Особенности прогноза и профилактики горных ударов на Расвумчоррском руднике ОАО Апатит. Особенности прогноза и профилактики горных ударов на Расвумчоррском руднике "оао апатит" Введение горный геологический месторождение
 Скачать 7.11 Mb.
|
|
Размещено на http://www.allbest.ru/ Особенности прогноза и профилактики горных ударов на Расвумчоррском руднике "ОАО Апатит" Введение горный геологический месторождение Месторождения, отрабатываемые рудниками ОАО «Апатит» отнесены к склонным и опасным по горным ударам, что связано, в первую очередь, с действием в Хибинском массиве высоких горизонтальных напряжений. Этот фактор, в совокупности с увеличением глубины отработки, вносит свои особенности в формирование вторичных полей напряжений в окрестности очистного пространства. В связи с извлечением запасов руды на верхних горизонтах, актуальной проблемой для горнодобывающего предприятия становится отработка более глубоких горизонтов, что влечет за собой рост уровня напряжений и динамических проявлений горного давления. Наиболее опасными проявлениями являются горные удары и техногенные землетрясения, действие которых приводит к разрушению выработок и угрозе жизни людей. В настоящее время, с целью повышения безопасности производства на рудниках ОАО «Апатит» осуществляется поиск новых систем разработки, т.к. традиционная система разработки подэтажного принудительного обрушения с торцевым выпуском руды в существующих горно-геологических условиях не обеспечивает безопасность и интенсивное извлечение руды из-за разрушения выработок выпуска действием горного давления. 1. Горно-геологические и геомеханические свойства месторождения 1.1 Месторождение Расвумчоррский рудник введен в эксплуатацию в 1954 году и отрабатывает месторождение «Апатитовый Цирк» и подкарьерную часть месторождения «Плато Расвумчорр». За годы своей деятельности рудник обеспечил добычу свыше 116 млн. тонн апатито-нефелиновой руды. До 1963 года добыча руды проводилась только открытым способом, в настоящее время разработка и добыча осуществляются только подземным способом. Рудное тело месторождения «Апатитовый Цирк» имеет пластообразную форму, простирание меняется с широтного до северо-западного. Падение залежи – северо-восточное, угол падения колеблется от 15º до 50º, мощность от 40 до 150м. Месторождение вскрыто горизонтальными штольнями, в глубинной части – вертикальными стволами, квершлагами и автотранспортными уклонами. Месторождение «Плато Расвумчорр» имеет северо-западное простирание 300º - 350º, северо-восточное падение под углом 20º - 40º, горизонтальная мощность пластообразно залегающего рудного тела колеблется от 110 до 275м (средняя горизонтальная мощность – 178м)[1]. Месторождение «Апатитовый Цирк» находится на склонах горы Расвумчорр и в долине рек Юкспорйок и Гакман с абсолютными отметками поверхности от 600 до 1000м. Границы месторождения на западе с Юкспорским месторождением и на востоке с месторождением «Плато Расвумчорр» условны и проходят по линиям разведочных скважин. Месторождение «Апатитовый Цирк» является составной частью юго-западного рудного поля Хибин и находится в Кировском районе Мурманской области в 8-ми км от города Кировска[2]. 1.2 Рельеф местности Хибинский массив располагается в центральной части Кольского полуострова. В рельефе выражается сильно расчлененной горной возвышенностью, поднимающейся над равниной на 600-1000м. Он создается главным образом за счет вертикальных движений по разломам различной глубины заложения и отражает блоковые структуры земной коры в зависимости от масштаба рельефообразующего разлома. К наиболее ярким формам рельефа, связанным с вертикальными движениями, относятся тектонические уступы, представляющие собой крутые склоны. К другим характерным формам рельефа относятся глубокие вытянутые ущелья с отвесными стенками. Эти ущелья разделяют платообразные вершины гор, имеющие различные высотные отметки. И, наконец, в пределах массива развиты глубоко врезанные долины-троги (ледникового происхождения) с довольно пологими склонами[2]. 