книги / Сдвижение горных пород на рудных месторождениях

чала отработки целиков процесс сдвижения активизировался, появи­ лись трещины на земной поверхности в лежачем боку рудного тела.

В 1961—1963 гг. Казахским филиалом ВНИМИ (А. Н. Мурашев, Г. А . Нестеров) на месторождении были организованы инстру­ ментальные наблюдения как на поверхности, так и в горных выработ­ ках. В результате наблюдений установлено, что развитие процесса сдвижения происходит в основном в породах лежачего бока залежи

ипо простиранию. Процесс сдвижения со стороны лежачего бока залежи происходит в форме сползания призмы по разрывному на­ рушению, проходящему по контакту песчаников с конгломератами,

ихарактеризуется наличием хорошо развитой зоны трещин и отсут­ ствием зоны плавных сдвижений на земной поверхности (рис. 52).

Зона трещин со стороны лежачего бока ограничивается выходом разрывного нарушения на земную поверхность. С увеличением глубины работ зона трещин не расширяется. В ней происходит

только увеличение раскрытия существующих трещин. Трещины в лежачем боку помимо раскрытия (от 5 до 800 мм) имеют уступы высотой до 200 мм, а крайняя трещина имеет уступ до 1,5 м. Отли­ чительной чертой процесса сдвижения по простиранию является увеличение зоны трещин с увеличением глубины работ. Угол Ô, установленный инструментальными наблюдениями, равен 75°. Сдви­ жения в породах висячего бока залежи не отмечалось.

Наблюдения в горных выработках показали, что сдвижение пород происходит лишь в районе между разрывным нарушением и выработанным пространством. Здесь установлено усиление давле­ ния на крепь выработок и образование уступов в почве и кровле выработок по линии тектонического нарушения. Признаки сполза­ ния призмы пород в сторону выработанного пространства по линии разрывного нарушения прослежены на горизонтах 77, 122 и 182 .и.

Сползание пород лежачего бока, очевидно, способствовало уплот­ нению обрушившихся пород и закладки в выработанном пространстве и создало естественный подпор для пород висячего бока, сохранив­ ших устойчивое состояние.

Таштагольское железорудное месторождение представлено семью сближенными линзообразными рудными телами, размеры которых по падению в 2—3 раза превосходят длину по простиранию. Наиболь­ шую длину имеет рудное тело 1 370—540 м. Размеры остальных рудных тел обычно не превышают 200 м. Мощность их изменяется от 5 до 80—90 Л1, угол падения 70—90°. С глубиной размеры место­ рождения увеличиваются от 650 до 1000 м. Вмещающие породы представлены в основном сиенитами (/ = 5 15) и различными сланцами (/ = 5 -5- 9); залегают они согласно с рудными телами (рис. 53). Основной системой разработки в настоящее время является комбинированная с массовым обрушением междукамерных целиков и потолочин на открытые камеры. Отбойка руды в камерах произ­ водится глубокими вертикальными скважинами.

Наблюдения за сдвижением горных пород на месторождении начаты в 1954 г. маркшейдерской службой рудника в связи с тем,

что в зоне сдвижения оказались штольня, здания компрессорной, электроподстанции, вентилятора и зона подошла К стволу шахты «Капитальная». С 1958 г. исследования на месторождении выпол­ нялись Сибирским филиалом ВНИМИ (С. А . Ватутин, Г. Г. Егорова и др.). В результате наблюдений установлено, что сдвижение земной поверхности в лежачем боку залежей происходит с образованием провалов, зоны обрушения, зоны трещин и зоны плавных сдви­ жений с деформациями, превышающими критические значения.

Рис. 53. Вертикальный разрез вкрест простирания Таштагольского месторождения:

1 — диориты; 2 — сиениты; 3 — сланцы; 4 — оседание кровли; 5 — тре­ щины

При глубине разработок 300 м углы сдвижения в лежачем боку изменяются от 52 до 64°, а углы разрывов по всем профильным ли­ ниям получены в пределах 65— 72°. Сдвижение пород висячего бока происходит в виде оползания террасы по крайней от провала трещине. Зона плавных сдвижений отсутствует, углы сдвижения равны углам разрывов и изменяются от 48 до 69°.

По простиранию, в северном торце месторождения, для глубины 270 м угол сдвижения получен равным 49°, а угол разрывов 72°. Пологий угол сдвижения, вероятно, обусловлен большой мощностью рудного тела в северном торце на верхних горизонтах и наличием слабых трещиноватых пород. Более крутые углы сдвижения полу­ чились в той части месторождения, где крепость пород больше и где отрабатываются рудные тела ограниченных размеров по про­ стиранию.

