На правах рукописи

ДОРДЖИЕВ Дмитрий Юрьевич

Обеспечение устойчивости выработок в рудном массиве при разработке удароопасных урановых месторождений (на примере месторождения “Антей”)

Специальность 25.00.20 – Геомеханика, разрушение горных пород, рудничная аэрогазодинамика и горная теплофизика

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

САНКТ–Петербург

2011

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени (техническом университете).

Научный руководитель –

доктор технических наук, профессор

Анатолий Григорьевич Протосеня

Официальные оппоненты:

доктор технических наук

Сергей Вадимович Цирель,

кандидат технических наук

Владислав Борисович Вильчинский

Ведущее предприятие –

Защита диссертации состоится 13 мая 2011 г. в 13 ч 15 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 в Санкт-Петербургском государственном горном институте имени (техническом университете) Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд. № 000.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института (техничес-кого университета).

Автореферат разослан 12 апреля 2011 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д. т.н., профессор

Актуальность работы.

Согласно утвержденной Правительством РФ "Энергетической стратегии России на период до 2020 года" планируется увеличить долю атомной энергетики в производстве электроэнергии. Намеченные темпы развития определяют необходимость значительного увеличения производства урана в стране. Предусматривается освоение глубоких горизонтов на урановых месторождениях. С увеличением глубины ведения горных работ возникает проблема управления горным давлением, особенно его проявлением в динамической форме при строительстве и эксплуатации рудников.

Месторождение “Антей” расположено в тектонически-нарушенном массиве. Вмещающие породы склонны к хрупкому разрушению и являются потенциально удароопасными. Глубина ведения горных работ составляет 800 метров от земной поверхности и планируется их дальнейшее понижение.

Наибольший вклад в развитие научных представлений о горных ударах при разработке рудных месторождений внесли такие исследователи как, , , , и др. Обеспечению устойчивости выработок при динамических проявлениях горного давления посвящены работы , , и др.

Однако до сих пор не решены вопросы обеспечения устойчивости очистных выработок при разработке удароопасных жильных урановых крутопадающих месторождений. Поэтому тему диссертационной работы следует считать актуальной.

Цель диссертационной работы. Снижение удароопасности и повышение устойчивости выработок при разработке месторождений с хрупкими породами в тектонически-напряженных массивах.

Идея работы: для обеспечения устойчивости очистных выработок следует снизить удароопасность целиков с помощью скважин для камуфлетного взрывания, сооружаемых в зоне тектонического нарушения во вмещающих породах вблизи рудного тела.

Основные задачи исследования:

    изучение особенностей строения массива пород месторождения “Антей”; проведение натурных наблюдений за проявлениями горного давления в горизонтальных выработках; исследование прочностных свойств закладочного массива методом ударного импульса в кровле очистных выработок; разработка геомеханической модели деформирования тектонически-нарушенного массива вокруг очистных выработок в условиях месторождения “Антей”; разработка мероприятий по приведению целиков в неудароопасное состояние; обоснование типов и параметров крепей, обеспечивающих устойчивость очистных выработок.

Методы исследований.

Проведение натурных наблюдений за состоянием выработок, шахтных исследований прочностных свойств закладочного массива в кровле очистных выработок методом ударного импульса; моделирование методом конечных элементов напряженно-деформированного состояния тектонически-нарушенного массива при слоевой системе разработки с закладкой выработанного пространства в нисходящем порядке отработки.

Научная новизна работы:

·  Выявлены закономерности распределения напряжений в нетронутом горными работами тектонически-нарушенном гранитном массиве, при этом максимальные величины вертикальных и горизонтальных напряжений больше соответственно на 40% и 10% по сравнению со значениями этих напряжений в рудных телах.

·  После взрывания камуфлетных скважин в зоне тектонического нарушения №13 горизонтальные напряжения в середине целика снижаются на 70%, а на верхней и нижней его границах снижаются на 30%.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

Защищаемые научные положения:

1.  При оценке поля напряжений в нетронутом массиве месторождения “Антей” нужно учитывать, что во вмещающем гранитном массиве горизонтальные напряжения больше вертикальных в 2 раза, т. е. он является зоной повышенных напряжений по сравнению с рудными телами.

