Создание методов обеспечения устойчивости горных выработок рудников в условиях формирующегося поля напряжений тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.15.04, доктор технических наук Боликов, Владимир Егорович

• Боликов, Владимир Егорович
• доктор технических наук
• 1998

Оглавление диссертации доктор технических наук Боликов, Владимир Егорович

Содержание

Введение

1. Состояние проблемы обеспечения устойчивости выработок при 14 подземной разработке рудных месторождений

1.1. Проявление горного давления в горных выработках в процессе их 14 строительства и эксплуатации

1.2. Развитие теории расчета крепи подземных сооружений

1.3. Современные теории расчета крепи и прогнозирования устойчивости 22 подземных сооружений

1.4. Использование исследований геодинамического районирования недр 26 для обеспечения устойчивости крепи горных выработок

1.5. Основные проблемы в области обеспечения устойчивости крепи гор- 27 ных выработок на рудных месторождениях и задачи исследований

1.6. Выводы

2. Обоснование геомеханической модели по формированию вторич- 30 ного поля напряжений для оценки устойчивости капитальных выработок

2.1. Горно-геологические условия, свойства и напряженное состояние мае- 30 сива горных пород рудных месторождений

2.2. Анализ факторов, определяющих параметры геомеханической модели вторичного поля напряжений при расчете крепи и выборе места распо- ~о ложения горных выработок

2.3. Исследование геометрических параметров геомеханической модели

2.4. Обоснование прочностных и деформационных свойств среды модели

2.5. Определение граничных условий в массиве горных пород и задание их

на модели

2.6. Выводы

3. Исследование основных параметров вторичного поля напряжений 60 и их влияние на проектирование комплекса подземных выработок .

3.1. Анализ основных факторов, определяющих формирование вторичного 60 поля напряжений

3.2. Методика определения компонентов тензора вторичного поля напря- 63 жений

3.3. Методика оценки стабильности структурных нарушений в процессе 67 строительства шахты

3.4. Методика оценки стабильности структурных нарушений в процессе 70 эксплуатации месторождения

3.5. Выводы

4. Методика выбора места расположения и расчета параметров крепи 76 стволов в условиях формирующегося вторичного поля напряжений

4.1. Анализ факторов, влияющих на устойчивость крепи стволов подземно- 76 го рудника

4.2. Оценка стабильности тектонических структурных нарушений вмещающих пород для выбора места расположения стволов

4.3. Исследования формирования вторичного поля напряжений и определение экстремальных условий для выбора и расчета параметров крепи

4.4. Закономерности формирования напряжений в крепи ствола и сопряжения ствола с горизонтом

4.4.1. ■ Методы исследования напряженно-деформированного состоя-

ния крепи и массива горных пород в стволах

4.4.2. Закономерности формирования напряжений в крепи ствола

4.4.3. Закономерности формирования напряжений в крепи сопряжения ствола с горизонтом

4.5. Методы управления напряженно-деформированным состоянием крепи

и массива горных пород при проходке и эксплуатации ствола и сопря- , жений

4.5.1. Исследования по разработке составов для податливого закреп-

ного пространства

4.6. Выводы

5. Методика конструирования комплекса камерных выработок околоствольного двора

5.1. Методика определения зон разрушения пород вокруг камерных выработок с учетом структурных неоднородностей горного массива и параметров вторичного поля напряжений

5.2. Исследование закономерностей формирования напряжений в крепи камеры дробления при проходке

5.3. Оценка несущей способности крепи камеры дробления с учетом вторичного поля напряжений

5.4. Методы управления напряженно-деформированным состоянием крепи

и массива горных пород при проходке и эксплуатации камерных выра- , «л боток

5.5. Выводы

6. Методика выбора типа и параметров крепи горизонтальных выработок с учетом вторичного поля напряжений

6.1. Аналитические исследования по определению зон разрушения пород вокруг незакрепленных выработок . V

6.2. Методика определения зон разрушения пород вокруг выработки в натурных условиях

6.3. Экспериментально-аналитические исследования по сопоставлению зон разрушения пород в кровле горных выработок

6.4. Методика выбора крепи для поддержания горных выработок с учетом вторичного поля напряжений

6.5. Методы управления напряженно-деформированным состоянием массива горных пород при проходке горизонтальных выработок

6.5.1. Расчет параметров гибкой опережающей забивной крепи для обеспечения устойчивости горных выработок

6.5.2. Оптимизация сечений горизонтальных выработок и применение специальных видов крепи

6.5.3. Применение расширяющихся составов для закрепного про- 220 странства с целью снижения давления на крепь от массива горных пород

6.6. Выводы

7. Применение теоретических разработок при решении практических

вопросов обеспечения устойчивости крепи горных выработок на 2?5 железорудных месторождениях Урала и Казахстана

7.1. Решение комплекса горнотехнических задач, направленных на обеспечение устойчивости крепи стволов, сопряжений и камер в процессе строительства и эксплуатации шахт Донского горно-обогатительного комбината

7.1.1. Горно-геологическое строение и геомеханические условия 225 Донских хромитовых месторождений

7.1.2. Определение напряженного состояния и модуля деформации 231 массива горных пород Донских хромитовых месторождений

7.1.3. Проблемы обеспечения устойчивости крепи стволов шахт 238 «Центральная» и «Молодежная»

7.1.4. Влияние технологической схемы проходки на напряженное со- 243 стояние крепи стволов

7.1.5. Усиление существующей бетонной крепи скипо-клетевого 24 8 ствола шахты «Центральная»

7.1.6. Восстановление крепи дозаторной камеры скипо-клетевого 255 ствола

7.1.7. Обеспечение устойчивости сопряжения ствола с околостволь- 259 ным двором в процессе проходки и эксплуатации

7.2. Расчет крепи ствола «Южная-2» и тампонаж закрепного пространства 264 горизонтальных выработок на Гороблагодатском месторождении

7.2.1. Горно-геологическое строение и геомеханические условия ме- 264 сторождения

7.2.2. Расчет крепи ствола в зоне тектонического разлома и результа- 268 ты натурных наблюдений

7.2.3. Технология тампонажа закрепного пространства капитальных 272 выработок шахты «Южная»

7.3. Расчет крепи ствола «К» Малышевского рудника

7.3.1. Горно-геологические условия и геомеханическая модель ме-

сторождения

7.3.2. Расчет параметров крепи ствола «К» в разрушенной части 278 (гор. -79 - -120 м)

7.4. Определение параметров и внедрение гибкой опережающей анкерной 282 крепи при проходке тоннелей и станций Свердловского метрополитена

7.4.1. Горно-геологическая характеристика и напряженное состояние 282 массива горных пород

7.4.2. Определение параметров гибкой опережающей анкерной крепи 284 для тоннелей и станций

7.5. Использование теоретических положений диссертационной работы в 290 нормативно-технической документации по креплению горных выработок

7.6. Выводы

Заключение

Список использованных источников Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Создание методов обеспечения устойчивости горных выработок рудников в условиях формирующегося поля напряжений»

Введение

Одной из характерных особенностей современного подземного и в особенности шахтного строительства является значительное усложнение горногеологических условий. Поэтому успешное решение задач, связанных с обеспечением эксплуатационной надежности горных выработок и подземных сооружений, во многом зависит от совершенства используемых методов прогнозирования механических процессов в окружающих породных массивах, а также методов расчета различных подземных сооружений.

Затраты времени и средств на сооружение всех капитальных выработок составляют 60% общих затрат на строительство горного предприятия. Поэтому эффективная работа горнорудного предприятия во многом будет зависеть от состояния устойчивости стволов, камер и горизонтальных выработок.

Проведение выработок вызывает изменение естественного поля напряжений массива горных пород. В общем случае характер образующегося поля напряжений вокруг выработок зависит от совокупного действия многих взаимосвязанных факторов, которые можно разделить на четыре группы. Первую группу факторов составляют пространственно-геометрические параметры рассматриваемых выработок. К ним прежде всего относятся форма и размеры поперечного сечения, их ориентировка, взаимное влияние и др.

Ко второй группе относятся прочностные и деформационные характеристики пород в непосредственной близости от контура выработки, поскольку именно эта часть массива воспринимает дополнительные нагрузки при образовании выработок.

Третья группа факторов охватывает особенности естественного поля напряжений, т. е. величины, направления и соотношения между горизонтальными и вертикальными напряжениями.

Наконец, четвертую группу факторов составляют воздействия на массив горных пород вокруг выработок, вызванные очистными работами.

Учесть в равной мере все выделенные группы факторов при определении напряженного состояния пород вокруг выработок не представляется возможным. Наиболее полно могут быть учтены факторы первых трех групп, поскольку разработаны на данный период времени аналитические (на базе методов механики сплошной среды) и экспериментальные методы определения компонентов напряжений и деформаций вокруг выработок.

Четвертую группу факторов - влияние на капитальные выработки очистной выемки, учитывают лишь качественно. Аналитические методы оценки влияния факторов этой группы в настоящее время отсутствуют. Отсутствуют также какие-либо нормативные документы, учитывающие влияние выработанных пространств на расчет устойчивости капитальных выработок на стадии проектирования подземных рудников.

При разработке железорудных месторождений подземным способом системами с обрушением в крепких скальных породах влияние четвертой группы факторов на капитальные выработки является особенно значительным, так как при разработке их образуются большие по размерам зоны обрушения. На железорудных шахтах Урала и Сибири доля систем с массовой отбойкой руды (этажное принудительное обрушение, этажно-камерная система) составляет 85-90%. В Криворожском бассейне основное развитие получили варианты системы подэтажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважинами (60-65%) и этажно-принудительное обрушение (20-25%). На рудниках горнохимического сырья (Кольский полуостров) и цветной металлургии, разрабатывающих мощные залежи крепких руд, также широко применяются системы разработки с массовой отбойкой руды глубокими скважинами.

При разработке рудных месторождений системами с обрушением с прочными скальными вмещающими породами возникают серьезные проблемы по обеспечению устойчивости комплекса капитальных выработок в процессе эксплуатации и даже на стадии строительства при вскрытии глубоких горизонтов. Из 34 обследованных стволов на шахтах Урала Институтом горного дела УрО РАН в 18 произошли деформации бетонной крепи в процессе ведения очистных работ и достижения глубин 600-800 м.

Так, например, серьезные проблемы возникли со стволом «Центральный вентиляционный» и в целом с промплощадкой через пять лет после начала разработки на Урале железорудной шахты Северопесчанской из-за просчетов при проектировании в выборе места расположения стволов. Ствол «Центральный вентиляционный» был деформирован с глубины 30 до 70 м из-за пересечения его на глубине 50 м тектоническим нарушением и в процессе ведения очистных работ возникли подвижки по нему. Для сохранения комплекса центральных стволов необходимо было законсервировать 24 млн. т руды или почти 12% запасов месторождения.

При строительстве шахты «Центральная» Донского горно-обогатительного комбината в Казахстане во всех четырех стволах с глубины 500 м монолитная бетонная крепь находилась в предельном состоянии. В результате чего клетевой ствол из-за разрушения крепи был внезапно засыпан породой на глубину 200 м, а в скипо-клетевом и вспомогательном стволах произошли деформации крепи после их проходки на проектную глубину.

Все перечисленные стволы были запроектированы в соответствии с действующим СНиП 11 -94-80, Часть И, Глава 94 «Подземные горные выработки». Основной причиной разрушения крепи стволов явилось воздействие неучтенного при проектировании анизотропного тектонического поля напряжений в горном массиве, что привело к значительным непредусмотренным затратам на перекрепку стволов. Естественно, что с началом ведения очистных работ на шахте «Центральная» и образованием выработанного пространства, состояние устойчивости крепи стволов еще более усугубится из-за увеличения напряжений вызванного образованием провала.

На Соколовском подземном руднике ССГПО после шести лет начала разработки месторождения произошла деформация бетонной крепи с образованием продольных трещин длиной до 60 м.

В эксплуатируемом клетевом стволе «Западный» Таштагольского рудника между гор. -140 м (Я = 610 м) и гор. -70 м (Я = 540 м) произошло разрушение железобетонной крепи из-за высокого уровня напряжений, превышающего предел прочности бетона [1].

Разрушение эксплуатируемых стволов для любого рудника связано с большими непредвиденными затратами, связанными с перекрепкой ствола и кроме того убытками, обусловленными с приостановкой работы ствола на период восстановительных работ. Поэтому эксплуатационная надежность стволов должна быть особенно высокой и этого можно достичь только в результате расчета их крепи на максимальные нагрузки, которые возникают в процессе ведения очистных работ и образования выработанных пространств.

На достигнутых глубинах разработки месторождений серьезные разрушения крепи стволов происходили при их строительстве. Кроме отмеченных ранее случаев разрушения стволов на шахте Центральная ДонГОКа аналогичные явления имели место и на других месторождениях. Так, на Ташта-гольском руднике в тектонически активном районе произошли деформации и разрушение крепи стволов при проходке на шахтах «Ново-Капитальная», уг-лубке ствола шахты «Западная» и проходке ствола «Сибиряк» [2]. Поэтому чтобы обеспечить устойчивость таких стволов в эксплуатационный период работы шахт, необходимы специальные мероприятия по управлению напряженно-деформированным состоянием массива и крепи в период проходки, направленные на снижение уровня напряжений.

Особые осложнения возникают при сооружении камер большого сечения в скальном блочном массиве при высоком уровне тектонических напряжений на больших глубинах. В первую очередь это относится к камерам дробильного комплекса, сложность сооружения которых заключается в их близком расположении к стволу. Деформация крепи и ее разрушение при сооружении камер происходят на достигнутых глубинах строительства 600-800 м на стадии строительства, поэтому, естественно, с началом разработки месторождения и образованием выработанного пространства они попадают в зону влияния от провалов и возникнут еще большие проблемы с устойчивостью крепи.

Деформация крепи в кровле дробильной камеры и разрушение стенок дозаторной камеры с образованием трещин в скипо-клетевом стволе произошли на глубине 630 м при строительстве шахты «Центральная» Донского горно-обогатительного комбината. Напряжения в крепи всех камер превысили предел ее прочности.

На Гороблагодатском руднике на шахте «Южная» разрушение крепи в своде и в торце дробильной камеры произошло при строительстве на гор. -320 м (Я = 600 м).