Представляют интерес данные, полученные на профильных ли­ лиях, заложенных в квершлагах (см. рис. 53). Последнее наблю-

дение, проведенное в 1965 г., показало, что зона обрушения в толще пород не изменила своих границ с 1961 г. и проходит по контакту сланцев с сиенитами, вмещающими рудное тело 2.

Зона трещин в квершлаге гор. 450 м прослеживается на рас­ стоянии 110 м от границы обрушения. Максимальное оседание кровли выработки в этой зоне за период 1958—1965 гг. составило 300 мм. Раскрытие трещин небольшое — от 1 до 30 мм. На гори­ зонтах 390 и 330 м ширина зоны трещин равна соответственно 135 и 65 м. Раскрытие трещин здесь от 1 до 10 мм, а оседание реперов 20— 120 3wt. Трещины, по которым происходило смещение массива, тектонического происхождения, они прослеживаются по всему пе­ риметру выработки. Сдвижение пород в районе квершлагов про­ исходит медленно и плавно и не оказало разрушительного воздей­ ствия на выработки.

Для построения зон вредного влияния и расчета предохрани­ тельных целиков ВНИМИ рекомендованы следующие углы сдвиже­

Туимское месторождение рудника Киялых-Узень представлено крутопадающей залежью, приуроченной к контакту гранодиоритов с известняками. Залежь сложена в основном из оруденелых скарнов и роговиков. Протяженность ее по простиранию около 600 м. Па­ дение крутое 70—90°, мощность изменяется от 40—50 м в централь­ ной части до 3—5 м на флангах. Висячий бок рудной залежи сложен преимущественно сильно метаморфизованными известняками, ро­ говиками и габбро-диоритами. В лежачем боку распространены главным образом гранодиориты (рис. 54). Коэффициент крепости мраморизованных известняков по шкале М. М. Протодьяконова со­ ставляет 6—8, гранодиоритов 12—14, габбро-диоритов, скарнов и ро­ говиков — 20 и более. Месторождение отрабатывается системой подэтажного обрушения. Погашение междукамерных целиков и по­ толочин производится массовыми взрывами.

Наблюдения за сдвижением горных пород проводились ВНИМИ

впериод 1959— 1964 гг. (А. Г. Акимов, Т. А. Сакаева, Е. В. Свет­ лова). Сдвижение земной поверхности на месторождении началось

в1958 г. с образования провала. В дальнейшем, по мере углубле­ ния горных работ, происходило увеличение провала за счет обруше­ ния пород висячего и в меньшей степени лежачего боков.

Зона обрушения по простиранию и со стороны лежачего бока ограничивается выходом рудного тела на земную поверхность. Она окаймляется небольшой зоной плавных сдвижений. Деформации земной поверхности в этой зоне не достигли критических величин. Максимальные оседания реперов за весь период наблюдений не пре­ высили в лежачем боку 45 мм и по простиранию 15 мм. Углы разрыва PÎ со стороны лежачего бока, определенные для глубины разработки 220 м, получились в пределах 78—87°. Углы сдвп-

женпя и разрывов по простиранию ввиду зависания пород над выработанным пространством получаются значительно больше 90°.

Сдвижение пород висячего бока при отработке верхних гори­ зонтов (до глубины 100 м) происходило в форме отделения от

г\,мм

'20

б

Ряс. 54. Сдвнження по центральной профильной линии рудника Ки- ялых-Узень:

а — оседания; б — горизонтальные деформации; в — вертикальный разрез

массива крупных блоков пород в момент производства массовых взрывов и обрушения их в сторону выработанного пространства с последующим дроблением на более мелкие части. С увеличением глубины горных работ влияние массовых взрывов на земную поверх­ ность уменьшается — погашение междукамерных целиков и пото-

Р А З Д Е Л II

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА СДВИЖЕНИЯ. РЕШЕНИЕ ВОПРОСОВ СДВИЖЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД И ОХРАНЫ СООРУЖЕНИЙ

Глава VIII

КЛАССИФИКАЦИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПО ХАРАКТЕРУ СДВИЖЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД

§ 19. Горногеологические условия разработки рудных месторождений

Наряду с изученными месторождениями, на которых решение вопросов сдвижения горных пород регламентируется Правилами или Указаниями по охране сооружений, имеется много месторожде­ ний, где сдвижение горных пород не изучалось. Вопросы сдвижения горных пород и охраны сооружений в подобных случаях решаются по аналогии с изученными месторождениями, имеющими примерно одинаковые горногеологические условия разработки. Правильный выбор месторождений-аналогов в таких случаях приобретает исклю­ чительно важное значение, так как при этом устанавливаются основ­ ные параметры процесса сдвижения, от которых в дальнейшем за­ висят сохранность сооружений и потери руды в предохранительных целиках.

