Шынызақ А.А.
ШАЛҚИЯ КЕНІШІ ЖАҒДАЙЫНДА КӨЛДНЕҢ ҚИМАСЫНЫҢ АУДАНЫ ҮЛКЕН ЖАЗЫҚ ТАУ-КЕН ҚАЗБАЛАРЫН БЕКІТУ ТЕХНОЛОГИЯСЫН ТАЛДАУ *
Аннотация:
Бұл мақалада «Шалқия» кенішіндегі үлкен қималы көлденең қазбаларды бекіту технологиясына талдау жүргізілді. Зерттеу барысында инженерлік-геологиялық және геомеханикалық жағдайлар ескеріліп, қазіргі уақытта қолданылып жүрген бекіту түрлері мен олардың тиімділігі қарастырылды. Тау жынысытары массивінің беріктік сипаттамалары, жарықшақтылық деңгейі мен кернеулі-деформациялық күйінің бекіту жұмыстарына әсері бағаланды. Сонымен қатар, түрлі геомеханикалық параметрлерді есепке ала отырып, бекітудің сенімділігі мен тұрақтылығын арттыру жолдары ұсынылды. Зерттеу нәтижелері жер асты қазбаларының қауіпсіздігін қамтамасыз етуге және бекіту құрылымдарын оңтайландыруға бағытталған
Ключевые слова:
Шалқия кеніші, көлденең қазба, бекіту технологиясы, геомеханика, тұрақтылық, тау жынысытары, кернеулі-деформациялық күй, қауіпсіздік
1. Кіріспе.
Қазіргі ғылыми зерттеулерді талдау нәтижесінде жер асты кен орындарын игеру барысында тау-кен қазбаларының тұрақтылығын қамтамасыз ету мәселелеріне, соның ішінде тиімді бекіту түрлерін таңдауға, олардың параметрлерін негіздеуге, сондай-ақ геомеханикалық модельдеудің заманауи бағдарламалық шешімдерін қолдануға ерекше көңіл бөлінетіні анықталды. Алайда үлкен қималы көлденең қазбаларда терең деңгейлерде жұмыс істеу жағдайында тау жынысытары массивінің беріктік сипаттамалары, жарықшақтылығы, кернеулі-деформациялық күйі сияқты нақты геомеханикалық параметрлердің бекітудің тиімділігі мен сенімділігіне әсері әлі де жеткіліксіз зерттелген.
Ал бұл факторларды ескеру қазбалардың серпімділігін арттыруға, опырылу мен деформация қаупін азайтуға, сондай-ақ бекітудің түрі мен сызбасын таңдауға байланысты құрылымдық және технологиялық шешімдерді оңтайландыруға мүмкіндік береді. Бұл әсіресе геологиялық жағдайлары күрделі, қазбаларының көлденең қимасы үлкен болып келетін «Шалқия» кеніші жағдайында өзекті мәселе болып табылады.
Зерттеу мақсаты: «Шалқия» кенішінің жағдайында үлкен қималы көлденең қазбаларды бекіту технологиясын талдау арқылы олардың орнықтылығы мен қауіпсіздігін арттыру.
Зерттеу міндеттері:
«Шалқия» кенішінің инженерлік-геологиялық және геомеханикалық жағдайларын талдау,
Үлкен қималы көлденең қазбаларда қолданылатын бекіту құрылымдары мен технологияларын зерттеу,
Тау жынысытары массивінің геомеханикалық сипаттамаларының бекітудің тиімділігіне әсерін бағалау,
Түрлі жағдайлардағы бекітудің кернеулі-деформациялық күйін модельдеу,
Жүргізілген талдау нәтижелеріне сүйене отырып, бекіту технологиясын жетілдіру бойынша ұсынымдар әзірлеу.
Аталған зерттеу тау-кен өнеркәсібіндегі өзекті мәселелерді – жер асты қазбаларының тұрақтылығын қамтамасыз ету, авариялық жағдайлардың алдын алу және өндірістік тәуекелдерді төмендету – шешуге бағытталған.
