книги / Сдвижение горных пород на рудных месторождениях

поверхности, наблюдениями в течение 1958— 1964 гг. сдвижения горных пород и земной поверхности не отмечалось. В мае 1964 г. массовым взрывом произведено разрушение всех целиков, под­ держивающих налегающую толщу горных пород. Сразу же после взрыва на земной поверхности образовалась зона обрушения, во­ круг которой зафиксированы зона трещин и зона плавных сдви­ жений с деформациями, не превышающими критические величины.

Рис. 29. Разрез по профильной линии I Покровского месторождения:

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

Границами зоны обрушения на земной поверхности в большинстве случаев являются выходы сбросов.

Наблюдениями установлено отсутствие сдвижения земной по­ верхности за выходами сместитёлей, падение которых направлено в сторону выработанного пространства и примерно совпадает с на­ правлением сдвижения горных пород. Если же падение сместителей обратное направлению сдвижения горных пород, то за их выходами на земной поверхности на расстоянии 30— 40 м образуются мелкие трещины шириной 10—30 мм. При отсутствии сместителей сдвижение горных пород происходит под углом 75°, при этом углы сдвижения

равны углам разрывов и одинаковы во всех направлениях (см. табл. 6).

Воронцовское месторождение (Северный участок, группа I, подгруппа I-В) по условиям залегания рудного тела и крепости горных пород аналогично Покровскому (рис. 30). Отличительной особенностью этого месторождения является наличие наносов мощ­ ностью 10— 15 ж и повышенная интенсивность трещиноватости

о

Рис. 30. Разрез по профильной линии II Воронцовского место­ рождения (Северный участок):

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

горных пород. Здесь, так же как и на Покровском месторождении, покрывающие породы (порфириты) разбиты несколькими крутопадающими системами трещин, но расстояние между трещинами в системах изменяется от 15 до 80 см, т. е. интенсивность трещино­ ватости в 2—3 раза больше.

Сдвижения горных пород на Воронцовском месторождении в отличие от Покровского начинаются сразу же, с момента отра­ ботки камер. Над выработанным пространством сначала образуется свод, основание и высота которого возрастают по мере подвигання очистных работ. Когда покрывающая толща горных пород обнажена на площади 1,5 тыс. м2, свод достигает поверхности н на ней

образуется воронка, которая постепенно расширяется с образованием провала, зон террас, трещин и плавных сдвижений. Границы зоны террас в плане примерно совпадают с контуром отработанных камер и углы обрушения, отстраиваемые к трещине шириной 25 см (тер­ расе), равны |3"' = у'" = Ô "' = 85°.

Продолжительность процесса сдвижения после образования про­ валов не превышает 3—5 месяцев в зоне плавных сдвижений и тре­ щин и двз'х лет в зоне обрушения.

Наблюдениями 1962— 1965 гг. установлено выполаживанне углов сдвижения с 75 до 70°, что обусловлено увеличением выработанного пространства как по простиранию (со 160 до 280 ле), так и вкрест простирания (с 60 до 130 ль). Поэтому для построения предохра­ нительных целиков и зон сдвижения рекомендуются углы, равные 70° (см. табл. 6).

Здесь, так же как и на Покровском руднике, отмечается совпа­ дение углов разрывов с углами падения сместителей, которые под­ сечены очистными работами (см. рис. 30).

Гороблагодатское месторождение (группа II, подгруппы П-Б и Н-В) представлено серией пластообразных рудных тел* имеющих мощность от 2 до 50 ль и более. Угол падения изменяется в преде­ лах 35—45°. Вмещающими породами со стороны висячего бока

20— 30 м. Мощность наносов 5 —7 м (рис. 31). До глубины 100 м рудные тела отработаны полностью (длина по простиранию рудных тел 120—250 ль) системой открытых камер..

Несмотря на сравнительно высокую крепость вмещающих пород, до глубины 100 ль они недостаточно устойчивы, в результате чего происходит самообрушение потолочин и образование на поверх­ ности провалов, зон террас, трещин и плавных сдвижений. Вне­ запное обрушение земной поверхности происходит не сразу после самообрушения потолочин отработанных блоков, так как для раз­ вития процесса сдвижения в толще горных пород требуется неко­ торый период времени. После обрушения поверхности интенсивность сдвижения горных пород резко уменьшается и продолжительность

еене превышает 2 месяцев в зоне плавных сдвижений и 3—5 месяцев

взоне трещин.

До глубины 150 ль очистные работы по залежам в основном закончены в 1961 г. После отработки целиков и потолочин камер длина отработанной и обрушенной части залежи оказалась равной 200 ль. От этих работ на земной поверхности произошло дальнейшее расширение зоны террас, трещин и плавных сдвижений.

