пампам. 117 удк 622. 831. 32 Д. В. Сидоров
 Скачать 0.59 Mb.
|
|
________________________________________________________________________________________________ Санкт-Петербург. 2010 117 УДК 622.831.32 Д.В.СИДОРОВ, канд. техн. наук, зав. лабораторией, sidorov_dv@spmi.ru О.Б.ШОНИН, д-р техн. наук, ст. науч. сотрудник, тел. 328-84-69 Санкт-Петербургский государственный горный институт (технический университет) D.V.SIDOROV, PhD in eng. sc., laboratory head, sidorov_dv@spmi.ru O.B.SHONIN, Dr. in eng. sc., senior research assistant, tel. 328-84-69 Saint Petersburg State Mining Institute (Technical University) ПРОГНОЗ ГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ УДАРООПАСНОГО СЕВЕРОУРАЛЬСКОГО БОКСИТОВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ Приводятся результаты применения на предприятии «Севуралбокситруда» техноло- гии компьютерного моделирования для прогнозирования геодинамических процессов, происходящих при ведении горных работ в тектонически напряженных зонах рудных за- лежей. Определена степень влияния активных тектонических нарушений на конструктив- ные элементы камерно-столбовой системы разработки. Ключевые слова: прогноз, программный комплекс, горный удар, тектонические на- рушения. PREDICTION OF GEODYNAMIC PROCESSES IN EXPLOITATION OF THE ROCKBURST-DANGEROUS NORTH-URALS BAUXITE DEPOSIT The paper presents the results of a computer modeling technology applied in the «Sevural- boxitruda» enterprise. The aim of the technology is to forecast geodynamical processes during mining works in tectonic-stressed zones of ore deposits. The impact degree on structural com- ponents of room-and-pillar mining method caused by active tectonic faults is estimated. Key words: prediction, program complex, rock burst, tectonic disturbances. Разработка Североуральского боксито- вого месторождения осуществляется в сложных горно-геологических и горно- технических условиях, характеризующихся невыдержанной мощностью рудной залежи, неравномерным оруденением: безрудными зонами и участками непромышленного ору- денения, различием физико-механических свойств руд и вмещающих пород, тектони- ческой нарушенностью, сложным взаимным расположением и конфигурацией очистных работ, применением систем разработок с оставлением целиков, большими площадями обнажения кровли. Эти факторы приводят к неравномерному перераспределению на- пряжений в горном массиве и при опреде- ленных обстоятельствах к опасности воз- никновения концентраторов повышенных напряжений, в которых возможно проявле- ние горного давления в динамической фор- ме (в виде горных ударов) с разрушением действующих выработок. Прогноз влияния горно-геологических и горно-технических факторов на напря- женно-деформированное (НДС) и ударо- опасное состояние массива горных пород и рудных залежей в настоящее время вы- полняется за счет проведения широкомас- штабных инструментальных исследова- ний, а также путем использования методов физического моделирования и расчетных методов. Вместе с тем постановка широ- ________________________________________________________________________________________________ ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.188 118 комасштабных инструментальных иссле- дований и разработка физических моделей являются трудоемкими и дорогостоящими мероприятиями и, следовательно, на сего- дняшний день перспективной видится раз- работка современных инновационных тех- нологий, позволяющих использовать ком- пьютерное моделирование геодинамиче- ских процессов, происходящих при разра- ботке месторождений. Быстрое развитие промышленности и программного обеспечения компьютеров коренным образом изменило ситуацию, от- крыв широкие возможности для применения компьютерной технологии моделирования напряженно-деформированного состояния и удароопасности массива горных пород. При этом наиболее эффективным стало приме- нение численных методов для решения ин- тегродифференциальных уравнений. Осо- бенно эффективными они оказались при решении вопросов безопасного ведения ра- бот при склонности пород и руд к горным ударам. Связано это со спецификой изуче- ния динамических явлений, которая обу- словлена почти мгновенным развитием про- цесса разрушения пород. Вместе с тем их использование, степень реализации и соот- ветственно качество получаемых решений в значительной степени определяется воз- можностями применяемых вычислительных средств и программного обеспечения. Для оперативного прогнозирования геодинамических процессов при эксплуата- ции удароопасных месторождений разрабо- тан специализированный программный комплекс для оценки напряженно- деформированного состояния и удароопас- ности месторождений с учетом широкого диапазона горно-геологических и горно- технических условий их разработки. Разработанная технология компьютер- ного моделирования опробована при прогно- зировании геодинамических процессов в пределах блоков 6-ю, 7-ю, 8-ю, гор. – 680 м шахты «Кальинская». Участок для проведе- ния моделирования был предоставлен служ- бой ППГУ и характеризовался следующими сложными условиями: невыдержанной мощ- ностью рудной залежи, изменяющейся от 10 м и более до полного выклинивания; не- равномерным оруденением как по площади участка, так и по литологическому разрезу (рудная залежь представлена: красными мар- кими бокситами ( сж = 20,0 МПа), красными немаркими бокситами ( сж = 40,0 МПа) и яшмовидными бокситами ( сж = 80,0 МПа), а также сложным взаимным влиянием очи- стных работ; наличием активного тектони- ческого нарушения АТН № 11 со следую- щими параметрами: контактируемые поро- ды в поднятом крыле известняки светло- серые 1 2 2 D S , в опущенном крыле – бок- сит серый обесцвеченный пиритизирован- ный, ширина зоны дробления 1,6 м, мощ- ность шва 3,0 см, шов сухой, штриховка выражена слабо, шов неровный и заполнен глинистым материалом (угол внутреннего трения глинистых пород с учетом мас- штабного фактора 5, сцепление 0,1 МПа). Ситуация в пределах исследуемого участ- ка усугублялась из-за большой глубины горных работ – 880 м. Электронный план горных работ ис- следуемого участка, загруженный в основ- ное окно программного комплекса, приве- ден на рис.1. Результаты (фрагмент) применения технологии компьютерного моделирования приведены на рис.2. Анализ результатов позволяет сделать следующие выводы: вертикальные напряжения z под вы- работанным пространством являются растя- гивающими, что соответствует появлению под выработкой зоны разгрузки. Вместе с тем под междукамерными целиками, без- рудными зонами, участками непромышлен- ного оруденения и краевыми частями руд- ной залежи напряжения z являются сжи- мающими, что приводит к образованию зон опорного давления; для горизонтальных напряжений x и y характерно быстрое затухание в сторону почвы отрабатываемой рудной залежи; касательные напряжения zx с удалени- ем в сторону почвы отрабатываемой залежи сначала возрастают, а затем при достижении максимального значения начинают убывать; ________________________________________________________________________________________________ Санкт-Петербург. 2010 119 Рис.1. Электронный план горных работ исследуемого участка Рис.2. Результаты прогноза НДС и удароопасности рудопородных элементов ________________________________________________________________________________________________ ISSN 0135-3500. Записки Горного института. Т.188 120 значения вертикальных напряжений в расчетных элементах рудной залежи, непо- средственно расположенных вблизи шва нарушения АТН № 11, превышают на 7- 10 % значения напряжений, полученных без учета влияния тектонического нарушения. В то же время в некоторых конструктивных элементах в пределах исследуемого участка отмечается эффект разгрузки. Эффект при- грузки и разгрузки конструктивных элемен- тов системы разработки, расположенных в окрестности тектонического нарушения, бу- дет расти по мере увеличения очистного пространства. Проведение дальнейшей апробации программного комплекса позволит про- должить работы как в области текущего, так и перспективного прогнозирования геодинамических процессов при разработ- ке удароопасных месторождений и наме- тить пути внедрения разработанной техно- логии. |