2 Әдістер.
Тау жынысытары массивінің бұзылу процесі, әсіресе жарылыс жұмыстары кезінде, кен қазбаларының тұрақтылығына, соның ішінде үлкен қималы көлденең қазбалардың күйіне тікелей әсер етеді. Қазбалар мен капталдардың орнықтылығы тек геометриялық өлшемдерге ғана емес, сонымен қатар тау жынысытарының физика-механикалық қасиеттеріне, жарықшақтылық деңгейіне, қабатталу ерекшеліктеріне және тектоникалық бұзылыстардың таралуына да байланысты. Бұл аспектілер жер асты өндірісінің күрделі инженерлік жағдайларында кеніштерді қауіпсіз жобалаудың ажырамас бөлігі болып табылады. [1]
«Шалқия» кен орны Бақтысай синклинали аумағында орналасқан және геологиялық тұрғыдан құрылымы аса күрделі. Рудалы қабаттар жоғарғы девонның төменгі фамен кезеңіне жататын кремнийлі-доломитті ритмиттерден тұрады. Рудалар тау жынысытар арасында пласт тәрізді қабаттар түрінде 530–860 метр тереңдікте орналасқан. Геологиялық құрылым көптеген тектоникалық бұзылыстармен күрделенген, бұл тау жынысытар массивінің кернеу-деформациялық күйіне және қазбалардың орнықтылығына тікелей әсер етеді.
Кен орнының инженерлік-геологиялық жағдайларын зерттеу барысында тау жынысытарының физика-механикалық сипаттамалары, соның ішінде тығыздығы, беріктік шегі, жарықшақтылық дәрежесі, су қанығуы және құрылымдық ерекшеліктері анықталған. Кейбір аймақтарда әлсіреген тау жынысытардың, ылғалдану аймақтарының және тектоникалық бұзылыстармен байланысқан төмен орнықтылық зоналарының бар екендігі байқалды. [1]
2.1 Тау жынысы массивінің жарықшақтылық деңгейін бағалау.
Жер асты қазбаларының орнықтылығы мен қауіпсіздігін қамтамасыз етуде тау жынысытары массивінің жарықшақтылық деңгейін бағалау шешуші рөл атқарады. Жарықшақтылық – бұл массивтің дискреттік құрылымын сипаттайтын негізгі фактор, ол тау жынысытардың беріктігіне, су өткізгіштігіне және бекіту жүйесіне түсетін жүктемеге айтарлықтай әсер етеді (кесте 1).
«Шалқия» кен орнының инженерлік-геологиялық зерттеулері көрсеткендей, массивтің жарықшақтылық дәрежесі кеніштің әртүрлі бөліктерінде біркелкі емес (кесте 2). Оңтүстік-шығыс учаскеде тектоникалық бұзылыстар кеңінен дамыған, бұл тау жынысытардың механикалық қасиеттерінің төмендеуіне және құрылымдық тұтастығының бұзылуына алып келген. [2]
2.2 Тау жынысытарының физика-механикалық қасиеттері.
Шалкия кен орнының тау жынысытарының физика-механикалық қасиеттерін зерттеу үшін 331 сынама таңдалды. Зерттеу барысында тау жынысытарының су-физикалық және беріктік сипаттамалары анықталды: көлемдік масса, тығыздық, пористік, су сіңіру, қысым мен созылу беріктігі, Протодьяконов коэффициенті, Пуассон коэффициенті, жұмсарту коэффициенті, ішкі үйкеліс бұрышы және сцепление. Опробалаумен кен орнындағы барлық тау жынысы түрлері қамтылды. Кен орнының қимасында 9 горизонт анықталды (массивті және қабаттасқан әктастар мен доломиттер, ал руданы қамтитын бөлімдер 6 топқа бөлінген). Лабораториялық зерттеулердің нәтижелері төмендегі 3 кестесінде көрсетілген, мұнда әрбір горизонттағы тау жынысытарының физика-механикалық қасиеттерінің минималды, максималды және орташа мәндері берілген.
Құрғақ күйдегі карбонаттық тау жынысытарының қысымға төзімділігі орташа есеппен 1177 кг/см² (D3fm3b1) мен 1539 кг/см² (D3fm3b4) арасында ауытқиды. Жалпы алғанда, карбонаттық қабаттың қысымға төзімділігі 1344 кг/см² құрайды, ал терригендік тау жынысытарда бұл көрсеткіш 900 кг/см² болады.
Тау жынысытарының серпімді-деформациялық қасиеттері акустикалық каротаж әдісімен зерттелді. Зерттеу нәтижесінде әртүрлі толқын түрлерінің таралу жылдамдығы 1970 км/с пен 8955 км/с аралығында, көлденең толқындар 1478 км/с-тан 4139 км/с-қа дейін өзгеретіні анықталды. Бұл әдістің ерекшелігі, жарықшақтылықтың жоғары аймақтарында продольды толқындардың жылдамдығының күрт төмендеуі (4 км/с-қа дейін) және көлденең толқындардың толығымен жойылуы байқалады.
Жалпы алғанда, Шалкия кен орнының тау жынысытары жоғары беріктік қасиеттеріне ие, әрі қысым мен созылу кезінде жақсы көрсеткіштер көрсетеді. Сонымен қатар, Протодьяконов шкаласы бойынша тау жынысытарының беріктігі жоғары. 2 суретте көрсетілгендей тау жынысытарының Пуассон коэффициенті 0,01 мен 0,4 аралығында өзгереді, Юнг модулі 1,04·10⁵ МПа мен 10,3·10⁵ МПа аралығында (негізінен 4·10⁵ МПа), сдвиг модулі 0,8·10⁵ МПа мен 5,4·10⁵ МПа аралығында, үшжақты қысу модулі 0,4-тен 14,0-ге дейін ауытқиды. (кесте 3) [4].
2.3 Қолданыстағы бекіту әдістерін талдау.
Тау-кен өндірісінде жер асты қазбаларының орнықтылығын қамтамасыз ету – қауіпсіздік пен өндіріс тиімділігінің негізгі алғышарттарының бірі. Қазбалардың конфигурациясы, тереңдігі және тау жынысыы массивінің геомеханикалық жағдайларына байланысты бекіту әдістері әртүрлі болады. Қазіргі таңда қолданылатын негізгі бекіту жүйелері бірнеше технологиялық топқа бөлінеді.
Анкерлік жүйелер тау жынысы массивін белсенді түрде тұрақтандыруға бағытталған. Олар тау жынысытарды біртұтас массивке біріктіру арқылы деформациялар мен қопарылуларды шектейді. Анкерлер әртүрлі конструкцияда шығарылады: желімделген, механикалық, арматуралы және алдын ала керілген түрлері бар. Ұзындығы әдетте 1,5–4,0 м аралығында болады. Бұл әдіс тиімділігі мен үнемділігі үшін кеңінен қолданылады.[3]
Торкретбетон – жоғары қысыммен қоспаны тау жынысыы бетіне шашыратып қатаю арқылы бекіту әдісі. Ол шаң-тозаң мен үгітілуден қорғайды, бетті нығайтады. Торкретбетон көбінесе анкерлік бекітумен бірге қолданылады. Артықшылықтары – жылдам қолдану және тау жынысы бетінің қосымша нығаюы. Алайда ылғалды ортада тиімділігі төмендеуі мүмкін.
