Приложение 10. ФЕДЕРАЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ "ПОЛОЖЕНИЕ ПО БЕЗОПАСНОМУ ВЕДЕНИЮ ГОРНЫХ РАБОТ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ, СКЛОННЫХ И ОПАСНЫХ ПО ГОРНЫМ УДАРАМ"

Локальный прогноз удароопасности массива горных пород проводится геофизическими и геомеханическими методами.

Геофизический метод

Прогноз удароопасности массива геофизическими методами, основанными на измерении электропроводности, амплитуды акустических сигналов, акустической эмиссии или естественного электромагнитного излучения при изменении напряженного состояния горного массива, проводится после проведения опытно-промышленных испытаний с установлением критериев удароопасности и по рекомендации комиссии по горным ударам (далее - Комиссия). Опытно-промышленные испытания геофизическими методами должны проводиться в сопоставлении с базовым методом, в качестве которого для рудных и не рудных месторождений принят метод дискования керна. Критерии удароопасности, определенные геофизическими методами, должны быть сверены на сходимость с результатами базового метода и вводятся в действие решением Комиссии.

Геомеханические методы

Типовые схемы замерных станций для локального прогноза удароопасности участков массива горных пород геомеханическими методами представлены на рисунке 8 (а, б).

Паспорт замерной станции для локального прогноза выработки должен включать в себя:

схему станции;

раздельные или совмещенные маркшейдерские и геологические планы и разрезы с нанесением местоположения станции (X, Y, Z в координатной системе рудника, дата и время начала и окончания бурения скважин);

пространственные параметры прогнозных скважин (длина, угол наклона, азимут, диаметр скважины) и, если есть, керна;

описание состояния выработки в непосредственной окрестности замерной станции;

формы проявления горного давления в выработке при бурении скважин.

Рисунок 8 - Типовые схемы замерных станций
для определения категории удароопасности выработки:
а - при равномерном разрушении контура выработки;
б - при хорошо выраженном месте максимального
разрушения контура

Схема станции выполняется в масштабе 1:100.

Определение категории удароопасности по дискованию керна

Метод дискования керна основан на способности керна хрупких пород разрушаться на диски под действием высоких напряжений. Чем больше величина действующих напряжений в массиве горных пород, тем меньше толщина диска.

При оценке напряженности рудного массива по дискованию керна для бурения скважин необходимо применять буровое оборудование со следующими характеристиками:

скорость вращения бурового става 350 - 450 об/мин., усилие подачи 1 МПа;

скорость бурения 1 - 2 см/мин.;

количество воды, подаваемой в скважину, 3 - 7 л/мин.

Категория удароопасности скважин по дискованию керна устанавливается по номограмме (рисунок 9) или расчетным методом.

Рисунок 9 - Номограмма для определения
категории удароопасности скважин по дискованию керна
(для скважин 59 мм; керна 42 мм): - расстояние
от - контура выработки до максимума опорного давления, м;
- мощность приконтурной зоны разрушенных пород, м;
- наибольший размер выработки, м

Для анализа напряженности массива горных пород используются диски руд и пород, толщиной не более 1 см.

Установление категории удароопасности по номограмме проводится следующим образом.

По оси ординат номограммы откладывается отношение длины зоны дискования (с установленной характеристической толщиной диска) к фактической высоте выработки:

,

по оси абсцисс отношение расстояния от контура выработки до максимума опорного давления за вычетом приконтурной зоны разрушенных пород к фактической высоте выработки:

Максимуму опорного давления соответствует середина полученного интервала с наибольшим выходом дисков. При одинаковых параметрах дискования, но различных прочностных свойствах породы положение максимума опорного давления устанавливается в наиболее прочной разновидности пород и руд.

Определение категории скважины расчетным методом основывается на следующем условии:

- категория "Опасно" в случае, если

,

- категория "Неопасно" в случае, если

Выработка относится к категории "Опасно", если в ней не менее чем в двух смежных скважинах, пробуренных по паспорту замерной станции, установлена категория "Опасно".

Прогноз удароопасности участков блоковых структур
горного массива

Метод основан на определении показателя степень объемности напряженного состояния горного массива , имеющего блоковое строение, и представляет собой соотношение между удельной потенциальной энергией сил деформирования при изменении объема и удельной потенциальной энергией сил деформирования при формоизменении горного массива горных пород (руд).

