Прогнозирование удароопасности рудного массива при ведении горных работ в зонах влияния тектонических нарушений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.20, кандидат наук Косухин Николай Игоревич

• Косухин Николай Игоревич
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Косухин Николай Игоревич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ РАЗРАБОТКИ БОГАТЫХ РУД ТАЛНАХСКОГО РУДНОГО УЗЛА

1.1 Описание проблемы устойчивости блочного массива при ведении горных работ на Октябрьском месторождении

1.2 Обзор публикаций, посвященных решению проблемы устойчивости блочного массива при ведении горных работ

1.3 Постановка задач исследования геодинамических процессов в блочном массиве при ведении горных работ

ГЛАВА 2 ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ И РАЗРУШЕНИЕ ГОРНЫХ ПОРОД В ЗОНАХ ВЛИЯНИЯ ТЕКТОНИЧЕСКИХ НАРУШЕНИЙ

2.1 Анализ возможности применения современного программного обеспечения для оценки напряженно-деформированного и удароопасного состояния массива горных пород

2.2 Анализ напряженного состояния рудопородного массива «Большого Горста»

2.3 Анализ механического состояния блочного массива в условиях взаимного влияния горных работ и тектонических нарушений

2.3.1 Учет влияния мелко-амплитудных тектонических нарушений (МАТН)

2.3.2 Учет влияния крупно-амплитудных тектонических нарушений (КАТН)

2.3.3 Натурные исследования влияния разрывных нарушений на проявление горных ударов

ГЛАВА 3 ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ В ГЕОДИНАМИЧЕСКИ ОПАСНЫХ ЗОНАХ

3.1 Ведение очистных работ в ненарушенной зоне

3.2 Ведение очистных работ в зонах влияния мелко-амплитудных тектонических нарушений

3.3 Ведение очистных работ в зонах влияния крупно-амплитудных тектонических нарушений

3.4 Исследование характера формирования зоны опорного давления впереди фронта очистных работ и одиночных выработок

ГЛАВА 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОГНОЗНО-ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПРЕДОТВРАЩЕНИЮ ГОРНЫХ И ГОРНОТЕКТОНИЧЕСКИХ УДАРОВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прогнозирование удароопасности рудного массива при ведении горных работ в зонах влияния тектонических нарушений»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Интенсивная разработка месторождений полезных ископаемых привела к существенному уменьшению участков промышленных запасов руд с благоприятными горно-геологическими условиями. Например, на рудниках ОАО «ГМК «Норильский Никель», разрабатывающих Октябрьское и Талнахское медно-никелевые месторождения в настоящее время отработано более 90% сплошных (богатых) руд. Оставшиеся запасы богатых руд, составляющие около 3 млн. тонн медно-никелевой руды, главным образом, сконцентрированы на участках рудной залежи осложненных тектоническими нарушениями, являющихся природными концентраторами напряжений. На таких участках на существующее поле тектонических напряжений оказывает влияние поле напряжений, формируемое в рудной залежи при ведении горных работ, что приводит к формированию зон с аномальным неравномерным распределением напряжений. Знание количественных параметров последних является особенно важным при горно-геомеханическом обосновании технологии разработки хрупких руд месторождений склонных к горным ударам, в том числе Октябрьского и Талнахского медно-никелевых месторождений.

Проблемам оценки напряженно-деформированного и удароопасного состояния рудной залежи с учетом влияния тектонических нарушений и предлагаемым путям их решений посвящены работы: И.Т. Айтманова, Е.Р. Артюшкова, П.В. Егорова, В.А. Еременко, В.В. Зубкова, А.М. Линькова, О.В. Ковалева, И.М. Петухова, А.Г. Протосени, В.С. Сидорова, Д.В. Сидорова, А.Н. Шабарова, М.А. Шадрина и др. В научных публикациях авторов нашли отражение научные основы, позволяющие решать задачи горного производства с учетом специфических для конкретного месторождения горно-геологических, горно-технических и горно-технологических факторов, в том числе параметров тектонических нарушений и мероприятий по борьбе с горными ударами.

Несмотря на значительное количество научных публикаций, посвященных прогнозированию напряженно-деформированного и удароопасного состояния

рудной залежи, в том числе в зонах влияния тектонических нарушений, следует отметить, что для условий разработки удароопасных Октябрьского и Талнахского медно-никелевых месторождений данный вопрос изучен в недостаточной степени. Это связано с тем, что на рудниках Норильска ежегодно сейсмостанцией «Норильск-1» фиксируется более 1000 сейсмособытий различной степени интенсивности большинство из которых приурочено к участкам, осложненным тектоническими нарушениями. Знание количественных параметров влияния последних является особенно важным при горно-геомеханическом обосновании технологии разработки хрупких руд месторождений склонных к горным ударам. Поэтому тему диссертационной работы, посвященной прогнозированию удароопасности рудного массива при ведении горных работ в зонах влияния тектонических нарушений, следует считать актуальной.

Связь темы диссертации с научно-техническими программами. Диссертационная работа выполнена в рамках реализации задач научной школы «Геодинамическая безопасность» при Научном центре геомеханики и проблем горного производства Национального минерально-сырьевого университета «Горный», а также связана с федеральной целевой программой «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014 - 2020 годы» по приоритетному направлению «Рациональное природопользование».

Цель работы. Прогнозирование удароопасности рудного массива при ведении горных работ в зонах влияния тектонических нарушений.

Идея работы. Прогнозирование удароопасности рудного массива, отрабатываемого в зонах влияния тектонических нарушений, необходимо осуществлять с дополнительным совокупным учетом физико-механических свойств пород шва нарушения, угла падения и размеров зон разрушения сместителя дизъюнктивна.