На Учалинском ГОКе при строительстве дозатор ной камеры на гор, -640 м Узельгинского рудника произошло разрушение бетонной крепи стен и кровли с разрушением бетона и выпиранием арматуры внутрь камеры и ее вынуждены были перенести на новое место.

Серьезные проблемы возникают с поддержанием горизонтальных капитальных выработок, разрушающихся в процессе эксплуатации, от попадания в зону влияния выработанного пространства. Нарушение рабочего состояния таких выработок требует серьезных затрат на их восстановление. Приводит к значительному снижению добычи рудника и, нередко, требует проходки их в другом месте. Но перенос их на новое место не всегда является окончательным, так как для расчета их крепи и обеспечения эксплуатационной надежности необходимо знать максимальную нагрузку, которая возникает при отработке всех запасов на горизонте.

Таким образом, приведенные негативные примеры, связанные с проблемой обеспечения устойчивости капитальных выработок в процессе строительства и эксплуатации подтверждают, что от успешного решения данной проблемы зависит эффективная и безопасная работа горнорудных предприятии. От решения этой проблемы в значительной мере зависит выполнение основной цели горной науки «... создать наиболее совершенные технические средства и технологические способы и приемы для достижения наиболее безопасной и экономической разработки полезных ископаемых при всемерном облегчении труда шахтеров» [3].

Проблема обеспечения устойчивости капитальных выработок будет приобретать все большее значение в современной горной промышленности в связи с освоением глубокозалегающих месторождений со сложными горнотехническим условиями, строительством новых горизонтов на большой глубине и относится к разряду важнейших.

Обеспечение устойчивости капитальных выработок при разработке рудных месторождений, обладая определенной общностью с аналогичными явлениями на месторождениях других видов минерального сырья, обладает рядом особенностей, обусловленных, главным образом, параметрами рудных тел, свойствами и состоянием вмещающих пород, технологией разработки. Для большинства железорудных, марганцевых и других рудных месторождений, разрабатываемых подземным способом, характерны большие размеры рудных тел, сопоставимые с глубиной их залегания, скальные вмещающие породы с тектоническими полями напряжений, нередко анизотропными, и системы разработки с обрушением вмещающих пород. В этих условиях подземная разработка, как правило, сопровождается образованием зоны обрушения, оказывающей влияние на характер распределения напряжений вокруг капитальных выработок в тектоническом поле напряжений, что предопределяет специфику методик исследования, рабочих гипотез и теоретических положений.

Подземные сооружения, в том числе с возведением крепи, известны с древнейших времен, однако зарождение научных основ расчета крепи относится ко второй половине прошлого века. Как показывает обзор, приведенные в работе от второй половины прошлого века до сегодняшнего дня расчетные методы в механике подземных сооружений достигли высокого уровня « ... Достижения в современной механике подземных сооружений представляют достаточные возможности для возведения экономических подземных конструкций при одновременном обеспечении их прочности, устойчивости и надежности» [4].

Наиболее молодое научное направление, связанное с обеспечением устойчивости подземных сооружений - геодинамическое районирование, позволяющее определить наиболее благоприятные места для расположения капитальных выработок в тектонически напряженном горном массиве.

Однако, в настоящее время в современных теориях расчета крепи (обделок) и определения разгруженных зон при геодинамическом районировании, наметилась твердая позиция учета первоначального напряженного состояния массива горных пород. Отсутствует количественная оценка изменения первоначального напряженного состояния под воздействием разработки месторождения и образованием выработанного пространства и зоны обрушения.

Разработанные и применяемые технологические мероприятия, направленные на управление напряженно-деформированным состоянием и снижение напряжений в конструкциях крепи и окружающем массиве на аналогичных горнорудных регионах также исходят из первоначального напряженного состояния.

Накопленный экспериментальный материал по установлению закономерностей взаимодействия крепи и массива горных пород и современный уровень знаний о напряженном состоянии массива горных пород дают возможность сделать очередной новый шаг в развитии теории расчета крепи, геодинамического районирования по выбору благоприятных мест расположения выработок и разработки технических мероприятий по управлению напряженно-деформированным состоянием крепи и окружающего массива с учетом вторичного поля напряжений, вызванного разработкой месторождения.

Все это дало основание разработать методику по обеспечению устойчивости капитальных выработок при формировании вторичного поля напряжений, позволяющую на стадии проектирования, строительства прогнозировать устойчивость подземных сооружений в процессе их эксплуатации и обеспечить эффективность и безопасность при подземной разработке.

В диссертационной работе рассматриваются проблемы, связанные с устойчивостью капитальных горных выработок, проходимых в скальном, блочном, тектонически напряженном горном массиве при подземной разработке мощных рудных месторождений системами с обрушением вмещающих пород, Указанные условия присуши широкому кругу разрабатываемых рудных

месторождений черной и цветной металлургии. Так, например, в регионе Урала и Казахстана, где выполнялись экспериментальные исследования диссертационной работы, из четырнадцати разрабатываемых месторождений руд черных металлов к рассматриваемому виду относится двенадцать. Лишь Соколовский подземный рудник ССГПО и шахта «Центральная» Джездинского РУ ведут разработку с поддержанием налегающей толщи, соответственно, твердеющей закладкой и целиками.

Цель работы - установить закономерности деформирования крепи горных выработок в скальных массивах горных пород и разработать методику прогнозирования и обеспечения устойчивости выработок на всех стадиях подземной разработки рудных месторождений системами с обрушением.

Идея работы - заключается в осуществлении выбора оптимального расположения и необходимой конструкции крепи горных выработок и сооружений с использованием в качестве граничных условий параметров вторичного поля напряжений, формирующегося в процессе разработки месторождения.

В работе защищаются следующие основные научные положения, разработанные лично автором:

1. Граничные условия, определяющие состояние горных выработок, выбор типа и конструктивных параметров необходимой крепи изменяются в процессе разработки месторождения за счет формирования вторичного поля напряжений вокруг очистных работ и образующейся зоны обрушения.

2. Расположение горных выработок и прогнозная оценка их устойчивости осуществляется с учетом стабильности тектонических структурных блоков, оцениваемых как на стадии строительства выработок, так и на всех промежуточных этапах разработки месторождения.

3. Расчет конструктивных параметров крепи и выбор мест заложения горных выработок должны производиться исходя из экстремальных граничных условий, возникающих в период их эксплуатации.

4. Прогнозная оценка устойчивости незакрепленной выработки производится с учетом формирования вторичного поля напряжений и структурных свойств массива горных пород, в котором пройдена выработка.

5. Управление напряженно-деформированным состоянием крепи горных выработок включающего определение рациональных размеров и формы поперечного сечения выработок и узлов их сопряжений, выбор оптимального расположения горных выработок, создание податливого закрепленного пространства на основе расширяющихся тампонажных составах позволяют в 2 раза снизить напряжение в крепи, тем самым повысить технологическую надежность выработок в процессе эксплуатации.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций достигается:

1. Применением теоретических положений теории упругости, механики горных пород, инженерной геологии, математического моделирования характера распределения напряжений и деформаций вокруг выработок.

2. Экспериментальными исследованиями в натурных условиях за процессом деформирования крепи и массива горных пород вокруг выработок на рудных месторождениях Урала и Казахстана и статическим анализом результатов за 30-летний период времени на 14 месторождениях, где постоянно работает более 100 измерительных станций в горных выработках.

3. Проведением специальных промышленных экспериментов при разработке рудных месторождений со статистическим сопоставлением результатов натурных измерений для оценки состояния устойчивости капитальных выработок.

4. Результатами внедрения рекомендаций по решению практических вопросов на стадии проектирования и промышленного использования на 12 железорудных месторождениях Урала и Казахстана.

5. Применением согласованных с Госгортехнадзором России и КазССР и утвержденных Минметом СССР ряда нормативных документов по проведению и креплению горизонтальных выработок, стволов и камер на железорудных и хромитовых месторождениях Урала и Казахстана.

Методы исследований

Основные научные и практические результаты диссертационной работы получены с использованием комплексного метода исследования, включающего:

- теоретическое обобщение развития теорий расчета крепи подземных сооружений и состояния вопроса по обеспечению устойчивости капитальных выработок на горнорудных предприятиях;

- лабораторные, опытно-промышленные и теоретические исследования по напряженно-деформированному состоянию крепи и массива горных пород вокруг капитальных выработок при подземной разработке рудных месторождений;

- компьютерные методы расчета и моделирования;

- технико-экономический анализ результатов промышленных экспериментов и внедрения рекомендаций по обеспечению устойчивости капитальных выработок.

Значение работы. Основным научным значением выполненных исследований является установление количественной зависимости влияния очистных работ на напряженное состояние капитальных выработок, выбор места расположения и расчет параметров крепи данных выработок при формировании вторичного поля напряжений.

Методические разработки, выполненные на основе фундаментальных достижений механики деформируемого твердого тела и установленных зависимостей позволяют впервые произвести оценку стабильности структурных нарушений шахтного поля на эксплуатационный период разработки и распределение напряжений вокруг выработанных пространств с целью определения благоприятного места расположения стволов, камер и горизонтальных выработок и рассчитать параметры крепи на максимальные нагрузки. Разработана методика оценки состояния устойчивости незакрепленных камерных и горизонтальных выработок в блочном скальном массиве с учетом структурных свойств и напряженного состояния массива и произведена количественная оценка этих факторов.

Практическая ценность работы состоит в использовании разработанной методики по обеспечению устойчивости капитальных выработок для решения следующих задач:

- определения на стадии проектирования горных предприятий оптимального расположения стволов, камер и горизонтальных выработок с целью обеспечения их устойчивости;

- расчета параметров крепи капитальных выработок при формировании вторичного поля напряжений и повышения эксплуатационной надежности выработки на весь период отработки месторождения или горизонта;

- управления напряженно-деформированным состоянием крепи и окружающего массива горных выработок в процессе их проведения и эксплуатации с целью снижения нагрузки на крепь;

- использования отходов производства для крепления горных выработок.

Практическое использование методических разработок наряду с социальным эффектом, обусловленным созданием безопасных условий труда при проходке и эксплуатации горных выработок, во многих случаях обеспечивает получение экономического эффекта за счет повышения эксплуатационной надежности капитальных выработок и снижения расходов на перекрепку, а также применения более облегченных видов крепи и использования отходов производства на крепление.

Практическая реализация. Научные положения, выводы и рекомендации диссертационной работы использованы для обоснования и разработки нормативных документов на железорудных шахтах Урала и Казахстана, таких как:

«Инструкция по креплению горизонтальных горных выработок и их сопряжений на железорудных шахтах Урала и Казахстана» (Утв. ВПО Союзру-да и Союзшахтопроходка Минчермета СССР 25.03.1986 г.);

«Инструкция по расчету крепи вертикальных стволов рудных шахт в тектонически активных районах (применительно к условиям Кимперсайских хромитовых руд ДонГОКа» (Разработана совместно с Тульским политехниче-

ским институтом и утв. Минчерметом СССР, 1986 г.) и другие нормативные документы, перечисленные в главе 7 диссертационной работы.

Все нормативные документы являются действующими и обязательными на железорудных шахтах для указанного региона при проектировании и сооружении капитальных выработок.

Наряду с общим влиянием на уровень решения проблемы обеспечения устойчивости капитальных выработок на весь эксплуатационный период отработки месторождения или горизонта, результаты работы использованы при решении частных практических задач с непосредственным участием автора на предприятиях Донского горно-обогатительного комбината, Гороблагодат-ского рудоуправления, комбинатов Высокогорского и Магнезит, на Малы-шевском руднике и Свердловском метрополитене.

Т\ О Ч> V»

В создавшейся аварийной ситуации при строительстве стволов, камер и горизонтальных выработок на шахте «Центральная» Донского горнообогатительного комбината, разработанные расчетные методы и технические мероприятия, позволили закончить строительство и обеспечить эксплуатационную надежность всех перечисленных объектов. Это позволило избежать строительства новых стволов для обеспечения проектной мощности шахты.

В условиях Гороблагодатского месторождения, проведенные исследования для шахты «Южная» обеспечили возможность проходки и крепление ствола «Южная-2» по зоне крупного разлома, восстановить деформированную крепь дробильной камеры гор. -320 м и разработать технологию тампонажа закрепного пространства расширяющимися составами из отходов производства. Это позволило ускорить сроки строительства гор. -320 м и вскрыть новые -400 и -480 м.

Разработанные рекомендации по восстановлению ствола «К» Малышев-ского рудника позволили создать крепь с эксплуатационным запасом прочности и ускорить введение в отработку гор. -120 м.

Разработанная методика применения и расчета параметров опережающей анкерной крепи для неустойчивых пород блочного строения и внедрения ее при сооружении тоннелей и станций Свердловского метрополитена позволило обеспечить безопасные условия труда и установленные темпы проходки.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на 5 научно-технической конференции института ВИОГЕМ (г. Белгород, 1971 г.), на Всесоюзном семинаре «Измерение напряжений в массиве горных пород» (г. Новосибирск, 1972, 1973 гг.), на Всесоюзной конференции по механике горных пород (г. Тбилиси, 1985 г.), на Всесоюзных семинарах «Пути повышения эффективности способов и средств крепления и поддержания горных выработок на современном этапе развития горных работ» (г. Свердловск, 1987 г.), «Разработка и внедрение средств комплексной механизации и автоматизации проведения горных выработок» (г. Н. Тагил, 1985 г. , г. Рудный, 1987 г., г. Тырнауз, 1989 г.), Международном симпозиуме

«Освоение месторождений минеральных ресурсов и подземное строительство в сложных горно-геологических условиях» (г. Белгород, 1991 г.), 7:й Международный конгресс по механике горных пород (Германия, Аахен, 1993 г.), Международном симпозиуме по применению компьютерных методов в механике горных пород (Китай, Хиан, 1993 г.), Всесоюзной конференции «Управление напряженно-деформированным состоянием массива горных пород при открытой и подземной разработке месторождений полезных ископаемых» (г. Екатеринбург, 1994 г.), Международном симпозиуме РМ-95 «Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых в зонах градопромышленных агломераций» (г. Москва - г. Пермь, 1995 г.), Международной конференции - геомеханика в горном деле - 96 «Управление напряженно-деформированным состоянием массива скальных пород при разработке месторождений полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений» (г. Екатеринбург, 1996 г.), X Международном координационном совещании по гор!1ым ударам (г. Екатеринбург, 1997 г.), на технических совещаниях ВПО «Союзруда» Минчермета СССР (г. Москва, 1986, 1988, 1989 гг.), ВПО «Союзшахтопроходка» (г. Москва, 1985-1990 гг.), на технических совещаниях институтов «Уралгипроруда» (г. Свердловск, 1979-1990 гг.), «Уралгипротранс» (г. Екатеринбург, 1980-1984 гг.), на технических совещаниях ПГО «Уралруда» (г. Екатеринбург, 1978-1988 гг.), ПО «Свердловскмет-рострой» (г. Екатеринбург, 1980-1984 гг.), ВПО «Восток-шахтопроходка» (г. Н. Тагил, 1973-1990 гг.), треста «Казшахторудстрой» (г. Рудный, 1980-1986 гг.), на техсоветах Богословского (г. Краснотурьинск), Гороблагодатского (г. Кушва), Высокогорского (г. Н. Тагил), Бакальского (г. Бакал), Донского горно-обогатительного комбината (г. Хромтау) и шахтостроительных управлений №№ 1, 2, 3, 4, 5 и 6 трестов «Востокшахтопро-ходка» и «Казшахторудстрой».