Метод аналогий в вопросах сдвижения горных пород примени­ тельно к угольным месторождениям разработан проф. Д. А . Казаковским в 1948— 1951 гг. [22, 61]. Для обоснованного применения метода аналогий на рудных месторождениях во ВНИМИ в 1959— 1965 гг. обобщены результаты наблюдений за сдвижением горных пород на всех рудных месторождениях и разработана классифика­ ция месторождений по характеру сдвижения горных пород. Эта классификация составила основу Временных правил охраны со­ оружений для месторождений с неизученным процессом сдвижения горных пород [49].

При разработке классификации месторождений важно было знать, насколько распространенными являются те или иные горно­ геологические условия, иметь представления о количественном рас­ пределении месторождений по структурным особенностям, крепости, углу падения вмещающих пород, мощности рудных тел и т. п. Эти данные облегчили выделение типичных условий и наиболее распространенных групп месторождений, помогли объяснить раз­

дуют на исчерпывающую полноту, но дают общее представление об условиях, которые встречаются при разработке рудных место­ рождений.

Форма и размер рудных тел оказывают существенное влияние на характер сдвижения горных пород. Обобщенные данные по 300 месторождениям свидетельствуют, что наиболее распространенными формами являются пласты и пластообразные залежи (примерно

Рис, 55. Гориогеологические условия разработки рудных месторождений:

а — угол падения 'рудных тел; б — мощность рудных тел; в — строение вмещающих пород; г — крепость вмещающих пород; 1 — общее число ме­ сторождений; 2 — в том числе имеют слоистое строение

залежи (около 24%), значительно распространены жилы (примерно 31% ); тела столбообразной и сложной формы (гнезда, штоки, шток­ верки и т. п.) встречаются реже.

По форме и размерам рудных тел можно судить, будет ли про­ исходить сдвижение пород в условиях полной или неполной подра­ ботки. Неполная подработка наблюдается при разработке рудных тел столбообразной формы, небольших залежей и линз, жил со слож­ ными контурами и включениями безрудных участков. Из приведен­ ных выше данных можно сделать заключение, что на рудных место­ рождениях сдвижение пород нередко развивается в условиях неполной подработки. Но эти условия в настоящее время изучены недостаточно и в большинстве Правил и Указаний по охране сооружений они не учитываются. Поэтому в предохранительных целиках нередко оставляются излишние запасы руды.

По углам падения обычно выделяют следующие группы рудных тел:

1)горизонтальные и пологопадающие (а = 0 ч- 30°);

2)наклонные (а = 31 -т- 45°);

3)крутопадающие (а > 4 5 ° ).

Из диаграммы рис. 55, а, обобщающей данные по 225 месторо­ ждениям, следует, что примерно на 75% месторождений рудные тела являются крутопадающими. Другие группы менее характерны для рудных месторождений. Этим в основном и объясняется, почему наибольшее количество данных о сдвижении горных пород получено для условий крутого залегания. Слабая изученность сдвижения на месторождениях других групп объясняется также тем, что многие крупные месторождения первых двух групп, как, например, Джез­ казганское, Миргалимсайское и другие разрабатываются камерно­ столбовыми системами, при которых процесс сдвижения пород раз­ вивается медленно и не всегда проявляется на земной поверхности.

Мощность рудных тел на многих месторождениях быстро изме­ няется как по простиранию, так и на глубину. Больше половины известных нам месторождений (64% ) имеют мощные и весьма мощ­ ные рудные тела. Значительное количество месторожений (24% ) представлено тонкими и весьма тонкими рудными телами, преиму­ щественно жилами. Рудных тел средней мощности немного (рис. 55, б). Месторождения с мощными крутопадающими залежами встре­ чаются такими крупными группами, как криворожские и уральские железорудные, а также уральские медные. Они расположены в про­ мышленных, густозаселенных районах, где вопросы охраны соору­ жений имеют важное значение. Поэтому такие условия являются наиболее изученными и для них составлено большинство Правил охраны сооружений.

По строению толщи вмещающих пород все месторождения раз­ делены на два типа (рис. 55,.в): со слостым и неслоистым строением пород. Кроме того, была выделена группа месторождений с несоглас­ ным залеганием рудных тел относительно вмещающих пород. Слои­ стое строение пород имеют 62% месторождений, неслоистое строение пород — около 38% . Месторождений с несогласным залеганием руд­ ных тел во вмещающих породах немного, около 5% . Это преимуще­ ственно жильные месторождения. Примерно в таком же соотношении находится степень изученности вопросов сдвижения на приведенных типах месторождений. Наиболее полно изучены месторождения со слоистым строением пород, хуже — с неслоистым строением пород и почти не изучены месторождения с несогласным залеганием рудных тел.