Основные задачи исследований:

1. Анализ проявления горного давления при разработке тектонически-нарушенных участков.

2. Оценка напряженно-деформированного и удароопасного состояния участков рудного массива при ведении горных работ в зоне влияния тектонических нарушений.

3. Исследование закономерностей формирования напряженно-деформированного и удароопасного состояния участков рудного массива при ведении горных работ в зоне влияния тектонических нарушений.

4. Разработка рекомендаций по параметрам мероприятий по борьбе с горными ударами при отработке удароопасных участков рудного массива в зонах влияния тектонических нарушений.

Методы исследований. При работе над диссертацией использован комплексный метод исследований, включающий математическое моделирование напряженно-деформированного состояния блочного массива горных пород, аналитическую обработку полученных результатов исследований, сопоставление результатов математического моделирования с натурными исследованиями в массиве.

Научная новизна:

1. Получены закономерности изменения напряженно-деформированного и удароопасного состояния на участке рудной залежи между очистными работами и тектоническими нарушениями 1-го и 2-го типов применительно к условиям разработки Талнахских руд.

2. Установлено, что интенсивность нарастания геодинамических процессов проявляется при подходе очистных работ к тектоническим нарушениям на расстояние 10-15 м.

3. Установлено, что в условиях разработки тектонически-нарушенного участка «Большой Горст» безопасный уровень напряжений в рудной залежи достигается при расстоянии между разгрузочными скважинами 0,3-0,7 м.

Основные защищаемые положения:

1. Нарастание напряженного состояния в рудной залежи при подходе фронта очистных работ к мелко-амплитудному тектоническому нарушению носит не-

линейный характер, интенсивность нарастания которого зависит от типа нарушения.

2. Безопасное расстояние между фронтом очистных работ и плоскостью сместителя крупно-амплитудного нарушения необходимо определять с учетом величины притока сейсмической энергии от разрушения пород шва нарушения.

3. При скважинной разгрузке удароопасных участков рудного массива в зонах влияния тектонических нарушений расстояния между разгрузочными скважинами необходимо уменьшать в 1,5-2 раза по сравнению с нормативными.

Практическая значимость исследований:

1. Определены безопасные расстояния при подходе фронта очистных работ к тектоническим нарушениям 1 -го и 2-го типов.

2. Разработаны рекомендации по приведению массива горных пород в не-удароопасное состояние путем бурения разгрузочных скважин большого диаметра.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается применением современных научных методов исследования и обработки полученных результатов, значительным объемом проанализированной горнотехнической литературы по вопросу оценки напряженно-деформированного и удароопасного состояния массива горных пород, использованием современного сертифицированного программного оборудования и вычислительной техники для обработки экспериментальных и теоретических исследований, корректностью применяемого математического аппарата.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на ежегодной международной научной конференции в Краковской горнометаллургической академии (г. Краков, Польша, 2013 г.), международных форум-конкурсах молодых учёных «Проблемы недропользования» (г. Санкт-Петербург, 2012-2014 гг.), Всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного курса (г. Санкт-Петербург, 2013 г.), на научно-технических советах НЦГ и ПГП Национального минерально-сырьевого университета «Горный»

Личный вклад автора. Сформулированы цель, идея и основные задачи исследования. Проведён анализ существующих методов оценки напряженного и удароопасного состояния массива горных пород, анализ возможности применения современного программного обеспечения для оценки напряженно-деформированного и удароопасного состояния массива горных пород, анализ механического состояния блочного массива в условиях взаимного влияния горных работ и тектонических нарушений. Получены зависимости: нормальных напряжений, действующих в краевой части рудной залежи от размера выработанного пространства при изменяющейся мощности и глубине рудной залежи для различных типов руд при ведении горных работ как в ненарушенном массиве, так и массиве, осложненном мелко-амплитудными и крупно-амплитудными тектоническими нарушениями 1-го и 2-го типов. Определены параметры бурения разгрузочных скважин, обеспечивающих безопасное ведение горных работ на участках, осложненных тектоническими нарушениями.

Публикации. Основные результаты исследований представлены в 2 опубликованных работах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки Российской Федерации.

Структура и объём работы. Диссертация в количестве 125 страниц состоит из введения, 4 глав, заключения, списка используемой литературы, представленного 91 источником, включает 39 рисунков и 6 таблиц.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д.т.н. А.Н. Шабарову за помощь в определении общей идеи работы и интерпретации полученных результатов, а также сотрудникам Научного центра геомеханики и проблем горного производства Горного университета за ценные замечания и советы.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ РАЗРАБОТКИ БОГАТЫХ РУД ТАЛНАХ-

СКОГО РУДНОГО УЗЛА

1.1 Описание проблемы устойчивости блочного массива при ведении горных

работ на Октябрьском месторождении

Талнахский рудный узел заключает в себе два крупных месторождения медно-никелевых руд: Талнахское и Октябрьское. Первое охватывает зону Но-рильско-Хараелахского разлома и его восточное крыло. Октябрьское месторождение расположено к западу от Норильско-Хараелахского разлома. Оба этих месторождения вмещают около 90% запасов сульфидных медно-никелевых руд Норильского района. Рудные поля Талнахского и Октябрьского месторождений расположены на сочленении двух крупных блоков земной коры: Восточно - Сибирского плато и Западно - Сибирской низменности.