Публикация. По теме диссертации опубликовано 32 работы.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения, изложенных на ЗЗЗстраницах машинописного текста; содержит 86 рисунков, 58 таблиц, списка литературы из 156 наименований и приложения.

Промышленные исследования диссертационной работы проводились на железорудных предприятиях Урала и Казахстана и ПО «Свердловск-метрострой», где автор встречал поддержку и заинтересованность в реализации рекомендаций и предложений по проходке и креплению капитальных выработок, в проведении натурных измерений. Автор искренне признателен работникам Богословского, Гороблагодатского рудоуправлений, Высокогорского, Донского комбинатов, Управления Свердловского округа Госгортех-надзора РФ, ПГО «Уралруда», институтов «Уралгипроруда», «Уралгипротранс» и коллегам по работе в Институте горного дела Уральского отделения Российской академии наук. С особой теплотой автор отмечает большую роль

своего учителя профессора, доктора технических наук Н.П. Влоха, чьи взгляды оказали влияние на его научные интересы, а также роль наставников докторов технических наук А.Д. Сашурина, A.B. Зубкова, с которыми связано все его творчество, оказавшим серьезную дружескую поддержку в подготовке и завершении диссертации.

Автор считает своим приятным долгом выразить искреннюю признательность доктору технических наук, профессору Н.С. Булычеву, который предопределил направления его исследований в области геомеханики подземных сооружений.

1. Состояние проблемы обеспечения устойчивости выработок

при подземной разработке рудных месторождений

1.1. Проявление горного давления в капитальных выработках в процессе их строительства и эксплуатации

Ввод в действие новых горнодобывающих предприятий и их реконструкция требует выполнения большого объема горнопроходческих работ. Сооружение вертикальных стволов и их углубка - наиболее важные звенья при строительстве и реконструкции горных предприятий, так как только после их завершения появляется возможность начать горнопроходческие работы на горизонтах, которые по стоимости, а главное по трудоемкости, значительно превышают сооружение поверхностного комплекса горного предприятия.

Стоимость строительства составляет 20-25% от полной стоимости горного предприятия, а продолжительность строительства стволов в зависимости от глубины и горно-геологических условии от 30 до 60% общего времени строительства.

Другим важным звеном на стадии строительства подземных рудников является сооружение камерных выработок на горизонте и в районе стволов. Объем камерных выработок на подземных рудниках, отработанных системами с массовой отбойкой руды, особенно велик и составляет от 3000 до

л

5000 м на 1 млн. т годовой добычи.

На отечественных и зарубежных рудниках широко распространены системы с массовой отбойкой руды скважинными зарядами. На железорудных шахтах Урала и Сибири доля систем с массовой отбойкой руды (этажное принудительное обрушение, этажно-камерная система) составляет 85-90%.

В Криворожском бассейне основное развитие получили варианты системы подэтажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважинами (6065%) и этажного принудительного обрушения (20-25%). На рудниках горнохимического сырья (Кольский полуостров) и цветной металлургии, разрабатывающих мощные залежи крепких руд, также широко применяются системы разработки с массовой отбойкой руды глубокими скважинами. Для таких рудников характерно строительство сложных по конфигурации и больших по объему дробильных комплексов.

В общем объеме камерных выработок на основных (концентрационных) горизонтах выработки дробильно-сортировочного комплекса составляют 5560%. Сложность сооружения этого комплекса выработок заключается еще в том, что располагается он недалеко от стволов, а дозаторная камера сопряжена со скиповыми стволами.

Третьим основным звеном строительства шахт и горизонтов являются горизонтальные капитальные выработки, которые составляют основную транспортную артерию от выработок выпуска руды до дробильно-сортировочного комплекса.

Весь перечисленный комплекс капитальных выработок составляет 85% от общего объема горно-капитальных работ при строительстве подземного рудника. Поэтому эффективность любого подземного рудника во многом зависит от эксплуатационной надежности комплекса капитальных выработок на стадии строительства и эксплуатации. Это можно достигнуть при условии использования современных достижений науки на стадии проектирования. Несмотря на то, что проектные институты во многом отошли от практики проектирования с помощью «метода аналогий», согласно которому известные проектные решения механически переносятся из одних условий в другие, к научно обоснованным методам, тем не менее вопрос обеспечения устойчивости комплекса капитальных выработок является актуальным при строительстве подземных рудников.

Одной из характерных особенностей современного подземного и в особенности шахтного строительства является значительное усложнение горногеологических условий при вскрытии глубоких горизонтов.

Понятие глубоких горизонтов точнее можно заменить уровнем напряжений в горном массиве на достигнутой глубине вскрытия. Наиболее остро проблема обеспечения устойчивости капитальных выработок возникает на глу-

/•им

бине, когда уровень действующих напряжении в массиве горных пород достигает или становится выше его предела прочности. Все эти факторы наиболее сложно проявляются в процессе эксплуатации месторождения.

Так, в условиях Криворожского железорудного бассейна при достижении глубин 1000 м напряжения в окружающем массиве близки к пределу прочности пород в массиве и в этих условиях резко снизилась эксплуатационная надежность капитальных выработок и камер [1]. В данной ситуации одним из условий по обеспечению устойчивости выработок является повышение прочностных и деформационных свойств окружающего массива и разработка специальных мероприятий по управлению напряженно-деформи-рованным состоянием.

В этом же бассейне серьезные осложнения с устойчивостью возникли в выработках попавших в зону влияния очистных работ, где возникли большие горизонтальные деформации за счет образования зон разгрузки [2]. По рекомендациям института НИГРИ устойчивость данных выработок достигалась за счет изменения их формы поперечного сечения и упрочнения приконтурного массива.

На шахтах рудника им. Дзержинского штреки висячего бока, расположенные в 60-80 м от выработанного пространства, попали в зону влияния от очистных работ и были разрушены до окончания срока отработки горизонтов [3]. Для обеспечения устойчивости таких выработок на шахте «Саксагань» они были вынесены на 120-130 м в массив от выработанного пространства, но и это мероприятие не обеспечило их эксплутационной надежности.

Аналитическими расчетами установлено, что на глубоких горизонтах в скальном хрупко разрушаемом анизотропном массиве наиболее устойчивая форма поперечного сечения горных выработок является эллипсовидная [4, 5].

В условиях тектонического поля напряжений на подземных рудниках, где величина горизонтальных напряжений в 1,5-2 раза превышает вертикальные, сравнительным математическим моделированием камер прямоугольной и эллипсовидной форм сечения доказано, что наиболее устойчивыми будут камеры эллипсовидной формы [6].

Из-за повышенной концентрации напряжений, превышающей предел прочности бетона, в крепи камер прямоугольный формы в плане в период строительства на шахте «Центральная» Донского ГОКа произошли разрушения стенок дозаторной камеры в отметках -220 и -232 м и свода крепи насосной камеры гор. -160 м.

На Учалинском ГОКе при строительстве дозаторной камеры Узельгин-ского рудника на гор. -640 м произошло разрушение бетона в стенках и кровле. Основной причиной разрушения явился высокий уровень напряжений в крепи, превышающий предел прочности бетона марки МЗО на сжатие.

На Гороблагодатском руднике (шахта «Южная») разрушение крепи в своде камеры дозаторной и торцевой стенке со стороны ствола произошло в период проходки пятого слоя. Разрушение крепи произошло с разрушением бетона и выгибом арматуры во внутрь камеры. Причиной разрушения явилось наличие больших горизонтальных напряжений в массиве горных пород, превышающих вертикальные почти в два раза.

Вертикальные стволы вскрывают глубокие горизонты в первую очередь при строительстве новых шахт и рудников и то проявление горного давления, характерное для больших глубин, встречается и влияет главным образом на условия сооружения стволов.

Наибольшее распространение в последние годы получила монолитная бетонная крепь, возводимая с помощью передвижной металлической опалубки и спуском бетона по трубам. Так, в общем объеме стволов, сооруженных на железорудных шахтах Урала и Казахстана, более 90% закреплено монолитным бетоном.

Из 34 обследованных шахтных стволов Институтом горного дела УрО РАН в 18 произошли деформации бетонной крепи в процессе ведения очистных работ при достижении глубин 600-800 м [7].

На Соколовском подземном руднике в процессе эксплуатации месторождения в клетевом стволе произошла деформация бетонной крепи в виде продольных трещин длиной до 60 м. Основной причиной разрушения явилась неравномерность напряжений в крепи по периметру ствола, вызванная очистными работами.

На Донском горно-обогатительном комбинате на шахтах «Молодежная» и «Центральная» во всех стволах, закрепленных бетоном с глубины 500 м, уровень напряжений в крепи достиг предела прочности бетона. В двух ство-

лах шахты «Центральная» - клетевом и скипо-клетевом - произошли деформации крепи в период строительства.

Основной причиной такого состояния стволов явился высокий уровень действующих напряжений в массиве на глубине 500 м, достигающий предела прочности массива, и существующая анизотропия поля напряжений [8].

Проектирование всех стволов велось в соответствии с действующим СНиП 11 -94-80 «Подземные горные выработки». При таком уровне напряжений и состоянии горного массива в данном СНиП нет конкретных рекомендаций по расчету крепи стволов.

Примеры разрушений крепи на стадии строительства и несоответствие существующих нормативных документов для расчета крепи при проектировании отмечены в работе [9].

Из-за интенсивного проявления горного давления разрушение крепи имели место в стволах шахт «Новая Капитальная» и «Западная» Таштаголь-ского рудника при строительстве [17].

Так, в стволе шахты «Новая Капитальная» на глубине 414-529 м от поверхности начала деформироваться бетонная крепь в виде продольных трещин и вывалов бетона. Основной причиной явилась анизотропия поля горизонтальных тектонических напряжений, в 2,5 раза превышающих вертикальные.

В 1970 г. на отметке -132 м произошло разрушение бетонной крепи при углубке ствола шахты «Западная» [18]. Разрушение крепи произошло в направлении, перпендикулярном действию максимальных напряжений (азимут 65-70°).

При совмещенной схеме проходки ствола «Сибиряк» в Таштаголе на жесткую бетонную крепь, возведенную вслед за проходкой, развивалось давление от 1,3 до 2,2 т/м2, что в несколько раз превышает ее несущую способность [И]. Начиная с глубины 565 м, в стволе «Сибиряк» имели место деформации крепи с образованием трещин вдоль оси ствола. Для обеспечения устойчивости институтом ВостНИГРИ было рекомендовано применение податливого закрепного пространства в виде пустотелых шлакоблоков [19].

На шахте Северопесчанская Богословского рудоуправления через пять лет после начала разработки произошли деформации бетонной крепи в Центральном вентиляционном стволе на протяжении от 30 до 70 м от поверхности [20].

Основной причиной деформации явилось неправильно выбранное место расположения ствола, т. к. на глубине 50 м от поверхности его пересекает тектоническое нарушение. По данному нарушению возникли подвижки пород из-за изменения характера распределения напряжений от влияния выработанного пространства.

Сооружение стволов еще более осложняется в период проходки сопряжений ствола с горизонтом. При проходке клетевого ствола шахты «Цен-

тральная» Донского ГОКа происходило разрушение крепи ствола и рассечки сопряжения на гор. -320 и - 400 м.

Аналитические исследования показывают, что при образовании сопряжения возникает дополнительная концентрация напряжений в кровле сопряжения [11-14]. Поэтому для проходки сопряжений стволов в сложном напряженном состоянии применяют специальные технические мероприятия, направленные на снижение уровня напряжений в окрестности сопряжения. В основном данные мероприятия заключаются в образовании рациональной формы узла сопряжения или разгрузки массива горных пород [12, 15, 16].

1.2. Развитие теории расчета крепи подземных сооружений

Подземные сооружения, в том числе с возведением крепи, известны с древнейших времен, однако зарождение научных методов расчета крепи можно отнести с уверенностью лишь ко второй половине прошлого века. Одна из первых теоретических работ, связанная с расчетом крепи, принадлежит Х.С. Головину, который рассмотрел работу кривого бруса под действием внешних сил. Метод Х.С. Головина был использован П.Ф. Николаи при проектировании отдежи Сурамского железнодорожного тоннеля в 1890 г.

В развитии теории устойчивости подземных сооружений с расчетом можно выделить три основных этапа.

Первый этап, относящийся к концу прошлого и первой половине нынешнего века, рассматривал крепь как конструкцию, загруженную заданной нагрузкой, принимаемой на основании существующих тогда гипотез. На данном этапе предполагалось, что сама крепь не оказывает влияния на величину и распределение действующих на нее нагрузок и деформации крепи не анализировались.

