ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Является результатом научно-исследовательской работы.

С увеличением глубины разработки на ряде рудных месторождений появляются предпосылки к возникновению горных ударов различной интенсивности и мощности, которые снижают безопасность ведения работ. Безопасная и эффективная разработка рудных месторождений может быть достигнута только при знании напряженно-деформированного состояния массива горных пород в зависимости от горно-геологических и горнотехнических факторов.

С целью изучения динамических проявлений горного давления при отработки удароопасных месторождений на шахтах Берикульского, Константиновского и Таштагольского месторождений были проведены исследования с использованием различных методов.

Следует отметить, что вышеуказанные месторождения расположены в условиях неравнокомпонентного поля напряжений, причем горизонтальные главные напряжения превышают вертикальную составляющую в 1,2-2,5 раза. Исследование физико-механических свойств горных по­род месторождений позволило констатировать, что их прочностные и упругие характеристики практически одинаковы, прочность образцов пород на одноосное сжатие 120-150 МПа, а модуль упругости изменяется в пределах (0,40,7)ґ10 ⁵ МПа.

Все исследованные породы обладают способностью накопления упругой энергии, а при действии напряжений, превышающих предел прочности, разрушаются бурно, взрывоподобно. На месторождениях отмечены случаи проявления горных ударов в форме стреляния и интен­сивного заколообразования на Берикульском и Константиновском, в форме микро- и собственно горных ударов на Таштагольском рудниках.

При проведении подготовительных выработок на шахтах Константиновского и Берикульского месторождений в кровле выработок наблюдаются процессы интенсивного заколообразования и стреляния. Длительность заколообразования достигает 3-4 часов, а сечение выра­боток приобретает в результате шатрообразную форму.

Энергия отдельных толчков и горных ударов, регистрируемых сейсмостанцией "Таштагол", достигает 10 ⁸-10 ⁹ Дж, кроме того, одной из особенностей проявления горных ударов стало разрушение не толь­ко пород кровли и стенок выработки, но и пород почвы. Разрушение носит характер внезапного поднятия пород почвы, рельсового пути с амплитудой до 0,8 м на участках длиной до 40 м.

Оценка напряженного состояния массива и его краевой части производилосьна месторождениях методами электрометрии, с помощью прибора МГД, а также методом, основанным на оценке изменений электромагнитного излучения пород в световом диапазоне (фотонная эмиссия) с помощью прибора ИФЭ1. Проведенные электрометрические исследования позволили уточнять значения коэффициента концентрации напряжений вокруг выработок, который может достигать вне зоны влияния очистных работ 3, а в зоне влияния очистных работ - 6.

Кроме того, было установлено, что для оценки степени удароопасности отдельных участков необходимо определять не только расстояние до зоны максимума напряжений, но и протяженность высоко напряженного участка по длине выработки. Практика показала, что не всегда определение даже i категории удароопасности в какой-либо точке выработки связано с последующим возникновением горного уда­ра. Это объясняется тем, что для возникновения удара его очаг должен иметь определенную протяженность.

Исследования напряженного состояния проводились также с по­мощью прибора МГД (СА-28) по показателям вдавливания пуансона в стенки скважины. Полученные диаграммы вдавливания пуансона позволили определить потенциальную удароопасность пород месторождений и значения действующих напряжений в массиве. Коэффициент хрупкости исследованных пород, определяемый вдоль скважины, имел значения К _хр > 5, а значения максимального напряжения, например, на Таштагольском месторождения на глубине 700 м достигли 90 МПа в зоне влия­ния очистных работ и 67 МПа вне зоны влияния очистных работ (рис. 1).

Рис.1. Результаты исследования напряженного состояния
массива прибором МГД (СА-28)

К _хр - коэффициент хрупкости;d-напряжения в массиве

Наиболее перспективными и высокопроизводительными методами по определению напряженного состояния массива являются бесконтактные методы, например, основанные на регистрации электромагнитного излучения горных пород в различных диапазонах. Одним из таких методов является метод, основанный на оценке изменений электромагнитного излучения пород в световом диапазоне (фотонная эмиссия) в зависимости от изменения величины и распределения максимума зоны повышенного напряжения в массиве. В основе метода лежит известное положение о том, что разрушение горных пород (начиная с микроразрушений) сопровождается излучением электромагнитных волн различной длины, в том числе и в световом диапазоне. С увеличением глубины разработки, а следовательно, с усилением динамической активности массива горных пород, увеличивается интенсивность фотонной эмиссии. Для регистрация фотонной эмиссии при микроразрушениях в массиве разработан прибор ИФЭ-1, позволяющий вести регистрацию слабых световых потоков порядка10 ^-17-10 ^-12 Вт.

Для определения работоспособности прибора и разработки мето­дики оценки напряженного состояния были проведены натурные испытания в условиях шахты Таштагольского рудоуправления. Исследования проводились методом телескопического обзора поверхностей выработок скважин с помощью прибора ИФЭ-1, содержащего сменные детекторы светового диапазона. Регистрировались следующие параметры фотонной эмиссии: мощность излучения и. его интенсивность. Установлено, что импульсное излучение характеризует динамическую активность массива, с увеличением глубины разработки растет фоновое световое излучение, которое на нижних горизонтах практически не изменяется. Отмечено, что на параметры фотонной эмиссии оказывают значительное влияние естественные нарушения сплошности пород шахтного поля месторождений, вид деформаций и величина механических разрушений и связанные с ними напряженное состояние массива горных пород. Максимальная амплитуда, зарегистри­рованная на шахте Таштагольского рудоуправления, в скважине, расположенной в западном борту 21 блока на горизонте -210 м, на три порядка превышает среднее значение излучения на данном горизонте. Проведенные на месторождении исследования в условиях повышенной удароопасности (iиiiкатегория удароопасности) позволили разработать методику и номограммы для контроля степени удароопасностииоценки напряженного состояния массива (рис. 2).

С применением приборов МГД (СА-28) и ИФЭ-1 устанавливают напряженное состояние массива пород и степень его удароопасности с использованием номограмм.

Разработанные номограммы позволяют оперативно оценивать потенциальную удароопасность рудных и породных участков и энергетическую характеристику пород Таштагольского месторождения.

Рис. 2. Номограммы для оценки удароопасности приконтурной зоны
по энергоемкости (e) и фотонной эмиссии (n);
а/в- отношение расстояния до удароопасного участка к высоте обнажения.