WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Таким образом, на глубоких рудниках Талнахского и Октябрь­ского месторождений сформировались особо сложные условия ве­дения гор­ных работ с повышенной вероятностью динамических форм проявления горного давления. В связи с этим возникает необ­ходимость проведения мероприятий по приведению массива в не­ударопасное состояние с постоянным и жестким контролем напря­жено-деформированного состояния рудного массива при ведении горных работ в сложных горно-геологических и горнотехнических условиях.

Исследованию напряженно-деформированного состояния мас­сива горных пород посвящены работы ученых С. Г. Авершина, В.В Аршав­ского, Н.С. Булычева, В.А. Звездкина, В.П. Зубова, В.И. Ива­нова, А.А. Козырева, Г.Н. Кузнецова, К.В. Кошелева, А.М. Линь­кова, В.Н. Опарина, Н.Ю. Рассказова, М.А. Розенбаума, В.Д. Палия, И.М. Петухова, А.Г. Протосени, А.Н. Ставро­гина, В.С. Сидорова, А.П. Тапсиева, А.А.Филинкова, А.Н. Шабарова, Е. И. Шемякина и др. В этих работах отражены важнейшие положения механики гор­ных пород и массивов, составляющих основу ее современного со­стояния.

Тем не менее, методы экспериментальной оценки геомехани­ческого состояния массива существенно отстают от теоретических исследований. По-прежнему ведущую роль играет весьма трудоем­кая оценка напряженного состояния по дискованию керна, для по­лучения более точных оценок используется еще более трудоемкий метод разгрузки. Поэтому основной темой работы стал анализ ре­акций горного массива на повышенные напряжения и разработка нового метода текущего прогноза и оперативной оценки напряжен­ности краевой части рудного массива.

Цель работы: разработка методики оценки напряженного со­стояния краевой части рудного массива при отработке глубоких рудников Талнаха.

Идея работы: для оперативной оценки напряженного состояния краевой части рудного массива необходимо использовать вид и характеристики деформирования стенок скважины.

Задачи исследований:

1. Выявить условия формирования и особенности напряженно-деформированного состояния краевой части рудного массива, попа­дающей в зону влияния горных работ, и установить закономерности изменения прочностных и деформационных характеристик в зави­симости от расстояния от обнажения;

2. Исследовать и установить закономерности деформирования стенок скважин, пробуренных в краевой части рудного массива, на­ходящейся вне и в зоне влияния горных работ;

3. Установить закономерности между параметрами деформи­рования стенок скважин и напряженно-деформированным состоя­нием краевой части рудного массива и разработать на этой основе методику оценки ее напряженности.

Научная новизна работы:

1. Определено, что, что в зонах влияния очистных и подготовитель­ных выработок вследствие зонального распределения концентраций напряжений прочность пород дифференцирована в функции удале­ния от обнажения с шагом, составляющим 0,2 - 0,5 максимального размера выработки;

2. Установлено, что увеличение радиуса скважины, пробурен­ной в зоне влияния горных работ, пропорционально отношению максимального напряжения max к прочности массива:, где R2 – радиус скважины, dскв – ее исход­ный диаметр, сж – фактическая прочность породы в краевой части рудного массива.

Основные защищаемые положения:

1. При отработке рудных залежей Октябрьского и Талнахского месторождений зональная дезинтеграция краевой части массива со­провождается образованием участков пород, отличающихся прочно­стными свойствами и уровнем напряжений, причем изменения прочности (повышение и снижение на разных участках) в зоне влияния одиночной выработки достигают 15 %, а в зоне влияния очистных работ – 30 %;

2. Дискование керна и разрушение стенок скважины представ­ляют собой две тесно связанные между собой формы реакции мас­сива на действие повышенных напряжений, при этом существует значимая и надежная корреляция (R>0,95) между оценками макси­мальных напряжений, полученных на основе этих двух явлений;

3. С целью реализации эффективной методики оценки и прогноза параметров техногенных напряжений при развитии очистных работ следует использовать данные об изменениях радиусов скважин, пробуренных в краевую часть рудного массива в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций подтверждается большим объемом лабораторных и шахтных исследований, применением современных методов стати­стической обработки экспериментальных данных и анализа геоме­ханического состояния массива горных пород, а также положитель­ными результатами промышленного использования разработанной методики на рудниках ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель».

