - С. 11-17.

45. Никифоровский B.C. Динамическое разрушение твердых тел Текст. /B.C. Никифоровский, Е.И. Шемякин. Новосибирск: Наука, 1979. -272 с.

46. Зорин А.П. Прогноз выбросоопасности песчаников по делению на керновые диски Текст. / А.П Зорин, В.Е. Забигайло. Е.А. Моссур // Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело. ЦНИЭИ-уголь. -1971.-№7.-С. 15-17.

47. Исаев В.А. Исследование влияния масштабного фактора на дискование керна при бурении скважин различного диаметра Текст. / В.А. Исаев // Тр. ВНИМИ. №103. - 1977. - С. 112-116.

48. Запрягаев А.П. К прогнозу удароопасности пород по дискованию керна Текст. / А.П. Запрягаев, А.В. Исаев, В.А. Генкин и др. // Безопасность труда. 1970. - №7. - С. 50.

49. Иоффе А.Ф. Деформация и прочность кристаллов Текст. / А.Ф. Иоффе, М.В. Киричев, М.А. Ливитская // Журнал Русского физико-химического общества. — т. 56. вып. 5-6. - 1924. — С. 62-78.

50. Александров А.П. Явления хрупкого разрушения Текст. / А.П. Александров, С.Н. Журков. -М.: Гостехтеориздат, 1933. 276 с.

51. Гольдштейн Р.В. Модель хрупкого разрушения слабо пористого материала при сжатии и растяжении Текст. / Р.В. Гольдштейн, В.М. Ладыгин, Н.М. Осипенко // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 1974. - №1. - С. 3—13.

52. Гольдштейн Р.В. Структуры разрушения препринт. / Р.В. Гольдштейн. -М.: ИПКОН АН СССР, № 110, 1978. 59 с.

53. Гольдштейн Р.В. Иерархия структур при разрушении Текст. / Р.В. Гольдштейн, Н.М. Осипенко // ДАН. т. 325. - 1992. - №4. - С. 735-739.

54. Шемякин Е.И. Эффект зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок Текст. / Е.И. Шемякин, Г.Л. Фисенко, М.В. Курленя и др. // ДАН»СССР. т. 289.- 1986. - №5 - С. 1088-1094.

55. Шемякин Е.И. Явление зональной дезинтеграции горных пород вокруг подземных выработок Текст. /Е.И. Шемякин, М.В. Курленя, В:Н. Опарин и др. Открытие №400. Б.И.№1, 1992. - С. 3.

56. Шемякин Е.И. Новые задачи механики горного массива Текст. / Е.И. Шемякин // Будущее горной науки. М.: Наука, 1989. - С. 34-45.

57. Одинцев В.Н. Отрывное разрушение и зональная дезинтеграция массива вблизи глубоких выработок Текст. / В.Н. Одинцев // Тезисы доклада X Межд. конф. по механике горных пород. М.: ИГД, 1993. - С. 30.

58. Одинцев В.Н: Компьютерное моделирование развития трещин отрыва вблизи обнажения в глубокой выработке Текст. / В.Н. Одинцев; В .А. Трофимов //. Тезисы доклада X Межд. конф. по механике горных пород, М., ИГД.-1993 -С. 30-31.

59. Одинцев В.Н: Отрывное разрушение массива скальных- горных пород Текст./ В.Н. Одинцев. М.: ИПКОН РАН, 1996. - 166 с.

60. Одинцев? В.Н- Закономерности, образования отрывных трещин в горных породах вблизи выработок на больших глубинах. Текст. / В.Н. Одинцев // Автореф. дис. докт. техн. наук. — М.: МГИ, 1998. 32с.

61. Морозов А.Ф. Флуктуации зональной дезинтеграции; осадочных пород вокруг подготовительной выработки Текст. / А.Ф. Морозов, A.M. Юскевич // Уголь Украины. 1991 - №7. - С. 36-39.

62. Алексеев А.Д. Исследование явления зональной дезинтеграции вокруг горных выработок в изолиниях Текст. / А.Д. Алексеев, А.Ф. Морозов, K.JI. Метлов, JI.C. Метлов // Тезисы докл. X Междунар. конф. по механике горных пород. 1993 — С. 22.

63. Макаров В.В. Зональное деформирование горных пород вокруг выработок и в образцах Текст. / В.В. Макаров // Тезисы докл. X Междунар. конф. по механике горных пород. 1993 - С. 6.

