книги / Горное давление, сдвижение горных пород и методика маркшейдерских работ. Общие методические положения комплексного исследования проблем горной геомеханики

Ко — безразмерный коэффициент структурного ослабления, учи­ тывающий изменение прочности породы в массиве по срав­ нению с прочностью в образце.

Коэффициент структурного ослабления изменяется от 0,15 до 0,6, причем на величину его влияют интенсивность и направление трещиноватости, наличие слабых или пластичных прослоек, условия на контактах и т. п. Коэффициент структурного ослабления может быть определен натурными испытаниями прочностных свойств [25]. Однако аппаратура и методика натурных испытаний прочностных свойств крепких и весьма крепких пород находятся еще в стадии разработки.

Натурные наблюдения за напряженно-деформированным состоя­ нием междукамерных целиков в ряде случаев дают достаточно на­ дежные данные для установления их несущей способности. При ка­ мерно-столбовой системе разработки может возникнуть ряд ситуа­ ций, благоприятствующих осуществлению задачи определения несу­ щей способности, а именно:

1. При отработке рудных залежей значительных размеров сече: ний' происходит иногда разрушение междукамерных целиков на от­ дельных небольших участках. Процесс разрушения развивается сравнительно медленно и начало его может быть легко обнаружено при периодическом обследовании отработанных участков.

В этом случае средние разрушающие	напряжения Ораъ для
группы целиков (приведенные к целикам	c"j£" = 1), определяются
из выражения
	(8.3)

где 5* — средний объемный вес пород налегающей толщи, т/м3;

U— глубина разработки, м;

—коэффициент, учитывающий изменение нагрузки на це­ лики с изменением угла падения рудного тела (например, [17]);

S& — площадь участка с обрушившимися целиками (в плос­ кости пластообразной рудной залежи), м 2;

—суммарная площадь поперечного сечения разрушивших­ ся целиков, м2.

2.Второй случай может иметь место, когда разрушающие на­ пряжения определяются для целиков, расположенных в опорной зоне, образовавшейся от участков с разрушившимися целиками. Эго состояние выработанного пространства наступает в результате развития процесса разрушения целиков, начавшегося на сравни­ тельно небольших участках.

272

. Исследования в этом случае могут быть разделены на два этапа. На первом этапе методом разгрузки определяются напряжения в нескольких целиках, находившихся вблизи участка с разрушивши­ мися целиками. На втором этапе ведутся наблюдения за изменением напряженного состояния этих целиков вплоть до их разрушения с помощью, например, измерения диаметра пробуренной в целике разгрузочной скважины [64].

Скважинные деформометры устанавливаются в скважины в ме­ стах измерения напряжений, причем число деформометров, уста­ навливаемых в скважину, должно быть не менее трех. Наступление разрушения целика определяется по резкому изменению характера деформирования скважин.

	Разрушающие напряжения в целике, приведенные			к целику с
Т	= 1 будут:		<Si+ бг
где	€ >	p a s =	К,	(8-4)
	О;? — вертикальная	составляющая напряжений,		измеренная
	методом разгрузки;

—приращение вертикальной составляющей напряжений, подсчитанное по изменению вертикального диаметра скважины.

3.Третий случай определения несущей способности целиков относится к условиям, когда на отработанной части месторождения

не наблюдаются разрушения целиков. В этом случае увели­ чение нагрузки на «подопытные» целики может осуществляться за счет принудительного разрушения, в определенной последователь­ ности, ряда смежных с ними целиков. Размеры выработанного про­ странства при этом должны быть достаточны для нагружения «под­ опытных» целиков до предельного состояния.

Состав наблюдений аналогичен наблюдениям в предыдущем случае.

§ 33. Методика исследования проявлении горного давления при комбинированной (открытой и подземной)

разработке рудных месторождений

При совместной (открытой и подземной) разработке месторож­ дения перед исследователем стоят две основные задачи:

выбрать систему подземной разработки и параметры ее кон­ структивных элементов, которые обеспечили бы сохранение карье­ ра на период его эксплуатации;

установить такое расстояние между открытыми и подземными выработками, а также организацию взрывных работ в карьере, при которых исключалось бы вредное сейсмическое действие взрывов на подземные выработки.

273

В условиях совместной разработки месторождения для подземных работ выбираются системы, обеспечивающие сохранение на длитель­ ное время (во всяком случае на период работы карьера) статическо­ го равновесия вмещающих пород. В связи с этим, методика иссле­ дований проявлений горного давления в подземных выработках мо­ жет быть аналогичной описанной в § 32.

Методика наблюдений за сейсмическим действием массовых взрывов в карьере на подземные выработки должна включать:

визуальные наблюдения путем обследования подземных горных выработок до и после взрыва в карьере, с целью выявления видимых признаков разрушения целиков и обрушения кровли с докумен­ тацией фактического паспорта взрывных работ;

периодические инструментальные съемки* конфигурации выяв­ ленных в выработках нарушений;

сейсмические наблюдения по определению параметров волн на­ пряжений;

инструментальные наблюдения в глубине массива за образова­ нием новых трещин.

На основе результатов этих наблюдений определяются макси­ мально допустимый вес одновременно взрываемого заряда ВВ и сейсмически безопасное расстояние.

		ЛИТЕРАТУРА
1.	А гош ков	М. И., М а л а х о в Г. М.	Подземная разработка
рудных месторождений. Недра. М., 1966.
2.	А г о ш к о в	М. И. Рудная ветвь горной науки. Сб. Современ­
ное состояние горной науки в СССР. Изд-во «Наука», М., 1968.
3.	Би л и к III. М. и др. Приборы и аппаратура для исследования
проявлений горного давления. Углетехиздат.			1968.
4.	Б о г д а н о в	П. А. Опыт применения	звукометрического мето­

да наблюдений за разрушением массивов горных пород в Криворож­ ском бассейне. Труды НИГРИ, сб. 1, Металлургиздат, 1957.

5.	Б о р и с е н к о		С. Г. Расчет междукамерных			целиков на проч­
ность. Известия ДГИ, вып. 23, 1955.						в	лавах	пологих
6.	Б о р и с о в	А. А.		Расчеты горного давления
пластов. Изд. «Недра»,				1964.	И. Механика горных		пород,	масси­
7.	Б о р щ-Ко м п а и и е ц В.
вов и	горное давление. Изд-во МГИ, М., 1968.						неоднородных
8.	Б у б л и к	Ф.	П.	и др.	Квопросу о прочности

целиков. «Физико-технические проблемы разработки полезных иско­ паемых», 1966, № 2.

9. Вопросы технологии разработки рудных месторождений Коль­

ского полуострова. Сб. Изд. АН СССР, М.Л., 1963.
10.	Геоакустика. Сб. изд-во «Наука», М, 1966.		плоских потолочин
11.	Г о ме с Ц., Р у п п е н е й т К- В.	Расчет
камер на прочность. Труды ВНИИСТа, вып.		12, М.,	1962.

274

12.Горное давление и сдвижение пород на рудниках Казахстана. Труды ИГД АН Каз. ССР, т. 40, Алма-Ата, 1963.

13.Горное давление, сдвижение горных пород и методика марк­ шейдерских работ на рудных месторождениях. Труды ВНИМИ, сб. 62, Л., 1966.

	14. Г о р о д е ц к и й			П. И, и др. Вопросы м еханики м ассива	гор ­
ных	п ор од (на	прим ере рудн и к а 7/9 Н орильского ком бината).			«Гор­
ный	ж у р н а л » ,	1959,	№	5.	и оп­
	15. Г у л е в и ч		Е.	Г. Рациональный порядок расположения

тимальные размеры поддерживающих целиков при камерно-столбо­

вой системе разработки.	Изд. ОБНТИ ГИПРОЦВЕТМЕТА, М., 1959.
16. Е г о р о в П. В.,	В а т у т и н С. А. К методике замера эле­

ментов залегания трещин на железорудных месторождениях. Труды

ВНИМИ, сб. 61, Л	1964.
17. И ль шт е й н	А. М., Л и б е р м а н Ю. М. и др. Методы рас­

чета целиков и потолочин камер рудных месторождений. Изд. «Наука» М, 1964.

18.	К а з а к о в с к и й	Д.	А.	и	др. Применение звукалокации в
горном деле. «Горный журнал»,				1962, №		6.	и технологии	разработки
19.	Конструирование	и	расчет		систем
рудных месторождений. Изд. «Наука», М., 1965.								состоянии
20.	К о с м о д а м и а н е к и й			А.	С.	О	напряженном

горного массива, ослабленного большим количеством выработок квад­ ратного сечения. Труды ВНИМИ, сб. 45, Л., 1962.

