Месторождение хромовой руды в северо-западной части Казахстана было открыто в 1930 г. По величине подтвержденных запасов оно является вторым месторождением в мире. С точки зрения оценки качества добываемая и перерабатываемая Донским горно-обогатительным комбинатом хромовая руда не имеет аналогов в мире.
В структуре балансовых запасов 92,8% пригодны для подземного способа добычи.
При многолетней эксплуатации предприятиями месторождения подземным способом проявился ряд общих характерных особенностей природного и техногенного
характера. К которым относятся:
– весьма неустойчивый, отличающийся по прочностным и деформационным характеристикам рудопородный массив;
– многочисленная разномасштабная тектоническая нарушенность рудопородного массива;
– присутствие структурных блоков различных масштабно-иерархических уровней;
– заполненность трещин слабым заполнителем, выполняющим роль смазки между породными блоками.
Названные особенности создают определенные трудности при креплении и поддержании горных выработок на всех стадиях эксплуатации месторождения подземным
способом:
– большие смещения рудопородного массива в направлении очистного пространства вследствие применяемых систем разработки с обрушением руды и вмещающих пород;
– значительный объем работ по ремонту, восстановлению, перекреплению возведенных конструкций крепей с целью поддержания подготовительно-нарезных горных
выработок в рабочем состоянии сдерживает и снижает показатели по добыче руды;
– снижается безопасность ведения горных работ.
Анализ опыта использования конструкций крепи на предприятиях Донского ГОКа показал, что в разных объемах использовались и используются деревянные, металлические, анкерные, торкретбетонные, монолитнобетонные и другие самостоятельные и комбинированные виды крепи.
ГЕОТЕХНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ОПЫТНЫХ УЧАСТКОВ
Учитывая проблематику крепления и поддержания горных выработок на предприятиях Донского ГОКа, специалисты института ООО НИЦ-ИПГП «РАНК» предложили внедрение активных, пассивных и комбинированных методов крепления горных выработок на участках развития опорного давления.
В данной работе отражены результаты обследований и наблюдений за разными видами крепи горных выработок во время проведения ОПИ на опытных участках длиной
30 м:
– участок № 1 БДШ-9 гор. -175 м;
– участок № 2 ДШ-1 гор. -175 м;
– участок № 3 РО-81 гор. ±0 м;
– участок № 4 ШС-3 гор. ±0 м.
В свою очередь, закрепляемые выработки БДШ-9 и ДШ-1 были поделены на участки по 15 м с разными видами крепи. В процессе проходческих работ производились:
геотехническая оценка опытных участков, включающая определение рейтинга массива горных пород по RMR-Бенявского, Q-индекса Бартона, показателя нарушенности массива трещинами – RQD, прочности породы на одноосное сжатие – UCS, категории устойчивости массива, визуальное обследование состояния опытных участков.
Измерения прочности горных пород на одноосное сжатие (UCS) выполнялось экспресс-методом (методом ударного импульса) с помощью электронного склерометра ОНИКС-2.5, а также путем отбора проб и испытания их характеристик на приборе сосредоточенного нагружения ПСН-0.16.10. Также проводилось визуальное обследование состояния опытных участков. Результаты измерений приведены в табл. 1.
Во время проходческих работ на опытных участках закрепляемых выработок при обнажении поверхностей наблюдались негативные проявления, снижающие устойчивость приконтурного массива и осложняющие ведение работ по креплению:
– водоприток в виде капежа;
– локальные заколообразования осыпания, сползания по естественным поверхностям и поверхностям ослабления от воздействия ведения БВР и горных работ.
Меры борьбы с негативными проявлениями и профилактические работы выполнялись в соответствии с предусмотренными рекомендациями и проектными решениями,
включающими:
– бурение дренажных скважин;
– стабилизация массива опережающей и анкерной крепью;
– корректировка паспорта БВР.
ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЙ КОНТРОЛЬ ПРИКОНТУРНОГО МАССИВА В ГОРНЫХ ВЫРАБОТКАХ НА ОПЫТНЫХ УЧАСТКАХ
Первичная оценка состояния приконтурного массива горных выработок на опытных участках на наличие зон расслоений и трещиноватости производилась методом видеоэндоскопии. В кровле выработок были пробурены смотровые скважины, изучение поверхности которых позволило оценить структуру массива в приконтурных зонах.