Залежи полиметаллических руд Октябрьского рудного узла расположены на глубинах, достигающих 2500 м, в сложных горно-геологических условиях. Преимущественно имеющие пологое залегание, мощные или весьма мощные рудные залежи характеризуются интенсивной неравномерной раздробленностью и тектоническими нарушениями. Залежи представлены тремя совместно залегающими промышленными типами руд - сплошные (наиболее богатые), вкрапленные или прожилково-вкрапленные, расположенные в нижней части интрузии, «медистые».

Богатые руды (сплошные, массивные) образуют пологопадающие залежи мощностью до 50 метров [46] и располагаются по нижнему контакту интрузии (реже в ее приподошвенной части) или в подстилающих породах в непосредственной близости от интрузии. По преобладающему минералу сплошные руды делятся на пирротиновые, халькопиритовые (включая талнахитые и моихукитовые), кубанитовые и борнитовые (с халькозином). Представляют собой минеральные образования с массивной текстурой, состоят более чем на 70% из сульфидов и содержат около половины всех учтенных запасов металлов. [48].

Между ними существуют переходные разности. Сплошные руды склонны к самовозгоранию.

Вкрапленные и прожилково-вкрапленные руды являются наиболее распространенным и характерным для района промышленным типом руд. Их мощность достигает 90 метров. Между вкрапленными рудами в породах интрузии и нижележащими сплошными или «медистыми» часто расположен безрудный «прослой» мощностью 4-6 метров.

«Медистые» руды залегают как под сплошными рудами, так и над ними в виде сложных очертаний, обрамляют залежи богатых руд. Мощность их крайне изменчивая, местами достигает 40 метров. Контакты «медистых» руд неровные, прочные, однако, на границе со сплошными рудами встречается хлоритовая оторочка. Наиболее широко «медистые» руды представлены в полях рудников «Октябрьский» и «Комсомольский».

Форма залежей Талнахского рудоносного интрузива сравнительно простая, пологая, выдержанной мощности, осложнена сбросами, взбросами различной амплитуды, а также послойным расщеплением на флангах. В связи с этим, залежи имеют ступенчато-блоковое строение, сопровождающиеся развитием зон повышенной трещиноватости.

Все породы и руды, слагающие поле рудника Октябрьский, в той или иной мере газоносны, а высокомедистые разности богатых руд склонны к быстрому окислению с выделением тепла. Следует учитывать и температурный фактор - на глубинах 1000 м и ниже породы имеют температуру 30°С и выше [36].

Главными структурными элементами Талнахского района является глубинный Норильско-Хараелахский разлом с оперяющими сбросами, а также участок «Большой Горст», раздробленный тектоническими нарушениями различных порядков. Контактная зона блоков земной коры осложнена крупно-амплитудными нарушениями разбивающими массив на более мелкие структурные блоки, которые включают рудные тела. Следует отметить, что разломы земной коры отражаются и в характере нарушенности шахтных полей, которые разбиты тектоникой на группы, повторяющей тектонические разломы. Участки месторождения ос-

ложнены сериями тектонических нарушений субпараллельных региональному Норильско-Хараелахскому разлому. Кроме того, рудная залежь имеет блоковое строение вследствие сбросовых и сбросово-сдвиговых деформаций, осложнена мелко-амплитудными нарушениями. Тектонические блоки ограничены нарушениями четырех порядков в различных сочетаниях. Однако наибольшее распространение получили следующие нарушения: сонаправленные сбросы, разнонаправленные сбросы (блок приподнят, опущен), сонаправленный сброс и взброс, разнонаправленный взброс и сброс. Средние значения амплитуды тектонических нарушений колеблются в пределах 5-15 м в северной части постепенно увеличиваясь до 25 м в южной. Направление ведения горных работ совпадает с преобладающим простиранием тектонических нарушений. В плане тектонические нарушения картируются в виде тектонически-нарушенных зон с шириной до нескольких метров. Характер трещиноватости, как указывается в работе, [22] зависит от вида тектонического нарушения (сброс, сдвиг, надвиг), от их сочетаний и амплитуды.

Поперечный разрез крупно-амплитудных тектонических нарушений может быть представлен как тектоническим швом с зиянием между плоскостями смещений, так и швом с серией оперяющих разнонаправленных гладких трещин. Заполнителем шва преимущественно являются хлоритизированные обломки вмещающих пород и руд, сцементированных тонкорастертым материалом. Устойчивость тектонического шва значительно изменяется в пределах месторождения и существенно зависит от вида и количества заполнителя в зоне нарушения. В сплошных рудах тектоническая зона выражена слабее и увеличивается на контакте сплошной руды с вмещающими породами кровли и почвы. Швы крупно-амплитудных тектонических нарушений, расположенных в сплошных рудах зачастую представлены гладкими трещинами с зеркалом скольжения без заполнителя. В случае заполнения шва тектонического нарушения ослабляющими минералами его ширина составляет порядка 5см. Тектонические зоны Октябрьского месторождения зачастую невыдержанны по мощности, а ширина варьируется в пределах от нескольких сантиметров до нескольких метров. При этом существенно изменяется

угол падения и простирания плоскости сместителя тектонического нарушения даже на небольших расстояниях.

Ширина тектонических блоков варьируется по падению в пределах от 8 до 150 м. В 83% случаев как указывается в работе [22] ширина блока составляет от 20 до 50-70 м. Протяженность блоков по простиранию составляет 200-250 м и более. Тектонические блоки дополнительно разбиты системой открытых или минерализованных хлоритом, окислами сульфидов геологических трещин. Ширина образованных трещинами блоков изменяется в пределах от 3-5 м до 30 м, а амплитуда перемещения составляет, как правило, не более 1 метра.

