Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Гриб Н.Н. 1 Кирейченков А.А. 1 Кузнецов П.Ю. 1

---

1 Технический институт (филиал) ФГАОУ ВПО "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К. Аммосова" в г. Нерюнгри

В статье представлены авторские исследования изучения влияния горно-геологических факторов на устойчивость породных обнажений при проведении подготовительных горных выработок на шахтах Южной Якутии. Рассмотренные в статье исследования проводились на глубинах шахт от 100 до 400 метров и включали в себя следующие методы: зарисовка вывалов горных пород; определение мощности слоев и пропластков горных пород, слагающих кровлю; замеры геометрических параметров выработки в проходке на месте вывала с замером зоны обрушения горных пород; замеры времени устойчивого состояния обнажения пород кровли до потери устойчивости. По результатам проведенного исследования с учетом ранее проведенных работ и накопленного статистического материала были установлены основные литологические типы горных пород и связанные с ними характерные для Южной Якутии типы вывалов горных пород, ведущих к нарушению устойчивости кровель рассматриваемых шахт. А также установлены зависимости времени устойчивого состояния породного обнажения от мощности слоя и от литологического типа горной породы. Полученные авторами результаты позволяют прийти к выводу, что существующие действующие рекомендации по повышению устойчивости породных обнажений не в полной мере могут дать необходимые сведения для своевременного уточнения и принятия мер по повышению устойчивости шахт, расположенных на территории Южной Якутии.

Статья в формате PDF

209 KB

литологический тип горной породы

слой горной породы

вывал горной породы

устойчивость горной выработки

тектонически напряженная зона

кровля горной выработки

1. Бакланов В. Г. Геолого-геофизическая методика изучения физико-механических свойств угленосных пород и их устойчивости в гонных выработках (на примере Воркутинского месторождения): Диссертация … канд. геол.-минерал. наук. – М., 1980.

2. Еременко А. А. Проведение и крепление горных выработок в удароопасных зонах (А. А. Еременко, А. И. Федоренко, И. А. Копытов). – Новосибирск: Наука, 2008. – 236с.

3. Методические указания по геолого-геофизической методике изучения физических свойств пород угольных месторождений. – М.: Нефтегеофизика, 1989. – 102 с.

4. Михайличенко Ф. Ф. Катков И. И. Влияние состояния образцов горных пород, извлеченных из глубины, на их физико-механические свойства // Инженерная геология. – 1980. – № 3. – С. 69-73.

5. Ненашев Р. И., Аксененко М. И., Жингель И. П. Геологические факторы, влияющие на поведение боковых пород Прокопьевского района // Физико-механические проблемы разработки полезных ископаемых. – 1972. – № 15. – С. 10- 21.

6. Ненашева Р. И. Опыт составления карт прогноза устойчивости кровли и почвы угольных пластов на примере Кузбасса // Экспресс-информация. Серия: геология, методы поисков и разведки месторождений твердых горючих ископаемых. – М.: Изд- во ВИМСА, 1971. – № 4. – 6 с.

7. Никитина Г. А. Исследование геологических факторов, определяющих инженерно-геологические свойства массива углевмещающих пород месторождений Южно-Якутского бассейна // Сборник научных трудов. Инженерно-геологическое изучение массивов пород при разведке месторождений полезных ископаемых. Труды. Вып. 143 / Отв. ред. Б. М. Гамалей. – М.: ВСЕГИНГЕО, 1981. – 72 с.

8. Петухов И. М. Горные удары на угольных шахтах Министерство промышленности и энергетики РФ. ФГУП «Государственный НИИ горной геомеханики и маркшнейдерского дела – МНЦ ВНИМИ» – 2004 г., 238 с.

Введение

Исследованиями российских и зарубежных ученых установлено множество горно-геологических и горнотехнических факторов, неоднозначно влияющих на ударооопасное состояние массивов. Поэтому решение проблемы динамических проявлений горного давления на месторождениях с учетом накопленного опыта при строительстве и отработке удароопасных месторождений весьма актуально.