Характерной особенностью первого этапа является схема расчета подземных конструкций на активное давление пород без учета влияния деформаций крепи. По данной схеме проектировалась крепь Сурамского железнодорожного тоннеля. К данному этапу относятся расчеты обделок горизонтальных тоннелей Штейнера (1922 г.), Кайлиха (1927 г.), Штольценбурга (1932 г.). К этому периоду относится интересное предложение по расчету крепи вертикальных шахтных стволов, высказанное в 1909 г. Фербером [21]. Он впервые предложил принимать нагрузку на крепь ствола неравномерной. Фербер впервые ввел понятие коэффициента неравномерности нагрузок на крепь. Он показал, что с увеличением коэффициента неравномерности несущая способность крепи уменьшается. До 30-х годов нагрузки при расчете крепи стволов принимались равномерными. После аварий, связанных с разрушением тюбинговой крепи ствола «Августа Виктория 2» в 1927 г. было обращено внимание на крепи стволов. Специальная комиссия, расследовавшая причины аварий стволов, установила, что разрушение крепи произошло из-за внезапно возникшей неравномерной нагрузки [22, 23].

Большое влияние на развитие методов расчета крепи стволов оказал О. Домке [24, 25]. Он развил идею Фербера о неравномерной нагрузке на крепь. Одной из причин неравномерности нагрузки Домке считал влияние сползающего слоя, вызывающего добавочное одностороннее давление в виде радиальной нагрузки. В расчетах предлагалось вводить коэффициент неравномерности: о = 0,15 для малых глубин и со = 0,1 - для больших.

В 1950 г. Ф. Мор [25] предложил принимать нагрузку на крепь ствола в

виде

Р = + с OS 2©).

Данное выражение легло в основу выражений, принимаемых в расчетных схемах в Западной Европе. Коэффициент неравномерности Ф. Мором рекомендуется со = PiIPq = 0,05-Ю, 10.

На первом этапе была попытка учитывать в расчетной схеме, помимо равномерно распределенной нагрузки, дополнительные сосредоточенные силы [26].

Расчетные схемы, существовавшие на первом этапе развития теории расчета крепи, применяют и в настоящее время при расчете крепи в слабых во-донасыщенных породах. Крепь рассматривается как свободно деформируемая конструкция. Предполагается, что указанные породы не могут оказать сопротивления деформациям крепи. Примером расчета крепи в данном направлении являются подводные тоннели круглого сечения [27, 28].

К первому этапу развития теории расчета нагрузки на крепь относится гипотеза образования над выработкой устойчивого «свода», которая была высказана впервые более 100 лет назад. Гипотеза давала объяснение многочисленным встречающимся на практике случаям вывалообразования и обрушения пород, имеющим место как в скальном, так и неустойчивом разрушенном массиве. Физической природе сводообразования можно высказать следующее объяснение, что вес пород в пределах образовавшегося свода превосходит их сопротивление отрыву, вследствие чего породы отделяются от массива и обру шаются в выработку (гипотеза свода обрушения).

Наиболее полно и убедительно теорию свода обрушения развил и дал экспериментальное обоснование в виде расчетной зависимости М.М. Протодьяконов [29]. За расчетную величину давления на крепь принимается собственный вес пород в пределах свода обрушения.

Одним из основных недостатков всех работ первого этапа является то, что расчетные нагрузки на крепь (отделку) принимались из общих соображений и не согласовались с фактически действующими. Это подтверждается проведенными в дальнейшем строгими аналитическими исследованиями и экспериментами.

Положительным достижением данного этапа является принятие неравномерной внешней нагрузки.

Второй этап (с 30-х годов нынешнего века) характеризуется разделением действующих на крепь нагрузок на активные, определяемые гипотезами горного давления, и пассивные, вызываемые отпором пород в результате упругих деформаций крепи под действием активных нагрузок. В основе разработки данного направления послужили исследования работы балок и криволинейных брусьев на упругом основании: Е. Винклер, 1867; И.В. Шведлер, 1882; Н.П. Пузыревский, 1923; К. Хаяси, 1930; А.Н. Крылов, 1931.

Метод расчета крепи (обделок) по активным и пассивным нагрузкам наибольшее развитие получил применительно для тоннелей. Метод существует и по настоящее время и вошел основой для расчета в ряд нормативных документов [28, 30-32].

О. Кармель, а затем С.Н. Рязанов одни из первых предложили учет пассивного отпора пород. Особенностью их предложений является допущение об отсутствии горизонтальных перемещений точек крепи, лежащих на горизонтальном диаметре. Впоследствии такую же идею высказал Ф. Ванслебен [33], рассматривая неравномерную нагрузку на крепь ствола. Данное направление дальнейшее развитие получило благодаря предложению Хьюта и Иоганессо-на [34] и С.С. Давыдова [35], где крепь рассматривается как статистически неопределимая система, а окружающие породы - как среда, подчиняющаяся гипотезе Винклера: линейная зависимость между напряжениями на контакте и перемещениями контактной поверхности.

Хьюнт и Иоганессон предложили расчетную схему крепи кругового очертания, как трижды статистически неопределимой системы под действием вертикального давления породы (плюс масса половины отделки) Р\, горизонтального давления пород Рг , давление породы в пределах высоты тоннельного сечения Р3, пассивного отпора породы Р4. Все расчеты представлены в виде номограмм.

Метод расчета кольцевой крепи в 1936 году был создан Б.П. Бодровым и Б.Ф. Матари и получил в нашей стране и за рубежом и известность под названием метода Метрогипротранса [28, 35-37]. Этот метод оказался классическим и почти не претерпел изменений и по настоящее время. Согласно методу Метрогипротранса, кольцо крепи заменяется шарнирной цепью, которая состоит из нескольких прямолинейных элементов. Связь крепи и пород моделируется упругими опорами во всех вершинах многоугольника за исключением трех или пяти верхних, где обделка прогибается вниз и отпор породы отсутствует. Направление опорных стержней обычно принимается радиальным.

Неизвестными являются изгибающие моменты в шарнирах. Основная система для удобства расчетов расчленяется на две части: трехшарнирную арку в своде тоннеля и шарнирную цепь, прикрепленную стержнями к массиву пород. Активная нагрузка принимается в виде сосредоточенных сил, приложенных в вершинах шарнирного многоугольника. Метод Метрогипротран-

са был применен Л.Б. Капланом [38] для расчета крепи стволов, которые проходились бурением в Подмосковном бассейне. При расчете было принято, что нагрузки на крепь ствола складываются из равномерно распределенной гидростатической и давления пород, часть которого распределена равномерно, а часть представлена односторонним давлением. Расчет на одностороннее давление ведется с учетом упругого отпора пород. Метод Метрогипротранса как наиболее универсальный, действующий в период второго этапа развития теории расчета крепи подземных сооружений нашел развитие в работах С. А. Орлова [39], С.Н. Беркиной [40] и Давыдова [35].

Так, например, достоинством методики С.Н. Беркиной является то, что число неизвестных не зависит от числа упругих опор, и для определения перемещений не требуется дополнительного расчета. Расчет более облегченный, представлен в более компактной форме и поддается механизации расчетов.

В методике расчета крепи шахтных стволов большой вклад внесли немецкие ученые и инженеры в 50-х годах (Ф. Мор, Г. Линк, Ф. Ванслебен). Предложенные ими расчеты нашли широкое практическое применение в угольном объединении. Ф. Мор утверждает о дополнительных неравномерных нагрузках, действующих на крепь помимо основных равномерных нагрузок со стороны пород и воды.

Механизм появления дополнительных неравномерных нагрузок Г. Линк связывает с неравнокомпонентностью поля напряжений в массиве пород [22]. Г. Линк отмечает, что деформации крепи ствола при неравномерной нагрузке препятствует порода, которая создает противодавление (пассивная нагрузка), уменьшающее неравномерность нагрузки.

В 1953 г. Ф. Ванслебен предложил определять степень неравномерности нагрузок на крепь ствола, исходя из предположения о невозможности перемещений крепи в сторону массива пород [33].

В работах К.В. Ругптенейта, В.А. Лыткина и А.Н. Драновского [37] рассмотрен случай, когда расчет крепи выработки под действием активной нагрузки и при учете пассивного отпора является вполне обоснованным. Существующие ранее методики расчета, в которых нагрузка на крепь разделяется на активную и пассивную, имеют слабое место - определение активной нагрузки.

В работе [37] рассмотрен вопрос взаимодействия крепи выработки круглого сечения с упругим массивом при активной нагрузке - давлении воды.

Второй этап развития теории расчета крепи был шагом вперед по сравнению с первым, так как в методиках сделаны попытки учета частичного взаимодействия крепи с массивом. Общим недостатком методик второго этапа является подразделение нагрузки на крепь на активную и пассивную. В подавляющем большинстве такое деление является искусственным и не соответствует действительным условиям нагружения крепи. В действительности выделение активной и пассивной нагрузки во многих случаях просто невозможно.

1.3. Современные теории расчета крепи и прогнозирования устойчивости подземных сооружений

Третий, современный этап развития теории расчета крепи, становление которого началось с 70-х годов нынешнего века, отличается следующими особенностями:

- в качестве расчетных принимаются суммарные неравномерные нагрузки, образующиеся в результате взаимодействия крепи и пород;

- при расчете крепи учитываются не только нормальные, но и касательные к внешней поверхности крепи нагрузки;

- расчетные эпюры нормальных и касательных нагрузок принимаются на основании анализов фактических эпюр, полученных в результате натурных экспериментальных исследований и опытов на моделях и на основании аналитических исследований с учетом полного взаимодействия крепи с массивом пород.

Большой вклад в развитие третьего этапа развития теории расчета крепи сыграли результаты натурных исследований нагрузок на крепь горизонтальных и вертикальных выработок [41-43]. Авторами данных исследований установлены весьма значительные неравномерности распределения нагрузок по контуру поперечного сечения крепи. Г. А. Крупенников предложил характеризовать степень неравномерности нагрузок на крепь стволов коэффициентом вариации [44].

В 1960-1961 гг. институтом ВНИМИ под руководством Г. А. Крупенни-кова были выполнены аналитические исследования по работе крепи стволов в крепких вмещающих породах [42,45]. Расчетная схема строилась применительно к бетонной крепи. В основу данных исследований заложены следующие условия:

- в качестве расчетных приняты суммарные нагрузки (активные + пассивные без разделения), определенные по данным замеров;

- поскольку методика исследований позволяла измерить лишь величины нормальных к поверхности крепи нагрузок, то в качестве второго условия на контакте крепи и пород принято предложенное Г.А. Крупенниковым, Н.С. Булычевым и A.M. Козелом условие «жесткого» закрепления точек наружного контура сечения крепи, выражающееся в отсутствии тангенциальных перемещений. Данная задача решена A.M. Козелом при консультации С.Г. Лехницкого.

Методика расчета ВНИМИ нашла широкое применение при расчете крепи стволов в условиях Донбасса [46] и за рубежом.

Одновременно и параллельно с ВНИМИ расчета крепи с принципиально новых позиций, исследовались в институтах ИГД им. Скочинского и НИИ оснований и подземных сооружений под общим методическим руководством К.В. Руппенейта.

В работе [47], посвященной расчету крепи стволов, как и в методике ВНИМИ обращается внимание на роль касательных напряжений на контакте крепи и пород. Рассмотрены два случая возникновения неравномерных нагрузок на крепь: некоторая овальность крепи и неравномерность напряжений в окружающем ствол упругом массиве пород.

H.H. Фотиевой исследовано взаимодействие с упругим массивом замкнутой крепи выработки произвольного очертания при полном контакте крепи с породой [48]. Разработан общий алгоритм решения задачи о распределении напряжений в крепи, удобный для программирования на ЭВМ, и составлены программы расчета.

Расчеты показали существенное влияние касательных напряжений на контакте крепи и пород на характер распределения напряжений в крепи. Доказано, что, благодаря касательным напряжениям, резко снижаются изгибающие моменты в крепи. Исследовано влияние бокового распора в массиве пород.

Ж.С. Ержанов и его последователи решили серию задач о взаимодействии крепи выработок с массивом пород, обладающим линейной наследственной ползучестью [49]. В наиболее полном и систематизированном виде рассмотрено взаимодействие набрызг-бетонной крепи с массивом пород. Методика позволяет учесть неровность контура сечения выработки, время вступления крепи в работу и другие факторы. Получены номограммы для определения тангенциальных нормальных напряжений на внутреннем контуре сечения набрызг-бетонной крепи в зависимости от соотношения модулей сдвига и от относительной толщины крепи.

В период третьего этапа развития теории расчета крепи, т. е. современного этапа, наибольшее развитие получили методы расчета многослойной крепи выработок круглого сечения. При этом все методики разделились на два направления: расчет крепи при равномерной нагрузке и расчет крепи при неравномерной нагрузке.

Расчеты многослойной крепи при равномерном внешнем давлении подробно рассмотрены в работах С.Г. Лехницкого и A.A. Шубина [50]. Сущность метода состоит в том, что из системы уравнений «трех давлений», число которых соответствует числу контактных слоев, можно определить давления (радиальные напряжения) на контактах. Зная контактные давления, несложно определить напряжения в каждом слое по формулам Ляме.

Более перспективным шагом в третьем этапе развития являются разработанные методики расчета крепи при неравномерной нагрузке. Основоположником этого направления по расчету крепи стволов является немецкий инженер Г. Линк [24], развивший идеи О. Домке и Ф. Мора. Расчет производится методами строительной механики. Г. Линк рекомендует проектировать крепь таким образом, чтобы максимальные расчетные напряжения на внутреннем и внешнем контурах сечения крепи были либо одинаковы (для трехслойной

крепи), либо их отношение соответствовало отношению модулей упругости материалов.

Изложенный метод расчета комбинированной крепи является по существу единственным в 70-е годы этого века, учитывающим неравномерность внешних нагрузок и позволяющим определить требуемую прочность связи между слоями. Метод опробован в Западной Европе и широко применяется при проектировании стволов. На основании метода Г. Линка разработана методика расчета многослойной крепи проектной конторой треста «Шахт-спецстрои».

В настоящее время некоторые положения этого метода устарели, т. к. не подтвердились в комплексных исследованиях проявления горного давления в вертикальных стволах. Недостатком метода является то, что Г. Линк рассматривает только радиальную равномерную нагрузку на крепь, касательные напряжения на контакте между крепью и породой не принимаются во внимание. Методика расчета не учитывает радиальных напряжений в конструкции крепи.

A.M. Козел в своих работах рассмотрел напряженно-деформированное

U V* ________ W _ W Г 4 л

состояние многослойной крепи под действием неравномерной нагрузки [42, 51]. Получены выражения для напряжений и перемещений в отдельном слое при известных напряжениях на границах. Все работы A.M. Козела нашли практическое применение на угольных месторождениях Донбасса.

