Сагынбай А.Е.
ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК НА ГОРИЗОНТЕ ВЫПУСКА *
Аннотация:
система этажного самообрушения, применяемая на шахтах Донского ГОКа обусловлена регулярным проявлением горного давления. Ранее выполненными исследованиями установлено, что на первоначальной стадии проведения подземных горных работ массив неминуемо подвержен 2-м последовательным стадиям деформирования: упругопластического, а затем и неупругого деформирования
Ключевые слова:
этажное самообрушение, горное давление, устойчивость, подсечка
УДК 622
Сагынбай А.Е.
магистрант 2 курса
Рудненский индустриальный институт
(г. Рудный, Казахстан)
ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ГОРНЫХ
ВЫРАБОТОК НА ГОРИЗОНТЕ ВЫПУСКА
Аннотация: система этажного самообрушения, применяемая на шахтах Донского ГОКа обусловлена регулярным проявлением горного давления. Ранее выполненными исследованиями установлено, что на первоначальной стадии проведения подземных горных работ массив неминуемо подвержен 2-м последовательным стадиям деформирования: упругопластического, а затем и неупругого деформирования.
Ключевые слова: этажное самообрушение, горное давление, устойчивость, подсечка.
Этажное самообрушение или, в полном наименовании, система разработки этажным самообрушением — это применяемая в мощных залежах система разработки с обрушением руды и вмещающих пород, при которой массив руды подсекают, т. е. вынимают нижний слой руды, затем подсеченный массив постепенно обрушается под действием силы тяжести и горного давления, в процессе обрушения производят частичный выпуск руды, а после обрушения массива на полную высоту — общий выпуск под налегающими обрушенными породами. Этажное самообрушение осуществимо только в мощных залежах и только при рудах, которые при подсечке на значительной площади начинают не позднее чем через 1-3 мес. обрушаться сами и дробиться при этом на сравнительно небольшие куски [1, с. 33].
В основании панели или блока по всей площади проходят выработки для донного выпуска руды.
Ранее выполненными исследованиями установлено, что на первоначальной стадии проведения подземных горных работ массив неминуемо подвержен 2-м последовательным стадиям деформирования: упругопластического, а затем и неупругого деформирования. Указанные процессы деформирования первоначально наиболее интенсивно формируются вблизи контакта руда-порода, а также на тех участках как рудного, так и породного массива, нарушенного естественными геотектоническими нарушениями. Затем они формируются с последующим прогрессивным развитием и в первоначально ненарушенном тектоникой массиве, попадающем со временем в зону влияния очистного пространства (зону влияния опорного давления). При этом отмечается что неупругое деформирование породного массива развивается даже при низких напряжениях в массиве еще не достигших и половины предела прочности пород на одноосное сжатие. Категория нарушенности (для условий ДГОКа - фактор трещиноватости) массива является доминирующим фактором в процессе формирования и развития неупругих деформаций в массиве подверженного влиянию очистных работ [2, с. 25].
Переходный этап от упругого деформирования массива к неупругому деформированию происходит как бы неявно. Например, с внешней стороны просто возникает разрушение контура выработок спустя довольно значительное время после их проходки. Постепенно масштаб разрушения выработок увеличивается, начинается переход от локального "пристеночного" деформирования массива к крупномасштабному разрушению, размеры областей которых можно оценить только косвенно (расчетно-аналитическим методом) при использовании данных регулярно проводимых инструментальных наблюдений.
По результатам многолетнего контроля за состоянием крепи откаточных выработок выемочных блоков, находящихся в зоне проявления опорного давления, произведены расчеты зон распространения опорного давления и ориентировочный расчет его величины, определены закономерности распределения параметров опорного давления на откаточном горизонте в конкретных горногеологических условиях. Наблюдательные станции (НС) установлены практически во всех существующих подготовительных и горнокапитальных выработках шахтного поля, находящихся или в перспективе попадающих в расчетно-прогнозируемую зону влияния очистных работ.
В настоящее время управление параметрами опорного давления обеспечивается своевременным внедрением следующих мероприятий:
- разработка (на стадии ЛП) и строгое соблюдение определенного порядка отработки выемочных единиц как в отдельном блоке, так и по шахтному полю в целом, в результате чего откаточные выработки находятся в зоне максимального опорного давления кратковременно;
- обязательной крепление выработок горизонта выпуска + горизонта откатки (ГНP + ГПР) в пределах зоны влияния очистных работ 2-х слойной арочной крепью (несущей способности крепи не менее 80 тонн/п.м. - паспорт крепления);
- организация более интенсивного выпуска руды из блока (при необходимости и только на флангах блока), что снижает срок эксплуатации определённых участков откаточных выработок и выводит их из зоны распространения опорного давления.
