Сдвижение горных пород в районах тектонических разломов. Мероприятия по ведению горных работ и управлению горным давлением в районе Норильско-Хараелахского разлома

С.Г. Кириллов, З.Г. Уфатова, И.Ф. Хрущев, К.А. Баширов
Норильский государственный индустриальный институт, г. Норильск, Российская Федерация
Горная Промышленность №6 / 2020 стр. 148-151

Резюме: В статье описано состояние горного массива в границах горного отвода рудника «Скалистый». Установлено, что рудопородный массив в поле рудника, сохраняя удароопасность, обладает повышенной подвижностью в зоне влияния Норильско-Хараелахского разлома и связанной с этим высокой способностью к разрушениям в виде обрушений пород кровли. По результатам наблюдений по подземным профильным линиям сделан вывод, что сдвижение находится в начальной стадии. При этом максимальные оседания центральной части по профильной линии примерно в 3 раза выше (до 35 мм), чем на остальных участках. Это обусловлено непосредственным примыканием данной зоны к Норильско-Хараелахского разлома. Оценка степени удароопасности массива с помощью прибора «Прогноз-2», проводившаяся силами участков прогнозирования и предотвращения горных ударов рудника и Норильскшахтстроя, во всех случаях показала категорию удароопасности «Неопасно». Однако при развитии горных работ в сторону Норильско-Хараелахского разлома возможно ухудшение состояния горных выработок. Это может проявляться в виде отслоения кусков горной массы в боках передовых выработок защитного слоя в породах сильной и весьма сильной нарушенности. Кроме того, капитальные выработки, являющиеся одними из самых важных объектов на горизонте ведения очистных работ, эксплуатация которых будет осуществляться до конца отработки участка залежи, примыкающей к Норильско-Хараелахского разлома, будут поддерживаться в постепенно усложняющихся условиях. В статье описаны рекомендации по ведению горных работ в районе разлома с учетом сложившейся горно-геомеханической обстановки и перспективой её изменения.

Ключевые слова: горное дело, рудная залежь, Норильско-Хараелахский разлом, горное давление, тектоника, разлом, охрана подрабатываемых объектов, разгрузка, фронт очистных работ, зона опорного давления, нарушенность пород

Для цитирования: Кириллов С.Г, Уфатова З.Г., Хрущев И.Ф, Баширов К.А. Сдвижение горных пород в районах тектонических разломов. Мероприятия по ведению горных работ и управлению горным давлением в районе Норильско-Хараелахского разлома. Горная промышленность. 2020;(6):148-151. DOI: 10.30686/1609-9192-2020-6-148-151.

Информация о статье

Поступила в редакцию: 02.11.2020

Поступила после рецензирования: 12.11.2020

Принята к публикации: 23.11.2020

Информация об авторе

Кириллов Сергей Геннадьевич – аспирант кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, Норильский государственный индустриальный институт, г. Норильск, Российская Федерация; e-mail: postanovshik@bk.ru

Уфатова Зинаида Георгиевна – доцент кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, Норильский государственный индустриальный институт, г. Норильск, Российская Федерация

Хрущев Игорь Фиделевич – аспирант кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, Норильский государственный индустриальный институт, г. Норильск, Российская Федерация

Баширов Камрал Айюбович – аспирант кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, Норильский государственный индустриальный институт, г. Норильск, Российская Федерация

Введение

Под воздействием силы тяжести вышележащих слоев горных пород, а также вследствие тектонических процессов в земной толще, горный массив постоянно находится в напряженном, но статичном состоянии [1]. В результате достижения предельных величин напряжений в массиве горных пород возникают разрывы и разломы, то есть нарушается сплошность массива, и образуется трещиноватость [2], которая является важной структурной особенностью горных пород, определяющей величины параметров процесса сдвижения. При этом следует различать крупные тектонические трещины (разрывные нарушения) протяженностью на сотни метров и мелкую трещиноватость [3]. В процессе строительства горных выработок в массиве равновесное состояние пород нарушается, а также, в виду того, что в шахтном поле рудника «Скалистый» расположен крупный тектонический разлом, отработка залежи полезных ископаемых требует разработки дополнительных мероприятий направленных на управление горным давлением [4].

Анализ горно-геомеханической обстановки поля рудника

Горный массив в границах горного отвода рудника «Скалистый», характеризуется сравнительно сильной нарушенностью интрузивных и осадочных пород, которая, как и напряженность массива, тесно связана с присутствием Норильско-Хараелахского разлома (НХР), являющегося крупной тектонической структурой регионального значения. По ранее данному прогнозу1 рудопородный массив в поле рудника «Скалистый», сохраняя удароопасность, обладает повышенной подвижностью в зоне влияния НХР и связанной с этим высокой способностью к разрушениям в виде обрушений пород кровли и отжима боков под действием статических нагрузок.

