13

Лекция 17.

1 час

Динамические проявления горного давления в массивах пород. Горные удары.

17.1. Общие сведения.

Наряду со статическими формами проявлений горного давления, в массивах горных пород могут происходить динамические, внезапные разрушения участков массива пород, находящихся в определенных условиях напряженного состояния при больших действующих напряжениях. В естественной обстановке к подобным динамическим явлениям в земной коре относятся землетрясения. При ведении же горных работ таковыми являются шелушения горных пород, стреляния, динамическое заколообразование, толчки, горные удары, горно-тектонические удары, техногенные землетрясения.

С физической точки зрения все динамические проявления представляют собой лавинообразные процессы хрупкого разрушения (трещинообразования) пород в том или ином объёме массива.

Как правило, динамическим проявлениям предшествует усиление давления на крепь и целики, а после их реализации увеличивается напряжённость массива пород на смежных участках. В ряде случаев динамическим проявлениям сопутствует вспучивание почвы и выдавливание пород в выработку.

Необходимо отметить, что в практике горного дела до недавнего времени все динамические явления называли горными ударами, без выделения различных видов. Это обусловлено единой физической сущностью всех указанных явлений, отличия заключаются, главным образом, в величинах выделяющейся энергии и размерах областей массива, затронутых явлениями.

На рис.17.1 в качестве примера приведен вид горной выработки после горного удара на одной из шахт в Чехословакии.

Фото, рис.140, стр.402, Основы

Рис 17.1. Вид выработки после горного удара на шахте Готвальд 1, глубина 480 м (фотоснимок докт. - инж. Э Бека, ЧССР).

Первые сведения о горных ударах, произошедших на оловянных рудниках Англии, относятся к 1738 г. Во второй половине XIX в горные удары стали отмечаться при разработке угольных месторождений в странах Западной Европы. С этого времени проблеме горных ударов стали уделять все возрастающее внимание.

В СССР первые горные удары были отмечены в 1944 г на шахтах Кизеловского каменноугольного бассейна, отличающегося высокой прочностью и упругостью углей ([(s_сж] = 300 - 600 кгс/см²) и вмещающих пород - кварцевых песчаников ([s_сж] = 1500 - 2500 кгс/см²) - при сильной тектонической нарушенности массива.

Изучение причин, условий и механизма динамических проявлений горного давления и разработка эффективных способов их прогнозирования, мер предупреждения и локализации является важнейшей задачей геомеханики, актуальность которой все время повышается в связи с ростом глубин разработки полезных ископаемых и повышением степени напряжённости массивов пород, в которых производятся горные работы.

Динамические проявления горного давления могут приобретать разнообразные формы, в зависимости от конкретных условий, на разных стадиях развития горных работ. Они могут происходить как в выработках, пройденных по полезному ископаемому, так и во вмещающих породах. Разрушению подвергаются вмещающие породы как кровли, так и почвы. Наблюдаются динамические проявления в краевой части массива полезного ископаемого, а также и в целиках. В ряде случаев они возникают в целиках, расположенных в выработанном пространстве, на том или ином удалении от участков ведения горных работ, иногда даже в целиках ранее отработанных горизонтов.

Динамические явления проявляются и при разработке рудных месторождений, особенно на больших глубинах.

Интенсивные горные удары происходят в рудном районе Пшибрам (ЧССР), где ведут разработку полиметаллических жильных месторождений на глубинах до 1800 м. Горные удары проявляются при разработке свинцово цинковых руд в Австрии, на медных рудниках США, медно никелевых и золотых рудниках Канады и др. На наиболее глубоких в мире золотых рудниках Коларского района в Индии и рудниках Витватерсранд в ЮАР, где глубина горных pa6oт достигла 3400 м, произошло множество сильных горных ударов.

Одни из самых сильных горных ударов в мировой горной практике, а в последнее время и техногенных землетрясений, произошли на соляных рудниках. Площадь разрушения горных выработок достигала в отдельных случаях 1 - З млн.м². Сейсмический эффект при этом отмечали в радиусе нескольких сотен километров от эпицентра горного удара. Например, горный удар в 1958 г. на руднике им. Тельмана калийного комбината Верра в ГДР был зарегистрирован сейсмическими станциями в Москве, Турции, Испании. Горные удары на руднике “Киркланд-Лейк” (Канада) ощущались сейсмическими станциями на расстоянии более 900 км.

В январе 1986 г. в результате горного удара произошёл прорыв вод в горные выработки рудника Третьего Березниковского калийного рудоуправления (БКРУ-3), в результате чего рудник был затоплен.

25 октября 1993 г. на Верхнекамье зарегистрировано землетрясениесилой 4 балла по шкале Рихтера с эпицентром юго-западнее затопленного рудника БКРУ-3.

5 января 1995 г. в г. Соликамске и его окрестностях ощущалось землетрясение силою 5 баллов. За несколько минут земная поверхность на площади 600х700 м² опустилась на глубину 3.0-4.5 м. В районе 1-ой и 2-ой северо-восточных панелей Второго Соликамского рудника обрушились междукамерные целики и междупластовые потолочины, причём их обрушение сопровождалось газодинамическими явлениями с выделением около 1 млн. м³ газа, локальными взрывами и пожарами.

Обычно горным ударам подвержены участки массивов, сложенных прочными упругими породами. Однако известны случаи горных ударов и в слабых обводненных породах. Так, горные удары отмечались в Баварском буроугольном бассейне при разработке мощных и средней мощности пластов на глубинах 90 - 130 м, залегающих в породах, представленных глинами, песчанистыми глинами, песками, насыщенными напорными водами. Сами пласты угля были представлены весьма крепкими углями, часто сильно обводненными. Сопровождались удары выбрасыванием угля, поднятиями почвы, сильной воздушной волной, сейсмическими колебаниями, ощущаемыми на земной поверхности.

Известны случаи горных ударов не только в подземных выработках, но и на карьерах, и притом на небольших глубинах при достаточно прочных породах. Таковы, например, горные удары в мраморных карьерах штата Вермонт в США.

В СССР, кроме упомянутого Кизеловского бассейна, горные удары проявляются в Донбассе, Кузбассе, на Воркутинском, Ткибульском, Кзыл-Кийском, Шурабском угольных месторождениях. Начальная форма горных ударов зарегистрирована в Криворожском железорудном бассейне.

Весьма интенсивные динамические проявления горного давления наблюдаются на апатитовых рудниках Хибин и на рудниках Ловозера Кольского полуострова, на Таштагольском, Коунрадском и некоторых других рудных месторождениях.

В табл. 17.1 приведены характеристики наиболее сильных техногенных землетрясений, произошедших на рудниках России в последние 20 лет.