На новом современном этапе развития теории расчета крепи заслуживают внимания новые подходы к решению задачи взаимодействия крепи с массивом пород, учитывающие деформирование пород за пределом прочности. К такому направлению относятся работы И.В. Баклашева, Б.А. Картозия, А.Н. Ставрогина, А.Г. Протосеня [52-54]. Наиболее современные положения в теории расчета крепи подземных сооружений разработаны в серии работ «Механика подземных сооружений» проф. Булычева Н.С. [4, 55-57]. Булычев Н.С. разработал научные основы теории расчета подземных конструкций и методы расчета подземных сооружений в различных горно-геологических условиях, основанные на использовании механических моделей массива горных пород. Проф. Булычевым разработаны способы оценки степени устойчивости различных типов горных пород, механические модели взаимодействия крепи как однослойной, так и многослойной и выведены основные расчетные зависимости. Главная особенность теории расчета подземных сооружений Булычева Н.С. заключается в том, что крепь горных выработок или обделки подземных сооружений и окружающий массив горных пород рассматривается и рассчитывается как единая деформируемая система, причем давление горных пород на крепь, т. е. напряжение на контакте между крепью и породой, не задаются в качестве исходных данных, как это делалось ранее, а определяются в процессе полного расчета. Разработаны новые методы расчета многослойных обделок (крепи) выработок круглого сечения в весомом массиве или тектоническом поле напряжений.

Все расчеты по определению типа и параметров крепи подземных сооружений производится с помощью ЭВМ по специально разработанным программам. Большим достижением теории расчета подземных сооружений, предложенной проф. Булычевым Н.С., является широкое внедрение на горнорудных предприятиях, Метрострое и Тоннельстрое бывшего Советского Союза.

Таким образом, имеющийся арсенал теорий и методик по расчету крепи полученный за многовековую историю подземной разработки месторождений, строительстве метро и тоннелей позволяют в большинстве случаев надежно и безопасно решать вопросы устойчивости подземных сооружений. Однако в разделе 1.1 работы приведено немало примеров разрушения подземных сооружений, для которых не в полной мере подходят существующие теории расчета крепи (обделок). Особенно это относится к существующим нормам технического проектирования (СНиП), которые не учитывают многие факторы современного развития теории расчета подземных сооружений.

Примерами подобных аномалий могут служить внезапное разрушение строящегося ствола и деформации пройденных стволов и камер на хромито-вом месторождении Донского горно-обогатительного комбината. Полное разрушение крепи ствола «К» на Малышевском руднике, деформации крепи подземного дробильного комплекса на Гороблагодатском руднике [58]. Примеры эти не получают достаточно полного объяснения с позиций существующих теорий расчета подземных сооружений и действующих СНиП и свидетельствуют о проявлении некоторых особенностей, вызванных иными факторами, связанными с особенностями напряженного состояния массива горных пород.

В настоящее время в современных теориях расчета крепи (обделок) наметилась твердая позиция учета первоначального напряженного состояния массива горных пород, в котором проходит подземное сооружение. Отсутствует количественная оценка изменения первоначального напряженного состояния под воздействием разработки месторождения и образования выработанного пространства и зоны обрушения.

Накопленный экспериментальный материал по установлению закономерностей взаимодействия крепи и массива горных пород и современный уровень знаний о напряженном состоянии массива горных пород дают возможность сделать очередной шаг в развитии теории расчета крепи подземных сооружений с учетом вторичного поля напряжений, вызванного разработкой месторождения. Развитие этих представлений позволяет повысить достоверность расчета крепи и обделок за счет осуществления его с помощью физических закономерностей, раскрывающих причинно-следственные взаимосвязи.

На этих предпосылках основываются разработки Института горного дела УрО РАН, использующие теоретические геомеханические модели. Это дает возможность прогнозировать устойчивость подземных сооружений на основе закономерностей формирования вторичного поля напряжений [59-61].

1.4. Анализ состояния исследований геодинамического районирования

недр для обеспечения устойчивости крепи капитальных выработок

Разработка месторождений полезных ископаемых на больших глубинах и особенно в тектонически активных районах земной коры выявила одну го сложных проблем расположение капитальных выработок и стволов^ обеспечивающей благоприятные условия в напряженном состоянии. Одним из путей успешного решения данной проблемы является метод геодинамического районирования месторождений, разработанный институтами ВНИМИ и Кузбасским политехническим около 20 лет назад [62-64].

Данный метод обеспечивает:

- выявление блочной структуры горного массива, тектонически напряженных и относительно разгруженных зон в нем;

- оценку степени напряженности горного массива как в его естественном состоянии, так и с учетом влияния горных работ;

- разработку комплекса профилактических мер безопасного и эффективного освоения месторождений, внедряемых на стадиях проектирования, строительства и эксплуатации горных предприятий.

Исследованиями ВНИМИ и КузПИ напряженное состояние исходного массива горных пород предопределяется теми reo динамическими процессами в районе месторождения, которые обусловлены положением данного района в общей системе геодинамщси земной коры. Изучение твердой оболочки Земли учеными самых различных специальностей привело к представлению о том, что вертикальные смещения земной коры в ряде областей измеряются многими километрами, а в горизонтальном направлении кора смещается на тысячи километров.

По современным представлениям земная кора разделена на плиты. Под влиянием напряжений, действующих на границах плит, они дробятся на крупные мегаблоки, которые определенным образом взаимодействуют между собой. Взаимодействие и движение блоков по их границам определяют уровень напряжений в блоках, в результате которых возникают деформации внутри блока. Такое исследовательное деление приближает к оценке уровня исходного поля напряжений не только в районе разрабатываемого месторождения, но и его участков.

В этом направлении разработанная методика геодинамического районирования месторождений является большим шагом вперед отечественной и зарубежной науки. В методике детально на высоком научном уровне разработаны вопросы:

- выявление блочной структуры горного массива;

- установление динамического взаимодействия блоков;

- перенос границ тектонических блоков в горные выработки на горизонтах;

- выявление тектонически напряженных и разгруженных зон в горном массиве.

С 1980 г. по настоящее время метод геодинамического районирования прошел широкое внедрение в различных горно-геологических условиях на рудных месторождениях Североуральска, Норильска, Горной Шории и на ряде угольных и нефтяных месторождениях.

К недостаткам данного метода на сегодняшний период можно отнести, что он рассматривается главным образом с детальной проработкой применительно к решению проблемы горных ударов. В случаях решения напряжений в блочном массиве горных пород на месторождении на стадии проектирования исходное напряженное состояние для расчета принимается первоначальное напряженное состояние.

Наиболее правильно было бы рассмотреть напряженное состояние и движение блочной структуры в процессе возникающего вторичного поля напряжений, вызванного эксплуатационной выемкой полезного ископаемого и другими крупными выемками в районе месторождения. Особенно этот вопрос актуален в процессе первоначального строительства рудников - выбор наиболее благоприятного места расположения стволов с точки зрения напряженного состояния.

Разработки Института горного дела УрО РАН позволяют расширить методику ВНИМИ и КузПИ в части прогнозирования по выбору менее напряженных участков для строительства стволов и капитальных выработок с учетом вторичного поля напряжений, вызванного очистными работами [65].

1.5. Основные проблемы в области обеспечения устойчивости крепи капитальных горных выработок на рудных месторождениях и

задачи исследований

Современные проблемы в области расчета крепи и прогнозирования устойчивости капитальных горных выработок при подземной разработке рудных месторождений обусловлены необходимостью принятия генеральных решений по охране сооружений в процессе строительства и эксплуатации на стадии проектирования. В этот период необходимо выбрать места под промп-лощадку шахты, где закладываются основные капитальные сооружения, в том числе стволы, обеспечивающие работу подземных рудников на весь период эксплуатации.

Но именно на этой стадии знания об основных расчетных параметрах массива горных пород и напряженном состоянии вокруг выработок недостаточны и просчеты по этой причине впоследствии могут обернуться катастрофическим проявлениями в части устойчивости основных транспортных артерий шахты - капитальных выработок. Чрезмерное удаление подземных стволов приведет к значительному увеличению расходов на транспортирование полезного ископаемого и повышению его себестоимости.

На крупных горнодобывающих предприятиях вероятность принятия ошибочных решений повышается за счет больших размеров участков массивов горных пород, в котором пройдены капитальные выработки.

Во многих случаях размеры области влияния горных работ составляет от сотен метров до нескольких километров. Поэтому существовавшее ранее мнение, что капитальные горные выработки не попадают в зону влияния очистных работ, при сегодняшнем познании геомеханической ситуации можно считать ошибочным. Практика показывает, что в тектонически активных районах проведение одиночных капитальных выработок в период строительства рудника может сопровождаться серьезными осложнениями по обеспечению ее устойчивости.

Метод прогнозирования устойчивости капитальных выработок и сооружений с использованием геомеханических моделей, расчета крепи и выбора места расположений стволов и капитальных выработок с учетом вторичного поля напряжений, вызванного выработанным пространством, которым посвящена диссертационная работа, позволит обеспечить устойчивость как в процессе строительства, так и эксплуатации.

Следовательно, разработка методики обеспечения устойчивости капитальных выработок на рудных месторождениях в скальных массивах с использованием вторичного поля напряжений является научной проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение, решение которой обеспечивает эффективную, бесперебойную и безопасную эксплуатацию горных предприятий горных предприятий. Для достижения этой цели в диссертационной работе поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработана геомеханическая модель для расчета крепи капитальных горных выработок на мощных рудных месторождениях со скальными вмещающими породами, при разработке которых образуется зона обрушения.

2. Установлена количественная взаимосвязь влияния зоны обрушения на характер распределения напряжений в массиве и крепи капитальных выработок.

3. Разработана методика выбора места расположения и расчета параметров крепи капитальных выработок при формировании вторичного поля напряжений в массиве горных пород.

4. Установлены основные закономерности формирования напряжений в крепи и окружающем массиве стволов, камер и горизонтальных выработок в процессе проходки.

5. Разработаны технические мероприятия по управлению напряженно-деформированным состоянием крепи и массива горных пород в процессе строительства и эксплуатации.

6. Проведены специальные промышленные эксперименты по исследованию достоверности и надежности теоретических положений и методов расчета.

Поставленные задачи решались комплексно с использованием теоретических, лабораторных и промышленных исследований.

1.6. Выводы

1. Проблема обеспечения устойчивости капитальных выработок, связанная с эффективной разработкой и безопасными условиями труда на подземных рудниках, не теряет актуальности на протяжении всей истории горного дела. Недостаточное внимание ее решению сопряжено с аварийными ситуациями в процессе строительства и эксплуатации, завершающимися, как правило, материальным ущербом.

2. Строительству и эксплуатации подземных сооружений, расположенных в скальных тектонически напряженных массивах при разработке мощных рудных месторождений присуща своя специфика, связанная с нарушением первоначального поля напряжений в горном массиве в процессе образования выработанного пространства.

3. Современные достижения в механике подземных сооружений, связанные с расчетом крепи и геодинамическим районированием, вполне достаточны для возведения экономичных конструкций при одновременном обеспечении их прочности, но отсутствует количественная оценка влияния выработанных пространств или провалов на характер распределения напряжений в окружающем массиве и крепи выработок. Это дает основание сделать очередной шаг к созданию теоретических методов, основанных на общих принципах механики горных пород, по выбору места расположения и расчету крепи выработок с учетом влияния очистных работ. Разработка таких методов является важной научной проблемой, актуальной для современной горной науки и горной промышленности.

4. Разрабатываемые технические мероприятия, направленные на снижение напряжений в окружающем массиве и крепи выработок при разработке рудных месторождений, применяются без учета вторичного поля напряжений, вызванного образованием выработанного пространства.

5. Анализ проблем в области проведения и крепления капитальных выработок и их решения при подземной разработке мощных рудных месторождений, залегающих в скальных тектонически напряженных горных породах, свидетельствует, что разработка методики обеспечения устойчивости капитальных выработок при формирования вторичного поля напряжений является научной проблемой, имеющей важное народнохозяйственное значение.

2. Обоснование геомеханической модели по формированию вторичного поля напряжений для оценки устойчивости капитальных выработок

Для исследования напряжений в массиве пород, вызываемых образованием зоны обрушения, используется геомеханическая модель, разработанная А.Д. Сашуриным, применявшаяся ранее для изучения процесса сдвижения горных пород [72].

В данной диссертационной работе сделано обоснование по применению существующей модели для изучения влияния напряжений, вызванных зоной обрушения, на устойчивость комплекса капитальных выработок.

Общим для изучения в том и другом случаях является база исследований - железорудные месторождения Урала и Казахстана.

При наличии общих объектов изучения, подход к обоснованию параметров модели, факторов, определяющих граничные условия модели, отличается от ранее разработанной модели. Отличие обусловливается тем, что в изучаемой геомеханической модели рассматривается взаимное влияние двух выработок: зоны обрушения, вызванной разработкой месторождения и капитальной выработки (ствол, камера, горизонтальная выработка) в области формирования вторичного поля напряжений.

2.1. Горно-геологические условия, свойства и напряженное состояние массива горных пород рудных месторождений

Действующие месторождения Урала и Казахстана эксплуатируются от 15-20 до 50 лет и более, имея достаточно развитые зоны обрушения, оказывающих значительное влияние на напряженное состояние и капитальные выработки.

В диссертации рассматриваются наиболее крупные месторождения: Се-веропесчанское, Гороблагодатское, Высокогорское, Естюнинское, Соколовское, Западно-Каражальское и Донское хромитовые месторождения, первоначальные запасы которых превышают сотни миллионов тонн (табл. 2.1).

Рудные тела залегают на различных глубинах от поверхности. Некоторые выходят непосредственно под наносы, а на Северопесчанском, Соколовском, Молодежном и других месторождениях мощность покрывающих пород над слепыми рудными телами достигает до 300 м.

Мощность и размеры рудных тел и рудоносных толщ изменяются также в достаточно широких пределах. Отдельные рудные тела имеют мощность от 10 до 150 м, а мощность рудоносной зоны Соколовского месторождения достигает 600 м. Размеры отрабатываемых площадей в плане составляют от 200 до 1800 м.

Все месторождения разрабатываются системами с обрушением вмещающих пород, что обуславливает образование зон обрушения и провалов.

