Рис. 11. Ориентировка трещин относительно обнажения выработки:
а - разрез, 6— план, в — круговая диаграмма
азимутам простирания плоскости максимума системы. Нормали, проведенные вправо от этих линий, если смотреть из центра диаграммы, указывают направление падения трещин в системах.
Угол встречи и направление падения относительно обнажений выработки на круговых диаграммах определяют следующим образом.
На круговую диаграмму наносят пространственное положение выработки (см. рис. 11, в), в которой замеряли трещины. Линию, имитирующую обнажение выработки со стороны массива, штрихуют. Относительно этой штриховки рассматривают направление падения трещин. Направление на штриховку соответствует положению падения трещин в массив, противоположное направление — на обнажение.
Одновременно определяют угол встречи трещин с обнажением выработки, т. е. острый угол а между диаметральной линией, соединяющей центр круговой диаграммы с максимумом системы трещин, и соответствующей линией простирания обнажения.
Наиболее достоверные результаты измерений достигаются при непрерывной съемке трещин в условиях проведения очистной или подготовительной выработки. Обязательной является съемка трещин в забое и в стенках выработки. Трешиноватость в этом случае снимают на пятиметровых интервалах при каждом подвигании забоя выработки на 3 м.
Допускается съемка трещин отдельными участками. В этом случае протяженность участка измерений должна быть не менее 10м.
3. Метод вдавливания пуансона в стенки шпуров (скважин). Прибор МГД (многоточечный гидравлический датчик) с самописцем предназначен для определения потенциальной удароопасности горных пород и степени удароопасности выработок и целиков. Склонность пород к хрупкому разрушению под действием предельных сжимающих напряжений определяется по диаграммам вдавливания пуансона" в стенки скважин, записываемым автоматически на приборе в координатах «нагрузка—деформация».
Геофизические методы
Физической основой использования акустических и электромагнитных методов является зависимость энергии, амплитуды, длительности, частоты, скорости распространения и других параметров акустических и электромагнитных колебаний от напряженного состояния и физико-механических свойств горных пород.
Прогноз степени удароопасности участков массива горных пород состоит в изменении одного или нескольких параметров акустических или (и) электромагнитных колебаний по методикам, учитывающим особенности каждого конкретного месторождения. Методики могут включать в себя, геомеханические методы.
Область применения каждого метода и категории удароопасности должны быть регламентированы Указаниями.
Акустические и электромагнитные методы делятся на две группы по способу возбуждения колебаний.
Первая группа методов использует колебания естественного возбуждения, которые возникают при изменении структуры горных пород (например, при образовании микроктрещин, трещин, уплотнении горной породы) под воздействием горного давления. К этой группе относятся методы акустической и электромагнитной эмиссии.
Вторая группа методов использует колебания, искусственно возбужденные с помощыо специальных излучателей или иными способами, например, путем бурения, взрывания, гидрорыхления, гидроразрыва и др.
4. Метод, основанный на измерении интенсивности акустической эмиссии. Измеряется количество акустических сигналов естественного излучения, возникших в исследуемом участке массива горных пород, в заданный интервал времени. Основным преимуществом данного метода является малая трудоемкость. Этот метод целесообразно использовать при прогнозе степени удароопасности горных пород с достаточно сильной акустической активностью на участках с низким по сравнению с сигналами акустической эмиссии уровнем помех.
Метод может быть реализован, например, с помощью приборов «Прогноз-М», ЕГ12. СБ32, «Волна».
5. Метод, основанный на определении показателя амплитудного распределения акустической эмиссии. Измеряется интенсивность акустической эмиссии на различных уровнях амплитудной дискриминации и определяется соотношение между слабыми и сильными сигналами. Основным преимуществом данного метода является малое влияние фактора изменения контактных условий датчика и породы.
Этот метод целесообразно использовать в комплексе с упомянутым в п. 4, например, с использованием прибора СБ32.