Углы разрывов и сдвижения, полученные при отработке залежей

Начиная с 1963 г. на Гороблагодатском месторождении для отработки третьего этажа (глубина горных работ 200 л^) приме­ няется система этажного принудительного обрушения, при которой объем компенсационного пространства не превышает 30% объема всего отработанного блока. При этой системе отрабатывается сов­ местно два рудных тела, вследствие чего вынимаемая мощность увеличилась до 40—60 м против 20—25 м на верхних этажах.

Рис. 31. Разрез по профильной линии III Гороблагодатского мес­ торождения:

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

Длина отработанных рудных тел на этой глубине не превышает 260 м.

Совместная отработка рудных тел и система этажного принуди­ тельного обрушения не оказывают влияния на углы сдвижения, но несколько изменяют характер процесса сдвижения. Если при отработке двух верхних этажей в результате деформации междукамерных целиков и потолочин нарушается устойчивость горного массива и происходит обрушение земной поверхности, то при от­ работке третьего этажа из-за небольших размеров выработанного

пространства блока устойчивость пород висячего бока сохраняется до момента разрушения массовым взрывом целиков и потолочин. Сдвижение поверхности в данных условиях начинается не сразу после проведения массового взрыва, а спустя 2—3 дня с момента иыпуска руды из блока. В зоне трещин сдвижение поверхности за­ канчивается через 2— 3 месяца после прекращения выпуска руды из блока.

С увеличением глубины горных пород наблюдается тенденция к некоторому увеличению углов сдвижения (см. табл. 6). Последнее иызвано тем, что размеры рудных тел по простиранию с глубиной не изменяются и составляют 150—250 м.

грубопластовой формы. Мощность залежей изменяется от 3 до 25 м, угол падения равен 60—75°. Висячий бок представлен хлоритовыми и известково-хлоритовыми сланцами (/ = 4—6), имеющими, как правило, согласную с рудными залежами сланцеватость, лежачий бок — сиенитами, сиенит-порфирами и роговиками ( / = 12 -ь 15). В непосредственной близости от рудных тел залегают скарны (/ = = 10 -7- 12). Для пород лежачего бока характерна крупноблоковая трещиноватость с преимущественным расположением ее параллельно простиранию рудных залежей.

Отработка рудных тел Восточного пояса осуществляется систе­ мами принудительного массового обрушения с отбойкой руды глу­ бокими скважинами. Верхние горизонты до глубины 60 м были отработаны открытым способом. В настоящее время глубина очист­ ных работ на месторождении достигает 280 м. За период наблюдений (1958— 1965 гг.) на месторождении отработано три этажа.

Наличие на месторождении слабых рассланцованных пород со стороны висячего бока предопределило характер и параметры про­ цесса сдвижения. Сдвижение горных пород происходит в виде медленного и последовательного расслоения и прогиба пород ви­ сячего бока, доходящего до земной поверхности, где у выходов залежей образуются воронки, а при наличии открытых работ на бортах карьеров появляются террасы и далее зона трещин. Зона плавных сдвижений при глубине горных работ менее 200 м отсут­ ствует, из-за чего углы разрывов равны углам сдвижения (см. табл. 6).

На рис. 32 представлен наиболее характерный разрез Восточ­ ного рудного пояса Лебяжинского месторождения, по которому можно проследить порядок отработки рудных залежей, изменение характера и параметров процесса сдвижения с увеличением глу­ бины горных работ. На месторождении наблюдается уменьшение углов сдвижения |5 с увеличением глубины разработки. Они стано­ вятся положе на 3— 5°. Здесь же отмечается увеличение углов обру­ шения и разрывов с понижением горных работ. Если при разра­ ботке рудных тел на глубине менее 200 м углы разрывов были равны углам сдвижения и составляли 57—59°, то при глубине

более 200 м они круче углов сдвижения на 4—24°, т. е. процесс сдвижения поверхности происходит более плавно, чем при отра­ ботке верхних горизонтов. Ввиду этого при отработке залежей на более глубоких горизонтах для построения зон трещин и сдвижения со стороны висячего бока рекомендуются углы разрывов Р" = 70°, а углы сдвижения р = 55° (см. табл. 6).

Рис. 32. Разрез по профильной линии VIII Лебяжинского месторождения (Восточный рудный пояс):

а — оседания; б — горивонталыш е деформации; в — вертикальный равреа

Породы лежачего бока находятся в устойчивом состоянии, вследствие чего углы сдвижения равны углу падения контакта сиенитов с рассланцованными породами висячего бока а„ = 60 -ь -т- 80°.

Продолжительность процесса сдвижения в зоне плавных сдви­

Высокогорское месторождение (группа III, подгруппа Ш -В ). На Восточно-Ревдинском участке отрабатывается серия пласто­ образных рудных залежей, основными из которых являются залежи 4, 5 и 6, считая от висячего бока к лежачему (рис. 33). Мощность залежей колеблется от 8 до 20 м, угол падения — от 60 до 75°.