2.  При разработке рудного блока слоевой системой с закладкой и нисходящей отработкой концентрация тангенциальных напряжений в целике с увеличением числа отрабатываемых слоев возрастает, поэтому после отработки очистных заходок 4 слоя необходимо приводить рудный целик в неудароопасное состояние.

3.  Для снижения концентрации напряжений в рудном целике и обеспечения его неудароопасного состояния следует бурить скважины для камуфлетного взрывания в зоне тектонического нарушения параллельно рудному телу.

Практическая значимость работы:

-  предложены эффективные способы разгрузки рудных целиков в тектонически-нарушенном массиве: при помощи камуфлетного взрывания скважин или создания разгрузочной щели в зоне тектонического нарушения;

-  разработана методика расчета нагрузок на крепь очистных выработок;

-  определены рациональные параметры крепей для очистных выработок (заходок).

Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций подтверждается натурными наблюдениями за состоянием выработок, исследованием прочностных характеристик закладочного массива, моделированием напряженно-деформированного состояния массива вокруг выработок методом конечных элементов, согласованностью результатов с данными других авторов.

Апробация диссертации. Содержание и основные положения диссертационной работы докладывались на международной конференции во Фрайбергской горной академии (Фрайберг, 2009 г.); ежегодных конференциях молодых ученых и студентов СПГГИ (ТУ) им. «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2009 г.).

Личный вклад автора заключается: в постановке задач исследований, участии в проведении натурных исследований, обработке полученных данных на ЭВМ, анализе натурных данных, создании конечно-элементных моделей для исследования особенностей формирования напряженно-деформированного состоянии вокруг очистных выработок, выполнении численных экспериментов и разработке практических рекомендаций.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ, из них 3 работы в изданиях, входящих в Перечень ВАК Минобрнауки России.

Объем и структура работы. Диссертационная работа изло­жена на 145 страницах машинописного текста, содержит 4 главы, введение и заключение, список использованной литературы из 103 наименований, 95 рисунков и 7 таблиц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В главе 1 диссертационной работы выполнен анализ и оценка горно-геологической характеристики месторождения “Антей”, тектонических особенностей региона месторождения и развития разрывных нарушений, существующих критериев прогноза устойчивости породных массивов вокруг выработок в зоне активной сейсмичности. Сформулированы цель и задачи исследований.

В главе 2 приведена методика и выполнен анализ результатов определения прочностных характеристик закладочного массива, прочностных и деформационных характеристик основных типов пород и руд, встречающихся при отработке месторождения “Антей”. Приведены результаты натурных наблюдений за состоянием крепи и обнажений горизонтальных выработок. Определены форма и характер разрушений в очистных выработках при динамических проявлениях горного давления.

В главе 3 выполнено моделирование методом конечных элементов напряженно-деформированного состояния нетронутого горными работами массива. Выполнено обоснование и постановка задачи, учитывающей поэтапную разработку месторождения слоевой системой с закладкой и нисходящей отработкой. Определены параметры поля напряжений тектонически-нарушенного массива до начала ведения горных работ. Обоснованы эффективные способы приведения рудного целика в неудароопасное состояние.

В главе 4 разработаны рекомендации по приведению в неудароопасное состояние рудных целиков. Выполнено сопоставление результатов теоретических и экспериментальных исследований. Даны рекомендации по снижению напряженности рудных целиков для поддержания очистных выработок (заходок) в удароопасных условиях. Разработана методика расчета нагрузок на крепь очистных выработок в тектонически-нарушенных массивах.

Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых положениях:

1. При оценке поля напряжений в нетронутом массиве месторождения “Антей” нужно учитывать, что во вмещающем гранитном массиве горизонтальные напряжения больше вертикальных в 2 раза, т. е. он является зоной повышенных напряжений по сравнению с рудными телами.

Месторождение “Антей” приурочено к интенсивно тектонически-нарушенному участку кальдеры “Стрельцовская”, располагается на пересечении Аргунской зоны разломов субширотного простирания и Центральной зоны меридионального простирания и характеризуется широким развитием разрывных нарушений. Наиболее крупные швы тектонических зон пересекают всю толщу осадочно-вулканических пород и прослеживаются в гранитах фундамента. Тектоническое нарушение № 000, параллельное тектоническому нарушению №13, является рудовмещающим структурным элементом месторождения. Нарушение является оперяющим нарушение №13, имеет близвертикальное падение, наиболее четко выражено в гранитах и базальных конгломератах, проявляясь в породах верхних этажей в виде зоны трещиноватости.