6. Метод, основанный на измерении интенсивности электромагнитной эмиссии. Измеряется количество сигналов электромагнитной эмиссии, возникших в исследуемом участке массива горных пород в заданный интервал времени. Основными преимуществами метода являются малая трудоемкость и высокая технологичность, обусловленная возможностью приема сигналов с помощью антенны без контакта с массивом. Данный метод целесообразно использовать при прогнозе степени удароопасности горных пород с низкой электропроводностью и обводненностью на участках с малым уровнем электромагнитных помех.
Метод может быть реализован, например, с помощью аппаратуры ЕГ9, «Волна».
7. Метод, основанный на измерении амплитуды сигналов электромагнитной эмиссии. Основные преимущества и область применения данного метода аналогичны п. 6.
Метод целесообразно использовать в тех случаях, когда временной интервал между соседними импульсами электромагнитной эмиссии невелик. Этот метод может быть реализован, например, с использованием прибора ЕГ6.
8. Метод, основанный на определении скорости распространения упругих колебаний искусственного возбуждения. Измеряется время распространения упругих колебаний между двумя точками, расположенными на заданном расстоянии друг от друга. Основным преимуществом метода является высокая помехозащищенность. Наиболее целесообразно применять его на прочных горных породах. где зона разрушенных пород составляет не более 0,3 м и, следовательно, имеются хорошие условия для распространения упругих колебании. Метол может быть реализован, например, с использованием прибора ЕГ12
9. Метод, основанный на определении эффективного электрического сопротивления. Этот метод заключается в возбуждении на исследуемом участке массива горных пород электромагнитного поля и измерении разности потенциалов между приемными электродами. Метод можно применять в контактном и бесконтактном вариантах Основным преимуществом метода является высокая оперативность при измерениях. Метод наиболее целесообразно использовать на участках, удаленных от источников электрических помех. Для реализации Метода можно использовать аппаратуру ЕГ6. ЕГ6М или другую с аналогичными характеристиками
10. Метод, основанный на измерении интенсивности акустических сигналов, возникающих при бурении. Измеряется суммарная интенсивность акустических сигналов, возникающих в процессе бурения. Основным преимуществом метода является высокая технологичность. целесообразно применять его при прогнозе степени удароопасности забоев выработок, которые проходятся буровзрывным способом. Этот метод может быть реализован с использованием, например, прибора «Прогноз- М"
8. ВЫЯВЛЕНИЕ УГРОЖАЕМЫХ ПО ГОРНЫМ УДАРАМ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПО ДИСКОВАНИЮ КЕРНА НА СТАДИИ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫХ РАБОТ (к п, 17)
Прогноз осуществляется в следующем порядке:
определяют среднюю толщину дисков по геологоразведочным скважинам на участке интенсивного дискования керна с одновременной привязкой его по глубине скважин;
находят вертикальные напряжения σвер =γ Н, где γ — средневзвешенный объемный вес пород; Н — глубина до участка дискования;
устанавливают уровень напряженности массива σгор/σсж по номограмме рисунка 12 в соответствии с полученными величинами t cp/d и σвер = уH.
Месторождение относят к угрожаемым по горным ударам, если остановлена потенциальная удароопасность массива пород в соответствии с а. с. 4283179 (Б. И. № 26, 1989) и уровень напряженности превышает 0,7.
Рис. 12. Номограмма для оценки напряженного состояния пород по дискованию керна по данныч бурения геологоразведочных скважин при различных вертикальных напряжениях, определяемых величиной γН.
9. ГЕОДИНАМИЧЕСКОЕ РАЙОНИРОВАНИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ (к п. 26)
Степень и характер проявления горного давления, в том числе горных ударов, находятся в прямой зависимости от напряженного состояния горного массива в период строительства и эксплуатации месторождения. Напряженное состояние массива, в свою очередь, определяется его естественным напряженным состоянием и накладывающимся на него полем напряжений, возникающим под воздействием горных работ.
Таким образом, необходимо изучать строение и напряженное состояние массива горных пород в районе месторождения еще до начала его освоения. Этот вопрос особенно важен при разработке рудных месторождений, к которым, как правило, приурочены большие тектонические напряжения, часто в несколько раз превышающие ;Н. Безопасная и эффективная разработка таких месторождений может быть обеспечена профилактическими мерами регионального порядка, исключающими излишние концентрации напряжений в горном массиве.