1.3 Физические свойства руд и пород В геологическом отношении Хибинский массив нефелиновых сиенитов и ийолит-уртитов, с которым, в том числе, связано месторождение апатит-нефелиновых руд «Апатитовый Цирк», представляет собой сложную многофазную щелочную интрузию центрального типа дугообразной формы, приуроченную к региональному тектоническому разлому. Внутреннее строение центральной группы месторождений неоднородно, имеет относительно простые формы залежи: четкий контакт с покрывающими породами, выдержанность по простиранию и уменьшение мощности с глубиной. Апатитовую залежь подстилают порфировидные уртиты, с подчиненными в них участками ийолитов и пегматитов. Нижний контакт неровный, извилистый, характеризующийся постепенными переходами и устанавливается только по данным опробования, отдельные тела этой залежи связаны между собой и обладают сходным строением[1]. По содержанию апатита рудные тела разделяются на богатую и бедную зоны. Богатая зона представлена пятнистыми, пятнисто-полосчатыми и брекчиевидными текстурными разновидностями и приурочена к верхнему контакту рудного тела. Бедная зона сложена линзовидно-полосчатыми, сетчатыми, мелко и крупноблоковыми рудами и тяготеет к лежачему боку[2]. Породы и руды имеют высокие показатели прочности и упругости. Предел прочности при сжатии руд составляет 80-150 МПа, пород – 120-250 МПа, при растяжении, соответственно, 3-10 МПа и 5-20 МПа. По прочности при одноосном сжатии породы и руды Хибинских месторождений подразделяются на шесть категорий (таблица 1.3.1). Модуль упругости руд равен 30-60 ГПа, пород – 50-60 ГПа. Породы и руды имеют высокие показатели коэффициента хрупкости (10-25), определяемые как отношение пределов прочности при сжатии к прочности при растяжении. Таблица 1.3.1 Классификация пород и руд по прочности[1]
Апатито-нефелиновые руды резко отличаются от вмещающих пород. Следовательно, их можно разделить на две группы, где к первой относятся апатито-нефелиновые руды, отличающиеся пониженной прочностью, заметной остаточной деформацией и обнаруживающие отчетливую зависимость показателей свойств от количественного содержания апатита. Кроме того, рудам присуща анизотропия механических свойств, обусловленная полосчатостью. Вмещающие ийолит-уртиты и рисчорриты являются весьма крепкими и обладают упругим характером деформирования в широком диапазоне нагрузок, их можно отнести ко второй группе[2]. 1.4 Трещиноватость месторождения Трещиноватость пород на месторождении представлена четырьмя системами трещин: пологопадающими и наклонными трещинами 1-ой системы (свыше 60%) и крутопадающими трещинами 2-4-ой систем (суммарно меньше 40%). Общая трещиноватость с глубиной уменьшается. Увеличивается крутизна трещин 1-ой системы. Выделяются крупноблоковые и мелкоблоковые трещины. Крупноблоковые трещины имеют протяженность, исчисляемую сотнями и десятками метров, величина их раскрытия меняется в пределах 1-50мм, трещины заполнены гидротермальными минералами. Мелкоблоковые трещины имеют протяженность не более десятка метров. Как правило, эти трещины прослеживаются в выработках, нередко прерываясь, и переходя друг в друга. Их раскрытие составляет доли миллиметра. Некоторые из них также заполнены гидротермальными минералами. По интенсивности трещиноватости породы подразделяются на пять категорий (таблица 1.4.1). Таблица 1.4.1 Классификация пород и руд апатито-нефелиновых месторождений по интенсивности трещиноватости
В целом превалируют слаботрещиноватые и среднетрещиноватые породы. Встречаются зоны раздробленных трещинами и окисленных руд и пород (зоны шпреуштейнизации). Доля из незначительна – 3-9% и с глубиной уменьшается. Апатитовые месторождения центральной группы, включающее месторождение «Апатитовый Цирк», представляют собой непрерывную пластообразную залежь, осложненную раздувами (линзами) и пережимами (резким уменьшением мощности) между ними. Одно из линзообразных тел объединяет месторождения «Апатитовый Цирк» и «Плато Расвумчорр» и имеет сходство по своим морфоструктурным особенностям со второй линзой, объединяющей «Кировское» и «Юкспорское» месторождения. В плане рудное тело имеет линейно-вытянутую форму и симметричное строение. Его протяженность составляет около 11км. На этом интервале выявлена система радиальных и концентрических разломов III ранга, разделяющих массив на блоки. Радиальные разломы отстоят друг от друга на 2-2,5км, концентрические – на 3-3,5. Разломы представляют собой систему параллельных трещин, нередко ветвящихся как в плане, так и по вертикали. Часто разломы характеризуются наличием в них зон изменения пород различной интенсивности вплоть до первой переработки первичных минералов. 