Заключение диссертации по теме «Строительство шахт и подземных сооружений», Боликов, Владимир Егорович

7.6. Выводы

1. Многолетнее применение разработанных геомеханических моделей, методов расчета параметров крепи и способов управления напряженно-деформированным состоянием массива горных пород и крепи при проходке горизонтальных выработок, камер и вертикальных стволов в практике решения проблемы обеспечения устойчивости капитальных выработок на рудниках Урала и Казахстана подтвердило практическую ценность теоретических положений диссертационной работы.

1.1. При проектировании шахты «Центральная-2 очередь», строительстве шахты «Центральная» и эксплуатации шахты «Молодежная» Донского горнообогатительного комбината произведена проверка основных теоретических положений диссертационной работы: произведен выбор места расположения и расчет параметров крепи стволов шахты «Центральная-2 очередь» с учетом оценки стабилизации тектонических блоков; по рекомендациям ИГД УрО РАН разработан проект институтом Урал-гипроруда на вскрытие и разработку шахты «Центральная-2 очередь» (см. разд. 4); обоснована возможность повышения несущей способности крепи стволов, пройденных и закрепленных, крепь которых находится в предельном состоянии по несущей способности; определены параметры усиления существующей бетонной крепи скипо-клетевого ствола шахты «Центральная» в отметках -144 - -290 м; выполнен расчет параметров крепи, по которым построена камера дозаторов эллипсовидной формы в скипо-клетевом стволе шахты «Центральная»; произведена оценка устойчивости всех капитальных камерных и горизонтальных выработок с учетом структуры и напряженного состояния массива горных пород на шахте «Центральная» и «Молодежная», на основании чего разработана «Инструкция по выбору места и расчету параметров крепи горизонтальных выработок для шахт ДонГОКа.

1.2. Проведенный комплекс технических мероприятий на шахтах Донского ГОКа, основанных на теоретических положениях диссертационной работы для капитальных выработок, позволил вывести их из критического состояния в состояние эксплуатационной надежности.

1.3. Доказана возможность и целесообразность расчета параметров крепи стволов с учетом вторичного поля напряжений, вызванного зоной обрушения от очистных работ, на примере шахт Гороблагодатского и Малышевского рудоуправлений.

С помощью данной методики обоснованы параметры крепи ствола «Южная-2» в зоне крупного тектонического разлома. Ствол пройден и закреплен чугунными тюбингами и контрольные замеры деформаций крепи подтвердили достоверность теоретических расчетов. Ствол «Южная-2» пройден до проектной отметки и напряжения в крепи ниже расчетных.

Произведен расчет крепи для разрушенной части ствола «К» Малышев-ского рудника. Крепление ствола чугунными тюбингами с управлением напряженно-деформированным состоянием приконтурного массива пород в виде податливого закрепного пространства позволило обеспечить равномерное распределение деформаций по периметру ствола. Ствол «К» восстановлен, находится в эксплуатации и напряжения в крепи находятся в пределах расчетной величины.

1.4. Разработана технология тампонажа закрепного пространства расширяющимися составами и доказана эффективность их применения в выработках, пройденных в тектонически напряженных скальных породах.

Технология и составы испытаны при проходке камеры насосной гор. -80 м шахты «Северная» и обгонной выработки гор. -320 м шахты «Южная», которые в настоящее время эксплуатируются и находятся в устойчивом состоянии.

1.5. Практически подтверждена возможность и эффективность применения камер эллипсовидной формы в плане и поперечном сечении на железорудных шахтах.

Восстановлена после разрушения крепи камера дозаторной скипо-клетевого ствола в отметках -220 - -232 м шахты «Центральная».

Пройдены и закреплены камеры эллипсовидной формы в околоствольном дворе стационарного типа на гор. +340 м шахты «Магнезитовая» комбината ОАО «Магнезит». В настоящее время камера находится в эксплуатации (см. разд. 5.4).

1.6. Доказана эффективность применения гибкой опережающей анкерной крепи при проходке горизонтальных выработок, камер и тоннелей по скальному, блочному неустойчивому массиву с отсутствием связей по плоскостям ослабления.

Произведен расчет параметров гибкой опережающей анкерной крепи с учетом фактического напряженного состояния для перегонных и стационарных тоннелей Свердловского метрополитена. Для удобства пользования разработаны номограммы, которые позволяют определить параметры крепи и расход материалов.

Применение данной крепи позволило избежать внезапных обрушений пород вслед за проходкой тоннеля.

Заключение

Диссертационная работа является научной квалификационной работой, в которой на основании выполненных автором экспериментальных и теоретических исследований изложены научно обоснованные решения по обеспечению устойчивости капитальных выработок, сооружаемых в скальном блочном массиве при подземной разработке мощных рудных месторождений системами с обрушением, что вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в горнорудной промышленности.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Автором выполнены натурные исследования в течение 28 лет, установлено более 120 замерных станций в стволах, камерах и горизонтальных выработках, произведено свыше 10 ООО замеров.

2. Впервые для выбора рационального расположения выработок, расчета крепи и устойчивости пород вокруг выработок предложено использовать напряжения, вызванные образованием зоны обрушения в процессе разработки месторождения.

3. Разработан метод выбора рационального расположения и оценки устойчивости капитальных выработок с учетом стабильности тектонических структурных блоков, оцениваемой на стадии строительства и на всех промежуточных этапах разработки месторождения. Неустойчивые нарушения ограничивают тектонические блоки, по которым в процессе разработки месторождения могут произойти смещения. Полностью неустойчивые тектонические нарушения располагаются вблизи контура зоны обрушения и направление их совпадает или близко к направлению действия максимальных сжимающих напряжений в массиве горных пород.

Для выбора места расположения стволов и других выработок наиболее благоприятным являются тектонические блоки, ограниченные нарушениями, сохраняющими устойчивость в процессе строительства и эксплуатации.

4. Разработан метод прогнозной оценки устойчивости незакрепленных камер и горизонтальных выработок с учетом формирования вторичного поля напряжений и структурных свойств массива горных пород.

Изменение угла наклона трещин в плоскости забоя не влияет на размер зоны разрушения вокруг выработки, а обуславливает лишь только форму зоны.

На размер зоны разрушения существенное влияние оказывает размер структурных блоков. Уменьшение размеров структурных блоков в 3 раза приводит к увеличению зоны разрушения пород в кровле в ! ,4 раза.

Изменение соотношения горизонтальных напряжений к вертикальным (стг :<тв) с 2 до 2,5 приводит к увеличению размера зоны разрушения пород в кровле в 2,0 раза.

5. Установлены закономерности формирования напряжений в крепи стволов, камер и горизонтальных выработок в процессе проходки в горном массиве с неравномерным полем напряжений.

Установлена неравномерность нагружения крепи по периметру ствола, которая согласуется с анизотропией первоначального поля напряжений, действующего в массиве горных пород. Нагружение крепи ствола при совмещенной схеме проходки происходит на расстоянии около 3 диаметров ствола от забоя.

Образование двухсторонней рассечки сопряжения ствола с горизонтом приводит к увеличению горизонтальных сжимающих напряжений в крепи в 1,5-1,8 раза и вертикальных растягивающих в 2,0 раза на высоту, равную двум высотам рассечки от кровли сопряжения.

Установлена зависимость изменения корректирующего коэффициента а* для стволов до глубины 1150 м. До глубины 600 м корректирующий коэффициент а* изменяется от 0,06 до 0,14, а с 600 до 700 м изменяется более интенсивно с 0,14 до 0,5 и далее остается постоянной величиной, равной 0,5.

Проведение камер дробильного комплекса сверху вниз поэтапно приводит к увеличению сжимающих напряжений в кровле крепи в 1,5 раза при любых соотношениях горизонтальных напряжений к вертикальным, действующим в массиве горных пород.

6. На основе установленных закономерностей формирования напряжений в крепи капитальных выработок разработаны методы управления напряженно-деформированным состоянием крепи горного массива с учетом формирования вторичного поля напряжений, позволяющие снизить напряжения в крепи капитальных выработок в 2,0 раза и повысить их технологическую надежность, включающие: определение рациональных размеров эллипсовидных форм поперечного сечения камерных и горизонтальных выработок, основывающиеся на соответствии отношения ширины и высоты выработки и отношения горизонтальных напряжений к вертикальным; создание податливого закрепного пространства на основе расширяющихся тампонажных составов; разработаны расширяющиеся тампонажные составы из отходов производства на уровне авторских изобретений и технология там;: нажа в подземных условиях; технологию проведения и крепления стволов, заключающиеся в двухслойном возведении крепи и регулируемом отставанием крепи от забоя при совмещенном способе проходки.

7. Разработан комплекс технологических мероприятии а проведение и крепление двухстороннего сопряжения ствола с горизон го: включающего опережающее упрочнение массива горных пород в кровле сопряжения и поэтапное возведение жесткой крепи ствола и сопряжения, по. юляющее снизить расслоение массива горных пород и снизить горизонтальные сжимающие и вертикальные растягивающие напряжения в крепи ствола в районе сопряжения почти в 2,0 раза.

8. Разработана новая конструкция армированного набрызгбетона на уровне авторского изобретения и расчет параметров опережающей гибкой анкерной крепи для крепления горизонтальных выработок, позволяющие повысить несущую способность окружающего выработку массива горных пород.

9. Внедрены рекомендации по выбору места расположения, расчета параметров крепи и оптимальных эллипсовидных форм поперечного сечения, разработанные на основе теоретических положений, сформулированных в диссертации, обеспечивших устойчивость подземных сооружений в процессе строительства и эксплуатации на предприятиях Донского горнообогатительного комбината, Гороблагодатского, Малышевского рудоуправлений, Свердловского метрополитена и других железорудных чахт Урала.

10. Результаты исследований использованы в обоснованна действующих нормативных документов, направленных на обеспечение усто йчивости капитальных выработок на шахтах Урала и Казахстана и явл>,;о:, ; хся обязательными для использования проектными институтами и горнорудными предприятиями при сооружении подземных выработок.

11. Фактический экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы на предприятиях производственного объединения «Уралруда» составил 1,2 млн. руб. (в ценах 1992 года).

Список литературы диссертационного исследования доктор технических наук Боликов, Владимир Егорович, 1998 год

Список ИСПОЛЬЗОВАННЫХ источников

1. Характер проявления горного давления в стволах на Таштагольском месторождении /Бояркин В.И., Шрепп Б.В., Захарюта Г.В. и др. /ДИахтное строительство. - 1973. -№ 10. - С. 16-17.

2. Бояркин В.И., Шрепп Б.В. Исследование изменений напряжений в крепи стволов //Измерение напряжений в массиве горных пород: Новосибирск: ИГД СО АН СССР. - 1974. - С. 71-73.

3. Мельников Н.В. Горные инженеры - выдающиеся деятели горной науки и техники. - М.: Наука, 1970. - 170 с.

4. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений в примерах и задачах. - М.: Недра, 1989. - 270 е.

5. Оценка устойчивости капитальных выработок глубоких горизонтов и выбор способа их крепления /Зицер И.С., Канивец А.П., Швец М.М., Королев И.М. //Горнорудное производство (подземная добыча железных руд) /НИГРИ. - Кривой Рог, 1973. - С. 62-67.

6. О целесообразности изменения формы и размеров выработок горизонта доставки /Ривкин Н.Д., Зицер И.С., Швец М.М. и др. //Горнорудное производство (подземная добыча железных руд) /НИГРИ. - Кривой Рог, 1973. -С. 62-67.

7. Выбор рационального расположения штрека на руднике им. Дзержинского /Ривкин И.Д., Тарапата В.Я., Сакович В.В. и др. //Горнорудное производство (подземная добыча железных руд) /НИГРИ. - Кривой Рог, 1973. - С. 3-7.

8. Джапаридзе Л.А. Расчет размеров предельного свода равновесия в хрупко разрушаемом анизотропном массиве горных пород // Шахтное строительство, 1989. -№ 12. - С. 11-12.

9. Джапаридзе Л.А. Методика определения оптимальной формы сечения горных выработок в условиях сводообразования/ЯДахтное строительство, 1987. - № 12. - С. 12-14.

10. Подход к расчету крепи капитальных выработок на участках сопряжений и в камерах /Амусин Б.З., Кошелев В.Ф., Пискунова Г.П., Реутова Т.А.//Методы изучения и способы управления горным давлением в подземных выработках: Сб. научн. тр./ВНИМИ. - Л., 1987. - С. 64-71.

11. Боликов В.Е., Балек А.Е. Обеспечение устойчивости шахтных стволов и капитальных выработок в низкопрочных напряженных горных массивах //Проблемы безопасности при эксплуатации месторождений полезных ископаемых в зонах градопромышленных агломераций. - Екатеринбург: УрОРАН, 1997. - С. 153-160.

12. Боликов В.Е., Балек А.Е. Исследование поведения неустойчивых напряженных горных массивов при строительстве шахтных столов //Горный вестник. - 1995. - № 4. - С. 45-48.

13.Кашинский М.П. Выбор типа крепи вертикального ствола на стадии проектирования // Шахтное строительство, 1989. - № 11. - С. 26-27.

14. Бессольников П.Н., Сашурин А.Д. Выбор места расположения стволов и других сооружений при разработке мощных крутопадающих железорудных месторождений //Горный журнал. - 1978. - № 11. - С. 45-46.

15. Козел А.М., Тютерев A.C., Хусид М.Б. Конструктивно-технологические мероприятия при проходке вертикальных стволов // Шахтное строительство, 1989.-№ 7. - С. 16-17.

16. Андреев H.A., Репко A.A. Исследование эффективности щелевой разгрузки узла сопряжения вертикального ствола //Свойства горного массива и управление его состоянием: Сб. научн. тр. /ВНИМИ. - Л. - 1991. - С. 3-5.

17. Константинова С.А., Пепеляев Т.Ф. Напряженное состоящие породного массива в окрестности сопряжения шахтного ствола с околоствольными выработками // Шахтное строительство, 1989. - № 5. - С. 14-16.

18. Зотеев О.В. Разработка методики математического моделирования напряженно-деформированного состояния массива горных пород: Дис. ... канд. техн. наук /ИГД МЧМ СССР. - Свердловск, 1991. - 126 с.

19. Константинова С.А., Пепеляев Т.Ф. Методика выбора рациональной формы узла сопряжения с горизонтальной выработкой в калийной рудниках //Подземное шахтное строительство. - № 2. - С. 8-10.