Практическая значимость работы:

- усо­вер­шен­ст­во­ва­на кон­ст­­ру­кция при­бо­ра, по­зво­ляю­щая про­во­дить ка­ро­таж сква­жин диаметром от 40 до 170 мм с кон­тро­ли­руе­мым пе­ре­ме­ще­нием при­бо­ра от­но­си­тель­но про­доль­ной и вер­ти­каль­ной осей сква­жи­ны;

- раз­ра­бо­та­на кон­ст­рук­ция на­блю­да­тель­ной стан­ции для про­гноз­ной и опе­ра­тив­ной оцен­ки на­пря­жен­но­го со­стоя­ния крае­вой час­ти руд­но­го мас­си­ва;

- раз­ра­бо­та­ны тех­но­ло­ги­че­ские па­ра­мет­ры вы­ем­ки за­щит­но­го слоя и бу­ре­ния раз­гру­зоч­ных сква­жин, для фор­ми­рования за­щи­щен­ных зо­н при ве­де­нии гор­ных ра­бот на уда­ро­­опа­сных уча­ст­ках руд­ных за­ле­жей.

Личный вклад автора заключается: в постановке цели, задач и разработке методики исследований; в личном участии в организации и проведении экспериментальных работ на рудниках «Октябрьский», «Таймырский» и «Скалистый»; в исследованиях прочности образцов руд и пород в лабораторных условиях, в анализе результатов наблюде­ний, выводе основных научных результатов, составлении и внедрении методики оценки напряженного состояния краевой части рудного массива.

Реализация работы. Созданная методика оценки напряжен­ного состояния краевой части рудного массива используется: про­ектными организациями «Институт Норильскпроект» и «ООО Ин­ститут «Гипроникель» при разработке регламентов отработки уда­роопасных участков рудных залежей Октябрьского и Талнахского месторождений; рудниками ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» при оперативной и прогнозной оценке напряженного состояния рудного массива, разработке паспортов крепления горных вырабо­ток и профилактических мероприятий по приведению краевой части рудного массива в неудароопасное состояние.

Апробация работы.

Основные положения диссертации док­ладывались: на междуна­родной конференции «Проблемы и перспективы развития горных наук» (Новосибирск, 2004 г.), на горной секции Горно-геологического управления ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» (г. Норильск, 2005-2008 гг.), на секции Уче­ного совета по геомеханике ОАО ВНИМИ (Санкт -Петербург, 2005-2007 гг.), на научно-техническом совете Научного центра геоме­ханики и проблем горного производства Санкт-Петербургского го­сударственного горного института имени Г.В. Плеханова (техниче­ского университета), (Санкт-Петербург, 2008-2009 гг.).

Публикации: Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 7 научных трудах, из них 2 - в рекомендованных ВАК РФ изданиях.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения; содержит 112 страниц ма­шинописного текста, 37 рисунков, список литературы из 90 наиме­нований и одно приложение.

Автор выражает искреннюю признательность научному руко­водителю д.т.н. Шабарову А.Н. и к.т.н. Звездкину В.А. за внимание и ценные советы при подготовке и написании диссертационной ра­боты.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 приведены горно-геологические и горнотехнические условий отработки рудных залежей Норильского промрайона, вы­полнен анализ существующих методов оценки напряженного со­стояния массива горных пород. Сформулированы цель и задачи ис­следований.

В главе 2 разработана методика исследований прочностных свойств и напряженно-деформированного состояния краевой части рудного массива.

В главе 3 приведены результаты исследований и закономерно­сти изменения прочности и напряженно-деформированного состоя­ния краевой части рудного массива в зоне и вне зоны влияния гор­ных работ.

В главе 4 выполнено геомеханическое обоснование методики оценки напряженности краевой части рудного массива. Приведена методология текущей прогнозной и оперативной оценки напряжен­ности краевой части рудного массива, попадающей в зону влияния горных работ.

В заключение приведены основные научные и практические результаты диссертации.

В приложении приведены технико-экономические показатели вне­дрения методики на рудниках ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель»

Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых положениях:

1. При отработке рудных залежей Октябрьского и Тал­нахского месторождений зональная дезинтеграция краевой части массива сопровождается образованием участков пород, отличающихся прочностными свойствами и уровнем напряже­ний, причем изменения прочности (повышение и снижение на разных участках) в зоне влияния одиночной выработки дости­гают 15 %, а в зоне влияния очистных работ 30 %.

Для оценки напряженно-деформированного состояния крае­вой части рудного массива были проведены лабораторные и натур­ные исследования. В лабораторных условиях проводились исследо­вания физико-механических свойств образцов, отобранных из крае­вой части рудного массива, в шахтных - методами глубинных репе­ров, дискования керна и разрушения стенок скважины изучались процессы деформирования и формирования напряженного состоя­ния краевой части рудного массива.