64. Макаров В.В. О зональном деформировании горных пород вокруг капитальных выработок Текст. /В.В. Макаров // Известия ТулГУ, серия «Экология и безопасность жизнедеятельности», Тула: ТулГУ. 1997 - С. 291-294.

65. Карташов Ю.М. Об эффекте изменения знака приращения деформаций образцов горных пород при одноосном- сжатии Текст. / Ю.М. Карташов, В.В. Макаров, Н.А. Николайчук // Тезисы докл. X Междунар. конф. по механике горных пород. СПб.: ГАСУ, 1997 - С. 191-192.

66. Курленя М.В. Геомеханические процессы взаимодействия породных и закладочных массивов при отработке пластовых рудных залежей Текст. / М.В. Курленя, В.Н. Опарин, А.П. Тапсиев, В.В. Аршавский. -Новосибирск: Наука, 1997. 174 с.

67. Макаров В.В. Аномальные явления деформирования и разрушения горных пород в окрестности горных выработок Текст. /В.В. Макаров // Дисс. на соиск. докт. техн. наук. Тула, 1998. - 198 с.

68. Малахов Г.М. Вскрытие и разработка рудных месторождений на больших глубинах Текст. / Г.М. Малахов, А.П. Черноус. М.: Госгортехиздат, 1961. - 235 с.

69. Стариков А.А. Основы разработки рудных месторождений на больших глубинах Текст. / А.А. Стариков. Киев: Изд-во АН УССР, 1961. — 880 с.

70. Куликов А.В. Разработка золотоносных конгломератов ЮжноАфриканской республики Текст. / А.В. Куликов. М.: ЦНИИЦВЕТМЕТ, 1962.-70 с.

71. Нифонтов Б.И. Современное состояние разработки месторождений цветных металлов Канады Текст. / Б.И. Нифонтов, А.Ф. Назарчик, И.А. Олейников.-М.: ЦНИИЦВЕТМЕТ, 1962.-25 с.

72. Бронников Д.М. Проблема разработки рудных месторождений на больших глубинах Текст. / Д.М. Бронников // В кн. Проблемы подземной эксплуатации рудных месторождений на больших глубинах. М.:ИПКОН АН СССР, 1979. - С. 9-22.

73. Денкхауз Г.Х. Горные разработки на больших глубинах Текст. / Г.Х. Денкхауз // В кн. Материалы X Всемирного конгресса, Стамбул. 1979. - т. Ш. - 320 с.

74. Заславский Ю.З. Бетонная крепь, технология и механизация ее возведения Текст. / Ю.З. Заславский, В.П. Киндур, Е.А. Лопухин и др. — Донецк: Донбасс, 1973. 182 с.

75. Заславский Ю.З. Крепление ^капитальных выработок на больших глубинах Текст. / Ю.З. Заславский, Ф.И. Перепичка. Донецк: Донбасс, 1971.- 120 с.

76. Махарадзе М.Н. Сборная железобетонная крепь для горных выработок Текст. / М.Н. Махарадзе. М.: Наука, 1966. - 96 с.

77. Гелескул М.Н. Разработка и использование новых железобетонных крепей'Текст. / М.Н. Гелескул -М.: ИГД им. Скочинского А.А., 1965. 39 с.

78. Кузнецов К.К. Применение сборного железобетона для крепления горных выработок Текст. / К.К. Кузнецов, Б.А. Байков, В.К. Желиковский и др. М.: ЦНИЭИуголь, 1970. - 56 с.

79. Гелескул М.Н. Справочник по креплению горных выработок Текст. / М.Н. Гелескул, В.Н. Хорин, Е.С. Киселев и др. М.: Наука, 1972. - 368 с.

80. Унифицированные типовые сечения горных выработок с металлической крепью из взаимозаменяемого шахтного профиля при откатке в вагонетках емкостью 1 4 м Текст. - Киев: Будевильник, 1972. - 415 с.

81. Рева В.Н. Устойчивость подготовительных и нарезных выработок при отработке рудных залежей сплошными слоевыми системами Текст. /

82. B.Н. Рева, В.М. Абросимов, B.C. Гипорчук // Тр. ВНИМИ, сб. 95. Л, 1975.1. C. 62-66.

83. Рева В.Н. Поддержание выработок в мощных рудных залежах глубоких рудников Талнаха Текст. / В.Н. Рева; М.Н. Петров, В.М. Абросимов // Тр. ВНИМИ, сб.99. Л, 1976. - С. 29-33.