Стоит отметить, что трещиноватость руд и пород Октябрьского месторождения характеризуется крайней неравномерностью и наиболее ярко выражена в восточной части поля рудника. Это связано с расположением в этой зоне максимальных концентраций тектонических напряжений.

Изучение параметров нарушенности месторождения необходимо главным образом для того, чтобы приурочить к ним различные типы динамических явлений. Согласно статистическому анализу нарушенности Октябрьского месторождения, представленному в работе [22] ориентировка тектонических нарушений в пространстве разнообразна, однако наиболее преимущественна в северовосточном и северо-западном направлениях (субмеридианальное направление). Более чем в 61% случаев азимут простирания плоскости нарушений колеблется в пределах от 330° - 360°. В оставшихся случаях -0° - 30°.

Анализ данных по амплитуде нарушений позволяет сделать вывод о том, что характер ее распространения неравномерен. Наиболее вероятны (73%) нарушения с амплитудой смещения менее 10м. У большинства крупно-амплитудных тектонических нарушений мощность зоны дробления изменяется в пределах от 0,1 до 0,75 м.

Ширина тектонических блоков изменяется в пределах от 5 до 400 метров и существенно зависит от участка месторождения. В восточной части Октябрьского месторождения интенсивность нарушений отдельных участков настолько велика,

что расстояние между нарушениями могут достигать 5 м. В среднем ширина тектонических блоков Октябрьского месторождения изменяется от 10 до 50 м.

Особую сложность для ведения горных работ представляет участок «Большой Горст» рудника «Таймырский» в связи со сложившейся на руднике ситуацией, требующей более быстрой, чем планировалось ранее отработки запасов данного участка.

Участок «Большой Горст» представлен взброшенной частью Хараелахской ветви рудоносной интрузии (рисунок 1.1) [65] и является наиболее сложным по горно-геологическим условиям в поле рудника, образован серией крутопадающих сходящихся в налегающих породах тектонических нарушений субмеридионального простирания с относительным смещением смежных блоков по вертикали от 5-10 до 50-70 м. Ширина образованных тектоническими нарушениями блоков составляет до 135 м в северной части и до 210 м в южной. В северной части Большого Горста отметки почвы залежи колеблются от -1015 до -1160 м, в южной от -960 до -1170 м. В плане участок «Большой Горст» имеет размеры: в широтном направлении - около 280 м в северной части и 360 м - в южной, в меридиональном направлении до 700 м.

Промышленные запасы представлены сульфидными рудами, залегающими в почве интрузива и вкрапленными рудами, залегающими в кровле сплошных руд. Залежи сплошных и вкрапленных руд на части площади разделены безрудным прослоем незначительной мощности. На отдельных участках у кровли сплошных руд отмечается образование зон «медистых» руд 2-5 метровой мощности. Мощность залежи сплошных руд на отдельных участках достигает 40 м, а в среднем составляет 20-25 м. Вкрапленные руды, залегающие выше участков сульфидных руд, при достаточно хорошей выдержанности представлены в виде вкрапленности, гнезд. Их мощность составляет около 30 м. Перекрывающие руду оливино-вые габбро-долериты имеют мощность до 30-40 м.

Над интрузивом последовательно залегают: доломиты, мергели, ангидриты, известняки общей мощностью до 350 м. В низах этой пачки затухает восточная плоскость сместителя, образующая свод «Большого Горста».

Более 80% запасов богатых руд участка «Большой Горст» распределены в западных и восточных блоках. Крупно-амплитудные тектонические нарушения ограничивают эти блоки с запада и востока. Между собой блоки разделены тектоническими нарушениями меридианального простирания с амплитудой около 5 м в южной части и 30 м в северной. Кроме того, рассматриваемый участок нарушен мелко-амплитудными тектоническими нарушениями северо-восточного и северозападного простирания.

Рисунок 1.1 - Геолого-структурная модель рудной залежи и разрывных нарушений рудника Таймырский, где | | - закладочный массив; | | - рудный массив;

I I - разрывные нарушения

Крупно-амплитудное тектоническое нарушение, ограничивающие участок «Большой Горст» с запада имеет относительно простое строение, характеризуется наличием зон дробления, выполненных хлоритом, катаклазом, передробленной рудой. Тектоническое нарушение, ограничивающее участок с востока осложнено системой крупно-амплитудных трещин. Присутствует хорошо развитая система оперяющих трещин, преимущественно восточного направления.

Третий блок с запада ограничивается восточным крупно-амплитудным тектоническим нарушением, на востоке - тектоническим нарушением с амплитудой 40-60 метров. Отметки почвы блока изменяются от 1160-1171 м, кровли в пределах 1111-1134 м.

Четвертый блок разбит серией тектонических нарушений на составные части, с обеих сторон ограничен серией тектонических нарушений. Почва блока находится на отметках -1112-1118 м, а кровля на отметках -1042-1102 м. Амплитуда между четвертым и основным рудным телом шахты 2 составляет 87-114 м.

Пятый блок прилегает к рудному телу шахты 2 и имеет амплитуду по отношению к нему 37-53 м, отметки почвы -1152-1169 м, кровли -1100-1130 м. При этом запасы блока незначительны.

Рассмотренные блоки являются основными. В процессе образования ступенчато-блоковой структуры участка «Большой Горст» некоторые участки оруде-нения подверглись значительным деформациям.

При выемке основных запасов сульфидных руд «Большого Горста» следует учитывать угол падения рудного тела, достигающий на отдельных участках 200, а также значительную нарушенность руд и пород. Учитывая многолетний опыт ведения работ на руднике «Таймырский» [65], рекомендуется применять слоевую систему разработки с нисходящим порядком выемки слоев при выемке запасов «Большого Горста». Однако указывается, что решение о применение того или иного варианта системы разработки принимается руководством рудника в зависимости от тектонического строения массива и геологической характеристики участка.