Для выявления закономерностей изменения напряженно-деформированного состояния массива с понижением горных работ (12 и 13 гор.) разработана конечно-элементная модель прогноза распределения поля напряжений. Расчетная схема конечно-элементной модели (рис. 1) представляет собой участок массива шириной 100 м и высотой 100 м. Расчет производился на собственный вес с учетом давления вышележащих пород: для 12 горизонта Р1=γH=17,7 МПа и с учетом горизонтальных сил Р2=2 γH=35,4 МПа; для 13 горизонта Р1=19,3 МПа и с учетом горизонтальных сил Р2=38,6 МПа.

Рис. 1. Расчетные схемы конечно-элементной модели для 12 и 13 горизонтов. 1 – гранит, 2 – основное рудное тело в зоне тектонического нарушения № 000, 3 – тектоническое нарушения №13.

По нижней грани моделируемого участка запрещались перемещения по оси y, а по боковой грани - по оси х. Сетка конечных элементов разбивалась так, чтобы на границе контакта сред размер элементов был наименьшим, а на периферии – увеличивался. Массив моделировался изотропной линейно - деформируемой средой. Модуль деформации гранита (Е=70 ГПа) отличается от аналогичного модуля рудного тела в зоне тектонического нарушения № 000 (Е=35 ГПа) в 2 раза, а от модуля тектонических нарушений (Е=10 ГПа) в 7 раз. В гранитах следует ожидать большей концентрации напряжений, чем в рудных телах и в зонах тектонических нарушений.

Рассматривая изменение напряжений по разрезу I-I горизонта 12 (рис.2) слева направо, видно, что горизонтальные напряжение в граните имеют величины 35-35,5 МПа, а при переходе в тектоническое нарушение №13 они снижаются до 32,5 МПа. Далее в гранитах они снова достигают величин 34-35 МПа, при переходе в рудное тело в зоне тектонического нарушения № 000 они снижаются до 33,5 МПа, после перехода в гранит возрастают до 35 МПа. Изменение вертикальных напряжений по разрезу имеет схожий характер. Сначала в гранитах величины составляют 19-20 МПа, при переходе в тектоническое нарушение №13 снижаются до 13,5 МПа. На границе контакта с гранитами возрастают до 21 МПа и далее снижаются до 19 МПа, а при переходе в рудное тело в зоне тектонического нарушения № 000 снижаются до 14-15 МПа, после перехода в гранит они снова возрастают до 20 МПа.

Рис. 2. Распределение напряжений по линии 12 горизонта в массиве до проведения выработок по разведочной линии 630+25: 1 – горизонтальные напряжения, 2 – вертикальные напряжения, 3 – тектоническое нарушение №13, 4 – рудное тело в зоне тектонического нарушения № 000.

Изменения напряжений по разрезу II-II горизонта 13 имеют схожий характер с изменениями напряжений по 12 горизонту (рис.3).

Анализ результатов расчетов показывает, что вертикальные напряжения при переходе из массива рудных тел в зоне тектонических нарушений в гранитный массив возрастают на 40 % с 13,5-14 МПа до 21 МПа на 12 горизонте; на 30% с 16 МПа до 22 МПа на 13 горизонте. Для горизонтальных напряжений увеличение происходит на 10% с 32,5 МПа до 35,5 МПа на 12 горизонте; на 3-5 % с 37,5 МПа до 38,7 МПа на 13 горизонте.

Рис. 3. Распределение напряжений по линии 13 горизонта в массиве до проведения выработок по разведочной линии 630+25: 1 – горизонтальные напряжения, 2 – вертикальные напряжения, 3 – тектоническое нарушение №13, 4 – рудное тело в зоне тектонического нарушения № 000.

Расчеты показали, что гранитный массив является зоной повышенных горизонтальных и вертикальных напряжений по сравнению с рудным телом в зоне тектонического нарушения № 000 и тектоническим нарушением №13. При сравнении максимальных величин горизонтальных напряжений (38 МПа) с вертикальными (21 МПа) в гранитах видно, что они больше почти в 2 раза.