84. Сульфидные медно-никелевые руды Норильских месторождений Текст. / Под ред. А.Д. Генкина. М.: Наука, 1981. - 230 с.

85. Исследовать параметры напряженного состояния горных массивов и выдать рекомендации по рациональным направлениям развития горных работ в различных горнотехнических условиях Текст. / Научн. рук. В.Д. Палий. Отчет по НИР, фонды ВНИМИ. Л, 1980. - 122 с.

86. Методические указания по управлению горным давлением при сплошных, слоевых и камерных системах разработки с твердеющей закладкой на рудниках Норильского горно-металлургического комбината Текст. JL: ВИНИМИ, 1981.-79с.

87. Морозов Н.Ф. Математические вопросы теории'трещин Текст. / Н.Ф. Морозов. М.: Наука, 1984. - 256 с.

88. Седов Л.И. Механика сплошной среды Текст. / Л.И. Седов. М.: Наука,1973.-584 с.

89. Слепян Л.И. Механика трещин Текст. / Л.И. Слепян. Л.: Судостроение, 1981. - 296 с.

90. Соболев Г.А. Современное состояние лабораторных исследований процессов разрушения применительно к физике землетрясений Текст. / Г.А. Соболев, О.Г. Шамина // Труды Сейсмического института АН СССР. №47. -1994.-С. 110-115.

91. Ш.Михайлов A.M. Динамические задачи теории трещин в балочном приближении Текст. / A.M. Михайлов // ПМТФ. 1966 - №5. - С. 167-172.

92. Михайлов A.M. Некоторые задачи теории трещин в балочном приближении Текст. / A.M. Михайлов // ПМТФ. 1967 - №5. - С. 128-133.

93. Михайлов A.M. Обобщение балочного подхода к задачам теории трещин Текст. / A.M. Михайлов // ПМТФ. 1969 - №3. - С. 171-174.

94. Томпсон Дж. М.Т. Неустойчивости и катастрофы в науке и технике Текст. / Дж. М.Т. Томпсон. -М.: Мир, 1985. 254 с.

95. Соболев C.JI. Задача распространения пластического состояния Текст. / C.JI. Соболев // Тр. Сейсмического института Академии Наук СССР. №49. - 1935. - С. 126-138.

96. Аршавский В.В. Опыт укрепления приконтурного массива горных пород на рудниках Норильского комбината Текст. / В.В. Аршавский, В.П. Марысюк, Б.Н. Самородов, JT.A. Спирин, А.П. Тапсиев, Б.П. Бадтиев // Горный журнал. 1999. - №2. - С. 77-79.

97. Бадтиев Б.П. Проявления горного давления в выработках, проводимых в трещиноватых породах Текст. / Б.П. Бадтиев, В.Н. Рева, М.А. Розенбаум // Горный журнал. 1999. - №10. — С. 13—16.

98. Опарин В.Н. Современное состояние, проблемы и стратегия развития горного производства на рудниках Норильска Текст. / В.Н. Опарин, Б.П. Бадтиев, М.Н. Богданов, Ф.М. Куликов, А.П. Тапсиев, В.А. Усков Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008. - 372 с.

99. Бадтиев Б.П. Поддержание горных выработок глубоких рудников Норильска при условии зонального разрушения пород Текст. / Б.П. Бадтиев, В.Н. Рева, М.А. Розенбаум // Сборник ВНИМИ. СПб, 1999. - С. 175-178

100. Бадтиев Б.П. Формирование устойчивых структур при поддержании горных выработок на рудниках Талнаха Текст. / Б.П. Бадтиев,

101. Е.А. Бабкин, В.Н. Рева, С.Г. Баранов, М.А. Розенбаум // Горный журнал. — 2004.-№12.-С. 28-32.

102. Валетов А.В. Современное состояние минерально-сырьевой базы ОАО «НГМК» Текст. / А.В. Валетов, О.И. Олешкевич, Б.П. Бадтиев, В.А. Рябикин // Цветные металлы. 2000. - №6. - С. 10-14.

103. Аршавский В.В. Геодинамическое моделирование рудного месторождения Текст. / В.В. Аршавский, В.В. Зубков, Н.И. Мишин, А.Н. Шабаров, Б.П. Бадтиев // Горный журнал. 2004. - №12. - С. 32-36.

104. Бадтиев Б.П. Развитие системы управления горным давлением и технологии крепления выработок на рудниках ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» Текст. / Б.П. Бадтиев, Е.А. Бабкин // Горный журнал. — 2008. — №5. -С. 17-19.