При одноосном растяжении = -1, при одноосном сжатии = +1, а при чистом сдвиге = 0. Положительное значение показателя свидетельствует о том, что массив горных пород (руд) деформируется в упруго-пластичном режиме сжатия, и чем больше его абсолютное значение, тем меньше вероятность хрупкого разрушения массива. При отрицательном значении показателя массив горных пород (руд) деформируется в упругом режиме, и чем больше его абсолютное значение, тем выше вероятность его хрупкого разрушения.

Значение показателя объемности напряженного состояния горного массива определяется по исследованию относительных деформаций стенок скважины в вертикальной и горизонтальной плоскости.

Месторасположение скважины для прогноза удароопасности блоковых структур массива горных пород (руд) определяется на основе данных геодинамического районирования, сейсмоактивности района и текущего прогноза напряженного состояния, который проводится Службой по горным ударам.

При оценке напряженности блоковых структур, имеющих морфологию тектонического шва, в форме сглаженной и плотно сомкнутой поверхности скважины бурятся с пересечением тектонического нарушения. При этом забой скважины в смежном блоке должен располагаться от плоскости тектонического нарушения на расстоянии не менее 15 м. При оценке напряженности блоковых структур, имеющих морфологию тектонического шва с зонами дробления, скважины бурятся без пересечения плоскости тектонического нарушения. При этом забои скважин в смежных блоках должны располагаться от плоскоскости тектонического нарушения на расстоянии не более 10 м. Величина показателя , определяется для каждой точки массива по формуле

,

где: , - относительные деформации стенок скважины в вертикальной и горизонтальной плоскости, - коэффициент Пуассона.

Прогноз опасного состояния блоковых структур массива горных пород (руд) проводится дифференцировано по глубине массива путем сравнения величин полученных обобщенных показателей с его критическим значением

.

Прогноз удароопасности по визуальным наблюдениям
за разрушением приконтурного массива выработок

Рассматриваемый способ применим, если напряжения в массиве высоки и способны вызвать разрушение руды и горных пород на контуре выработок.

Оценка направления действия напряжений производится на основе анализа пространственной ориентировки трещин и отслоений на контуре выработок и в скважинах. Приближенные величины напряжений оцениваются по известным значениям предела прочности пород на одноосное сжатие.

По визуальным наблюдениям можно сравнивать степень напряженности отдельных конструктивных элементов системы разработки и ориентировочно определять величину и направление действия наибольших напряжений в нетронутом массиве пород. Ориентировка участков разрушения пород в сечении выработки относительно наибольших сжимающих напряжений изображена на рисунке 10.

Визуально оценку напряжений выполняют следующим образом.

Обследуют все незакрепленные выработки, различно ориентированные в пространстве. При этом фиксируют места разрушений на контуре выработок. Дополнительно фиксируют участки разрушений контура скважин. Необходимо знать особенности проявления горного давления в момент проходки, так как при недостаточно высоких напряжениях в массиве разрушения выработок происходят лишь в момент проходки.

Рисунок 10 - Ориентировка участков разрушения
пород в сечении выработки относительно наибольших сжимающих
напряжений

Следует обращать внимание на характер разрушения пород на контуре, насколько параллельны отслаиваемые плитки контуру выработки и как согласуются поверхности отслоений с естественными поверхностями ослаблений (трещинами, слоистостью).

Места разрушений наносят на планы горных работ. Для оценки необходимо иметь рулетку и горный компас.

По разрушению приконтурного массива выработок можно приближенно оценивать величину наибольших нормальных напряжений в массиве горных пород (руд) по соотношению

,

где - прочность пород (руд) в массиве.

При таком уровне напряженности массива необходим инструментальный прогноз категории удароопасности.

Величину максимальных нормальных напряжений на участках выработок, на которых визуально отмечено появление повышенных напряжений, можно определить по деформированию стенок скважины по формуле

, МПа,

где: - измеренный диаметр скважины, мм;

- диаметр скважины, мм;

- предел прочности горных пород на одноосное сжатие, МПа.