ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения научно-исследовательской работы - как частное техническое решение, имеющее самостоятельное значение.

Цель - предсказание опасного динамического состояния блоков рудных месторождений.

Склонность массивов рудников к горным ударам зависит от прочностных и упругих свойств горных пород и полезного ископаемого, величин геомеханических напряжений нетронутого горными работами массива, их способности в местах концентрации вызывать хрупкое разрушение горных пород вблизи выработок (И.М. Батугина, И.М. Петухов. Геодинамическое районирование месторождений при проектировании и эксплуатации рудников. - М.: Недра, 1988. - С. 11-13).

Региональный прогноз удароопасности на Таштагольском железорудном месторождении ведется по результатам непрерывного измерения сейсмической активности рудных залежей с применением сейсмографов и ежедневного текущего контроля состояния массивов вокруг горных выработок различными инструментальными методами.

Разработаны методы расчета строения и состояния компонентов литосферы Земли (Денисов А.С. Кемерово: ЦНТИ, ИЛ № 020-01 и ИЛ № 017-01, 2001 г.), которые можно применять при проведении регионального и локального прогноза динамического состояния блоков.

При горном ударе 25.12.1982 г. за счет сдвигового разрушения тектонического характера было повреждено около 40 горных выработок на гор. -140 м и гор. -210 м (глубина 420-660 м).

По высоте и площади разрушенной части массивов можно рассчитать, что их объем соответствует объему среднего по размерам блока v» 2,28 Ч10 ⁶ м ³. Предотвратить горный удар такого масштаба известными мерами невозможно, если напряжения растут быстро.

Диаметр взаимодействий блока составляет 346,8 м, ( r_ср = 173,4 м). Средняя энергия химических связей составляет e_ср = 2,43 Ч10 ¹³ Дж/м ³. Средняя прочность блока равна s_ср = 7,55 Ч10 ⁹ Дж/м ³. Причем, чем больше размер блока, тем он легче разрушается, так как с увеличением размеров блоков прочности уменьшаются по закономерности

,

где b_м = 137 - возможное число компонентов в диапазоне; b = 1,2, …, 136 - возможное число связей компонента в диапазоне; k = 1,2, … - номер диапазона энергий связи;
m _e - масса электрона; с - скорость света в вакууме; a^-1 = 137 - постоянная строения компонентов и размеров их диапазонов; k = 1, 2, … - номер диапазона расстояний взаимодействий; r _e - радиус электрона.

Только при медленном повышении геомеханических напряжений в отдельном регионе можно с помощью камуфлетных взрываний ослаблять прочности пород вокруг выработок, снижая их способность к накапливанию потенциальной энергии. Причем, необходимо иметь непрерывные данные по сейсмической активности региона и данные текущего контроля состояний массивов вокруг выработок.

Исследованные части рудных залежей ( v» 2,73 Ч10 ⁶ м ³) также испытывали геомеханические напряжения, вызываемые влиянием тектонических процессов и массовыми взрывами при их отработке. При этом появляются трещины в краевой части рудных тел, обычно, разрушаются граничащие с рудным телом горные породы. Коэффициент структурного ослабления руд примерно на порядок выше коэффициента структурного ослабления пород, поэтому прочность руд выше и для данного объема s_ср.руд» 6,04 Ч10 ¹⁰ Дж/м ³, хотя рассматриваемые объемы пород и руд одного порядка.

Таким образом, прогноз динамических состояний блоков удароопасных месторождений (кроме применения имеющихся известных методов регионального прогноза с использованием сейсмографов, позволяющих определять опасные места в массивах шахтного поля и оценивать их потенциальные энергии, а также прогноза локальных участков массивов пород с использованием инструментальных методов, позволяющих определять степени удароопасности участков) позволяет рассчитывать энергии связи (разрушения), расстояния взаимодействий, прочности блоков шахтного поля. Возможность расчета опасных параметров, то есть предсказания масштабов и энергии разрушаемого блока, повышает эффективность прогноза динамических проявлений массивов шахтного поля.

Методы определения динамических и физико-механических характеристик массивов на основе рассмотрения принципов строения и состояния - рассмотрения структуры массивов горных пород в рамках единой теории материи - выводят решение проблем горного дела на новый научный уровень точных наук. Основы теории применительно к геомеханике и физическим процессам горного производства изложены в работе (Денисов А.С. Квантово-физические основы теории строения и геодинамического состояния компонентов литосферы Земли. Кемерово: КузГТУ, 1998. - 164 с.).