105. Богданов М.Н. Техническое перевооружение и модернизация горного производства ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» Текст. / М.Н. Богданов, Б.П. Бадтиев, С.П. Горбунов // Сборник научных трудов НИИ. -Норильск, 2005 С. 4-10.

106. Бадтиев Б.П. Совершенствование технологии горных работ в сложных горно-геологических условиях Текст. / Б.П. Бадтиев, Е.А. Бабкин, Х.Х. Кожиев // Горный журнал. 2006. - №9. - С. 50-52.

107. Опарин В.Н. Обоснование концепции рудника будущего для условий отработки мощных пологих медно-никелевых залежей на больших глубинах Текст. / В.Н. Опарин, И.И. Айнбиндер, Ю.И. Родионов, П.Г.

108. Пацкевич, Б.П. Бадтиев, А.П. Тапсиев, A.M. Фрейдин, В .А. Глухов // ФТПРПИ. 2007. - №6. - G. 89-100.

109. Опарин В.Н: Зональная дезинтеграция горных пород и устойчивость подземных выработок Текст. / В.Н. Опарин, А.П; Тапсиев, М.А. Розенбаум, В.Н. Рева; Б.П. Ьадтиев, А.И. Чанышев. — Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008. 280 с.

110. Указания по безопасному ведению горных работ на Талнахском и Октябрьском месторождениях, склонных и опасных по горным ударам Текст. / А.Г. Анохин, А.А. Андреев, В.В. Аршавский; Б.П: Бадтиев и др. -Норильск, 2001. 107 с.

111. Учебное пособие; для специальности 130404 Дипломное проектирование Норильский индустриальный ин-т Текст. / М.С. Скачков, А.Н. Ламзин, Б.В: Федоренко; Б.П; Бадтиев. Норильск: Изд-во НИИ, 2007. 266 с.

112. Указания по безопасному ведению горных работ на Талнахском и Октябрьском месторождениях; Текст. / А.Л. Анохин,, А.А. Андреев, В.В. Аршавский; Б.П. Бадтиев и др. Норильск, 2007. - 174 с.

113. Анохин А.Г. Совершенствование восходящей- слоевой; системы разработки с закладкой для выемки медистых руд Текст. / А.Г. Анохин, В:П. Марысюк, Ю.Н. Наговицин, Б.П. Бадтиев и др. // Цветные металлы. — 2007. — №7.-С. 9-12. ч

114. Бадтиев Б.П. Геомеханическая ситуация; при отработке разделительного, массива РМ-2 Текст. / Б.П. Бадтиев, Е.А. Бабкин, Ю.Н. Наговицин и др. // Горный журнал. 2001. - №4. - С. 22-24.

115. Богданов М.Н. Перспективы развития горного , производства Текст.;/ М.Н. Богданов, Б.М. Липчанский, Б.П. Бадтиев // Цветные металлы. -2000.-№6.-С. 18-21.

116. Опарин В.Н. Видеокаротажный зонд Текст. / В.Н. Опарин, А.А. Акинин, В.И. Востриков, А.П. Тапсиев, Б.П. Бадтиев, Е.А. Бабкин // ФТПРПИ. 2006. - №6. - С. 119-124.

117. Бодалов В.Е. Уникальная технология закладочных работ на руднике «Комсомольский»; Текст. / В.Е. Бодалов, В.М. Гига, Х.Х Кожиев, БЛ. Бадтиев и др.//Горный журнал. 2007.-№1.-С. 15-18.

118. Опарин В.Н. Мировой опыт автоматизации горных работ на подземных рудниках Текст. / В.Н. Опарин, Е.П. Русин, А.П. Тапсиев, A.M. Фрейдин, Б.П. Бадтиев // Росс. акад. наук, Сиб. Отд., Институт горного дела. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2007. - 99 с.

119. Опарин В.Н. Современное состояние, проблемы и стратегия развития горного производства на рудниках Норильска Текст. / В.Н.

120. Опарин, А.П. Тапсиев, М.Н. Богданов, Б.П. Бадтиев и др. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 2008. - 372 с.

Информация о работе

Бадтиев, Батрадз Петрович
доктора технических наук
Новосибирск, 2009
ВАК 25.00.20

Диссертация

Развитие научных основ крепления горных выработок при разработке рудных залежей блочного строения на больших глубинах - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы