RU1778721C - Способ предотвращени горно-тектонических ударов - Google Patents

Abstract

Использование: при подземной добыче полезных ископаемых и строительстве долговременных подземных сооружений на основе геофизических исследований. Сущность изобретени : способ геофизического предотвращени  горно-тектонических ударов включает определение внутри рудничного пол  границ сейсмоактивных блоков, сейсмологическую локацию массива горных пород и определение контуров сейсмоактивных зон. По направлению оси I максимальных нормальных сжимающих напр жений 71 внутри границ в каждой из активных зон п определ ют центр эпицентров сейсмических событий на уровне защищаемых горизонтов, рассчитывают по указанным направлени м величину рассто ни  ЯР, между границей сейсмоактивного блока и указанными центрами масс вдоль нее и ее максимальное значение , а в прилегающих к активным зонам - характерный линейный размер L в сечении проектируемых выработок. После этого впереди фронта горных работ на рассто нии р АГакс в направлении,ортогональном к оси проход т спаренные защитные выработки шириной не более чем L, которые располагают друг относительно друга на рассто нии L Образовавшийс  между ними ленточный целик дезинтегрируют через интервалы, равные Цна ширину L, при этом р, S - числа из натурального р да, а р Э: 10. Что обеспечивает услови  распространени  волны с плоским фронтом. Кроме того, дл  повышени  надежности способа при его использовании в пластообразных рудных залежах дополнительно определ ют центр масс (Хцм Јцм) гипоцентров сейсмических событий по вертикали. С учетом этого проход т защитные спаренные выработки; высоту защищаемых спаренных выработок принимают равной мощности рудоносного литологического сло . 3 ил. & VI VI 00 VJ ю

Description

Изобретение относитс  к области геофизических исследований при добыче полезных ископаемых и строительстве долговременных подземных сооружений в литологических сло х земной коры, характеризующихс  естественной и техногенной сейсмичностью.

Известен способ перевода удароопас- ного массива в неудароопасное состо ние.

По данному способу предусматриваетс  бурение скважин по контуру горной выработки на одинаковом рассто нии друг от друга. Глубину скважин устанавливают равной не менее чем рассто ние от контура выработки до верхней границы третьей зоны трещиноватости. Затем из каждой скважины нарезают щели, которые путем

гидроразрыва расшир ют до непрерывных по контуру выработки.

Данному способу присущи такие недостатки:

-под действием горного давлени  смыкание образованных трещин произойдет после первого же технологического цикла проходки;

-высока  трудоемкость и мала  производительность;

-способ позвол ет уменьшить веро тность разрушени  от горного удара только лишь в одиночных выработках, но дл  них есть более простые и более надежные способы проходки;

-не эффективен при горно-тектонических ударах.

Известен способ предотвращени  горно-тектонических ударов, включающий определение внутри рудничного пол  границ сейсмоактивных контуров сейсмоактивных зон, воздействие на массив на интервале между вышеназванными границами и горными работами.

Способ позвол ет уменьшить веро тность внезапного про влени  горно-текто- нических ударов, однако, во-первых, использование способа провоцирует сейсмические  влени , которые могут стать причиной горных ударов и привести к аварийным ситуаци м в горных выработках, во-вторых, способ характеризуетс  высокими трудовыми и материальными затратами на бурение скважин, камуфлетное взрывание зар дов и гидроразрыв. Кроме того, способ не исключает повторного периодического воздействи  на активные зоны по мере расширени  отработки.

Физическа  сущность за вленного способа базируетс  на установленных закономерност х формировани  напр жений в конструктивных элементах систем разработки в результате суперпозиции статического и динамического пол  напр жений.

Проведение горных выработок приводит к образованию свободных поверхностей пород, вблизи которых уже не реализуютс  услови  объемного сжати . Устойчивость обнажений достигаетс  в результате формировани  нового равновесного состо ни  между прочностью пород и величиной горного давлени . В услови х , когда предел прочности горны пород на одноосное сжатие в образце не превышает 50-60% от величины нормальных напр жений в массиве, имеет место критическое состо ние пород по фактору устойчивости, так как прочность пород в массиве ниже, чем в образце.

На месторождени х, склонных к горным ударам, глубины горных работ, на которых выполн етс  условие превышени  действующих напр жений величины 0.4-0.6 от предельной на одноосное сжатие, считают удароопасным. Однако в зависимости от динамики нагружени  неустойчивое состо ние может про вл тьс  как в статических формах разрушени  (отслоени , заколооб0 разовани , растрескивани  горных пород),

так и в динамических формах - в форме

горных ударов различной интенсивности.

Указанна  динамическа  нагрузка может

вызыватьс  перераспределением горного

5 давлени  в результате образовани  новых выработанных пространств, а также в результате волн напр жений из гипоцентров сейсмических событий, имеющих как природный , так и техногенный характер.

0 В зависимости от местоположени  гипоцентра событи  и очага разрушени  различают по меньшей мере два типа горных ударов, каждый из которых требует существенно отличные способы профилактики. На5 сто щий способ предназначен дл  предотвращени  горных ударов тектонического типа, когда источник горного удара (гипоцентр сейсмического событи ) и место гйрного удара не совпадают.

0 Физика процессов, протекающих при данном виде  влени , может быть описана следующим образом.

В результате упругого срыва по границе тектонического нарушени  в массив излуча5 етс  импульс напр жений, длительность которого составл ет несколько секунд. Наибольший энергоперенос имеет место в направлении, перпендикул рном поверхности разрыва, так как поверхность разрыва

0 есть исходный фронт упругой волны.

Наибольшей скоростью обладает продольна  упруга  волна, котора  достигает поверхности защитной выработки и практически полностью отражаетс  оп ть в мас5 сив, так как акустическа  жесткость воздуха почти на два пор дка меньше акустической жесткости горных пород (любого твердого тела). Таков механизм дл  случа , когда гипоцентр сейсмического событи  находит0 с  на уровне I отрабатываемого или точнее защищаемого горизонта. Однако в большинстве случаев гипоцентр сейсмического событи  располагаетс  либо выше, либо ниже уровн  горных работ, тогда продольна 

5 упруга  волна с определенными параметрами (о которых будет сказано далее) попадает в волноводы, образованные системой выработок целиков и камер шириной L.

В исходном волновом импульсе содержитс  широкий спектр волн с длиной волны

от нескольких сотен метров до волн с длиной менее 10 м. Однако волны с длиной волны, превышающей дес тки метров, будут огибать выработанное пространство. Волны же с длиной менее 10 м, во-первых на рассто - нии от границы блока, равном р (р 10), будут иметь практически плоский фронт, во- вторых, попада  в зону отработки, они будут про вл ть волноводные свойства.

Основна  иде  за вленного способа за- ключаетс  в том, чтобы упругие волны из спектра исходного импульса, длины которых соизмеримы с размерами конструктивных элементов, прошли вначале через искусственно образованную систему волно- водов-целиков. При этом в таких волноводах реализуютс  следующие физические процессы:

1,Образуетс  система сто чих волн.

2.Происходит дисперси  волн, св зан- на  с геометрией волновода.

Если в исходном спектре сейсмоиз- лучени  имеютс  упругие волны, длины которых А соответствуют соотношению

А

2 ( 2. 3 ...), то в том из целиков, где

имеет место данное событие, может возникать сто ча  волна. Тогда все признаки рас- простран ющейс  волны исчезают, а образовавша с  (сто ча ) волна будет ха- рактеризоватьс  тем, что все точки среды будут колебатьс  в фазе. Следовательно, внутри целика на врем  распределени  сейсмического сигнала пор дка нескольких (до 10) секунд возникает динамическое анизот- ропное поле напр жений, которое суммируетс  с имеющимс  статическим полем напр жений, без того уже  вл ющимс  критическим по фактору устойчивости обнажений , что в конечном счете приводит к реализации данного сейсмического событи  в виде горного удара тектонического типа, но, однако, уже не в зоне очистных работ, а в специально изолированном искусственно образованном участке руднич- ного пол . Такой способ по принципу действи  в какой-то мере можно уподобить громоотводу.

Положение выработки также предопределено необходимостью реализации горио- го удара вне зоны текущей отработки. Если между поверхностью излучени , плоскостью сейсмогенерирующего разлома и поверхностью выработки будет рассто ние

77 - л то между ними оп ть таки могут

образовыватьс  волны с длиной пор дка размера конструктивных элементов систем разработки (если таковые имеютс  в исходном спектре). В этом случае горный удар

произойдет именно вдоль поперхног.тн этой выработки. Что касаетс  волн с большой длиной, то они будут огибать конструктивные элементы, а волны с большей частотой быстро затухают при преломлении и отражении . Часть спектра волн, частота которых меньше частоты отсечки тс(Гц)

- пс 300,вообще не могут распростран тьс  в конструктивных элементах. Следовательно , за вленный способ позвол ет предотвращать горные удары тектонического типа.

Сущность способа по сн етс  чертежом , где на фиг. 1 показан план участка рудничного пол  на одном из рабочих горизонтов , на фиг. 2 показан участок горных работ с защитными выработками, на фиг. 3 показан разрез и способ проведени  защитных выработок при варианте защиты от пр мых и отраженных сейсмических волн.

На чертеже показаны граница 1 активного блока; граница сейсмоактивной зоны 2, центр 3 масс сейсмических событий; фронт 4 очистных работ; спаренные защитные выработки 5; участки ленточного целика 6; зоны дезинтеграции 7 пород или просечки; сейсмоактивна  литологическа  граница 8: рудоносный литологический слой 9; подстилающие породы 10, а также показаны о , Ог , оз - главные нормальные напр жени ; AI , Ак -длины волн сейсмического излучени  соответственно в направлении осей главных нормальных напр жений i и k; ZU.M; Хц.м - координаты центра масс сейсмических событий (гипоцентров и эпицентров); L- максимальный размер в сечении очистных выработок; m - мощность рудоносного литолопчческого сло ; n, p, s, t и q - числа из натурального р да цифр, (р 10, q 10)

Способ осуществл етс  в следующей последовательности операций, В пределах рудничного пол  определ ют границы 1 сейсмоактивных блоков. Границы 1 устанавливают на основе геологических исследований путем вы влени  наличи  движений в новейшее врем . Определ ют внутри этих границ 1 на основе данных сейсмологических исследований контуры сейсмоактивных зон 2. Границы зон устанавливают на основе изолиний сейсмической энергии. Определ ют по направлению оси i максимальных нормальных сжимающих напр жений внутри границ 1, в каждой из n активных зон 2,

центр 3 масс - Хц.м., гипоцентров сейсмических событии. Хцм. - координата центра масс эпицентров в горизонтальной плоско- n

сти в направлении I. Координаты Хпц.м могут быть определены, например, как центр

круга, ограниченного изолинией максимальной сейсмоэнергии Определение координат в направлении j не требуетс , так как в этом направлении массив горных пород претерпевает раст жение.

Вдоль границы блока могут формироватьс  несколько сейсмоактивных зон 2. Дл  каждой из зон 2 по направлению оси рассчитывают величину рассто ни 

Ai1 .А , ,, соответственно, между

границей блока и указанными центрами масс, а также между самими центрами

вдоль границы 1 блока Хц.м., Хц.мХц.м.

Определ ют из этих величин максимальную

ATaKC Aj1 (например).

Затем определ ют в прилегающих к активным зонам максимальный линейный размер L в сечении проектируемых выработок . После этого впереди фронта 4 горных работ на рассто нии р от границы 1 блока по направлению оси j алгебраически максимальных напр жений проход т спаренные (параллельные) выработки 5 шириной не более чем L, которые располагают друг относительно друга на рассто нии-L, а образовавшийс  ленточный целик 6 рассекают или дезинтегрируют через равные интервалы ,равные L, на ширину L, при этом высоту всех выработок 5 принимают не меньшей высоты камер в зоне отработки. Дезинтеграци  пород осуществл етс  путем бурени  скважин с последующим их взрыванием и образованием несв занного блочного массива. После разрушени  массива руда (порода) может быть извлечена или оставлена на месте. При этом дл  обеспечени  услови  плоского фронта необходимо , чтобы р : 10. Сейсмическа  волна при падении в максимуме своей амплитуды на границу раздела сред: массив - выработка 5 частично отразитс  обратно в массив, а частично пройдет, вызвав колебани  сплошных участков рассеченного целика 6. В случае , если при данном сейсмическом импульсе к выработкам 5 придет спектр,

2 L содержащий гармонику А --(. 2 ...),

то тогда она, в целиках 6, вызовет формирование сто чей волны. С учетом же того, что данные целики наход тс  в услови х максимального статического напр жени  (как передовые целики), то динамическа  добавка вызовет здесь за счет сто чей волны горнотектонический удар, тем самым предотвратив его про вление в зоне очистных или подготовительных работ,

В р де случаев имеет место, за счет преломлени  основного излучени , про вление

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

гипоцентров  влений от возбуждени  границы 8 литологических разностей. В таком случае наибольший энергоперенос будет вдоль k, и дл  предотвращени  горно-тектонических ударов такого типа необходимо проведение по вышеописанной схеме выработок ниже горных работ. Дл  этого определ ют по направлению оси 1Г внутри границ каждой из активных зон п центр масс Z4.M. гипоцентров сейсмических событий и рассчитывают по указанному направлению величину рассто ни  . Аналогично тому, как определ лись Af. Далее определ ют

АЈакси местоположение точки Хц.м.; Z4.M., a спаренные выработки 5, проход т в подстилающих породах на рассто нии от сейсмоактивной границы 8 раздела литологических слоев в направлении оси j, перпендикул рно оси k, проведенной через точку (Хц.м., 2ц.м.).

Природное скопление полезных ископаемых преимущественно св зано со строго определенным литологическим слоем. В пределах таких слоев в силу однородной его акустической жесткости наибольша  часть энергии сейсмического излучени  из гипоцентра  влени  будет переноситьс  в пределах этого сло , тогда эффективна  фильтраци  может быть достигнута при высоте выработок 5,равной мощности m рудоносного литологического сло  9, даже если не весь слой обладает кондиционным содержанием полезного компонента.

Такое выполнение способа, в совокупности всех его операций и вариантов, позвол ет исключить  вление формировани  сто чей волны в конструктивных элементах систем разработки при возникновении сейсмических событий, а соответственно и горно-тектонические удары, и, следовательно, снизить затраты на аварийно-восстановительные работы, вызванные горно-тектоническими ударами, и затраты на выполнение способа, а также повысить его эффективность дл  месторождений пластообразного типа. Таким образом определение по направлению оси 7 максимальных. нормальных сжимающих напр жений, внутри границ в каждой из зон п, центра масс

Хц.м. эпицентров сейсмических событий на уровне защищаемых горизонтов, расчет по указанным направлени м величины рассто ни  Af, соответственно, между границей блока и указанными центрами масс вдоль границы блока, определение из этих величин максимальной АГ8|СС, а в прилегающих к активным зонам п - максимального линей

ного размера L в сечении проектируемыхлинии , проход щей через А , и Л - выработок, проведение впереди фронта,1 .«; ,б

таксотсчитываютс  от AI , а Аг и л отсчитывэгорных работ, на рассто нии р /Г от гра-12,9 ж кс /

ницы сейсмоактивного блока, по направле-™с ™ # следовательно, # -Д| -6м.

нию оси f алгебраически максимальных 5Дл  Х местоположение центра масс гипоглавных нормальных напр жений, спарен-центров сейсмических  влений Zf, ,..,0 м. ных защитных выработок шириной не болееНаибольший пролет L дл  рассматривачем L, которые располагают друг относи-емого участка равен 6 м. тельно друга на рассто нии L, дезинтегра-Ось i имеет субширотное простирание с

ци  образованного между ними ленточного азимутом . Тогда ось характеризуетцелика через интервалы, равные L, на ши-с  азимутом 105°, ось к перпендикул рна

рину L, назначение высоты данных вырабо-пластам.

