Малыбаев Н.Р., Турсын А.Б.
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОВЕДЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК В УСЛОВИЯХ РУДНИКА ЖАЙСАН *
Аннотация:
настоящая статья посвящена исследованию особенностей проведения горизонтальных горных выработок в условиях рудника Жайсан. Учитывая геолого-технические и геомеханические характеристики рудничного массива, рассматриваются оптимальные технологии проходки, выбор буровзрывных параметров, крепление и вентиляция выработок. Анализируются существующие методы, их эффективность, а также предлагаются рекомендации по повышению производительности и безопасности при проходке. Полученные результаты имеют практическое значение для горнодобывающих предприятий, работающих в аналогичных условиях.
Ключевые слова:
рудник Жайсан, горизонтальные выработки, проходка, буровзрывные работы, крепление, вентиляция, технико-экономическая эффективность
Горизонтальные горные выработки — это неотъемлемая часть подземной разработки полезных ископаемых, обеспечивающая транспортировку, вентиляцию и доступ к рудным телам. В условиях рудника Жайсан, отличающегося сложной геологической структурой и переменными физико-механическими свойствами пород, проведение выработок требует научного подхода к выбору технологии и организации процесса.Рудник Жайсан расположен в Восточно-Казахстанской области и характеризуется наличием сульфидных медно-цинковых руд. Геологическая среда включает чередование твердых и слабых метаморфических пород, склонных к деформации и водопроявлениям. Это оказывает прямое влияние на выбор способов проходки и технологии крепления выработок.Анализ применяемых методов проходки.На Жайсане основным способом проведения горизонтальных выработок остаются буровзрывные работы с использованием шпуровых и скважинных зарядов. Однако анализ показал, что существующая технология имеет ряд недостатков: высокий удельный расход ВВ, неравномерный контур выработки, повышенный уровень газопылевых выбросов.Для повышения эффективности предлагается внедрение управляемого взрыва с точным расчетом параметров бурения и заряжания, а также применение современных низко чувствительных ВВ с регулируемой скоростью детонации.Породы в зоне проходки часто склонны к вывалам, особенно при пересечении тектонических нарушений. Применяемые деревянные и арочные металлические крепи не всегда обеспечивают надежность. Рекомендуется переход к болтовому и комбинированному типу крепления с использованием инъекционных растворов и набрызгбетона. Расчеты устойчивости проводились методом Феллениуса, результаты показали увеличение срока службы выработки до 1,7 раза при переходе на болтовую крепь.Для оценки устойчивости выработок проведено численное моделирование напряжённо-деформированного состояния (НДС) с использованием программного обеспечения Rocscience и FLAC3D. Результаты моделирования показали, что в зонах пересечения тектонических разломов уровень горизонтальных напряжений значительно выше, чем вертикальных, что требует усиленной системы крепления. Предложено использование комбинированной крепи: анкеры, сетка и арочные элементы.На первом этапе были собраны и обработаны геологические данные, включая литологическую характеристику пород, ориентацию и протяжённость тектонических нарушений, коэффициенты прочности по Мору-Кулону, модуль упругости, коэффициенты Пуассона, плотность и пористость. Эти параметры легли в основу геомеханической модели. В модели была воссоздана реальная структура массива, включая тектонические разломы, зоны слабых пород и контактные линии.Моделирование показало, что в зоне тектонических нарушений и на контактах между породами разной прочности наблюдается перераспределение напряжений, при котором горизонтальные напряжения на 20–30% превышают вертикальные. Такое состояние типично для регионов, находящихся под влиянием остаточных или боковых тектонических напряжений, что характерно для Восточного Казахстана. В подобных зонах повышенных напряжений формируются очаги пластических деформаций, склонные к развитию трещин и обрушений кровли, особенно при буровзрывной проходке.Визуализация результатов моделирования позволила выявить потенциально неустойчивые участки, в которых вероятны обрушения, вываливание кусков породы и потеря несущей способности крепи. Было также зафиксировано, что в ближней к выработке зоне (на глубине 1,5–2,5 м от контура) формируется зона пластической деформации, особенно в участках с пониженной прочностью или близостью к водоносным зонам. Эти зоны нуждаются в усиленном контроле и соответствующей инженерной защите.На основе полученных результатов была обоснована необходимость использования комбинированной крепи, обеспечивающей устойчивость как в короткий, так и в длительный периоды эксплуатации. Предложенная система крепления включает:Самобурящиеся анкеры длиной 2,4–3,2 м с шагом 1–1,5 м, установленные в шахматном порядке, обеспечивают первичную стабилизацию массива в зоне действия пластических напряжений.Металлическая проволочная сетка с высоким пределом текучести (до 800 Мпа) применяется для предотвращения вываливания мелких обломков породы между анкерами.Сборные арочные крепи из стальных сегментов используются в наиболее нагруженных зонах, например, на пересечении выработки с тектоническими разломами или в местах, где глубина залегания превышает 400 м и уровень напряжений значительно возрастает.Исходя из результатов анализа, предлагается оптимизировать процесс проведения выработок за счёт применения адаптивных схем крепления в зависимости от прочностных свойств пород, использования буровзрывных схем с пониженным энергетическим воздействием, внедрения систем мониторинга деформаций и сдвигов в режиме реального времени, увеличения доли механизированных операций (в том числе погрузки и транспортировки породы), модернизации вентиляции и систем пылеподавления для улучшения условий труда.Оптимизация процесса проходки горизонтальных выработок позволяет сократить эксплуатационные затраты до 15%, а также повысить производительность на 10–12% за счёт снижения простоев и аварийных ситуаций. Совмещение инженерного анализа с горнотехническими решениями также снижает риски для персонала и продлевает срок службы выработок.Исследование условий рудника Жайсан показало, что эффективное проведение горизонтальных выработок требует комплексного подхода, учитывающего как геомеханические особенности массива, так и технологические возможности. Применение адаптивных схем крепления, модернизация оборудования и постоянный мониторинг состояния массива обеспечивают устойчивость горных выработок, безопасность работников и экономическую эффективность горных работ. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании новых горизонтов и планировании развития рудника.Дополнительно рассматривается возможность внедрения интеллектуальной системы мониторинга деформаций, включающей тензодатчики и инклинометры, позволяющие в режиме реального времени отслеживать изменения напряжённого состояния массива и при необходимости проводить корректировку крепи.Таким образом, результаты численного моделирования подтвердили высокую степень геомеханических рисков в условиях рудника Жайсан и обосновали необходимость применения адаптивных, комбинированных методов крепления. Это не только повышает устойчивость выработок, но и позволяет оптимизировать технологические процессы за счёт продления срока их безопасной эксплуатации и минимизации простоев, связанных с аварийными ситуациями.
Номер журнала Вестник науки №5 (86) том 4
Ссылка для цитирования:
Малыбаев Н.Р., Турсын А.Б. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПРОВЕДЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ВЫРАБОТОК В УСЛОВИЯХ РУДНИКА ЖАЙСАН // Вестник науки №5 (86) том 4. С. 2263 - 2268. 2025 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/23558 (дата обращения: 12.07.2025 г.)
Вестник науки © 2025. 16+