1.5 Напряженно-деформированное состояние (НДС) и удароопасность месторождения Одним из основных геомеханических факторов, определяющих устойчивость выработок и конструктивных элементов систем разработки на Расвумчоррском руднике, является высокая тектоническая напряженность массива пород. Параметры регионального поля напряжений нетронутого массива по данным инструментальных измерений на разрабатываемом Хибинском месторождении приведены ниже в таблице 1.5.1. Таблица 1.5.1 Напряженное состояние массива пород на отрабатываемых горизонтах Расвумчоррского рудника
σ1, σ2, σ3 – проекции компонент главных напряжений (минимальной, промежуточной, максимальной) на плоскость соответствующего чертежа. В числителе приведены данные для богатых руд, в знаменателе – для бедных руд и вмещающих пород. На всех глубоких горизонтах наблюдается явление превышения горизонтальными напряжениями вертикальных. Причем это превышение может быть весьма существенным, особенно во вмещающих породах лежачего бока (до 10 раз). Просматривается взаимосвязь горизонтальных напряжений с прочностными и деформационными свойствами пород. Более жестким, высокоупругим породам соответствует больший уровень горизонтальных напряжений. Так, величина напряжений в уртитах составляет 25-70 МПа, в рудах – 15-50 МПа. Из общих закономерностей напряженного состояния массива пород можно отметить, что рост напряжений наблюдается с глубиной. На Расвумчоррском месторождении, в связи с относительно высокими отметками дна Расвумчоррской долины и обширным плато, окружающим с трех сторон рудник, уже горизонт +600м относится к глубинным, и поэтому параметры поля напряжений здесь, по сравнению с другими рудниками, наиболее стабильные по площади и глубине. Максимальные напряжения ориентированы в направлении, близком к простиранию рудного тела. Окисленные и раздробленные трещинами породы разгружены от тектонических напряжений. Однако они являются причиной концентрации напряжений в приконтактных с ними участках массива. Блочное строение, высокие горизонтальные напряжения, прочные хрупкие породы позволяют отнести отрабатываемое месторождение «Апатитовый Цирк» к склонным и опасным по горным ударам. Под воздействием, с одной стороны, инженерной деятельности, связанной с разработкой месторождения, а с другой – естественных геологических процессов в земной коре, происходит либо реализация внезапных подвижек блоков по разломам относительно друг друга, либо прорастание новых трещин как внутри блоков, так и в приконтурной части выработок, что выражается в виде сейсмических событий различного энергетического уровня (от техногенных землетрясений до микроударов, а также разрушений горных выработок и целиков)[1]. Горизонты +600м и ниже Расвумчоррского рудника являются опасными по горным ударам. Наличие внешних признаков в подземных выработках, таких как шелушение и динамическое заколообразование свидетельствует об этом (таблица 1.5.2). Основными факторами удароопасности являются: зона опорного давления от очистных работ (этот фактор оценивается по расстоянию от границы очистного пространства до места проявления горного удара); влияние выработок друг на друга (при этом выработки считаются сближенными, если расстояние между ними меньше или равно четырем диаметрам большей из них); глубина расположения выработок от поверхности; расстояния от разлома[2]. Таблица 1.5.2 Характеристика проявления внешних признаков удароопасности в выработках различной категории состояний
Категории выработкам присваиваются по результатам визуального осмотра, проводимым работником службы прогноза и предупреждения горных ударов (СППГУ): один раз в полугодие – всех действующих выработок; после каждого массового взрыва при этажной системе отработки; при получении дополнительной информации об опасном состоянии участков месторождения при проходке или изменении горнотехнической ситуации[1]. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||