Анализ результатов наблюдений по подземным профильным линиям показал, что сдвижение находится в начальной стадии, при этом максимальные оседания центральной части по профильной линии на ВЗШ-2/3 (рис. 1) примерно в 3 раза выше (до 35 мм), чем на остальных участках. Это вполне закономерно, поскольку ВЗШ-2/3 расположен в створе с линией широтной разрезки над панелями 1–2 с наиболее развитыми пролетами подработки и непосредственно примыкает к НХР.

Рис. 1 Расположение профильных линий на гор. – 680 м

Fig. 1 Location of profile lines at the – 680 m Level

Наблюдениями на руднике установлен ряд случаев деформирования выработок, сопровождающихся нарушением крепи, чаще всего в виде отслоений набрызгбетона в боках выработки. Признаков динамических форм проявления горного давления в выработках не установлено. Оценка степени удароопасности массива с помощью прибора «Прогноз-2», проводившаяся силами участков прогнозирования и предотвращения горных ударов (УППГУ) рудника и Норильскшахтстроя, во всех случаях показала категорию удароопасности «Неопасно».

Проблема повышения эффективности поддержания очистных выработок и выработок подкровельного слоя при создании защитного перекрытия достаточно успешно решается за счет выбранных параметров систем разработки и профилактических мероприятий по разгрузке краевой зоны впереди очистных фронтов.

При увеличении пролетов выработанных пространств, влияния очистных работ на напряженное состояние массива впереди сближающихся широтного и меридионального фронтов по данным математического моделирования² не ожидается (рис. 2).

Рис. 2 Прогнозная карта напряженного состояния массива впереди фронтов очистных работ

Fig. 2 Predictive stress state map of the rock mass ahead of the extraction fronts

Зона повышенного горного давления впереди очистных забоев на уровне σy/γΗ > 1,2 распространится на расстояние не более 20 м.

Вместе с тем возможно ухудшение состояния горных выработок в местах ведения горных работ, непосредственно примыкающих к НХР, вследствие резких пригрузок краевых зон впереди очистных работ за счет оседания блоков по активизируемым тектоническим нарушениям. Это может происходить в виде отслоения кусков горной массы в боках передовых выработок защитного слоя в породах сильной и весьма сильной нарушенности.

Кроме того, соединительный уклон (СУ), являющийся одним из самых важных объектов на горизонте ведения очистных работ (по плану развития очистных работ его эксплуатация предусмотрена до конца отработки первоочередного участка залежи С-1), в границах рабочих панелей будет поддерживаться в постепенно усложняющихся условиях. В наиболее сложных условиях будет находиться участок уклона, расположенный в торце панели 2, где формируется стационарная зона опорного давления (заштрихованная область на рис. 3) на фоне развитой тектонической нарушенности.

Рис. 3 Формирование зон опорного давления вблизи очистных работ панелей 1–2

Fig. 3 Formation of the bearing pressure zones near the Stoping Blocks 1 and 2

Результаты моделирования показали, что после оконтуривания предохранительного целика очистными работами панели 2 с запада в приконтурном массиве СУ появляются признаки деформирования пород в боках выработки³.

С течением времени процесс деформирования приконтурного массива продолжается за счет ползучести пород. Анализ состояния горных работ и принятых проектных решений, геомеханической обстановки в целом по руднику позволяет сделать благоприятный прогноз.

Рекомендации по развитию очистных работ и управлению горным давлением

В сложившейся горно-геомеханической обстановке и с перспективой её изменения горные работы на первоочередном участке рудника рекомендуется вести в соответствии со следующими положениями.

1. Отработку богатых и «медистых» руд в панелях продолжать осуществлять по принятым системам разработки и порядкам выемки слоёв.

2. Выемку слоёв в восточном торце панели 2 сооружать с учетом необходимости разгрузки предохранительного целика соединительного уклона. Создание торцевой защищенной зоны при отработке лент панели 2 осуществлять бурением скважин большого диаметра на глубину не менее ширины предохранительного целика.

3. В пределах панелей 4–6 опережающую разгрузку краевой части массива впереди фронта работ по защитному слою на западном и восточном флангах производить бурением разгрузочных шпуров (скважин) или камуфлетным взрыванием.

4. При подходе фронта очистных работ в подкровельном слое к подготовительным выработкам, параллельным фронту, на расстоянии 40 м предусматривать разгрузку их приконтурного массива бурением строчек разгрузочных шпуров в боках выработок.

5. При проходке выработок защитного слоя в породах и рудах слабой и средней нарушенности, приконтурную часть массива приводить в неудароопасное состояние с помощью камуфлетного взрывания зарядов ВВ или бурением строчек шпуров (скважин).