21. К у з н е ц о в Г. Н. и др. Определение предела прочности на изгиб слоистых нетрещиноватых пород в шахтных условиях. Труды

ВНИМИ, сб. 60, 1966.		.	ь
22. К у з н е ц о в	Г. Н.	и др. Моделирование проявлений горного
давления. Изд. «Недра», Л., 1968.
23. М а л а х о в	Г. М.,	Ч е р н о у с А. П., К и с е л е в В. М. Разра­

ботка рудных залежей Криворожского бассейна на больших глубинах

Госгортехиздат, М.,	1961.
24. М а л а х о в	Г. М. и др. Теория и практика выпуска обрушен­

ной руды. Изд. «Недра», 1968.

25.Методические указания по проведению натурных испытаний механических свойств угля и пород с помощью давильной установки. Изд. ВНИМИ, Л., 1966.

26.Методическое пособие по определению основных параметров систем разработки с гидромеханизацией в . условиях пологих пластов. Изд. ВНИМИ, Л., 1967.

27.Методы определения размеров опорных целиков и потолочин.

Изд. АН СССР,	М., 1962.
28. М и р о н	о в и ч М. И., С м и р н о в В. В. и др. Применение

прибора УДС для съемок, производящихся с целью определения по­ терь и разубоживания руды. Труды ВНИМИ, сб. 63, 1966.

29. М у с и н	А.	Ч. и др. Применение микросейсмического метода
для исследования		массива горных	пород. Госгортехиздат,	М., 1962.
30. М у с и н	А.	Ч., Д о л г и х Н.	П. К методике расчета	размеров

опорных целиков. Сб. «Технология разработки месторождений полез­ ных ископаемых Казахстана», т. 10, Алма-Ата, 1963.

31. Н е с т е р е н к о Г. Т., С к о з о б ц о в Б. С. и др. Влияние угла падения на устойчивость обнажений кровли камер. «Горный журнал»,

1965, № 12.

32. Н е с т е р е н к о Г. Т., Ч и с т я к о в С. В. и др. Наземная стереофотограмметрическая съемка зон обрушения горных пород. Труды ВНИМИ, сб. 67, Л., 1965.

275

33. Н е с т е р е н к о Г. Т., С к о з о б ц о в Б. С. Эффективный ме­ тод изучения расслоений пород кровли очистных камер, Бюллетень «Цветная металлургия», 1966, № 3 (296).

34. Н е с т е р е н к о Г. Т., С к о з о б ц о в Б. С. Деформируемость междукамерных целиков, сложенных крепкими трещиноватыми поро­ дами. Труды ВНИМИ, сб. 60, 1966.

35. Н е с т е р е н к о Г. Т., С к о з о б ц о в Б. С. и др. Исследова­ ние напряженного состояния арматуры железобетонных штанг, при­ меняемых для крепления кровли очистных камер. «Горный журнал», 1967, № 3.

36. Н е с т е р е н к о Г. Т. Вклад рудного отдела в совершенство^ ванне методов исследования сдвижений горных пород и проявлений горного давления при разработке рудных месторождений. Труды ВНИМИ, сб. 76, Л., 1970.

37. Палий В. Д. и др. Исследование на моделях влияния штан­

гового крепления на несущую способность		целиког	слабыми про­
слойками. Труды ВНИМИ, сб. 58, Л., 1966.		скважинный		деформометр
38. П а л и й В. Д. и	др. Продольный
УСД. Труды ВНИМИ, сб. 66, Л., 1966.		Ф. Н.	Опыт	применения
39. П е т у х о в И. М.,	В о с к о б о е в

глубинных реперов для изучения сдвижений н деформаций горных пород в массиве. Изд. «Недра», М., 1967.

40. П р от одъ я к о н о в М. М. Попытка опытного исследования

.законов давления пород на горные выработки. Горный журнал, 1912,

кн. 4—5.	и руд­
41. П р от о д ъя к он о в М. М. Давление горных пород
ничное крепление ч. 1. Госгортехнздат, 1930.	рудных
42. Р а д е н к о Е. С. К определению несущей способности

целиков с прослойками слабых пород. «Добыча и обогащение руд

цветных металлов»,	1964, № 2.
43. Р а х и м о в	В. Определение давлений на междукамерные це­

лики, образующие периодическую последовательность. Сб. «Физикомеханические свойства, давление и разрушение горных пород», изд. АН СССР, 1962.

44. Р и в к и н И. Д. Горное давление на					руднике им. Дзержинско­
го. «Горный журнал»,		1958, № 10.
45. Руководство по съемке Нарезных и очистных выработок. Изд.
ВНИМИ, 1960.		В.	Н.,	В о л ж с к и й	В. Н.	и др.	Штанговая
46.	С е м е в с к и й
крепь.	«Недра», М., 1965.		С.,	В е л и к о с е л ь с к и й		О. Л.	Исследова­
47.	С к о з о б ц о в	Б.

ние звукоактивности крепких горных пород в зависимости от длитель­ ности нагрузок. Труды ВНИМИ, сб. 57, 1965.

48: С к о з о б ц о в Б. С. Исследования устойчивости обнажений слоистых трещиноватых пород кровли при разработке пластообраз­ ных рудных залежей системами с открытым очистным простран­ ством. Автореферат диссертации, 1969.

49.	С л е с а р е в В. Д. Управление горным давлением при разра­
ботке	угольных пластов Донецкого бассейна. Углетехиздат, М., 1952:
50.	Совершенствование методов подземной разработки рудных
месторождений		Изд. «Наука», Л., 1967.
51.	С о ц к о	в Н. А. Исследование напряженного состояния и сдви­

жения налегающей толщи при камерно-столбовой системе разработ­ ки (для условий Джезказганского месторождения) Автореферат дис­ сертации. Изд. МГИ, М., 1965.

276

52.	С т е п а н о в		В.	Я- Исследование устойчивости и разработка
методов расчета		целиков и кровли камер на примере некоторых
месторождений		Средней		Азии. Автореферат диссертации, Фрунзе,
1967.	С у р к о в	А.	И.,	Б е л я к о в В. Д. Изучение напряженного
53.

состояния междупластья при соосном и несоосном расположении це­ ликов. Труды ВНИМИ, сб., 45, Л., 1962.

54. Т р у м б а ч е в В. Ф., М е л ь н и к о в Е. А. Распределение напряжений в междукамерных целиках и потолочинах. Госгортехиздат, 1961.

55. Т у р ч а н и н о в И." А., П е т у х о в И. А. Опыт применения глубинных реперов для наблюдений за деформациями толщи горных

пород. Углетехиздат, М.,	1958.
56. У ше н и н В. П.,	П а л и й В. Д. .Исследование на моделях ха­

рактера распределения нагрузок между рудными и искусственными целиками на руднике «Маяк». Изв. высш. учебн. завед. Горный жур­

нал, 1969, № 7.	Л. Д. О расчетах прочных размеров и деформа­
57. Ш ев я ков
ций опорных целиков. Изв. АН СССР.ОТН, 1941, № 7—8.		периодически
58. Ш е р м а н	Д. И. Весомая среда, ослабленная

расположенными отверстиями круговой формы. «Инженерный сбор­ ник», 1961, № т. 31, М., изд. АН СССР.

59. Ш ик В. М., П а в л о в С. Ф. Ультразвуковой прибор для изу­ чения расслоения массива пород над горными выработками. Труды

’ВНИМИ, сб. 64, 1966.

60.Штанговая крепь в горной промышленности. Сб. вып. 1 и вып.

2.Изд. ГОСИНТИ, М., 1965.

61.Э й д е л ь м а н С. Я. Натурные исследования бетонных гидро­

технических сооружений. М-Л., Госэнергонздат, 1960.					in	mines. Sve-
62. H a s t N.	The measurement of rock pressures
ringes Geologiska.	Undersokning, Serie C, Ats lok, 52, № 3, 1958.
63. H o p k i n s	on	B. A. Method of measuring		the	pressure pro­
duced in the Detonation of high explosives or				by	the impact		of
Bullets. Phil. Trans. Roy Soc. Lond. A, 213, 1914, 437.							of
64. L e e m a n	E. R. The determination of the			complete state
Stress in rock in a		single	borenhde — laboratory	and		underground
measurements. Jnst.		S. of	Mech. and Mining Sc.,	1968,		vol. 5, №	1.

Г л а в а IX

МЕТОДИКА КОМПЛЕКСНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ УСТОЙЧИВОСТИ БОРТОВ КАРЬЕРОВ

§ 34. Задами исследований; факторы, определяющие устойчивость бортов карьеров

Вопросы устойчивости бортов карьеров и откосов уступов отно­ сятся к основным при проектировании карьеров и разработке место­ рождений полезных ископаемых открытым способом. С устойчиво­ стью бортов карьеров тесно связаны вопросы технологии горных работ и дренирования месторождений, предельные углы наклона бортов, предельная глубина карьеров и безопасность работ в них.

Основными задачами исследований устойчивости бортов карьеров являются: установление максимальных углов наклона бортов карь­ еров и откосов уступов, при которых обеспечивается устойчивость; разработка горнотехнических мероприятий, ограничивающих дефор­ мации откосов допустимыми пределами. При решении этих задач исследования проводятся в следующих направлениях:

детальное изучение геологического строения, структуры и инже­ нерно-геологических особенностей месторождений, подлежащих раз­ работке открытым способом;

изучение физико-механических свойств горных пород массива, слагающего борты карьеров, в том числе, установление прочностных и деформационных показателей пород на основании проведения лабораторных и натурных испытаний на сдвиг. Определение предель­ ных величин деформаций сдвига, прочности и характера деформи­ рования для различных разновидностей горных пород в зависимости от состава, напряженного состояния и времени деформирования;

совершенствование методики расчета устойчивости бортов карь­ еров и разработка расчетных схем для различных инженерно-гео­ логических условий;

изучение характера деформирования откосов на моделях, а так­ же в натурных условиях путем систематических инструментальных наблюдений за их деформациями;

изучение напряженного состояния горных пород в откосах. Изученность проблемы об устойчивости бортов карьеров харак­

теризуется следующими данными:

а) разработаны методы расчета углов наклона бортов карьеров вытянутой формы, при которой допустимо решение плоской задачи и углов наклона бортов карьеров круглой формы при решении осе­ симметричной задачи методом предельного напряженного состояния;

278

б) разработаны методы и аппаратура для лабораторных испы­ таний пород любой прочности на срез и трехосное осесимметричное сжатие;

в) разработана методика натурных испытаний пород средней прочности и слабых, а также крепких пород интенсивной трещино­ ватости; влияние трещиноватости на сопротивление в массиве слабо­ трещиноватых крепких пород изучено недостаточно;

г) изучены основные виды деформаций бортов карьеров и при­ чины их возникновения; разработан способ расчета допустимых де­ формаций бортов карьеров, сложенных однородными породами. Од­ нако количественная оценка опасности тех или иных скоростей де­ формаций и влияние времени на изменение свойств пород в бортах карьеров и проявление реологических свойств пород изучены также недостаточно;

д) разработана методика длительных инструментальных марк­ шейдерских наблюдений за деформациями бортов карьеров;

е) исследованы (хотя и слабо) вопросы о закономерностях де­ формирования в натурных условиях различных инженерно-геологи­ ческих комплексов пород и о предельных деформациях сдвига, а также — о характере деформирования горных пород в зависимости от состава, напряженного состояния и времени деформирования.

Главные факторы, влияющие на устойчивость бортов карьеров, следующие:

геологические (в том числе инженерно-геологические); гидрогеологические; климатические; горнотехнические.

Основным и н ж е н е р н о - г е о л о г и ч е с к и м ф а к т о р о м , оп­ ределяющим величины параметров устойчивых бортов карьеров и откосов уступов является прочность горных пород в массиве.

Характеристики сопротивления сдвигу — сцепление и внутреннее трение горных пород в массиве зависят от прочности пород в об­ разце, степени и характера трещиноватости массива.

Прочность горных пород в образце, в свою очередь, зависит от минералогического состава, характера и степени их метаморфизма, плотности, а также от степени выветрелости.

Ориентировка крупных поверхностей ослабления массива (дизъ­ юнктивных нарушений, слоистости, сланцеватости и тектонических трещин большого протяжения) определяет положение поверхностей скольжения и оказывает решающее влияние на устойчивость откосов.

Склонность горных пород к выветриванию приводит к уменьше­ нию прочности пород и образование осыпей. Увлажнение глинистых пород также влияет на устойчивость откосов, поскольку это приво­ дит к уменьшению сопротивляемости пород сдвигу.

На общую устойчивость откосов при определенных условиях су­ щественное влияние оказывает г и д р о с т а т и ч е с к о е нз в еши -

279