20.Филатов H.A., Барковский В.М., Батаев A.B. Новый способ повышения устойчивости сопряжений капитальных выработок // Шахтное строительство, 1988. - № 8. - С. 14-17.

21. Färber F. Die Bedeuntung des Eisenbetons für den Schachtausbau -«Glückauf». - 1909. -Bd. 45. - № 11. -S. 366-369.

22. Link Н/ Entwicklung und gegenwärtinge Snand der Berehnung von Schachtouskliedungen in lockerem, wasserfuhredem Gebire //Glückauf/-Forschungsherte -1967. - Bd.28. - № 1. - S. 11-25.

23. Sitz P. Zur Einschätrung der standsicherheit alter Tübbingschächte im nichtstandfesten wasserführend Gebirge unter besonderr Berücksictingung won Schwimmerschächaten// «Bergakademie». - 1969. -Bd. 21. - № 1,- S. 30-36.

24. Link P. Über die bemessung des Schachtaisbaus und seine Beanspruchung durch Abbauwirkungen bei Verwendung vou Stahltübbugen // Bergban - Archiv, - 1955. - Bd. 16. - № 1. - S. 1-23.

25. Mohr F. Die Beanspuchungen und Berechnungen des Schachtausbaus // «Glückauf». 1950. - Bd. 86. - № 23/24. - S. 437-452.

26. Damjanjvic D. Prilog anaiizistabilnosti veritikali rudarskih okond // «Rudarski Glasnik». - 1966. - № 3. - S. 63-62.

27. Архангельский M.M., Джинчарадзе Д.И., Курисько A.C. Расчет тоннельных обделок. - М.: Трансжелдориздат, 1960. - 215 с.

28. Даушвили А.П. Расчет тоннельных отделок в матричной форме. - М.: Транспорт, 1972. - 187 с.

29. Протодьяконов М.М. Давление горных пород и рудничное крепление. Ч. 2. Давление горных пород. - М. - Л.: ОГИЗ, 1978. - 230 с.

30. Сборные железобетонные крепи в горизонтальных горных выработках /Цай Т.Н., Чурсин Б.Н., Музыкантов С.П., Ерофеев J1.M. - М.: Недра, 1971.- 120 с.

31. Lotti С. Pandolfic. Contribution to the study pf rock - Lining system for tunnels without internai pressure //Proc of the First Congress of the intern Soc of Rock Mech. - 1966. - vol. - № 4. - p. 425-427.

32. Mencl J. Vyznam a vypocët pasivneho odporu horning pzi statickom ricseni podrommuch Konstrukcii //Sbornik referatu a diskusnich prispevku. Praha: Nakl. AVCSSR: - 1964. - c. 49-54.

33. Wansleben F. Zur Berechnung des Schachtausbaus //«Glückauf». 1953. - Bd. 8. - № 49/50. - S. 49-54.

34. Хьюит и Иоганессон. Сооружение тоннелей щитовым способом. - М.: Трансжелдориздат, 1938. - 158 с.

35. Давыдов С.С. Рачет и проектирование подземных конструкций. - М.: Стройиздат, 1950. - 280 с.

36. Бодров Б.П., Матэри Б.Ф. Кольцо в упругой среде (методы расчета и примеры). Изд. Метропроекта, 1936 (Бюллетень, № 24, ч. 2). - 120 с.

37. Руппенейт К.В., Драновский А.Н., Лыткин В.А. Расчет сборной кольцевой крепи подземных сооружений. - М.: Недра, 1969. - 180 с.

38. Каплан ЛБ. Чугунные тюбинги и рамные блоки шахтных стволов. - М.: Углетехиздат, 1952. - 128 с.

39. Орлов С.А. Расчет конструкций, лежащих на контуре кругового выреза в плоскости //Исследования по теории сооружений: Вып. YI. - М.: Гос-стройиздат, 1954. - С. 115-118.

40. Беркина С.Н. Расчет обделки тоннеля производительного очертания //Строительная механики и расчет сооружений. - 1960. - № 5. - С. 37-48.

41. Виноградов Б.Н. Опыт измерения давления горных пород на тоннельные обделки мессдозами. Сб. ЦНИИС, № 31, 1959. - С. 123-128.

42. Взаимодействие массивов горных пород с крепью вертикальных выработок /Крупенников Г.А., Булычев Н.С., Козел A.M., Филатов H.A. - М.: Недра, 1966. - 180 с.

43. Пригожин Е.С., Денисов В.Н. Результаты исследований давления грунта на обделку коллекторных тоннелей //Труды/ЦНИИподземшахтстроя. - М., 1962. - Вып. 1. - С. 87-90.

44. Крупенников Г.А. О расчете крепи вертикальных шахтных стволов на пологом падении применительно к условиям типа Донбасса //Труды/ВНИМИ. - Вып. 43. - М„ 1961. - С. 28-32.

45. Krupennikov G.A. Bestimmen des auf den Shachtaus Wirkenden Gerbirgstrucks und Berechnern des Ausbaus inder Sowjetunion //«Glückauf» -Forschungsheefte -1965. - Bd.26. - № 5. - S. 18-23.

46. Временная инструкция по расчету вертикальных шахтных стволов вне зоны существенного влияния очистных работ применительно к условиям типа Донбасса/ВНИМИ. -М., 1964. - 78 с.

47. Расчет крепи шахтных стволов /Руппенейт К.В., Либерман Ю.М., Матвиенко В.В. и др. - М.: ИГД им. Скочинското, 1962. - 123 с.

48. Фотиева H.H. Напряженное состояние обделок тоннелей некругового очертания //Основания, фундаменты и подземные сооружения. - М.: Стройиздат, 1971. - С. 18-23. (Сб. ст./НИИоснований и подземных сооружений, № 61).

49. Ержанов Ж.С., Айталиев Ш.М., Шилкин П.И. Конструирование и расчет набрызгбетонной крепи. -М.: Недра, 1971. - 173 с.

50. Шубин A.A. Методика расчета крепи вертикальных стволов шахт. - М.: Недра, 1964. - 187 с.

51. Козел А.М., Борисовец В.А., Репко A.A. Горное давление и способы поддержания вертикальных стволов. - М.: Недра, 1976. - 393 с.

52. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика подземных сооружений и конструкций крепи. - М.: Недра, 1992. - 540 с.

53. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механика подземных сооружений и конструкций крепи. - М.: Недра, 1984. - 415 с.

54. Ставрогин А.Н., Протосеня А.Г. Прочность горных пород и устойчивость выработок на больших глубинах. - М.: Недра, 1985. - 270 с.

55. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений. - М.: Недра, 1982. -271 с.

56. Булычев Н.С., Фотиева H.H., Стрельцов Е.В. Проектирование и расчет крепи капитальных выработок. - М.: Недра, 1986. - 287 с.

57. Булычев Н.С. Механика подземных сооружений. - М.: Недра, 1994. -381 с.

58. Боликов В.Е., Балек А.Е., Беркович В.Х. Хромитовые месторождения Уральского региона //Известия вузов, Горный журнал, 1997, № 3/4. -С.36-48.

59. Боликов В.Е., Балек А.Е. Основы проектирования комплекса камерных выработок железорудных шахт //Проблемы горного дела: Сб. научн. тр./ИГД УрО РАН. - Екатеринбург. - ?год, выпуск - С. 160-169.

60. Боликов В.Е. Теоретические основы расчета крепи стволов при формировании вторичного поля напряжений //Проблемы горного дела: Сб. научн. тр./ИГД УрО РАН. - Екатеринбург, 1997. - С. 135-142.

61. Боликов В.Е. Обеспечение устойчивости шахтных стволов в процессе строительства и эксплуатации в сложных горно-геологических условиях //Сб. докл., Т. 2. Специальные горные работы и геомеханика. Международный симпозиум (г. Белгород, май 1991). - С. 95-103.

62. Батугина М.М., Петухов И.М. Геодинамическое районирование месторождений при проектировании и эксплуатации рудников. - М.: Недра, 1988. - 166 с.

63. Геодинамическое районирование. «Недра». Методические указания /ВНИМИ, КузПИ. - Л., 1990. - 123 с.

64. Прогноз и предотвращение горных ударов на рудниках /Под ред. Петухо-ва И.М., Ильина A.M., Трубецкого К.Н.- М.: Изд-во АГН, 1997. - 376 с.

65. Боликов В.Е. Обеспечение геодинамической безопасности выработок и камер околоствольных дворов //X Межотраслевое координационное со-вещ. по пробл. геодинамической безопасности (Екатеринбург, 6-9 октября 1997 г.): Материалы. - Екатеринбург: УГГГА, 1997. - С. 71-75.

66. Влох Н.П., Сашурин А.Д. Измерения напряжений в массиве крепких горных пород. - М.: Недра, 1970. - 124 с.

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

68. Зубков A.B., Липин Я.И., Гуляев А.Н. Напряженное состояние верхней части земной коры Урала и тектоническое развитие региона //ФТПРПИ. -1996.-№ 4.-С. 61-70.

69. Штофф В.А. Моделирование философии. - М. - Л.: Недра, 1966. -301 с.

70. Whittaker V.N., Pye J.H. Ground movements associated with the near-surface construction operations of a mine drift in coal measures //Internationar chanics Abstracts/ - 1977. - vol. 14. - № 2. - P. 67-75.

71. Правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных разработок на месторождениях руд черных металлов Урала и Казахстана: Утв. Минчермет СССР от 02.08.1990 г. - Свердловск: ИГД МЧМ СССР, 1990. - 63 с.

72. Сашурин А.Д. Геомеханические модели и методы расчета сдвижений горных пород при разработке месторождений в скальном массиве: Дис. ... д-ра техн. наук /ИГД УрО РАН. - Екатеринбург, 1995. - 357 с.

73. Лехницкий С.Г. Теория упругости анизотропного тела. - М.: Недра, 1997. -416 с.

74. Сашурин А.Д., Храмцов Б.А. Экспериментально-аналитический метод измерения напряжений больших участков горного массива/ЯТодземная добыча руд черных металлов. - Кривой Рог: НИГРИ, 1978. - С. 40-44.

75. Ржевский В.В. Методические указания по расчетам давления горных пород. -М.:МГИ, 1981.-23 с.

76. Ржевский В.В. К проблеме расчета давления горных пород //Горный журнал, 1982, № 5. - С. 49-52.

77. Рац М.В. Неоднородность горных пород и их физических свойств. - М.: Наука, 1968. - 107 с.

78. Физико-механические свойства горных пород Урала /Боликов В.Е., Зубков A.B., Ушков С М. и др.// Труды/ИГД МЧМ СССР. - Свердловск, 1972. -Вып. 37. - С. 12-15.

79. Тер-Микаэлян К.Л. Некоторые методы и результаты статистических исследований деформационных свойств скальных оснований // Труды/Гидропроект. -М.-Л., 1966. - Вып. 14. - С. 218-238.

80. Тер-Микаэлян K.JI. О связи удельного коэффициента отпора и модуля деформации горных пород с коэффициентом крепости по Протодьяконо-ву/Яруды/Гидропроект. М., 1974. - Вып. 33. - С. 118-122.

81. Динник А.Н. Применение теории упругости в решении задач, относящихся к проблеме управления кровлей „Материалы к совещ. по проблеме управления кровлей. - М.-Л.: Изд.-во АН СССР, 1937. - С. 11-24.

82. Руппенейт К.В., Либерман Ю.М. Введение в механику горных пород. - М.: Госгортехиздат, 1960. - 356 с.

83. Руппенейт К.В. Деформируемость массивов трещиноватых пород. - М.: Недра, 1975. - 223 с.

84. Роза С. А. Механика грунтов. - М.: Знание, 1962. - 434 с.

85. Островский А.Е. Деформация земной коры по наблюдениям наклонов. -М.: Недра, 1978.- 184 с.

86. Шуплецов Ю.П. Оценка модуля деформации скального массива по результатам шахтных измерений //Физ.-техн. пробл. разраб. полез, ископ. -

1990.-№1.-С.32.

87. Шуплецов Ю.П. К расчету устойчивости и сейсмической опасности тектонических нарушений при разработке месторождений полезных ископаемых //X Межотраслевое координационное совещ. по пробл. геодинамической безопасности (Екатеринбург, 6-9 октября 1997 г.): Материалы. -Екатеринбург: УГГГА, 1997. - С. 189-194.

88. Ржевский В.В. Физико-технические параметры горных пород. - М.: Недра, 1975.-212 с.

89. Мусхелишвили Н.И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. Основные уравнения. Плоская теория упругости. Кручение и изгиб. - М.: Наука, 1966. - 707 с.

90. Технико-экономическая оценка вариантов выбора места расположения стволов второй очереди шахты «Центральная» Донского ГОКа: Отчет о НИР/ИГД МЧМ СССР. Рук. Боликов В.Е., Сашурин А.Д. - Свердловск,

1991. 78 с.

91. Методические указания по определению углов наклона бортов, откосов уступов и отвалов строящихся и эксплуатируемых карьеров. - Л.: ВНИМИ, 1972. - 163 с.

92. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород. - М.: Недра, 1977. - 501 с.

93. Прочность и деформируемость горных пород Дарташов Ю.М., Матвеев Б.В., Михеев Г.В., Фадеев А.Б. - М.: Недра, 1979. - 269 с.

94. Исследования по выбору места заложения стволов шахты «Центральная» ДонГОКа: Отчет о НИР /ИГД МЧМ СССР. Рук. Сашурин А.Д. ГР № 01890066375, Инв. № 02890055877. Боликов В.Е. - Свердловск, 1989. - 105 с.

95. Методические указания по профилактике горных ударов с учетом геодинамики месторождений. - Л.: ВНИМИ, 1980. - 44 с.

96. Методические указания по профилактике горных ударов с учетом геодинамики месторождений. - JL: ВНИМИ, 1993. - 118 с.

97. Орлова A.B. Блоковые структуры и рельеф. - М.: Недра, 1975. - 3-22 с.

98. Сашурин А.Д. Управление сдвижением массива горных пород на основе экспериментальных данных о первоначальных напряжениях //Геомеханическая интерпретация результатов натурного эксперимента. -Новосибирск: ИГД СО АН СССР, 1983. - С. 17-21.