Физико-механические данные однотипных пород и руд, характерные для Талнахского рудного узла незначительно варьируются от рудника к руднику и представлены ниже в таблице 1.1 [48].

Породы и руды Талнахского промышленного района относятся к прочным, высокомодульным, склонным к хрупкому разрушению. В связи с этим, характеризуются практически полным отсутствием склонности к пластической ползуче-

сти. При превышении напряжениями предельных значений, руды и породы разрушаются, теряют сцепление.

Таблица 1.1 - Физико-механические свойства руд и пород

Наименование Коэффициент крепости по шкале Прото-дьяконова, 1 Плотность, т/м3 Прочность при сжатии, МПа Динамический модуль упругости Е= * 10 , МПа

Базальты 7-11 2,7-2,9 180-200 70

Песчаники 6-7 2,4-2,6 140-160 46

Мергели и аргиллиты 6-8 2,5-2,8 60-120 -

Габбро-долериты 10-14 2,9-3,1 160-190 80

Сплошные сульфидные руды 5-10 4,0-4,3 50-80 80

Медистые руды 5-16 2,9-3,4 135-145 -

Вкрапленные руды 6-12 2,8-3,2 40-80 -

В связи с особенностями поведения блочного горного массива управление горным давлением по сложившейся на рудниках Талнахского рудного узла практике при разработке богатых руд ведется с полной закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. Физико-механические свойства применяемых закладочных смесей сильно зависят от горно-геологических и геомеханических условий.

1.2 Обзор публикаций, посвященных решению проблемы устойчивости блочного массива при ведении горных работ

Разработка месторождений подземным способом сопровождается развитием геодинамических явлений. Особенно это проблема актуальна при ведении горных работ у тектонических нарушений ввиду характерных особенностей проявле-

ния горного давления различной формы. Следует отметить, что порядка 70 процентов горных ударов происходит по геологическим причинам. Это обстоятельство требует обобщения накопленного материала, оценки взаимодействия природных и технологических факторов о причинах формирования удароопасных об-становок, использования опыта ведения горных работ вблизи тектонических нарушений, а также разработки мероприятий, направленных на повышение безопасности горнорабочих при проведении отдельных выработок, их эксплуатации и ведении очистных работ в условиях как явной, так и потенциальной удароопасно-сти.

Проблема геодинамических явлений, а также оценки напряженного состояния массива горных пород широко изучается учеными и инженерами с начала XX века.

Еще в 20-е годы М.И. Евдокимов-Рокотовский в работе [18] говорил о связи геодинамических явлений со строением горного массива и утверждал, что стреляния в туннелях обусловлены влиянием тектонических напряжений. В тоже время, на угольных шахтах нашей страны возникали первые горные удары. Позднее разработка удароопасных пластов стала характерной для всех основных угольных бассейнов и месторождений.

В 70-е годы начали проявляться горные удары при разработке глубоких залежей на Североуральском бокситовом, Таштагольском железорудном, Кольском апатитовым, Октябрьском полиметаллическом месторождениях. Число рудных и нерудных месторождений, склонных к горным ударам, превысило 80.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Косухин Николай Игоревич, 2016 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Авершин С.Г. Возможность аналитических исследований проявлений горного давления и область их целесообразного применения // Математические методы в горном деле. - Ч.2. - Новосибирск: Наука, 1963. - С. 3-14.

2. Айзаксон Э. Давление горных пород в шахтах. - М.: Госгортехиздат. 1961. - 233 с.

3. Александров А.В., Потапов В.Д. Основы теории упругости и пластичности. - М.: Высш. шк., 1990. - 400 с.

4. Баранов А.О. Расчет параметров технологических процессов подземной добычи руд.- М.: Недра, 1985. - 224 с.

5. Барашков В.Н. Алгоритм реализации задач теории упругости и пластичности вариационно-разностным методом. Томск: НИИПММ при ТГУ, 1993. -С.23-28.

6. Батугин А. С., Шабаров А. Н. Опыт и перспективы применения метода геодинамического районирования // Уголь. - 1995. - № 10. - С. 46 - 47.

7. Батугина И. М., Петухов И. М. Геодинамическое районирование месторождений при проектировании и эксплуатации рудников. - М.: Недра, 1988.

- 166 с.

8. Батугина И. М., Петухов И. М. Геодинамическое районирование месторождений при проектировании и эксплуатации рудников. - М.: Недра, 1988.

- 166 с.

9. Белоусов В.В. Структурная геология. - М.: Недра, 1986. - 244 с.

10. Бич Я.А. Горные удары и методы их прогноза. - М.: ЦНИЭИуголь, 1972.

- 101 с.

11. Богданов М.Н., Горбунов С.П., Бадтиев Б.П. Техническое перевооружение и модернизация горного производства // Цветные металлы.-2005.-№10. -С. 38-42.

12. Бронников Д.М., Кравченко Г.С., Коллегов А.А., Кравченко В.Г. Исследование формирования и несущей способности искусственных опор при разра-

ботке пологопадающих залежей системами с закладкой.- М.: СФТГП АН СССР, 1972. - 44 с.

13. Варшавский В.В., Шестакова Р.Д. Роль горно-металлургического опытно-исследовательского центра в развитии предприятий ЗФ «ГМК Норильский никель» // Горный журнал. Специальный выпуск. Цветные металлы. -2005.-№10. - С. 22 - 29.