Необходимо отметить тот факт, что вышеперечисленные внедряемые мероприятия позволяют решить вопрос необходимо-достаточной устойчивости откаточных выработок, попадающих в зону влияния очистных работ, только частично.
Так анализ состояния крепи откаточных выработок в уже отработанных блоках показал, что крепление откаточных выработок двухслойной металлической арочной крепью шагом через 0,5 м. фактически не обеспечивает их устойчивости на весь срок эксплуатации, так как по мере попадания конкретного участка в зону влияния max. опорного давления происходит деформация самого приконтурного массива, выраженная в конвергенции контура откаточной выработки.
В процессе интерпретации количественных параметров (временные и площадные) скорости конвергенции контура выработки (в зоне влияния max. опорного давления) установлена следующая закономерность:
-прирост - 30 - 70 мм/мес — отстрел хомутов, просадка верхняков, смещение стоек, деформации элементов крепи (СВП) нет;
-прирост - 120 - 200 мм/мес - раскатывание, деформация, изгиб, излом элементов крепи в течении 2-3 месяцев, потеря сечения выработки на 60 %, крепь фактически неработоспособна, необходима перекрепка.
В период нахождения откаточной выработки в зоне влияния опорного давления перекрепка откаточной выработки (с установкой 2-х слойной податливой арочной крепи с затяжкой межрамного пространства лесом) эффективна только на период не более 4-х месяцев после чего производиться вторичная перекрепка.
Сравнительные расчетный показатели соответствия прочностных свойств применяемой 2-х слойной арочной крепи к расчетным нагрузкам, действующим зоне влияния очистных работ сведены в таб. 1.
Таблица 1. Сравнительные расчетный показатели
|
Участок орта |
Период |
Величина нагрузки в днище блока, тонн/м. |
Несущая способность 2-х слойной крепи, тонн. |
Коэфф. Запаса прочности |
|
L min оп. давл – начало очистных работ |
до 1 года |
180 |
2*90=180 (max) |
1 |
|
L mах оп. давл – середина очистных работ |
от 2 года до 4 лет |
288 |
180 |
0,63 |
|
Примечание: - данный тип крепи способен компенсировать нагрузки только на начальной стадии ведения очистных работ (L min оп. давл.); -при далнейшем развитии опорного давления (L mах оп. давл.) прочностные характеристики комбинированной крепи будут ниже величины расчётной нагрузки в приконтурном массиве. Следовательно, необходимо прогнозировать перекрепку. |
||||
По результатам геомеханического анализа выполненного специалистами Beck Engineering (Сидней) представлены следующие выводы:
- что текущая компоновка основных параметров системы самообрушения приведет к ускоренной деформации больших блоков в этаже - 400/-560 м., где проектом предусмотрена существующая система разработки (самообрушение) с аналогичными основными параметрами (подсечка, размеры целиков, расстояния между выпускными дучками, крепь и т.д).
Проблема обусловлена повышением опорного давления из-за глубины, увеличением площадных размеров фронта очистных работ + изрезанности (нарушенность) днища горизонта выпуска нарезными выработками (ШС, СО, ВО, ХО, выпускные дучки и т.д.);
- в рамках плавного перехода к внедрению новой системы разработки при отработке запасов ниже гор - 480 м. рекомендуется провести работы по оптимизации параметров существующей системы разработки, на период пока она еще актуальна, и возможно продление срока службы до тех пор, пока не будут готовы запасы, отрабатываемые системой МВО.
- поскольку инженеры «Казхром» уже могут хорошо управлять процессом выемки, опоры на грунт и извлечения возможно, уже расширили GSC лучше, чем кто-либо до этого, единственной оставшейся мерой контроля, которая может быть впоследствии дополнена для уменьшения скорости деформации является: применение опережающей подсечки + внедрение активных видов крепи + увеличение вертикальных размеров целиков + увеличения расстояния между ШС и выпускными дучками.
Учитывая вышеприведенные выводы, представленные специалистами Beck Enginering, по оптимизации параметров существующей системы разработки (GSC), разработаны следующие дополнительные мероприятия по управлению параметрами опорного давления:
- внедрение разработанной активной 2-слойной комбиниро¬ванной крепи для крепления откаточных ортов;
- внедрение опережающей (предварительной) подсечки или оптимизация применямой подсечки до уровня опережающей.
Необходимо будет только отметить, что за счет своевременного создания армированной конструкции крепь массив, исключающей формирование или развитие каких-либо дополнительных негативных процессов сдвижения в приконтурном массиве (в интервале не менее 15м от контура выработки) - данный тип крепи (взаимодополняющая конструкция крепь — массив) соответствует расчётным параметра нагрузки в зоне влияния опорного давления.