Геодинамическое районирование месторождений предусматривает:
выявление блочной структуры горного массива в районе расположения месторождения по данным геоморфологии с выделением тектонических напряженных зон:
установление динамики взаимодействия блоков и реконструкцию главных напряжений по тектонофизическим и геологическим данным;
оценку напряженного состояния нетронутого массива расчетными методами с учетом его блочного строения;
оценку удароопасности массива и его участков по структурному анализу;
разработку основанного на результатах геодинамического районирования комплекса региональных профилактических мер по снижению удароопасности в процессе строительства и эксплуатации горных предприятий. При этом раскройка шахтных полей, расположение стволов, околоствольных и других капитальных выработок, порядок и последовательность во времени отработки рудных тел, слоев и другие вопросы должны решаться из условия обеспечения минимальных концентраций напряжений в горном массиве вблизи уест ведения горных работ.
Комплекс мер по профилактике горных ударов должен закладываться в проекты строительства горных предприятий*.
* Методические указания по профилактике горных ударов с учетом геодинамики месторождений. — Л.": ВНИМИ, 1983.— 118 с
10. РЕГИОНАЛЬНЫЙ ПРОГНОЗ УДАРООПАСНОСТИ ШАХТНЫХ ПОЛЕЙ (к пп. 21, 26)
Региональный прогноз предусматривает создание сети сейсмических пунктов, связанных в единую систему (сейсмостанцию), которая позволяет выявлять в пределах шахтного поля зоны, опасные по горным ударам, на основе непрерывной регистрации параметров сейсмической активности. Чтобы повысить надежность работы таких систем и получить максимальную эффективность, они должны создаваться на шахтах и рудниках на стадиях их проектирования и строительства, на месторождениях, работающих в особо сложных горно-геологических условиях (большая тектоническая нарушенность и глубина разработки, наличие целиков и выступающих частей массива, современные значительные неотектонические движения и высокая сейсмическая активность района; блочное строение, повышенная тектоническая напряженность месторождения, переменная мощность полезного ископаемого, гористый рельеф земной поверхности, неоднородность физико-механических свойств породного массива и другие факторы, создающие предпосылки возникновения горнотектонических ударов).
Определение необходимости создания системы регионального прогноза, научно-методическое руководство при ее проектировании и эксплуатации осуществляет ВНИМИ или организация, ведущая исследования на данном месторождении.
Региональный прогноз удароопасности включает:
регистрацию количества сейсмических явлений, определение их координат и сейсмической энергии;
составление карт сейсмической активности, совмещенных с планами горных работ (карты регионального прогноза удароопасности);
определение зон, опасных по горным ударам.
Опасными по возникновению горных ударов являются зоны, где вровень сейсмической активности не менее единицы.
Изменение конфигурации зон с повышенными значениями сейсмической активности связано с изменением напряженного состояния горных пород и миграцией зон повышенной удароопасности.
Ежемесячно данные регионального прогноза удароопасности рассматривает руководство шахт. Сейсмостанция постоянно следит за сейсмической активностью в пределах шахтных полей и информирует о всех наблюдаемых явлениях соответствующие службы. Переданные сведения регистрируются в журнале сообщений.
11. ПОСТРОЕНИЕ ПРОГНОЗНЫХ КАРТ (к п. 26)
По мере развития горных работ необходимо проводить текущий прогноз напряженного состояния массива с использованием аналитических методов расчета напряжений. Расчеты проводят повариантно с последующим выбором наиболее оптимального.
Методика построения прогнозных карт опорного давления включает следующие этапы*:
подготовка исходной информации для расчетов;
расчет на ЭВМ напряженного состояния массива пород вокруг выработок:
построение по результатам расчетов изолиний напряжений;
анализ напряженного состояния и разработка рационального порядка развития горных работ.
Для расчетов напряженного состояния используются: геометрические параметры горных работ; напряжения, имевшиеся до начала отработки месторождения, и механические свойства вмещающих пород я полезного ископаемого.