По данным видеоэндоскопического обследования поверхностей смотровых скважин были установлены: разноориентированные трещины; каверны; расслоения с минерализованными замещениями и без; сдвижения и смятия пород; контакты разного типа пород.
Видеоэндоскопическое обследование поверхности шпуров позволило достоверно оценить состояние пород приконтурного массива для последующего принятия решения
о закреплении опытных участков выработок анкерной и комбинированной крепями.
| Таблица 1. Сводные геотехнические данные по участкам и проявления при проходческих работах. | ||||||
|
Выработка (участок), м |
RMR |
Q |
Категория устойчивости пород | RQD,% | UCS, МПа | |
|
БДШ-9 |
1-6 |
41-35 | 0,19-0,14 | IV, неустойчивые | 61-51 | 35-70 |
|
7-15 |
21-19 | 0,078-0,076 | V, весьма неустойчивые | 25-51 | 15-50 | |
|
15-22 |
19-20 | 0,076-0,089 | V, весьма неустойчивые | 20-50 | 20-40 | |
|
23-30 |
36-43 | 0,15-0,22 | IV, неустойчивые | 47-60 | 40-50 | |
|
ДШ-1 |
1-12 |
36-21 | 0,165-0,08 | V, весьма неустойчивые | 37-35 | 35-40 |
|
13-30 |
35-41 | 0,15-0,22 | IV, неустойчивые | 57-55 | 45-60 | |
|
РО-81 |
1-2 |
53-42 | 1,9 | V, весьма неустойчивые | 45 | 40 |
|
3-22 |
41-49 | 0,7-2,15 | IV, неустойчивые | 30-46 | 27-40 | |
|
23-28 |
38-42 | 0,49-0,8 | V, весьма неустойчивые | 40-46 | 29-42 | |
|
ШС-3 |
1-12 |
44-52 | 1,02-2,15 | IV, неустойчивые | 25-38 | 30-45 |
|
13-28 |
39-44 | 0,55-0,8 | V, весьма неустойчивые | 10-25 | 27-38 | |
ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ КРЕПИ НА ОПЫТНЫХ УЧАСТКАХ
В ходе опытно-промышленных испытаний для оценки работоспособности крепи в различных условиях при креплении опытных участков использовались различные
комбинации конструкций анкерной и торкретбетонной крепей (табл. 2).
| Таблица 2. Применяемые виды крепления в закрепленных выработках на стадии ОПИ | ||
|
Название горной выработки |
Вид крепи в закрепленном участке горной выработки |
|
|
БДШ-9, гор. -175 м |
0-15 м |
16-30 м |
|
|
|
|
ДШ-1, гор. -175 м |
0-15 м |
16-30 м |
|
|
|
|
РО-81, гор. ±0 м |
0-30 м |
|
|
||
|
ШС-3, гор ±0 м |
0-30 м |
|
|
||
Опытный участок № 1, БДШ-9 гор. -175 м. На опытном участке было применено два варианта крепления. Вариант № 1 (0–15 м) – активная анкерная крепь глубокого заложения ВАУ4 (АК01-30ПН) с предварительным натяжением до 10 т и торкретбетонная крепь толщиной 100 мм марки MasterRoc STS 1510 (рис. 1).
Вариант № 2 (16–30 м) – двухуровневая анкерная крепь, состоящая из анкеров первого уровня АКМ20.01-АВ, неподатливых канатных анкеров глубокого заложения
АК01-21Н(У) с полным заполнением шпура полимерной двухкомпонентной смолой (второй уровень) и торкретбетонная крепь толщиной 100 мм марки MasterRoc STS
1510 (рис. 2).
Также была внедрена и реализована зона постепенного перехода от одного вида крепи к другому на закрепляемом опытном участке выработки.
Опытный участок № 2, ДШ-1 гор. -175 м. В выработке ДШ-1 применены два варианта комбинированного крепления.