14. Винокур Б.Ш., Ермаков Н.И. Напряженное состояние массива горных пород и удароопасность месторождений Северного Урала // Безопасность труда в промышленности. - 1981. - № 1. - с. 52.

15. Влох Н.П., Сашурин А.Д. Управление горным давлением на железных рудниках. - М.: Недра, 1974. - 184 с.

16. Влох Н.П., Сашурин А.Д. Управление горным давлением на железных рудниках. - М.: Недра, 1974. - 184 с. Воронов П.С. Роль сдвиговой тектоники в структуре литосфер Земли и планет. - СПб.: Наука, 1997. - 591 с.

17. Григорьев В. Е., Такранов Р. А. Нормативно-методическая база горнопромышленной геологии угледобывающих предприятий России / Тр. X Всероссийского угольного совещания. - Ростов-на-Дону, 2001. - С. 242 - 246.

18. Евдокимов-Рокотовский М. И. Стреляние горных пород // Изв. Сибир. технолог. ин-та. - Т. 49. - Вып. 1. - Томск, 1928. - С. 1-13.

19. Егоров П.В. Исследование влияния разрывных нарушений на проявление горных ударов на рудниках Талнахского и Октябрьского месторождений / П.В. Егоров, В.А. Редькин // Горный журнал, 1983.--№ 5,6.-С. 44-47.

20. Егоров П.В. Исследование природы, прогноз и предотвращение горных ударов при разработке мощных крутых пластов в Кузбассе / Автореф. дис... д-ра. техн. наук. - Новосибирск: СО АН СССР, 1974. - 38 с.

21. Егоров П.В. Мониторинг горных ударов при разработке рудных залежей с блочной структурой / П.В. Егоров, В.А. Редькин // Геодинамика и напряженное состояние недр земли: Международ. Конф. ИГД СОРАН. - Новосибирск, 2001.415 с.

22. Егоров, П.В. Управление состоянием удароопасного блочного массива на глубоких рудниках Талнаха / П.В. Егоров, В.А. Редькин. Кемерово: Куз-ГТУ, 2004. -188 с.

23. Ержанов Ж.С. Теория ползучести горных пород и ее приложения. - Алма-Ата: Наука, Каз.ССР, 1964. - 175 с.

24. Забродин А. С. Геометризация сместителей для прогноза протяженности и амплитуды разрывных нарушений. - В кн.: Маркшейдерское дело в социалистических странах. - Т. 5. - Острава, 1972. - С. 409 - 416.

25. Забродин А. С., Любич Г. А., Дупак Ю. Н. Прогноз элементов разрывных смещений на основе анализа круговых диаграмм трещиноватости и геометризации сместителей. Л., 1970. - 45 с.

26. Защитные пласты. Л., Недра (Всесоюзный научно-исследовательский институт горной геомеханики и маркшейдерского дела). Авторы: Петухов И.М., Линьков А.М., Фельдман И.А., Кузнецов В.П., Тетеревенков В.В. 1972. - 424 с.

27. Зоненшайн Л.П., Кузьмин М.И. Палеогеодинамика. - М.: Наука, 1993. -

192 с

28. Зоненшайн Л.П., Кузьмин М.И., Натапов Л.М. Тектоника литосферных плит территории СССР. - В 2 т. - М.: Недра, 1990. - 334 с.

29. Зубкова И. А., Шабаров А. Н., Бураков В. Н. Прогнозирование ударо-опасных зон при отработке свиты тектонически нарушенных платов // Сб. Геодинамика месторождений. - Кемерово: КузПИ, 1990. - С. 23-29.

30. Инструкция по безопасному ведению горных работ на рудных и нерудных месторождениях, объектах строительства подземных сооружений, склонных и опасных по горным ударам. РД 06-329-99 / ГП НТЦ по безопасности в промышленности ГГТН России. М., 2003. -88 с.

31. Козырев А.А. Геомеханическое обеспечение горных работ при отработке удароопасных месторождений в тектонически напряженных массивах / РАН, Кол. науч. центр, Горн.ин-т.; Отв. ред. Н.Н. Мельников. - Апатиты. - 1998. - С. 11-24.

32. Кораблев А.А. Современные методы и приборы для изучения напряженного состояния массива горных пород . - М.: Наука, 1969. - С. 66-89.

33. Косухин Н.И., Сидоров Д.В., Шабаров А.Н. Оценка напряженно-деформированного и удароопасного состояния массива горных пород при разработке Талнахского и Октябрьского месторождений в зонах влияния крупноамплитудных тектонических нарушений // Маркшейдерский вестник № 6, 2015., -С. 39-44.

34. Косухин Н.И., Сидоров Д.В., Шабаров А.Н. Оценка напряженного состояния рудного массива при ведении горных работ в зонах мелко-амплитудных тектонических нарушений // Горный информационно-аналитический бюллетень № 12, 2014г., С. 142-148.

35. Кравцов А.И. Геологические условия газоносности угольных, рудных и нерудных месторождений полезных ископаемых. - М.: Недра, 1968. - 287 с.

36. Кравцов А.Ф., Седых Ю.Н., Гор Ю.Н. и др. Горно-структурные особенности Талнахского рудного узла. Петрология и рудоносность Талнахских и Норильских дифференцированных интрузий, Л.,Ленингр. отделение, 1971. - 233 с.

37. Кузьмин С.Б. Активные разломы как фактор геоморфологического риска и их ландшафтообразующая роль// Геоморфология. - № 1. - 1998. - С. 3-9.

38. Кузьмин Ю.О. ^временная геодинамика и оценка геодинамического риска при недропользовании. - М.: Агентство Экономических Новостей, 1999. -220 с.