В целом напряжения в тектонически-нарушенном массиве на глубине около 700 м (гор.12 и 13) характеризуется скачкообразным распределением напряжений, где пики напряжений приходятся на более "жесткие", в сравнении с рудным телом в зоне тектонического нарушения и самим нарушением, граниты.

2. При разработке рудного блока слоевой системой с закладкой и нисходящей отработкой концентрация тангенциальных напряжений в целике с увеличением числа отрабатываемых слоев возрастает, поэтому после отработки очистных заходок 4 слоя необходимо приводить рудный целик в неудароопасное состояние.

С целью изучения напряженно-деформированного состояния вокруг очистных выработок моделировался массив, учитывающий поэтапную разработку блока высотой 60 м, который разбивается на две части по 30 м. В каждой части блока слои отрабатываются одновременно в нисходящем порядке, то есть работы ведутся на уменьшающийся рудный целик. В построенных конечно-элементных моделях разрабатывалось рудное тело в зоне тектонического нарушения № 000 мощностью 3 м и 6 м, как наиболее часто встречающиеся на месторождении.

Целью математического моделирования было изучение параметров напряженно-деформированного состояния вокруг очистных выработок в условиях 13 горизонта в зависимости от мощности рудного тела и с понижением глубины разработки. Модель представляет собой участок массива размером 500×500 м (рис. 4).

Рис. 4. Схемы: а) расчетная схема для определения напряжений в массиве с двумя выработками на слое, б) этапы разработки блока. 1 – рудный целик, 2 – закладка, 3 – гранит.

Размеры модели подбирались из незначительности влияния граничных условий на картину распределения напряжений. Массив моделировался линейно-деформируемой средой со свойствами, аналогичными в задаче с нетронутым горными работами тектонически-нарушенном массивом. Модуль деформации закладки принят Е=7 ГПа. Предел прочности руды при сжатии σсж=120 МПа, предел прочности закладки при сжатии σсж=8,5 МПа.

Определение прочности закладочного массива проводились прибором “ИПС МГ 4.03” в кровле очистных выработок 11-12 гор. рудника “Глубокий”. Они проводились путём нанесения на испытуемом участке закладки серии ударов. После отскока бойка электронный блок по параметрам ударного импульса рассчитывает твердость и упругопластические свойства контролируемого материала, преобразует параметр импульса в прочность. В каждой точке проводилось не менее 15 измерений, после чего результат определялся, как среднеарифметическое значение.

Результаты моделирования оценивались по тангенциальным напряжениям на контуре очистных выработок. При проходке первой выработки слоя №1 в её кровле, почве и в правом боку – руда, а в левом – гранит. После отработки и закладки первой выработки проходят вторую выработку в присечку к ней. Условия её проведения сохраняются за исключением, что в левом боку – закладка, а в правом – гранит. Далее после отработки слоя №1 проводились выработки слоя №2, сначала первая выработка, с теми же условиями, кроме того, что в кровле закладка. Затем вторая выработка. И так далее в нисходящем порядке.

Анализируя закономерности изменения тангенциальных напряжений вокруг очистных выработок слоя №1, как и при разработке рудного тела, мощностью 6 м, так и мощностью 3 м (рис.5), видно, что концентрация тангенциальных напряжений (80-83 МПа) происходит в кровле и почве выработок, вследствие наличия наибольших горизонтальных тектонических сил.

Анализ эпюры распределения тангенциальных напряжений при отработке 2 слоя показывает (рис.6), что вследствие закладочного массива в кровле выработок имеет место снижение напряжений, а в боках увеличение растягивающих тангенциальных напряжений. Величина растягивающих напряжений (σmax.=7,9 МПа) достигает предел прочности на растяжение гранита (σрас.=8-9 МПа) и возможно появление трещин на контуре выработок. Но в связи с небольшим сроком эксплуатации очистных выработок, так как они после отработки будут заложены, развитие трещин в боках существенно не повлияет на их устойчивость. Во всех рассматриваемых выработках слоя №2 при мощности рудного тела 6 м и 3 м, кровля представлена закладочным массивом.