Динамические проявления горного давления по силе и характеру проявления подразделяются на горные удары, горно-тектонические удары, микроудары, толчки, стреляния. К внешним признакам склонности массива к динамическим проявлениям горного давления относится интенсивное заколообразование и шелушение пород [1,2,8].

Геодинамические явления, в первую очередь горные удары, вызываются природными высокими напряжениями, складывающиеся с дополнительной нагрузкой, вызванной ведением горных работ в породах, склонных к хрупкому динамическому разрушению. Как показали наблюдения за произошедшими горными ударами и участков с категорией «Опасно», большая часть из них приурочена к тектонически напряженным зонам (ТНЗ), сформированным тектоническими нарушениями, в первую очередь к разрывным нарушениям [3,5].

На этапе проектирования месторождений тектонически-напряженные зоны выявляются с помощью геодинамического районирования. В процессе разработки месторождений геологические и инструментальные наблюдения в выработках, сейсмический и деформационный мониторинг и построение модели месторождения позволяют конкретизировать и уточнить положения ТНЗ.

По результатам исследований на шахтах «Эрчим-Тхан», «Денисовская», «Инаглинская», более 50 напряженных и около 80 разгруженных участков, выделенных отличительными геологическими признаками тектонически-напряженных и разгруженных участков (табл. 1). На напряженных участках зона повышенных напряжений имеет высокую интенсивность и находится на самом шве разлома, на разгруженном участке – на самом шве находится разгруженная зона («ложная выработка»), окруженная с обеих сторон малоинтенсивными ТНЗ. Как правило, напряженные зоны приурочены к особым участкам разрыва – замыканиям, изменениям угла падения или простирания, изгибам, сопряжениям с оперяющими разрывами, пересечениям слоев повышенной крепости (в т. ч. линз крепких пород в почве и кровле залежи) и т. д.

Таблица 1

Геологические признаки тектонически-напряженных и разгруженных участков

Интенсивные ТНЗ связаны не только с единичными разрывами, но и с системами разрывов. К числу наиболее опасных структур шахт «Эрчим-Тхан», «Денисовская», «Инаглинская» относятся кулисообразные системы разрывов, сближения (и изменения углов падения и простирания) разрывов, разветвления поострыми углами (10 °–15 °).

Тектонически напряженные зоны с повышенной опасностью динамических явлений формируются и в складчатых структурах, при этом положение ТНЗ зависит от типа складок. В пологих антиклинальных и синклинальных складках с внутренним углом более 90 ° и величиной изгиба (отношение высоты складки к ее ширине) менее 0,1 наибольшее увеличение уровня напряжений и удароопасности приходится на замок складки. В складках с большими углами ТНЗ, как правило, располагаются в переходных зонах от крыльев к замку. Значительную опасность представляют также переходный тип нарушений от пликативных к дизъюнктивным – флексурные складки, которые с геомеханической позиции можно рассматривать как не полностью реализовавшиеся разрывы. Наиболее интенсивные ТНЗ, как правило, сосредоточены в замковой зоне флексурных складок и около замыканий разрывов, продолжающих флексуры.

Сложение естественных повышенных напряжений с горным давлением, вызванным ведением горных работ, приводит к формированию зон повышенной опасности – геодинамически опасных зон (ГОЗ). Интенсивность формирующихся ГОЗ зависит не только от характеристик локального ТНЗ и параметров ведения горных работ, но также от напряженности геодинамического блока, в которой расположена ГОЗ.

Наиболее точную оценку напряженности геодинамического блока дают расчеты полей напряжений, скорректированные с учетом региональных макросейсмических наблюдений и статистики локальных наблюдений в горных выработках. Однако уже на начальных этапах возможна оценка напряженности блока с помощью расчета степени его деформированности. Для этого в системе примерно параллельных разломов сопоставляются тангенсы углов сдвига, оцененные по представительному маркирующему слою. В блоках с наибольшей деформированностью и напряженностью формируются зоны с наибольшей геодинамической опасностью, и, наоборот, в тектонически разгруженных блоках даже достаточно интенсивные ТНЗ, как правило, не ведут к формированию особо опасных ГОЗ [2,4,6,7]. Бинарная классификация возможных геодинамических явлений представлена в таблице 2.