Расчет и построение прогнозных карт осуществляется под научно-методическим руководством ВНИМИ и головного института отрасли или ведущего исследования на данном месторождении.
* Методические указания по использованию программ для расчета и графического построения напряжений в массиве горных пород около выработок — Л.: ВНИМИ, 1981. —52с.
12. МЕТОДИКА ПОСТРОЕНИЯ ГРАНИЦ ЗАЩИЩЕННЫХ ЗОН (и п. 23)
Для построения защищенной зоны в плоскости, перпендикулярной направлению ведения горных работ, через края защитной выработки шириной а под углом 75° к ее поверхности проводят прямые в сторону кровли и почвы (рис. 13). Размеры защищенных зон в кровлю S1 и в почву S2 определяют по формулам:
S1 = τ1S1 ' S2 = τ1S2'
Для защиты очистных работ S1' = 0,5а и S2' = 0,4 а, но S1 и S2
не более 50 м.
Для защиты подготовительных выработок: S1' = 0,4а и S2' = 0,3а,
но S1и S2 не более 40 м.
Коэффициент τ1зависит от τ— отношения критической глубины (Нo) к глубине разработки защитного слоя (H). Он равен 1; 1,4; 1,6: -1.65 при τ = Н0/Н, соответственно равном 0,25; 0,5; 0,75; 1.
При надработке (подработке) мощного рудного тела подкровельным (подпочвенным) слоем построение защищенных зон осуществляют в соответствии с рис. 14. В плоскости, перпендикулярной
Рис. 13. Построение защищенной зоны
Ряс. 14. Построение защищенной зоны при опережающей надработке рудного тела
направлению горных работ по защитному слою, от края выработки проводят прямую в сторону почвы (кровли) под углом β, определяемым в зависимости от τ: β = 20с; 35; 42; 52; 58; 64°, соответственно при τ = 0,4, 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9.
Минимальную величину опережения защитного слоя С для полной защиты вынимаемых блоков (панелей, полос, лени определяют по формуле:
С = nС1+m/tg β, β ≠90°,
где n—количество защищаемых блоков (панелей, полос, лент), С1 — ширина защищаемого блока (панели, полосы, ленты m — отрабатываемая мощность рудного тела
Влияние горно-геологичесних, тектонических и других особенностей месторождения (наличие блочного строения массива, тектонических нарушений, неоднородность напряженного поля в нетронутом массиве), а также горно-технических условий отработки определяется Указаниями для каждого месторождения. Если напряжения в нетронутом массиве преобладают над вертикальными, то построение
Рис. 15. Оценка состояния податливых целиков:
я —расчетная схема; б — зависимость предельного размера целика от ширины выработанного пространства; в — зависимость величины сжатия целика по нормали от ширины выработанного пространства, г — номограмма для оценки состояния целика по величине его сжатия по нормали ,1 — область опасных значений сжатия целика по нормали. 2 — область неопасных упругих и упруго пластических деформаций целика; 3 — область опасных упругопластических и запредельных деформаций целика. 4 — область неопасных запредельных деформаций велика; VI, VI — предельные значения смещений целика по нормали (V,—запредельных, VI — упругопластических)
защищенных зон осуществляют с учетом действующих главных
напряжений по условию
max ( σ1, σ2 ) < σкр,
где σ1, σ2 — значения главных напряжений в массиве;
(1 при λ> 1, а≤45° или λ <1, а≥45°,
σкр = k1 Ho (k2/k1 , при λ ≤ 1, а<45° или λ > 1, а≥45°,
k1 = соs2 а + λ sin2 a, k2 = sin2 + λ соs2 а,
λ — отношение горизонтальных напряжений в нетронутом массиве вертикальным; а — угол падения отрабатываемой залежи на разрезе вкрест простирания.