Монолитті (қалыпты) бетондау – тау жынысы қабырғаларына қалың бетон қабырғалар құю арқылы жүзеге асатын пассивті бекіту түрі. Ол көбінесе тұрақсыз, сазды немесе суланған тау жынысытарда, сондай-ақ жүк көп түсетін қазбаларда қолданылады. Монолитті бетон ұзақ мерзімді шешім ретінде тиімді, бірақ құны мен құрылыс уақыты жоғары.
Арматураланған қаптамалар (болат торлар, темірбетон блоктар) бекіту жүйесі көбінесе кең қималы қазбаларда және қауіпсіздігі жоғары камераларда қолданылады. Болат торлар тау жынысы бетіне тығыз орнатылады, көбіне торкретбетонмен бірге. Қатаң конструкциялармен бірге қолданылса, өте сенімді жүйе қалыптасады.
Күрделі геологиялық және кернеулі аймақтарда жиі қолданылатын әдіс – анкерлік, торкретбетон және арматура элементтерін біріктіретін кешенді тәсіл. Бұл жүйелер әртүрлі аймақтардағы жағдайға бейімделуге мүмкіндік береді және тау жынысытардың әркелкі деформациясына қарсы тұруға қабілетті. [5]
2.4 Шалқия кенішіндегі қолданыстағы бекіту әдістерін талдау.
«Шалқия» кен орнында, әсіресе Юго-Восточный учаскесінде, жер асты қазбаларының үлкен тереңдікте орналасуы мен тау жынысы массивінің күрделі геомеханикалық жағдайлары бекіту құрылымдарына қойылатын талаптарды едәуір арттырады. Қазіргі таңда кеніште бекіту әдістерінің бірнеше түрі қолданылады, олар тау жынысытардың механикалық қасиеттеріне, жарықшақтылық деңгейіне және су өткізгіштігіне байланысты таңдалады.
Горизонтальды капитальды қазбалардың көлденең қимасының пішіні мен өлшемдері көлік құралдарының және вагонеткалардың көлемдері, сондай-ақ олардың саны мен жүктеме сыйымдылығы негізінде анықталды, бұл жылдық өнімділікті қамтамасыз етеді. Көлік құралдары ретінде ВГ-10А моделіндегі вагонеткалар таңдалған, олар руданың және тау жынысытарының тиімді тасымалдануына қажетті өлшемдерге ие. К-14М моделімен жабдықталған контактылы электр пойызы қолданылады, ол тау жұмыстарында вагонеткалардың қозғалысын қамтамасыз етеді. Өткірмелердің көлденең қимасы күмбез тәрізді (көрсетілген суреттер 2-5) болады, бұл олардың тұрақтылығын қамтамасыз етіп, көлік құралдарының қозғалысына ыңғайлы жағдайлар жасайды.
Капитальды кен және тау жынысытары спускаларының көлденең қимасының ауданы 9,6 м² деп қабылданған. Бұл мән руда мен тау жынысытарының массасын орналастыру үшін қажетті кеңістікті ескере отырып таңдалды, бұл өз кезегінде электр пойызының тиімді жұмыс істеуін қамтамасыз етеді. Сондай-ақ, таңдалған қима ауданы арнайы өткірмелерді жасауда қолданылатын КПВ кешендерінің жұмысын қамтамасыз ету үшін жеткілікті. Бұл шешім өткірмелерді жасау тиімділігін арттыруға және бұрғылау мен дамытуды өткізу уақытын минимизациялауға бағытталған. [4]
Өткірмелердің сенімділігі мен ұзақ мерзімділігін қамтамасыз ету үшін, геологиялық және геомеханикалық жағдайларға, сондай-ақ кен және тау жынысытары массивінің беріктігіне байланысты, өткірмелерде мынадай түрлердегі бекітулер қолданылатын болады. Бекіту элементтері тау жынысытарының беріктігін және олардың пайдалану кезінде бұзылуын болдырмау қажеттілігін ескере отырып таңдалады (кесте 4).