Рис.5. Эпюры распределения тангенциальных напряжений вокруг очистных выработок 1 слоя в МПа: а) первая выработка при мощности рудного тела 6 м; б) вторая выработка при мощности при мощности рудного тела 6 м; в) одиночная выработка при мощности рудного тела 3 м

Рис.6. Эпюры распределения тангенциальных напряжений вокруг очистных выработок 2 слоя в МПа: а) первая выработка при мощности рудного тела 6 м; б) вторая выработка при мощности при мощности рудного тела 6 м; в) одиночная выработка при мощности рудного тела 3 м

Если рассматривать распределение напряжений в кровле первой выработки, то можно отметить, что локальный максимум напряжений расположен ближе к правому боку (σmax.=12,8 МПа) и превышает предел прочности при сжатии закладки (σсж=8,5 МПа), полученный экспериментальным путем. В кровле второй выработки и одиночной выработки (при мощности рудного тела 3 м) напряжения не имеют скачков.

При оценке напряжений вокруг выработок слоев №1-3, как при мощности рудного тела 6 м, так и 3 м, видно, что они имеют схожий характер, так в почве они составляют 60-80 МПа, в кровле – 4-8 МПа, когда она представлена закладочным массивом. При рудном массиве в кровле – 50-80 МПа, а в боках – 0,1-20 МПа.

При оценке эпюр распределения тангенциальных напряжений вокруг очистных выработок 4 слоя (рис.7) видно, что в боках выработки преобладают растягивающие напряжения, причем величины напряжений превосходят напряжения вокруг выработок 2 и 3 слоя. При этом величины тангенциальных растягивающих напряжений превышают предел прочности при растяжении гранита, что приведет к трещинообразованию на контуре выработок.

Рис.7. Эпюры распределения тангенциальных напряжений вокруг очистных выработок 4 слоя в МПа: а) первая выработка при мощности рудного тела 6 м; б) вторая выработка при мощности при мощности рудного тела 6 м; в) одиночная выработка при мощности рудного тела 3 м

Значения тангенциальных напряжений в почве выработок слоя №4 близки или превышают предел прочности при сжатии руды (σсж=120 МПа) и составляют σmax=87-104 МПа, а в кровле – закладочного массива (σсж=8,5 МПа) и равны σmax=7,7-14,6 МПа.

В связи с этим, возможно разрушение закладки в кровле и руды в почве. Верхней границей целика, на уменьшение которого ведутся очистные работы, является почва выработки. Он же является концентратором напряжений. Поэтому необходимо проведение мероприятий по приведению рудного целика в неудароопасное состояние, с целью обеспечения устойчивости очистных выработок. При отработке 5-го и последующих слоев концентрация напряжений возрастает.

3. Для снижения концентрации напряжений в рудном целике и обеспечения его неудароопасного состояния следует бурить скважины для камуфлетного взрывания в зоне тектонического нарушения параллельно рудному телу.

В качестве эффективного способа предотвращения динамических явлений предлагается бурение скважин для камуфлетного взрывания на расстоянии от рудного тела, равном 2 его мощности (при 6 м) и 3 его мощности (при 3 м). Применительно к месторождению “Антей” – в тектоническом нарушении №13 на расстоянии около 10 м.

В задаче было рассмотрено два наиболее характерных для месторождения варианта мощности рудного тела – 3 м и 6 м. Для приведения в неудароопасное состояние целика при мощности рудного тела 3 м, предлагается проведение выработки (заходки) с геометрическими размерами 3х3 м в тектоническом нарушении №13. Далее в почву этой выработки необходимо бурить нисходящие скважины для камуфлетного взрывания длиной 24 м и диаметром 105 мм. Для определения длины камуфлетных скважин, которая составила 24 м, строили прямые под углом 75° от краевых частей целика в сторону тектонического нарушения №13 (рис. 8). Построения выполнены, согласно приложению №11 “Инструкции по безопасному ведению горных работ на рудных и нерудных месторождениях, объектах строительства подземных сооружений, склонных и опасных по горным ударам (РД )”.

Во втором случае, при мощности рудного тела 6 м, моделировалась разработка блока высотой 60 м и шириной 6 м с бурением камуфлетных скважин длиной 30 м в тектоническом нарушении №13 для разгрузки рудного целика. В модели учитывалась параллельная разработка слоев до 4 и 14 слоя с проведением выработок и последующей их закладкой. Когда величина высоты рудного целика достигает 18 м, проводится выработка в зоне тектонического нарушения №13, с которой производится бурение камуфлетных скважин.