Сведения о механических свойствах вмещающих пород на мно­ гих рудниках весьма ориентировочны. Наиболее распространенной

По крепости пород все месторождения разделены на три группы (рис. 55, г): со слабыми породами ( / < 5), с породами средней кре-

(14%), и они не являются характерными для рудных месторождений. Месторождения с / = 5 ч- 10 наиболее распространены (57%). Они имеют породы преимущественно слоистого строения. Месторожде­ ния с / > 1 0 составляют примерно третью часть от общего количества месторождений. Они сложены преимущественно неслоистыми по­ родами. Следовательно, по крепости пород также намечается диф­ ференциация месторождений на два основных типа: со слоистыми слабыми и средней крепости породами и с неслоистыми крепкими породами. Характер сдвижения пород на указанных типах место­ рождений существенно отличается, и это следует учитывать при клас­

в слоистых породах средней крепости. Характер сдвижения горных пород в этих условиях является наиболее изученным.

Месторождения с неслоистыми породами встречаются реже. Они характеризуются высокой крепостью пород. Сдвижение горных пород на этом типе месторождений изучено менее полно.

Большую группу составляют месторождения с рудными телами и жилами небольших размеров и сложными контурами. Процесс сдвижения горных пород на этих месторождениях нередко разви­ вается в условиях неполной подработки и изучен недостаточно. Месторождения с несогласным залеганием рудных тел относительно вмещающих пород встречаются редко. Данных наблюдений за сдви­ жением горных пород в таких условиях получено очень мало.

§ 20. Оценка различных факторов и выбор схемы классификации месторождений

Классификация месторождений по характеру сдвижения горных пород нужна в первую очередь для месторождений с неизученным процессом сдвижения горных пород. В таких условиях при уста­ новлении параметров процесса сдвижения следует учитывать и оце­ нивать все факторы, которые могут оказать влияние на характер сдвижения горних пород. В разных горногеологических условиях эти факторы встречаются в различных сочетаниях и оказывают раз­ личное влияние на характер и параметры процесса сдвижения. Одни факторы могут усиливать или ослаблять влияние других факторов, поэтому установление количественных зависимостей параметров процесса сдвижения от того или иного фактора является сложной задачей. Выделить влияние отдельных факторов в «чистом виде», т. е. при прочих рапных условиях, практически невозможно. Их

неизбежно приходится рассматривать комплексно, в определенных сочетаниях.

В общих положениях действующих Правил и Указаний по охране сооружений называют от четырех до семи факторов, влияющих на углы сдвижения. Из них количественно учитываются не более двух-трех факторов, нередко различных в разных Правилах. На­ пример, в Правилах для Криворожского бассейна к основным факто­ рам отнесены размеры залежей по простиранию и крепость пород; угол падения пород до 1967 г. в Правилах не учитывался. В Прави­

в оценке различных факторов не всегда следует относить к недостат­ кам тех или иных Правил. Чаще они являются результатом приспо­ собления Правил к конкретным горногеологическим условиям раз­ работки месторождений. В этом случае некоторые факторы остаются постоянными или мало изменяются на всем месторождении. Влияние таких факторов при наблюдениях не ощущается и они в Правилах не учитываются. В Правилах количественно учитываются только те факторы, которые на месторождении изменяются в значительных пределах и вызывают существенные изменения в характере сдвиже­ ния горных пород.

Если рассматривать совокупность рудных месторождений, то в этом случае все факторы, определяющие характер и параметры процесса сдвижения, изменяются в широких пределах. Но опыт составления Правил охраны сооружений убедительно доказывает, что составить простую и удобную для пользования классификацию месторождений с учетом всех факторов невозможно. В Правилах охраны сооружений классификации отражаются в таблицах рекомен­ дуемых углов сдвижения. Попытки составить такие таблицы с уче­ том более трех факторов оканчивались неудачей. Таблицы станови­ лись громоздкими, неудобными для пользования и главное — не­ достаточно обоснованными. Поэтому при составлении схемы клас­ сификации следует произвести определенную группировку и оценку факторов.

Прежде всего следует выделить группу факторов, характеризу­ ющих основные свойства и особенности вмещающих пород: их проч­ ностные характеристики, структурные особенности (строение), эле­ менты залегания. Эти естественные факторы, обусловленные гене­ зисом месторождений, составляют основу характеристики любого месторождения.

Вторая группа факторов, характеризующая геометрические па­ раметры рудных тел, определяет форму и размеры выработанного