Лабораторные исследования показали близость деформиро­вания краевой части рудного массива к деформированию образцов трещиноватых горных пород. При нагружении образцов четко про­являются три стадии деформирования. На первой стадии, при воз­растании напряжений до 15 МПа (при прочности 90-120 МПа) в об­разцах происходит закрытие микро- и макротрещин, наведенных в руде в процессе генезиса рудной интрузии, с примерно постоянным соотношением продольных и поперечных деформаций. На второй стадии, при возрастании напряжений более 15 МПа, поперечные деформации увеличиваются с большей скоростью, чем продольные, в образцах начинается процесс образования новых систем микро- и макротрещин. При дальнейшем нагружении образцов начинается процесс ветвления и слияния природных и новых микро- и макро­трещин. На третьей стадии нагружения (при напряжениях 80-90 МПа), образцы, ослабленные вновь образованными системами тре­щин, приходят в предельное состояние и разрушаются.

В ходе длительных шахтных исследований было установлено, что такой механизм деформирования характерен и для краевой части рудного массива (рис. 1).

При этом в натурных условиях возрастание напряжений в ходе деформирования вызывается приближением зоны влияния очистных работ и влиянием опорного давления.

В начале наблю­дений вне зоны влия­ния очистных работ в де­формировании руд­ного массива преобла­дающую роль на глу­бинах 900-1000м вы­полняют продольные деформации.

За счет продоль­ных деформаций про­исходит закрытие при­родных трещин. При этом в системах вер­тикальных или крутых трещин закрытие от­дельных трещин может происходить со сдвигом или поворо­том блоков относи­тельно друг друга. Процесс уплотне­ния массива (на графике область 1) растянут во времени и протекает с приблизительно по­стоянной скоростью деформирования, состав­ляющей в среднем 410-3 мм/сутки. В зоне влияния горных работ (примерно 30-40 м от фронта очистных ра­бот) краевая часть рудного массива переходит во вторую стадию деформирования (на графике область 2). На дан­ной стадии рудный массив деформируются со скоростью порядка до 20-2510-3 мм/сутки, которая в пять и более раз превышает ско­рость деформи­рования пород на предшествую­щей стадии уплотне­ния. В уплот­ненном массиве за счет быстрого роста поперечных де­формаций и деформаций растяжения происхо­дит образование новых систем микро- и макротрещин. В зоне мак­симального действия зоны опор­ного давления (примерно 10-20 м от фронта очистных работ), где напряжения превышают предел проч­ности ослабленного но­выми системами микро- и макротрещин мас­сива, в нем начинается про­цесс ветвления и слияния микро- и мак­ротрещин с образованием трещин более крупного порядка (на гра­фике область 3). На этой ста­дии процесс деформирования характе­ризуется циклическими из­ме­нениями скорости деформирования и резким возрастанием абсо­лютных величин деформаций рудного массива.

Таким образом, структурная однородность и трещинова­тость определяет нелинейный характер связи между напряжениями и деформациями в краевой части рудного массива.

Шахтными исследованиями с применением полевого проб­ника БУ-39, конструкции ВНИМИ, было установлено, что проч­ность руды на одноосное сжатие изменяется в зависимости от рас­стояния от обнажения. При этом участки краевой части рудного массива с различной прочностью руды прослеживаются, как в зоне влияния одиночной выработки, так и в зоне влияния очистных работ.

Появление в зоне влияния выра­ботки участков руд­ного мас­сива с различ­ными значениями прочности руды объ­ясняется тем, что выра­ботки на рудниках проводятся в доста­точно напряженном рудном массиве (глу­бина проходки вы­ра­боток 900 и более мет­ров). Выработки про­ходятся буро­взрывным способом, который вызывает появление в рудном массиве систем техногенных трещин, а сам процесс про­ходки выработок сопровождается перераспределением напряжений вокруг выработки. В краевой части рудного массива, попадающей в зону влияния выработки, протяженность которой равна примерно 0,2 максимального размера выработки (ширины или высоты в зави­симости от формы выработки), изменения прочности руды неве­лики. Снижение прочности за счет роста трещиноватости и реализа­ции нестесненных деформаций компенсирует увеличение прочно­сти, обусловленное закрытием трещин под действием опор­ного дав­ления. По нашим исследованиям область максимального действия влияния одиночной выработки распространяется в краевой части рудного массива на расстояние, примерно равное 0,5-0,7 мак­си­мального размера выработки. За этой областью отмечается тен­ден­ция возрастания и стабилизации прочности руды.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»