Рис.8. Схемы: а) Расчетная схема при мощности рудного тела 3 м, б) схема обоснования длины камуфлетных скважин. 1 – рудный целик, 2 – закладка, 3 – камуфлетные скважины, 4 – тектоническое нарушение №13.

Для моделирования камуфлетного взрывания в рудном целике необходимо учитывать зоны влияния трещинообразования. Для определения радиуса зоны радиального трещинообразования использовалась методика , в которой приведена формула , где dзар. – диаметр зарядной полости, м; pо – давление продуктов детонации в зарядной полости сразу же после инициирования заряда (точке Жуге), Па; σрас – предел прочности образцов пород на одноосное растяжение, Па. Давление продуктов детонации в зарядной полости сразу же после инициирования заряда определяется по формуле: ; где ρВВ – плотность взрывчатого вещества, кг/м3; – скорость детонации, м/с; γ – показатель политропа. Расчеты показали, что зона радиального трещинообразования составляет 2 м. При моделировании модуль деформации руды в данной зоне задавался с диапазоном значений от 0,1до 0,5 от Eр модуля упругости руды.

Целью математического моделирования было изучение параметров напряженно-деформированного состояния в целике по линии разреза, а также их изменения по мере очередности проведения мероприятий по разгрузке.

Горизонтальные напряжений по вертикальному разрезу в середине рудного целика шириной 3 м до разгрузки достигают максимальных значений, равных 80-90 МПа на верхней границе. При удалении от нее горизонтальные напряжения снижаются до 50 МПа, а ближе к границе контакта рудного целика с закладочным массивом наблюдается скачок напряжений до 70-80 МПа. Далее напряжения вновь снижаются до 50 МПа (рис.9).

После проведения мероприятий по разгрузке данного целика, концентрация горизонтальных напряжений в среднем снижается на 50% по всей линии разреза.

Рис.9. Закономерности изменения горизонтальных напряжений по вертикальному разрезу в середине целика шириной 3 м: 1 – до разгрузки; 2 – после разгрузки при E=0,1Eруды; 3 – после разгрузки при E=0,2Eруды; 4 – после разгрузки при E=0,3Eруды; 5 – после разгрузки при E=0,4Eруды; 6 – после разгрузки при E=0,5Eруды.

Значения вертикальных напряжений до и после разгрузки совпадают на верхней и нижней границах целика, а в середине снижаются с 22 МПа до 18 МПа.

Основная тенденция изменения горизонтальных напряжений в середине целике шириной 6 м по вертикальному разрезу до и после разгрузки заключается в их снижении в середине целика (рис.10). На верхней границе целика до разгрузки и после проведения первой выработки напряжения выше, чем после проведения второй выработки. На верхней и нижней границе целика формируются локальные максимумы горизонтальных напряжений, а в средней части – локальный минимум. После проведения разгрузки горизонтальные напряжения снижаются на 60-70% в центре целика и на 30-50% на верхней и нижней границах.

Рис.10. Закономерности изменения горизонтальных напряжений по вертикальному разрезу в середине целика шириной 6 м: 1 – после проходки первой выработки и до разгрузки; 2 – после проходки первой выработки и разгрузки; 3 – после проходки второй выработки и до разгрузки; 4 – после проходки второй выработки и разгрузки.

Величины вертикальных напряжений после разгрузки и проведения выработок достигают 50 МПа.

Результаты моделирования показали, что камуфлетное взрывание на расстоянии от рудного тела с параметрами скважин (при мощности рудного тела 3 м – длина скважин 24 м, а при 6 м – 30 м, d=105 мм) позволяет снизить концентрацию горизонтальных и вертикальных напряжений. Так, горизонтальные напряжения снижаются в среднем на 40% на верхней границе целика, на 70% в середине и на 50% на нижней границе. Вертикальные напряжения снижаются на 20% на верхней границе, в середине на 30% и на нижней границе на 80%.

Необходимо проводить мероприятия по разгрузки сразу после проходки первой выработки на слое.