Вмещающие породы — мелкозернистые сиениты (/ = 12 -т-15), порфириты и их туфы (/ = 10ч-12) и скарны (/ = 10). Рудные

Рпс. 33. Разрез по профильной линии III Высокогорского месторождения (Восточно-Ревдипский участок):

и —оседания; о — горизонтальны е деформации; в — вертикальны й разрез

залежи в ряде мест нарушены сместителями с амплитудой смещения до 10 м. Трещиноватость пород незначительна и увеличивается лишь вблизи тектонических нарушений. Зона выветривания рас­ пространяется до глубины 20—25 мощность наносов 8— 10 м. Рудные залежи отрабатываются системой подэтажных штреков (высота подэтажа 20 м) с применением массовых взрывов при от­ работке междукамерных целиков и потолочин.

Для Высокогорского месторождения характерны провалы и во­ ронки обрушения, зоны террас и трещин. Зона плавных сдвижений, как правило, отсутствует или не имеет особого значения, так как

величины деформаций земной поверхности в этой зоне не выходят за пределы критических значений, поэтому углы разрывов полу­ чаются равными углам сдвижения (см. табл. 6).

Поскольку на месторождении производится искусственное раз­ рушение междукамерных целиков и потолочин, сдвижение поверх­ ности начинается только в момент их массового взрыва. Прекра­ щается сдвижение не сразу: в течение трех — пяти месяцев оно отмечается в зоне трещин и до одного года — в зоне террас.

Анализ результатов наблюдений показал, что углы разрывов зависят от глубины разработки Н и длины отработанной и обрушен­ ной части залежи по простиранию L. Углы разрывов Р" увеличи­ ваются с глубиной разработки и уменьшением длины залежи по простиранию. Минимальные значения углов Р" = 70° получаются

Породы лежачего бока в течение всего периода отработки (1955— 1966 гг.) находились в устойчивом состоянии, поэтому углы сдви­ жения и разрывов равны углу падения пород лежачего бока рудных залежей р" = pj = а (а = 60 ~ 75°). Исключение составляют участки, на которых имеются сместители с падением в сторону выработанного пространства. Влияние сместителей сказывается и на сдвижении пород висячего бока. Наблюдениями установлено, что при падении сместителей в сторону выработанного пространства под углом 45—70° сдвижение горных пород происходит по пло­ скости сместителя. Для распространения сдвижения горных пород до земной поверхности при существующей глубине горных работ 200 ль необходимым условием является подсечение их очи­ стными работами на отрезке длиной не менее 50 ль. При меньшей длине подсечения сместителя в условиях Восточно-Ревдинского

происходит лишь частичное обрушение горных пород по плоскостям ослабления.

Ауэрбаховское месторождение (группа IV) представлено серией последовательно расположенных по простиранию рудных тел, со­ средоточенных на Северном (подгруппа IV-A) и Центральном (под­

по простиранию 50—150 ль. С увеличением глубины распростра­ нения залежей длина их по простиранию уменьшается и на глубине 400—500 ль составляет 20—30 ль. Падение рудных тел — близкое к вертикальному (80— 90°). Непосредственно с рудными телами

sa

контактируют скарновые породы (/ = 15 ~ 16). Со стороны висячего и лежачего боков к этим породам примыкает гранодиоритовый мас­ сив (/ = 12 -г- 17). На верхних горизонтах до глубины 10— 15 м гранодиориты выветрелые. Выходы рудных тел на обоих участках отработаны открытым способом. Подземные работы ведутся на глу­ бине 200 jit. Отработка месторождения осуществляется системой открытых камер с отбойкой руды глубокими вертикальными сква­ жинами.

Крепкие, устойчивые вмещающие породы, ограниченные размеры рудных тел и почти полное отсутствие наносов и выветрелых пород верхних горизонтов обусловливают сдвижение горных пород под

Рис. 34. Формы проявления процесса сдвижения земной поверхности на месторождении группы IV (подгруппы IV-Б и IV-A)

Процесс сдвижения на месторождениях подгруппы IV-Б ограни­ чивается обычно образованием на земной поверхности одного про­ вала или воронки обрушения и лишь иногда, как это было отмечено на Центральном участке Ауэрбаховского рудника, в 3—5 м от края провала обнаруживаются мелкие трещины шириной 20—30 мм (рис. 34, а). Сдвижение поверхности происходит только в момент производства массового взрыва и продолжается в течение двух суток.

С увеличением глубины горных работ на месторождениях ука­ занной группы дальнейшего расширения зоны сдвижения не про­ исходит. Последнее подтверждается наблюдениями в подземных горных выработках, пройденных на глубине 130 м и примыкающих непосредственно к отработанным камерам.

Для месторождений подгруппы IV-A характерным является отсутствие сдвижения поверхности, если верхняя граница выра­ ботанного пространства расположена ниже границы выветрелых пород и наносов на 20 м и более (рис. 34, б). Когда рудные залежи