Далее будет рассмотрен вариант оптимизации подсечки, применение которой в перспективе (2-ая очередь) позволить в конечном счёте исключить или как минимум снизить риск преждевременного ремонта горной выработки в зоне влияния очистных работ.
В применяемой системе с самообрушением определена последовательность развития 4-х этапов:
- формирования подсечки;
- инициация самообрушения;
- развитие процесса самообрушения;
- самообрушение достигает поверхности.
Система с самообрушением характеризуется наличием горизонта подсечки. На горизонте подсечки под рудным массивом проводят сеть выработок, вследствие чего рудный массив лишается опоры. Под действием собственного веса и давления налегающих пород рудный массив начинает растрескиваться и затем обрушаться. При необходимости связь блока с окружающим массивом ослабляют по его границам отсечными выработками (штреками и ортами по границам блока на подэтажах и восстающими по углам блока), которые ускоряют обрушение руды, так как способствуют разрушению замков свода естественного равновесия и ограничивают обрушение руды контурами блоков.
Подсечка является одним из основных конструктивных параметров при применении систем с самообрушением. Трудности в ходе формирования подсечки при применении технологий с самообрушением приводили к повреждению горизонта выпуска, потерям руды и повреждениям крепи доставочных выработок.
Основной целью подсечки является создание достаточной площади горизонтального обнажения в рудном массиве для инициации процесса естественного обрушения кровли и развития дальнейшего процесса обрушения. Естественно, при создании подсечки необходимой площади образуются области высоких напряжений на ее границах, поэтому при выборе параметров подсечки необходимо исходить из позиции разрушающих воздействий на горизонты выпуска и доставки.
При существующей системе разработки – самообрушение с донным выпуском – применяется следующий тип подсечки:
- подсечка после формирования выпускных выработок (заходки, орты, штреки, дучки) – обусловлено первоначальным полным формированием горизонта доставки, а затем производится подческа массива с одновременным образованием выпускных выработок – воронок.
Подсечка запасов блока производится взрыванием веерных скважин. Веерные скважины бурятся через 2-3 м буровым станком НКР-100 м на высоту 10-15м. Руда отбивается на зажатую среду. Перед взрыванием скважин производится оформление воронок. Отбитая руда из выпускных дучек скреперными лебедками 55ЛС-2СМ доставляется по скреперным ортам (штрекам) до рудоспусков или погрузочных полков для погрузки руды в электровозный транспорт см. рис.1
Рис. 1. Существующая система разработки. Применяемая подсечка.
В настоящее время на шахтах ДГОК предельная высота выпуска составляет не более 80 м, чтобы ограничить нагрузку зоны обрушения на участках, отрабатываемых GSC. Цель – сократить ремонтные циклы до приемлемого уровня, несмотря на более низкую производительность по сравнению с другими системами разработки, путем обеспечения соответствия между нагрузкой со стороны обрушенной породы и несущей способностью выработок под зоной обрушения. Этаж обрушения до 80 м является наиболее оптимальным, поскольку остаточная несущая способность крепи выработок под зоной обрушения с учетом повреждения массива достаточна для того, чтобы противостоять тщательно контролируемым нагрузкам со стороны обрушенной породы.
С целью нивелирования основных недостатков применяемой подсечки, а также для достижения оптимальных параметров устойчивости приконтурного массива в зоне влияния очистных работ рекомендован следующий тип подсечки:
- предварительная подсечка до создания выпускных выработок.
Рис. 2. Предварительная опережающая подсечка
Основная идея заключается в формировании подсечки до достижения величины гидравлического радиуса, а затем осуществляют проходку выпускных выработок в условиях загрузки основания блока. Основными преимуществом варианта является низкое давление на выпускные выработки впереди фронта развития очистных работ и в защите основных выработок горизонта выпуска от воздействия критических напряжений.
Ключом к успешному функционированию подсечки и формированию выпускной воронки ниже, является контроль за выполнением подсечки и отставанием формирования воронки, так чтобы эффекты, ослабляющие напряжение, достигались без повторного уплотнения зоны обрушения. Подсечка формируется с применением буровзрывных работ как отдельный горизонт.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
Номер журнала Вестник науки №5 (62) том 3
Ссылка для цитирования:
Сагынбай А.Е. ПОВЫШЕНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК НА ГОРИЗОНТЕ ВЫПУСКА // Вестник науки №5 (62) том 3. С. 775 - 784. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/8301 (дата обращения: 20.04.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2023. 16+