Полученные максимальные величины напряжений оцениваются по известным значениям предела прочности пород на одноосное сжатие с помощью критерия σmax≥0,7σсж, который приведен в “Инструкции по безопасному ведению горных работ на рудных и нерудных месторождениях, объектах строительства подземных сооружений, склонных и опасных по горным ударам (РД )”

С помощью критерия удароопасности рудного целика при σсж=120 МПа шириной 3 м можно оценить, что значение σmax до разгрузки равно 90 МПа и поэтому целик удароопасен, но после проведения мероприятий σmax=55 МПа, что подтверждает о приведение его в неудароопасное состояние.

При ширине целика 6 м значение σmax до разгрузки равно 105 МПа и целик находится в удароопасном состоянии. После проведения мероприятий σmax снизилось до 75 МПа, т. е. целик приведен в неудароопасное состояние.

Преимуществом предлагаемого способа разгрузки является сохранение данного целика, а при применяемом на месторождении способе разгрузки, производится бурение скважин непосредственно в целик, что приводит к созданию дополнительной трещиноватости и раздробленности рудного массива.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация представляет собой законченную научно-квалификационную работу, в которой содержится решение актуальной задачи снижения удароопасности целиков и обеспечения устойчивости выработок в рудном массиве при разработке удароопасных тектонически-нарушенных и напряженных урановых месторождений, имеющей большое значение для горнорудной промышленности.

1.  Массив характеризуется сложным строением, характерной особенностью которого является расположение руд в зонах тектонических нарушениях. Выявлены закономерности распределения напряжений в нетронутом горными работами тектонически-нарушенном гранитном массиве, при этом максимальные величины вертикальных и горизонтальных напряжений больше соответственно на 40% и 10% по сравнению со значениями этих напряжений в рудных телах.

2.  Разработана геомеханическая модель прогноза напряжённо-деформированного состояния тектонически-нарушенного массива при проведении горной выработки, учитывающая прочностные и деформационные характеристики рудного тела, напряженное состояние нетронутого массива, взаимное расположение выработки и разгрузочных скважин, а также их геометрические размеры.

3.  Установлено, что при разработке рудного блока слоевой системой с закладкой и нисходящей отработкой концентрация тангенциальных напряжений в целике с увеличением числа отрабатываемых слоев возрастает, поэтому после отработки очистных заходок 4 слоя необходимо приводить рудный целик в неудароопасное состояние.

4.  Установлено, что для снижения концентрации напряжений в рудном целике и обеспечения его неудароопасного состояния следует бурить скважины для камуфлетного взрывания в зоне тектонического нарушения параллельно рудному телу.

5.  Разработана методика расчета нагрузок на крепь и определены рациональные параметры крепей для поддержания очистных выработок (заходок).

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ

СЛЕДУЮЩИЕ РАБОТЫ:

1.  Дорджиев  формирования напряженно-деформированного состояния вокруг вертикальной выработки тектонически-нарушенного массива // Записки Горного института Том 185, 2010 г. Санкт-Петербург, СПГГИ (ТУ), с.171-175;

2.  Дорджиев  параметров камуфлетного взрывания для снижения удароопасности при отработке рудных месторождений // Записки Горного института Том 189, 2011 г. Санкт-Петербург, СПГГИ (ТУ), с.209-212;

3.  Дорджиев  способа приведения целика в неудароопасное состояние в тектонически-нарушенном рудном массиве / , . // Записки Горного института Том 189, 2011 г. Санкт-Петербург, СПГГИ (ТУ), с.236-239;

4.  Дорджиев  формирования напряженно-деформированного состояния нетронутого тектонически-нарушенного массива // Освоение минеральных ресурсов севера: проблемы и решения: Труды 7-ой Межрегиональной научно-практической конференции 9-11 апреля 2009 г., Филиал СПГГИ (ТУ) «Воркутинский горный институт», Воркута 2009 г., Т.1, с. 67-70;

5.  Дорджиев  формирования напряженно-деформированного состояния вокруг горизонтальной выработки тектонически нарушенного массива / , // Известия Тульского государственного университета. Естественные науки, серия: «Науки о Земле», Тула 2010 г., выпуск 2, с.225-230;

6.  Dordzhiev D. Yu. Simulation of the deformation mode forming around the stope ore in the field of tectonically fractured massif (статья) // Challenges and Solutions in Mineral Industry. Freiberger Forschungsforum , с. 152-155.