6. Очистные работы в основных слоях панели 1 вести тупиковыми заходками на все сечение или с предварительной проходкой разрезной выработки. Ширина очистных выработок в основных слоях определяется структурой и прочностными свойствами закладки в искусственной кровле. Высоту вертикальных рудных обнажений очистных выработок принимать с учетом нарушенности руд и пород, как это принято на руднике:

– для руд и пород слабой и средней нарушенности – до 10 м;

– для руд и пород сильной нарушенности – до 8 м;

– для руд и пород весьма сильной нарушенности – до 6 м.

При наличии по трассе выработок тектонических нарушений с зоной дробления более 0,5 м ширину очистных выработок принимать не более 8 м при высоте не более 6 м.

Ширину и высоту очистных выработок основных слоев в панелях 2, 4, 6 принимать в зависимости от нарушенности руд и пород, геологической характеристики вскрываемых тектонических нарушений, наличия ксенолитов в руде и т.п. в соответствии с «Регламентом технологических производственных процессов по применению камерной системы разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими материалами и расположением очистных выработок в защищенных зонах при выемке сульфидных руд».

7. Учитывая состояние породы в главном шве НХР (полная дезинтеграция), необходимо до минимума сократить контакт горных выработок в панели 1 со швом. С этой целью при подходе к НХР выработкой рекомендуется оставлять около НХР целик шириной не менее 5 м.

8. Разгрузку предохранительного целика соединительного уклона в панелях 4–6 осуществлять последовательно по мере подхода к нему западного фронта очистных работ бурением разгрузочных скважин из передовых выработок при создании защитного перекрытия в панелях.

На маломощных участках залежи и в безрудных зонах разгрузку осуществлять бурением рядов скважин или шпуров в боках соединительного уклона.

Заключение

В заключение следует отметить, что, судя по полученным данным, шахтные исследова-ния, связанные с инструментальными измерениями деформационного состояния массива, в настоящее время на руднике довольно ограничены. Это связано с выходом из строя многих станций различного типа, предусмотренных в ранее разработанных проектах наблюдений4. Для повышения качества и полноты шахтных исследований в рамках данной работы необходимо выполнить комплекс работ по поддержанию в рабочем состоянии сетей наблюдательных станций на откаточном, вент-закладочном горизонтах и оборудованию сети станций на горизонте ведения очистных работ по проекту наблюдений, разработанному в текущем году.

Работы должны быть направлены на реконструкцию сетей станций с учетом изменившейся горнотехнической обстановки, включая восстановление или ремонт вышедших из строя станций и оборудование новых в соответствии с дополнениями к проектам наблюдений.

В дальнейшем организация шахтных исследований представляется более эффективной в следующем виде:

– ВНИМИ осуществляет методическое обслуживание, поставку оборудования для наблюдательных станций и анализ результатов наблюдений на станциях;

– Центр геодинамической безопасности (ЦГБ) (бывшая ЛГД ГМОИЦ) осуществляет оборудование и обслуживание наблюдательных станций (в части снятия замеров, первичной их обработки и ведения журналов инструментальных замеров), их восстановление в случае необходимости, а также регулярное обследование выработок с ведением журналов обследования; ЦГБ также предоставляет ВНИМИ (по запросу) данные отчетов сейсмостанции о сейсмособытиях на рудниках;

– УППГУ рудника осуществляет надзор: за состоянием наблюдательных станций, своевременным их восстановлением или выбраковкой (с уведомлением об этом ВНИМИ) и регулярным снятием замеров по наблюдательным станциям и линиям геометрического нивелирования;

предоставляет ВНИМИ данные по динамическим проявлениям горного давления на участке отработки медистых руд и оценке удароопасности, полученные по принятой на руднике методике;

– ЦГБ совместно с УППГУ рудника проводят ежегодную ревизию сети наблюдательных станций и корректировку проекта наблюдений (с уведомлением об этом ВНИМИ).

Специализированная организация, выполняющая замеры по станциям геометрического нивелирования, предоставляет ВНИМИ копии данных после каждой съемки замеров.

Получение полных и достоверных данных должно привести к своевременному принятию мер по поддержанию горных выработок в безопасном состоянии, а применение рекомендаций, изложенных в статье, приведет к рациональному и безопасному освоению недр на участке тектонического разлома.

Список литературы

1. Ломоносов Г.Г. Производственные процессы подземной разработки рудных месторождений. М.: Горная книга; 2013. 512 с.

2. Ушаков И.Н. Горная геометрия. 4-е изд. М.: Недра; 1979. 440 с.

3. Акимов А.Г., Громов В.В., Бошенятов Е.В., Зеленцов С.Н., Кузнецова Е.И., Тяпин В.М., Файнштейн Ю.Б.; Яковлев Д.В. (ред.). Геомеханические аспекты сдвижения горных пород при подземной разработке угольных и рудных месторождений. СПб.: ВНИМИ; 2003. 166 с.

4. Городниченко В.И., Дмитриев А.П. Основы горного дела. М.: Горная книга; 2016. 464 с.