Месторождение хромовой руды в северо-западной части Казахстана было открыто в 1930 г. прошлого столетия. По величине подтверждённых запасов оно считается вторым месторождением в мире. Хромовая руда, которую добывает и перерабатывает Донской горно-обогатительный комбинат, отличается очень высоким качеством. В структуре балансовых запасов предприятия 92,8% пригодно для подземного способа добычи.
Месторождение отрабатывают уже много лет, и за это время проявился ряд общих характерных особенностей природного и техногенного характера:
-
весьма неустойчивый, отличающийся по прочностным и деформационным характеристикам рудопородный массив;
-
многочисленная разномасштабная тектоническая нарушенность рудопородного массива;
-
присутствие структурных блоков различных масштабно-иерархических уровней;
-
слабый заполнитель трещин, выполняющий роль смазки между породными блоками.
Названные особенности создают определённые 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 объём работ по ремонту, восстановлению, перекреплению возведённых конструкций крепей с целью поддержания подготовительно-нарезных горных выработок в рабочем состоянии, что 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 объёмах использовались и используются деревянные, металлические, анкерные, торкрет-бетонные, монолитно-бетонные и другие самостоятельные и комбинированные виды крепи.
Специалисты ООО «РАНК 2» имеют богатый опыт применения канатных анкеров для усиления крепи горных выработок различного назначения, стабилизации и повышения устойчивости массива рудных и угольных шахт России, ближнего и дальнего зарубежья. Учитывая проблематику крепления и поддержания горных выработок на предприятиях Донского ГОКа, эксперты компании предложили внедрение активных, пассивных и комбинированных методов крепления горных выработок на участках развития опорного давления.
В данной статье представлены 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.
ГЕОТЕХНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ОПЫТНЫХ УЧАСТКОВ
В процессе проходческих работ производилась геотехническая оценка опытных участков, включающая определение рейтинга массива горных пород по RMR-Бенявского, Q-индекса Бартона, показателя нарушенности массива трещинами — RQD, прочность породы на одноосное сжатие — UCS, категорию устойчивости массива, визуальное обследование состояния опытных участков.
Измерения прочности горных пород на одноосное сжатие (UCS) выполнялось экспресс-методом (ударного импульса) с помощью электронного склерометра «ОНИКС-2.5», а также путём 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 таблице 1.
|
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 | |
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;
-
стабилизацию массива опережающей и анкерной крепью;
-
корректировку 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 них, 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.
ОЦЕНКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ КРЕПИ НА ОПЫТНЫХ УЧАСТКАХ
В ходе опытно-промышленных испытаний для оценки работоспособности крепи в различных условиях при креплении опытных участков использовались комбинации конструкций анкерной и торкрет-бетонной крепи (см. таблицу 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 пог. м. |
16÷30 пог. м. |
|
|
|
|
ДШ-1, гор. -175 м |
0÷15 пог. м. |
16÷30 пог. м. |
|
|
|
|
РО-81, гор. ±0 м |
0÷30 пог. м. |
|
|
||
|
ШС-3, гор. ±0 м. |
0÷30 пог. м. |
|
|
||
Опытный участок № 1, БДШ-9 гор. -175 м
Было применено 2 варианта крепления.
Вариант № 1 (0-15 пог. м) — активная анкерная крепь глубокого заложения ВАУ4 (АК01-30ПН) с предварительным натяжением до 10 т и торкрет-бетонная крепь толщиной 100 мм марки MasterRoc STS 1510; рис. 1.
Вариант №2 (16–30 пог. 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 торкрет-бетонная 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 № 2 (0 – 15 пог. 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 торкрет-бетонная крепь толщиной 100 мм марки MasterRoc STS 1510, рис. 3.
Вариант № 3 (16–30 м.п.) – Активная анкерная крепь глубокого заложения ВАУ4 (АК01-30ПН) с предварительным натяжением до 10 т, анкерная крепь первого уровня АКМ20.01-АВ и торкрет-бетонная крепь толщиной 100 мм марки MasterRoc STS 1510, рис. 4.
Опытный участок № 3, РО-81 гор. ±0 м
На опытном участке (0–30 пог. м) применён один вариант крепления № 1.
Вариант № 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 интенсивностью смещений и расслоений пород кровли опытных участков производились глубинными реперами РГ3. Показания смещений кровли установленных глубинных реперных станции находились в зелёных 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 следующее.
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 торкрет-бетона, 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 торкрет-бетона 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).
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 корректировка предложенных схем крепления и технологии ведения проходческих работ с последующей наработкой опытных научно-технических данных.