Claims (3)

1. ток не менее, чем высота выработок в зонеУчитыва , то центр масс (Хц м) эпицент- отработки, где n, p, s -числа из натураль-ров  влений располагаетс  в рудном те- ного р да и р 10, а также дополнительно ле, то спаренные защитные выработки определение по направлению оси к нор-проход т по руде высотой на всю мощ- мальных промежуточных сжимающих на-ность т-Ъ м рудного тела шириной м пр жений, внутри каждой из активных зонпо азимуту 105° на рассто нии не менее п, центра масс (Хц м :гцм) гипоцентров сей-чем 10 м ( выбрано из услови  смических событий, расчет по указанной иплоскОго фронта), оси к рассто ни  Д, аналогично А и опре-Формула изобретени  деление из них максимального /Гкс, прове-1 Спос°б предотвращени  горно-текто- дение защитных спаренных выработок нанических ударов, включающий определение 1МЯ„- псвнутри рудничного пол  границ сейсмоак- рассто нии q AJ от сейсмоактивной гра- тивных 6/1OKOBi сейсмическую локацию мас- ницы раздела литологических слоев в на-сива горных пород, определение контуров правлении оси, через ось, проведеннуюсейсмоактивных зон п, дезинтегрирующее через точку (ХцМ ; Z м). где t, q - числа извоздействие на массив на интервале между натурального р да и q 10, и кроме того зоназванными границами и зоной горных ра- назначение высоты защитных спаренныхбот, о т л и ч а ю щи и с   тем, что с целью выработок равной мощности рудоносногоснижени  затрат на реализацию способа, литологического сло ,  вл етс  новой сово-внутри границ в каждой из сейсмоактивных купностью операций, позвол ющей сни-зон п по направлению оси I максимальных зить затраты на выполнение способа и 35нормальных сжимающих напр жений до- затраты на аварийно-восстановительныеполнительно определ ют центр масс X м работы, расходуемые при горно-тектониче- эпицентров сейсмических событий на уров- ских ударах,не защищаемых горизонтов горных работ, Конкретный пример выполнени  спосо-рассчитывают по указанными направпениба Способ испытывалс  на одном из мес- 4° м ве™чинУ рассто ни  А между граниторождений ПО Севуралбокситруда.цей блока и Центрами масс вдоль границы

   Сейсмоактивным дизьюнктивом стро -блока- -определ ют максимальное рассто щегос  участка месторождени  гор - 620 мние АГЗКС, а в прилегающих к активным зо вл лс  3 Северный сброс.45нам n характерный линейный размер L в

   Дл  него характерны активных зон,сечении проектируемых выработок, после

   две из которых локализованы вдоль сброса.этого впереди фронга горных работ на раса четыре других локализованы вдоль линийсто нии рАГкс от границы сейсмоактивного

   U и I.2, перпендикул рных плоскости сбро-блока в ОрТОгональном к оси i направлении

   са и проход щей через Хц м и ХцМпервых 50проход т спаренные защитные выработки

   двух зон.шириной, не превышающей L, при этом их

   Рассматрива  центр шара внутри зоны,располагают друг относительно друга на

   ограниченной поверхностью с Дж, врассто нии L, а образованный между ними

   качестве центра масс (Х „ ; Xi} „) составл -ленточный целик дезинтегрируют через ин , ,i , , 55тервалы и на ширину, равные L, высоту зают следующую выборку: { А, 5 м; Af 6 м}щитных выработок принимают равной по

   вдоль границы 3 Северного сброса { А 4м;крайней мере высоте выработок в зоне отAf 3 м вдоль линии Li, проход щей черезработки, где n, p, s - числа натурального

   .i , .с ,е , ,р да, а р 10. гипоцентр с А и { А} -5 м: Аг 4 м} - вдоль
2. 2. Способ по п. 1,отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности способа, дополнительно определ ют в вертикальном направлении центры масс ZU.M гипоцентров сейсмических событий и рассто ни  Д и $акс, а спаренные защитные выработки проход т на рассто нии q

   от сейсмоактивной границы раздела в ортогональном к оси I направлении, где t, q - числа натурального р да, a q Ј10.
3. 3. Способ по п. 1,отличающийс  тем, что высоту спаренных защитных выработок выбирают равной мощности рудоносного литологического сло .

   Фиг

   Фиг.2

   со

   CD