Таблица 2

Классификация интенсивности формирующих ГОЗ в тектонических блоках различной напряженности

По мере построения геодинамической модели месторождения уточняется вероятность возникновения ТНЗ и ГОЗ в различных тектонических структурах отрабатываемого месторождения.

Методы и объекты исследования

На данный момент сравнительно слабо или недостаточно раскры­то влияние природных и технических факторов на устойчивость породных обнажений, в особенности обнажений пород кровли в подготовительных выработках по угольным пла­стам Южно-Якутского бассейна.

Для решения поставленных задач проводились натурные наблюдения в подготови­тельных выработках на шахтах Южной Якутии: «Эрчим-Тхан», «Денисовская», «Инаглинская».

Проводимые натурные наблюдения включали в себя:

• зарисовки вывалов горных пород;
• замеры высоты и ширины выработки в проходке на месте вывала, ширины, высоты и длины обрушения горных пород;
• замеры времени устойчивого состояния обнажения по­род кровли до потери устойчивости;
• определялась мощность слоев и пропластков.

Исследования свойств горных пород производились на глубине от 100 до 400 м.

Результаты обследования выработок и установление причин потери устойчивости породного обнажения

За период с 2003 по 2012 г. в подготовительных выработках шахт Южной Якутии про­изошло 730 случаев обрушения угля и пород кровли высотой до 3 – 4 м, из них 73 % непо­средственно при проходке, 27 % – после проведения выработок в процессе их эксплуата­ции вне зоны и в зоне влияния очистных работ.

Проводились натурные наблюдения в подготови­тельных выработках на шахтах Алдано-Чульманского угленосного района – шахты: «Эрчим-Тхан», «Денисовская», «Инаглинская».

Проводимые натурные наблюдения включали в себя:

• документирование литологических типов пород кровли в проводимых горных выработках (рис.1);

Рис.1.Литологические типы пород кровли в проводимых выработках

• документирование вывалов горных пород в подготовительных выработках (рис. 2);

Рис.2. Виды вывалов горных пород в проводимых выработках

• замеры времени устойчивого состояния обнажения пород кровли до потери устойчивости (рис. 3);

Рис. 3. Зависимость времени (t) устойчевого состояния породного обнажения от мощности слоя (m)

1. Кровля сложена слоями алевролитов и песчаников.

2. Кровля сложена слоями алевролитов и песчаников, с включениями прослойков угля мощностью 50–70 мм.

• определялась мощность слоев и пропластков;
• замеры высоты и ширины выработки в проходке на месте вывала, ширины, высоты и длины обрушения горных пород;
• Исследования свойств горных пород производились на глубине от 100 до 200 м.
• Для лабораторных исследований свойств горных пород в призабойном пространст­ве проводимых выработок отбирались образцы пород неправильной формы из кровли и боков выработок.

Заключение

Установлено, что в процессе проведения общей протяженности горизонтальных горных выработок около 56 % породных обнажений теряют устойчивость непосредственно при обнажении или спустя некоторое время после обнажения (20–350 минут в зависимости от мощности слоя), приводящих к снижению скорости проведения выработок на 40–50 %, увеличению расходов на крепление и поддержание выработок на 20–30 %, кроме того, 35– 40 % несчастных случаев происходит непосредственно при проведении горных выработок. Существующие рекомендации, ориентированные на повышение устойчивости породных обнажений, не в полной мере могут дать необходимые сведения для своевременного уточнения и принятия мер по повышению устойчивости и снижению травматизма в процессе сооружения и поддержания горных выработок.

Рецензенты:

Ткач С.М., д.т.н., директор, Институт Горного дела Севера им. Н. В. Черского СО РАН, г.Якутск.

Колодезников И.И., д.г.л.-м.н., профессор, действительный член Академии наук РС(Я), Академии наук РС(Я), г. Якутск.

Библиографическая ссылка