39. Курленя М.В., Опарин В.Н., Акинин А.А. и др. О некоторых особенностях эволюции гармонических акустических сигналов при нагружении блочных сред с цилиндрической полостью // ФТПРПИ.-1999.-№6 - С. 10-32.

40. Курленя М.В., Опарин В.Н., Востриков В.И. Волны маятникового типа. Ч. II. Методика экспериментов и основные результаты физического моделирования // ФТПРПИ.-1996.-№4 - С. 3-38.

41. Курленя М.В., Опарин В.Н., Востриков В.И. Волны маятникового типа. Ч. III: данные натурных наблюдений // ФТПРПИ. -1996.-№5 - С. 3-27.

42. Курленя М.В., Опарин В.Н., Востриков В.И. О геомеханических условиях возникновения квазирезонансов в геоматериалах и блочных средах// ФТПРПИ.-1998.-№5. - С.5-22.

43. Курленя М.В., Попов С.Н. Теоретические основы определения напряжений в горных породах. - Новосибирск: 1983. - 97 с.

44. Любич Г. А., Дупак Ю. Н. Некоторые особенности развития дизъюнкти-вов и связанной с ними трещиноватости: Сб. науч. тр. - № 94. - Л.: ВНИМИ, 1974. - С. 131-136.

45. Марысюк В.П. Методика оценки напряженного состояния краевой части рудного массива при отработке глубоких рудников Талнаха. // дисс. канд.техн. наук. С.Петербург,2009. - 117с.

46. Методические указания по управлению горным давлением при сплошных системах разработки с твердеющей закладкой на рудниках Норильского ГМК. - Ленинград. - 1987.

47. Мироненко В.А., Шестаков В.М. Основы гидрогеомеханики. - М.: Недра, 1974. - 296 с

48. Мишанов В. А. Обоснование схемы подготовки маломощных залежей богатых руд месторождений Талнахского рудного узла: Дис. ... канд.тех.наук. Санкт-Петербург, 2013. - 168 с.

49. Мустафин М.Г. Научные основы прогноза и предотвращения горных ударов с разрушением пород почвы в подготовительных выработках угольных шахт. Дисс. ... докт. техн. наук, - С-Петербург, 2003, - 312 с.

50. Мустафин М.Г. Научные основы прогноза и предотвращения горных ударов с разрушением пород почвы в подготовительных горных выработках угольных шахт/ Автореф. дис. ... д-ра. техн. наук. - С-Петербург, 2003. - 34 с.

51. Насонов И.Д., Ресин Б.И. Моделирование физических процессов в горном деле. - М.: Изд. АГН, 1999. -342 с.

52. Насонов И.Д., Ресин В.И., Шуплик М.Н., Федюкин В.А. Технология строительства подземных сооружений. Изд. 3-е, М.: АГН 1998. -294 с.

53. Научное сопровождение и корректировка текущих технических решений по безопасной и эффективной отработке богатых руд в горном массиве «Большой Горст» рудника «Таймырский». Отчет НИР, научный руководитель -канд. техн. наук В.А. Звездкин, договор № 10/2008 (этап 5), -СПб, СПГГИ (ТУ), 2011. -54 с.

54. Николаев Н.И. Новейшая тектоника и геодинамика литосферы. - М.: Недра, 1988. - 491 с.

55. Отчет о НИР. Договор № РН-011-11 «Проведение анализа и разработка рекомендаций по выделению нагруженных блоков в сейсмоактивных зонах» Санкт-Петербург, 2011 г.

56. Панжин А.А. Роль тектонических нарушений в процессе сдвижения на рудниках Высокогорского ГОКа // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2005. - № 4.- С.131-136.

57. Петухов И. М., Батугина И. М. Геодинамика недр: М.: Недра Коммюни-кейшенс ЛТД, 1999. - 287 с.

58. Петухов И.М. Защитные пласты / И.М. Петухов, А.М. Линьков, И.А. Фельдман, В.П. Кузнецов, В.В. Тетеревенков // Л.: ВНИМИ, Недра, 1972. - 424 с.

59. Петухов И.М. К оценке напряжения в массиве горных пород по толщине дисков керна / И.М. Петухов, В.С. Сидоров // Сб. трудов ВНИМИ, 1972.-№85.

60. Петухов И.М. Разработать и внедрить эффективные методы прогноза и меры предотвращения горных ударов на рудниках Талнахского и Октябрьского месторождений/И.М. Петухов, П.В. Егоров, В.А. Редькин: Отчет о НИР. - ВНИМИ, 1984.

61. Петухов И.М. Расчетные методы в механике горных ударов и выбросов. Справочное пособие / И.М.Петухов, А.М. Линьков, В.С. Сидоров и др., М., Не-дра.-1992.-256 с.

62. Петухов И.М., Егоров П.В., Винокур Б.Ш. Предотвращение горных ударов на рудниках. - М.: Недра, 1984. - 230 с.

63. Петухов И.М., Исследовать НДС горных массивов, разработать и усовершенствовать методы прогноза удароопасных различных участков Талнахского

и Октябрьского месторождений. разработать и внедрить комплекс борьбы с горными ударами/ И.М. Петухов, П.В. Егоров, А.А. Антонов: Отчет о НИР. - ВНИ-МИ, 1977. - с. 185.

64. Разработать и внедрить программный комплекс «PRESS 3D URAL» для перспективной и текущей оценки напряженно-деформированного состояния и удароопасности участков шахтных полей Североуральских бокситовых месторождений: Отчет о НИР / Д.В.Сидоров. ВНИМИ. - СПб, 2006. - 294 с.