Вариант № 1 (0–15 м) – двухуровневая анкерная крепь, состоящая из анкеров первого уровня АКМ20.01-АВ, неподатливых канатных анкеров глубокого заложения
АК01-21Н(У) с полным заполнением шпура полимерной двухкомпонентной смолой (второй уровень) и торкретбетонная крепь толщиной 100 мм марки MasterRoc STS 1510
(рис. 3).
Вариант № 2 (16–30 м) – активная анкерная крепь глубокого заложения ВАУ4 (АК01-30ПН) с предварительным натяжением до 10 т, анкерная крепь первого уровня
АКМ20.01-АВ и торкретбетонная крепь толщиной 100 мм марки MasterRoc STS 1510 (рис. 4).
Опытный участок № 3, РО-81 гор. ±0 м. На опытном участке (0–30 м) применен один вариант крепления № 1 – двухуровневая анкерная крепь, состоящая из анкеров первого уровня АКМ20.01-АВ, канатных анкеров глубокого заложения АК01-21Н(У) с полным заполнением шпура полимерной двухкомпонентной смолой (рис. 5).
Опытный участок № 4, ШС-3 гор. ±0 м. На опытном участке применен один вариант крепления – двухуровневая анкерная крепь, состоящая из анкеров первого уровня АКМ20.01-АВ, канатных анкеров глубокого заложения ВАУ4 (АК01-30ПН) с предварительным натяжением до 10 т и ампульным закреплением (рис. 6).
Оперативный контроль и наблюдения за интенсивно стью смещений и расслоений пород кровли опытных участков производились реперами глубинными РГ3. Показания смещений кровли установленных глубинных реперных станций находились в зеленых зонах измерительных шкал, что свидетельствовало об отсутствии критических деформаций в кровле выработок опытных участков. Величины смещений находились в интервале 4-20 мм.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
На основании результатов опытно-промышленных испытаний различных вариантов крепления горных выработок в условиях ШДНК-1 на горизонтах -175 м и ±0 м установлено:
В условиях горизонта -175 м:
– при креплении подготовительных выработок (пройденных как по вмещающим породам, так и по рудному телу) варианты крепления № 1, 2 и 3 работоспособны;
– при креплении очистных выработок (технология торцевого выпуска) вариант № 2 работоспособен;
– при креплении очистных выработок (технология торцевого выпуска) вариант № 1 ограниченно работоспособен (требуется увеличение плотности установки анкеров);
– для повышения работоспособности крепи в условиях очистных работ рекомендуется оптимизация параметров крепления боков (увеличение количества анкеров, усиление поверхностной крепи);
– для снижения трещинообразования торкретбетона, повышения прочности и долговечности, продолжения обеспечения опоры после образования трещин, улучшения сцепления и снижения вероятности отслоения рекомендуется его дополнительное фиброармирование. Таким образом, применение комбинированных и активных крепей на основе анкерного крепления и торкретбетона возможно в условиях гор. -175 м, в том числе в условиях ведения очистных работ системой разработки с торцевым выпуском руды.
В условиях горизонта ±0 м:
– при креплении подготовительных выработок (пройденных по рудному телу) вне влияния очистных работ варианты крепи № 1 и № 2 работоспособны;
– при креплении подготовительных выработок (пройденных по рудному телу) в зоне влияния очистных работ (система разработки с самообрушением) варианты № 1
и № 2 ограниченно работоспособны (отмечаются повышенные деформации и повреждения элементов крепи).
Учитывая состояние крепи и контура горной выработки ШС-3, проявления неустойчивости вмещающего массива при ее проведении в зоне влияния очистных работ, а также тенденцию развития деформаций, вариант № 2 анкерного крепления не обеспечивает необходимого уровня устойчивости контура очистной выработки. Проведены и закреплены два участка выработок на горизонте сечением 8,33 м2 двумя видами (типами) крепления (с предварительным натяжением или заполнением массива полимерными смолами). Результат выполненных работ на горизонте ±0 показал, что требуется доработка схем крепления до оптимального варианта с учетом факторов влияния добычных (очистных) работ. Для оценки возможности применения активных и комбинированных крепей (на основе анкерной) для поддержания выработок (очистных и в зоне влияния очистных работ) в условиях гор. ±0 м требуется переработка предложенных схем крепления и технологии ведения проходческих работ с последующей наработкой опытных научно-технических данных.