Монолитті бетон (сурет 1) – бұл бекіту түрі төмен динамикалық және статикалық жүктемелер болжанған аймақтарда пайдаланылады. Бұл бекіту түрі өткірмелердің тұрақтылығын және ұзақ мерзімділігін қамтамасыз етеді, әсіресе қаттылығы аз аудандарда. Оның қолданылуы өткірмелердің ұзындығының 20%-на дейін қарастырылған.
Сурет 1. Монолитті бетонды бекітумен
бекітілген екі жолды өту жолының қимасы.
Темірбетонды анкера (штангалар) және торкретбетонмен қаптау (сурет 2) – бұл бекіту түрі механикалық және гидростатикалық жүктемелер жоғары болатын жерлерде қолданылады. Анкера тау жынысытарына орнатылып, бүйір қабырғалар мен төбеге торкретбетон қабаты жағылады, бұл өткірмелердің бұзылуына қарсы қосымша қорғаныс қамтамасыз етеді. Бұл әдіс өткірмелердің ұзындығының 25%-на дейін қолданылады.
Сурет 2. Торкретбетон мен темірбетонды анкерадан тұратын
комбинирленген бекітумен бекітілген екі жолды өту жолының қимасы.
Металл аркалары арнайы профильден және темірбетонды тартпалармен (сурет 3) – бұл бекіту түрі жоғары жүктемелер мен тау жынысытарының қысымы болжанған аймақтарда қолданылады. Аркалар жүктемені бөлуге және өткірмелердің тұрақтылығын арттыруға мүмкіндік береді. Бұл бекіту түрі өткірмелердің ұзындығының 20%-на дейін қарастырылған.
Сурет 3. Металл тормен жабдықталған анкерлі бекітумен
бекітілген екі жолды өту жолының қимасы.
Торкретбетон (сурет 4) – бұл бекіту түрі тау жынысытарының қозғалысы жоғары немесе ылғалдылығы жоғары аймақтарда қолданылады. Торкретбетон өткірмелердің ұзақ мерзімділігін және қажетті беріктігін қамтамасыз етеді, оның қолданылуы өткірмелердің ұзындығының 20%-на дейін жоспарланған.
Темірбетонды анкера (штангалар) металл торкалармен немесе онсыз (сурет 5) – бұл бекіту түрі өткірмелердің бүйір қабырғалары мен төбесін қосымша қолдауды қажет ететін жерлерде қолданылады. Қажет болған жағдайда металл торкалар пайдаланылмайды. Бұл бекіту түрі өткірмелердің ұзындығының 15%-на дейін қолданылады.
Сурет 4. Темірбетонды тартпасы бар арка тәрізді
бекітумен бекітілген екі жолды өту жолының қимасы.
3. Нәтижелер мен талқылау.
Зерттеу барысында жер асты қазбаларының орнықтылығын арттыруға бағытталған инженерлік және технологиялық шешімдер ұсынылды. Ерекше назар тау жынысытары массивінің геомеханикалық қасиеттерін талдауға және бекіту жүйелерінің тиімділігін бағалауға аударылды.
Қазбалардың жарықшақтылық деңгейі мен физика-механикалық сипаттамаларын ескере отырып, қолданыстағы бекіту әдістерінің артықшылықтары мен шектеулері сарапталды. Нәтижесінде тау жынысы жағдайына бейімделген кешенді бекіту тәсілдерін қолдану тиімді екені дәлелденді.
Номер журнала Вестник науки №5 (86) том 3
Ссылка для цитирования:
Шынызақ А.А. ШАЛҚИЯ КЕНІШІ ЖАҒДАЙЫНДА КӨЛДНЕҢ ҚИМАСЫНЫҢ АУДАНЫ ҮЛКЕН ЖАЗЫҚ ТАУ-КЕН ҚАЗБАЛАРЫН БЕКІТУ ТЕХНОЛОГИЯСЫН ТАЛДАУ // Вестник науки №5 (86) том 3. С. 2297 - 2312. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/23270 (дата обращения: 08.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+