Опережающая надработка или подработка защитным слоем может производиться параллельными выработками с оставлением временных неудароопасных податливых целиков Размеры целиков определяются экспериментально и регламентируются Оказаниями. В начальной стадии отработки в качестве первого приближения cостояние целиков может быть оценено сопоставлением величин сжатия целика V по нормали с предельными значениями смещений V1 и V2. приведенными на номограммах рис. 15, в, г. По номограмме рис 15, в можно оценить состояние целика в зависимости от ширины выработки а, по номограмме рис 15. г — в зависимости от ширины целика L. Опасным является такое состояние целика, когда замеряемые смещения V находятся между значениями V1 и V2. Замеры должны начинаться, когда ширина целика L приближается к величине 1,2Lпр, где Lпр — предельный размер целика. Значение Lпр устанавливают по графику рис. 15, б.
13. ВИЗУАЛЬНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ ЗА РАЗРУШЕНИЕМ ВЫРАБОТОК (к п. 27)
Разрушения на контуре выработок предопределяются напряжениями, действующими в массиве пород. Это позволяет по данным визуальных наблюдении в выработках и скважинах приближенно оценить величины и направления действия главных напряжений.
Рассматриваемый способ применим, если напряжения в массиве высоки и способны вызвать разрушения на конторе выработок
Оценка направления действия напряжений производится на основе анализа пространственной ориентировки трещин и отслоений на контуре выработок и в скважинах Приближенные величины напряжений оцениваются по известным значениям предела прочности пород на одноосное сжатие
По визуальным наблюдениям можно сравнивать степень напряженности отдельных конструктивных элементов системы разработки и ориентировочно определять величину и направление действия наибольших напряжений в нетронутом массиве пород
Визуально оценку напряжений выполняют таким образом Обследуют все незакрепленные выработки, различно ориентированные в пространстве. При этом фиксируют места разрушений на контуре выработок. Дополнительно фиксируют участки разрушений контура скважин. Необходимо знать особенности проявления горного давления в момент проходки, так как при недостаточно высоких напряжениях в массиве разрушения выработок происходят лишь в момент проходки.
Следует обращать внимание на характер разрушения пород на контуре, насколько параллельны отслаиваемые плитки контору выработки и как согласуются поверхности отслоений с естественными поверхностями ослаблений (трещинами, слоистостью и т п )
Места разрушений наносят на планы горных работ Для оценки необходимо иметь рулетку и горный компас. Участки разрушения на контуре выработки всегда параллельны направлению действия наибольших сжимающих напряжений (рис. 16)
Рассмотрим примеры Если в нетронутом массиве наибольшее главное напряжение направлено вертикально и по величине достаточно для разрушения пород на контуре выработки, то наибольшие разрушения будут происходить в стенках горизонтальных выработок любого направления, возможны менее интенсивные разрушения в стенках наклонных выработок и совсем не будет разрушений в вертикальных.
Рис. 16. Ориентировка участков разрушения пород 1 в сечении выработки относительно наибольших сжимающих напряжений
При горизонтальных наибольших сжимающих напряжениях разрушения будут происходить в кровле и почве горизонтальных, а также в стенках вертикальных выработок — в плоскости, перпендикулярной направлению максимальных напряжений.
По разрушению горизонтальных выработок в кровле (почве) южно приближенно оценивать величины наибольших напряжений в массиве пород (руд)
σmax ≥ 0,70σСЖ,
где σСЖ — прочность пород (руд) в массиве.
В условиях гидростатического (равнокомпонентного) напряженного состояния пород (руд) происходит неупругое деформирование по всему контуру сечения горизонтальных и вертикальных выработок при напряжениях в массиве
σ >(1,0—1,2) σСЖ, где σСЖ, — прочность пород (руд) в массиве.
Оглавление
Введение .
Общие положения
Вскрытие. Подготовка и порядок отработки месторождений прогноз удароопасности участков массива горных породи руд
Приведение горных выработок и участков массива горных пород в неудароопасное состояние
Проведение и поддержание капитальных и подготовительных выработок на месторождениях, склонных к горным ударам
Очистные работы
Ответственность
Приложения
1. Основные термины и условные обозначения
2. Перечень месторождений и объектов горного строительства, склонных к горным ударам
3. Типовое положение о комиссии по горным ударам