65. Регламент технологических производственных процессов по применению слоевой системы разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими материалами и расположением очистных выработок в защищенных зонах при выемке сульфидных руд на рудниках ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» (РТПП-009-2004). - Норильск, 2005. - 112с.

66. Регламент технологических процессов по применению слоевой системы разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими материалами и расположением очистных выработок в защищенных зонах при выемке сульфидных руд на рудниках «ГМК «Норильский никель» (РТПП-009-2004). -Норильск, 2005, - 112 с.

67. Розин Л.А. Задачи теории упругости и численные методы их решения. СПб.: Изд-вд СПбГТУ, 1998.

68. Руководство по нормированию и планированию показателей извлечения богатых медно-никелевых руд при сплошной системе разработки на рудниках Талнахского и Октябрьского месторождений, ч.1-4/ НГМК-КИЦМ.-Красноярск; Норильск, 1977-1979.

69. Сидоров Д.В. Влияние тектонических нарушений на закономерности распределения напряжений в зонах опорного давления / Д.В. Сидоров, А.Н. Ша-баров // Горный информационно-аналитический бюллетень. М. ММГУ. - 2003. -№ 3. - С. 237-239.

70. Сидоров Д.В. Методология комплексной оценки влияния тектонических нарушений на устойчивость массива горных пород при разработке удароопасных

рудных месторождений сложного геологического строения / Д.В. Сидоров // Записки Горного института. - 2012. - Том 199. - С. 78-83.

71. Сидоров Д.В. Прогноз геодинамической опасности при разработке североуральских бокситовых месторождений в зонах влияния тектонических нарушений / Д.В. Сидоров // Рудник будущего, выпуск № 3 (7), 2011г. . - С. 64-67.

72. Сидоров Д.В. Геомеханическое обоснование допустимых расстояний между выработками при разработке сближенных рудных тел на рудниках ЗАО «Эльконский ГМК» /Д.В.Сидоров, А.Д.Куранов, А.В.Сучилин // Народное хозяйство республики Коми. Воркута, 2012. - Т.21. - С. 23-27.

73. Смелянский Е.С., Палий В.Д. Запредельные характеристики вкрапленных руд Талнаха при объемном сжатии//ФТПРПИ.-1988.-№4.

74. Сопротивление материалов. // под редакцией А.Ф. Смирнова, Александрова А.В. Парфенова Д.Ф. и др./. М.:, «Высшая школа». 1975. - 480 с.

75. Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений // под редакцией А.А.Уманского /. М.; Стройиздат, 1973. -416 с.

76. Теория защитных пластов / И.М. Петухов, А.М. Линьков, В.С. Сидоров и др./ М., Недра, 1976. - 224 с.

77. Трубецкой К.Н., Бронников Д.М., Кузнецов С.В., Трофимов В.А. Устойчивость горных массивов на основе динамического критерия проявления горного давления при отработке разделительного целика// ФТПРПИ.-1997.-№2 . - С. 3-12.

78. Трубецкой К.Н. Методология определения сложности структуры рудных месторождений как объектов разработки / К.Н.Трубецкой, Ю.П.Галченко, Г.В. Сабянин // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2012. - № 6. - С. 75-86.

79. Трумбачев В.Ф., Молодцова Л.С. Применение оптического метода для исследования напряженного состояния пород вокруг выработок. - М.: Изд-во АН СССР, 1963. - 488 с.

80. Тряпицин В. М. Научные основы и методы оценки и прогноза природно-техногенных напряжений для обеспечения геодинамической безопасности при

широкомасштабных горных работах в блочном массиве/ Автореф. дис... д-ра. техн. наук. - СПб.: ВНИМИ, 1998. - 36 с.

81. Тряпицин В.М., Кабеев Е.В. Горно-тектонические удары на апатитовых рудниках Хибин // Исследование, прогноз и предотвращение горных ударов: Мат-лы IX Всесоюзной конференции по механике горных пород. Бишкек, 3-5 октября 1989 г. - Бишкек: Илим, 1991. - С. 174-185.

82. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород. - Л.: Недра, 1989. - 503 с.

83. Указания по безопасному ведению горных работ на Талнахском и Октябрьском месторождениях, склонных и опасных по горным ударам. - Норильск.

- 2007.

84. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. М.: Недра, 1987.

- 221 с.

85. Филинков А.А., Сидоров Д.В., Бодров А.Э. и др. Оценка эффективности разгрузки рудного массива скважинами большого диаметра//Горный журнал. -2004.- №12. - С.49-52.

86. Хаимова-Мельникова Р.И. Методика исследования напряжений поляри-зационно-оптическим методом.- М. :Наука, 1970. - 116 с.

87. Чедвик П., Кокс А., Гопкинсон Г. Механика глубинных подземных взрывов. - М.: Мир, 1966. - С. 235-300.

88. Шабаров А. Н. Состояние и перспективы геодинамической безопасности на предприятиях и объектах России. Материалы Х Межотраслевого координационного совещания по проблемам геодинамической безопасности. - Екатеринбург, 1997. - С. 19-31.

89. Шабаров А.Н. Расчет параметров разгрузки целиков при разработке рудных месторождений / А.Н. Шабаров, В.Г., Селивоник, Д.В. Сидоров // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. - 2000. - №1. - с. 27-35.

90. Шабаров А.Н., Щадрин М.А. Влияние разрывных нарушений на ударо-опасность бокситовых месторождений // Горный журнал - 1992. - № 11. - С. 5658.

91. Шадрин А.Г. Теория и расчет сдвижения горных пород и земной поверхности.- Красноярск: Изд-во Краснояр.ун-та, 1990 - 199 с.