99. Прогноз и контроль развития геомеханических явлений и разработка мероприятий по обеспечению безопасности производства горных работ и эксплуатации сооружений при совместной разработке Бакалъского рудного поля: Отчет о НИР / ИГД УрО РАН. Рук. Влох Н.П., Сашурин А.Д. -Екатеринбург, 1996. - 28 с.

100. Булычев Н.С., Боликов В.Е. Повышение устойчивости крепи стволов проводимых в анизотропно-напряженных скальных массивах/ТВсесоюзн. семинар по исследованию горного давления и охране капитальных и подготовительных выработок. IX. - Фрунзе: 1988. - С. 75-78.

101. Булычев Н.С., Сергеев С.В., Боликов В.Е. Исследование напряженно-деформированного состояния крепи клетевого ствола шахты «Центральная» Донского ГОКа //Управление напряженно-деформированным состоянием массива скальных горных пород при разработке месторождений полезных ископаемых и строительстве подземных сооружений: Междунар. Конфер. «Геомеханика в горном деле - 96» Тез. докл.: Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1996. - С. 67-68.

102. Разработка и внедрение мероприятий для совершенствования технологии горных работ на шахтах «Молодежная», «Центральная 1 и 2 очередь» Донского ГОКа на основе инженерно-геологического районирования с учетом структурно-тектонического строения и вторичных изменений пород: Отчет о НИР/ВИОГЕМ. Рук. Фоменко К.Н. - Белгород, 1990. - 173 с.

103. Определение физико-механических, прочностных и деформационных свойств пород по скважине 91 г/г (контрольная скважина под стволы): Отчет о НИР/ВИОГЕМ. Рук. Сохин В.П. - Белгород, 1976. - 54 с.

104. Влох Н.П., Зубков A.B., Феклистов Ю.Г. Совершенствование метода щелевой разгрузки //Диагностика напряженного состояния породных массивов: Сб. тр./ИГД СО АН СССР. - Новосибирск, 1983. - С. 30-35.

105. Чистяков Е.А. О модуле упругости бетона при сжатии //Особенности деформаций бетона и железобетона и использование ЭВМ для оценки влияния на поведение конструкций. - М.: Стройиздат, 1969. - С.5-18.

106. Разработка методов и аппаратуры для оценки напряженного состояния пород в нетронутом массиве: Отчет о НИР /ИГД МЧМ СССР. Рук. Зубков A.B. № ГР 78012975, Инв. № 5805889. - Свердловск, 1979. - 78 с.

107. Определение фактических нагрузок на крепь клетевого ствола шахты «Центральная» в интервале глубин -360 -г 760 м: Отчет о НИР/БТИСМ. Рук. Сергеев C.B. - Белгород, 1990. - 52 с.

108. Определение напряжений приконтурного массива горных пород в крепи и разработка технических решений по проходке стволов шахты «Центральная»: Отчет о НИР/ИГД МЧМ СССР. Рук. Влох Н.П., Боликов В.Е. № ГР 01860074807, Инв. № 02880032009. - Свердловск, 1988. - 66 с.

109. Зотеев О.В. Математические модели трещиноватых неоднородных скальных массивов//Сб. научн. тр./ИГД МЧМ СССР. - Свердловск, 1986. - Вып. 82. - С. 87-89.

110. Инструкция по расчету крепи вертикальных стволов рудных шахт в тектонически активных районах (применительно к условиям Кимперсайских месторождений хромитовых руд Донского ГОКа /ИГД МЧМ СССР. -Тульский полигехн. ин-т. - Тула-Свердловск, 1985. - 54 с.

111. Влох Н.П., Зубков A.B., Боликов В.Е. Выбор безопасных схем проведения камер//Безопасность труда в промышленности, 1988, № 3. - С.77-78.

112. Турчанинов И.А., Панин В.И. Геофизические методы исследования напряженного состояния пород. - JL: Наука, 1976. - 240 с.

113. Витке В. Механика скальных пород. - М.: Недра, 1990. - 438 с.

114. Решение плоской задачи теории упругости для многосвязных областей: Текст программы 353395. С 0001-011201-ЛУ/ИГД СО АН СССР. Рук. Машуков В.И. - Новосибирск, 1981. - 97 с.

115. Зубков A.B. Разработка методов управления горным давлением на основе решения трехмерных геомеханических задач: Автореф. Дис. ... д-ра техн. наук /ИГД МЧМ СССР. - Свердловск, 1991. - 37 с.

116. Шрепп Б.В., Мозолев A.B. Управление горным давлением в удароопас-ных условиях изменением формы и геометрии выработанного пространства //Исследование, прогнозирование и предотвращение горных ударов: Материалы IX Всесоюзн. конфер. по механике горных пород. - Бишкек: Илим, 1989.-С. 514-521.

117. Тектонические напряжения в земной коре и устойчивость выработок/Турчанинов И.А., Марков Г.А., Иванов В.И. и др. - Л.: Наука, 1978. -256 с.

118. Лавриенко В.Ф., Лысак В.И. Расчет устойчивой формы выработок для глубоких горизонтов железорудных шахт//Разработка рудных месторождений: Республ. межведомст. Научн-техн. сб. - Киев: Техника, 1981, № 32. - С. 13-18.

119. Разработка и внедрение рационального способа проходки, и параметров крепи горнокапитальных выработок: Отчет о НИР/ИГД МЧМ СССР. Рук. Боликов В.Е. № ГР 01830031717, Инв. № 02830068238. - Свердловск, 1983. - 67 с.

120. Зильберман А.И., Новикова Л.В., Уланова Н.П. Оценка устойчивости камер сложной конфигурации //Шахтное строительство, 1989, № 12. -С.12-14.

121. Изыскание безопасного и эффективного способа подземной разработки первой очереди шахты «Магнезитовая»: Отчет о НИР/ИГД УрО РАН. Рук. Влох Н.П. - Екатеринбург, 1993. - 136 с.

122. Влох Н.П., Боликов В.Е. Новая методика определения устойчивого состояния и выбора средств поддержания капитальных вырабо-ток//Шахтное строительство, 1983, № 1,- С. 6-7.

123. Боликов В.Е., Болкисев B.C. Условия предельного равновесия пород вокруг подземных выработок //Приложение результатов исследований полей напряжений к решению задач горного дела и инженерной геологии. -Апатиты: ИГД КФ АН СССР, 1985. - С. 107-110.

124. Боликов В.Е., Кашкаров A.A., Мельник В.В. Методика определения зон обрушения пород вокруг выработки в натурных условиях « Изв.вузов. Горный журнал, 1998.-№ 1.-С.

125. Исследование напряженного состояния массива пород около стволов «Вспомогательный» и «Скипо-клетевой» геофизическими методами с целью обеспечения устойчивости капитальных выработок: Отчет о НИР/ИГД МЧМ СССР. Рук. Скрипченко В.В. № ГР 01900052482, Инв. № 02880032009,- Свердловск, 1991.-66 с.

126. Исследование параметров рациональных видов крепи подготовительных и капитальных выработок на рудниках Казахстана: Отчет о НИР/ИГД МЧМ СССР. Рук. Боликов В.Е. № ГР 78012978, Инв.№ 02813000949,-Свердловск, 1981.- 130 с.

127. Выбор крепи для откаточных выработок шахты «Эксплуатационная»: Отчет о НИР/ИГД МЧМ СССР. Рук. Боликов В.Е. № ГР 78012978, Инв. № 002845000172. - Свердловск, 1981.-36 с.

128. Исследование эффективных способов и средств поддержания капитальных выработок: Отчет О НИР/ИГД МЧМ СССР. Рук. Боликов В.Е. № ГР 81022612, Инв. № 02840073484. - Свердловск, 1984. - 105 с.

129. Семевский В.Н., Волжский В.М., Тимофеев О.В. Штанговая крепь. - М.: Недра, 1965. -328 с.

130. Широков А.П., Лидер В.А., Писляков Б.Г. Расчет анкерной крепи для различных условий применения. - М.: Недра, 1976. - 208 с.

131. Ерофеев Л.М., Мирошникова Л.А. Повышение надежности крепи горных выработок. - М.: Недра, 1988. - 245 с.

132. Ержанов Ж.С., Серегин Ю.Н., Егоров В.Д. Расчет беззамкового анкерного крепления кровли очистных камер. - Алма-Ата: Наука, 1981. - 252 с.

133. Константинова С.А. Влияние анкерной крепи натяжного типа на деформирование и разрушение соляных пород в окрестности выработки //Известия вузов, Горный журнал. - 1986. - № 3. - С.30-33.

134. Степин С.П. Справочник по сопротивлению материалов. - 2 изд. , пере-раб. и доп. - Киев: Будевильник, 1982. - 280 с.

135. Гибкая опережающая крепь //Боликов В.Е., Стадухин В.Н., Влох Н.П., Шмырин H.H. /Метрострой. - 1989. - № 7. - С. 8-9.

136. Исследования по проведению тоннелей и станций Свердловского метрополитена. Определение нагрузки на обделку с учетом гидростатического давления: Отчет о НИР/ИГД МЧМ СССР. Рук. Боликов В.Е. № ГР 01870054464, Инв. № 02870086239. - Свердловск, 1988. - 42 с.

137. A.c. № 1158764. Армированная набрызгбетонная крепь/Боликов В.Е., Малев В.И., Репп К.Ю. и др. Опубликовано в Б.И. - 1985. - № 20. - 143 с.

138. A.C. № 1540381. Твердеющий состав для тампонажа закрепного пространства горных выработок /Боликов В.Е., Зайниев Ф.Ф., Кашкин В.П. (СССР), опубл. Б.И. - 1989. - № 29. - 94 с.

139. A.c. № 1818474. Е 21 Д 11/00. Тампонажный состав/Боликов В.Е., Зайниев Ф.Ф., Ривкин A.C., Башкирцев И.И. (СССР). Опубл. Б.И. - 1990.- № 6. - 75 с.

140. Павлов Н.В., Кравченко Г.Г., Чупрынин И.И. Хромиты Кимперсайского плутона. - М.: Наука, 1968. - 178 с.

141. Кравченко Г.Г. Роль тектоники при кристаллизации хромитовых руд Кимперсайского плутона. - М.: Наука, 1969. - 211 с.

142. Самсонов Г.П., Багин А.П. Геологоструктурная позиция и хромитос-ность Кимперсайского ультрабазитового массива//Формационное расчленение, генезис и металлогения ультрабазитов: Информационные материалы. - Свердловск: УрО РАН СССР, 1988. - С. 75-89.

143. Исследование прочностных и деформационных свойств околоствольных массивов шахт «Центральная», «Молодежная» и массива пород и руд поля шахты «Центральная» Кимперсайских месторождений хромитов: Отчет о НИР/ВИОГЕМ. Рук. Фоменко К.И., № ГР 01850073421, Инв. № 01980108450. - Белгород, 1987. - 135 с.

144. Разработка и внедрение мероприятий для совершенствования технологии горных работ на шахтах «Молодежная», «Центральная» и «Центральня-2 очередь» Донского ГОКа: Отчет о НИР/ВИОГЕМ. Рук. Фоменко К.И., № ГР 01880008453, Инв. № 01080009459. - Белгород, 1990. - 173 с.

145. Боликов В.Е., Балек А.Е., Беркович В.Х. Хромитовые месторождения Уральского региона//Известия вузов, Горный журнал, 1997. - № 3/4. -С.36-48.

146. Штенберг Д.С., Чашукин Н.С. Серпентинизация ультрабазитов. - М.: Наука, 1977.-312 с.

147. Влох Н.П., Зубков A.B., Феклистов Ю.Г. Метод частичной разгрузки на большой базе// Диагностика напряженного состояния породных массивов: Сб. научн. тр./ИГД СО АН СССР. - Новосибирск, 1983. - С. 37-42.

148. Создание методики определения нагрузок на крепь стволов, определение напряженного состояния массива, управление горным давлением, разра-

ботка мероприятий по обеспечению сокращения потерь руды на 5%: Отчет о НИР/ИГД МЧМ СССР. Рук. Влох Н.П. № ГР 01890075796, Инв. № 02900038810. - Свердловск, 1990. - 198 с.

149. Специальные работы по усилению крепи скипо-клетевого ствола шахты «Центральная» Донского ГОКа: Рабочая документация № 432.5-38-ПЗ/ВИОГЕМ МЧМ СССР. - Белгород, 1987. - 47 с.

150. Исследование напряженно-деформированного состояния крепи ствола «Южная-2» в зоне разлома: Отчет о НИР/ИГД МЧМ СССР. Рук. Боликов В.Е. № ГР 78012978, Инв. № 02813001249. - Екатеринбург, 1993. - 36 с.

151. Разработать и внедрить технологические схемы заполнения закрепного пространства и подготовительных выработок из твердеющих материалов: Отчет о НИР/ВНИОМШС. Рук. Богоявленский П.В. № ГР 01850019026, Инв. № 82860045352. - Харьков, 1985. - 33 с.

152. Исследовать возможность укрепления неустойчивых пород в подготовительных выработках путем нагнетания магнезиальных связующих, кар-бамидных и полиуретановых составов: Отчет о НИР/ДонПИ. Рук. Болот-ских Н.С. № ГР 01820073373, Инв. № 72654042852. - Донецк, 1982. -30 с.

153. Определение конструкции и расчет параметров крепи ствола «К» Малы-шевского рудника: Отчет /ИГД МЧМ СССР. Рук. Боликов В.Е. № ГР 01880008792, Инв. № 74006175, Свердловск, 1990. - 26 с.

154. Влох Н.П., Зубков A.B., Феклистов Ю.Г. Метод частичной разгрузки на большой базе//Диагностика напряженного состояния породных массивов: Сб. тр./ ИГД СО АН СССР. - Новосибирск, 1980. - С. 37-42.

155. Боликов В.Е, Влох Н.П., Феклистов Ю.Г. Изучение изменения состояния скального массива и напряжений в обделке тоннелей при строительстве Свердловского метрополитена //Метрострой. - 1990. - № 7. - С. 14-15.

156. Исследования по сооружению и определению нагрузок на крепь тоннелей и станций Свердловского метрополитена: Отчет о НИР/ИГД МЧМ СССР. Рук. Боликов В.Е., Зубков A.B. № ГР 01850040627, Инв. № 02860063660. - Свердловск, 1986. - 71 с.