Способ разгрузки месторождения и снижения его удароопасности

 

Cпособ разгрузки месторождения и снижения его удароопасности, включающий геодинамическое районирование месторождения, выделение тектонически подвижных блоков, выявление их динамического взаимодействия, оценку среднего уровня главных напряжений в массиве горных пород и степени потенциальной удароопасности месторождения и проведение мероприятий по разгрузке, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью разгрузки месторождений с любой конфигурацией рудного тела и повышения эффективности снижения потенциальной удароопасности месторождения за счет необратимого снятия тектонических напряжений, действующих в субгоризонтальной плоскости, определяют величину сдвижения массива горных пород вместе с месторождением в сторону земной поверхности, обеспечивающую необратимую разгрузку массива от повышенных тектонических горизонтальных напряжений и перевод его в неудароопасное состояние, а в качестве мероприятий по разгрузке производят сдвижение массива путем бурения скважин под месторождение, размещения в них и взрывания зарядов взрывчатого вещества, при этом величину сдвижения массива горных пород рассчитывают по формуле , где Δh - величина сдвижения массива горных пород вместе с месторождением в сторону земной поверхности, м; σ₁ - максимальное напряжение в горизонтальной плоскости^o, МПа; γ - средняя плотность горных пород, кг/м³; H - глубина, на которой оцениваются напряжения, м; h - ширина разгружаемого участка массива, м; E - модуль упругости пород, МПа; r - угол внутреннего трения в массиве горных пород, град.

а необходимый массу заряда взрывчатого вещества определяют из выражения ,
где e - удельная энергия взрывчатого вещества, Дж/кг;
C - масса заряда взрывчатого вещества, кг;
W_p - затраты энергии на разрушение пород в зоне сдвижения, Дж;
W_сдв - затраты энергии на сдвижение пород данного объема в сторону земной поверхности на величину, Dh, Дж;
1,15 - коэффициент, учитывающий потери энергии при взрыве. Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано для снижения потенциальной удароопасности месторождения путем смешения массива горных пород вместе с месторождением в сторону земной поверхности. Целью изобретения является расширение области применения способа и снижения потенциальной удароопасности месторождения за счет необратимого снятия тектонических напряжений. Способ осуществляют следующим образом. В процессе геодинамического районирования месторождения по рельефу с привлечением топографических карт, аэро- и космических снимков выделяют тектонически подвижные блоки. Размещение подвижных блоков фундамента фиксируют на карте. На построенную таким образом блоковую сетку проецируют контуры месторождения и отмечают те блоки, в которых оно находится. По данным геодинамического районирования устанавливают степень и категорию потенциальной удароопасности и напряженного состояния массива пород в пределах месторождения. Критериальные показатели при этом определяют в зависимости от расположения месторождения в той или иной зоне земной коры (растяжения, сжатия или сдвига), величин и градиентов подвижек на границах блоков, прочности и хрупкости пород, глубины залегания (см. таблицу). Степень потенциальной удароопасности месторождения (в баллах) определяют по формуле

Если по какому-либо показателю сведения отсутствуют, то принимают его максимальное значение в баллах, т.е. 3 балла. Категорию потенциальной удароопасности месторождения определяют по следующей шкале:
Категория N, балл
I (наивысшая) 3≥N>2,3
II 2,3≥N>1,6
III 1,6≥N>1
Оценку напряженного состояния массива горных пород осуществляют следующим образом. Направления действия главных напряжений в массиве устанавливают путем их реконструкции по характеру взаимодействия блоков. В зонах земной коры с преобладанием сжатия массива горных пород (зоны сжатия и сдвига земной коры) минимальное главное сжимающее напряжение σ₃=γH, а наибольшее главное сжимающее напряжение σ₁, действует в горизонтальной (или близкой к горизонтальной) плоскости. Вторая же составляющая напряжений в горизонтальной плоскости σ₂ (промежуточное главное напряжение) определяется как боковой распор, возникающий под действием активной силы, действующей в направлении σ₁ и массы пород. На больших глубинах массив находится в предельно-напряженном состоянии под воздействием объемного сжатия. В соответствии с этим средний уровень напряжений в зонах земной коры, испытывающих интенсивное сжатие горизонтальными силами, оценивают с помощью соотношений

где ρ, μ, σ_o cоответственно средневзвешенные значения угла внутреннего трения в массиве горных пород, коэффициента поперечной деформации, предела прочности пород на одноосное сжатие с учетом коэффициента структурного ослабления (МПа);
H глубина, на которой оцениваются напряжения;
γ средняя плотность горных пород, кг/м³. В зонах растяжения земной коры максимальное главное напряжение совпадает с массой столба налегающих пород, а другие главные напряжения соответствуют естественному боковому распору. В этом случае значения главных напряжений определяют по формулам

где λ коэффициент бокового распора, примерно равный 0,7. Если удароопасное месторождение окажется в зоне, где горизонтальные напряжения в 2 и более раз превышают вертикальные, то в выделенных подвижных блоках с земной поверхности под месторождение бурят скважины и размещают в них взрывчатое вещество в количестве, достаточном для обеспечения сдвижения массива горных пород вместе с месторождением в сторону земной поверхности и поднятия его на величину Dh, обеспечивающую упругое расширение - восстановление в направлении, перпендикулярном действию силы тяжести. Величина Δh определяется из выражения

где h ширина разгружаемого участка массива, м;
E модуль упругости пород, МПа;
ρ угол внутреннего трения в массиве горных пород, град. Массу зарядов взрывчатого вещества в скважинах рассчитывают по формуле

где e удельная энергия взрывчатого вещества, Дж/кг;
C масса заряда взрывчатого вещества, кг;
W_p затраты энергии на разрушение пород в зоне сдвижения, Дж;
W_p=g·S_p,
где g затраты энергии на разрушение единицы площади породы, Дж/м² (при горных ударах в краевых частях угольных пластов , при разломах крепких пород почвы );
S_p площадь разрушаемой породы, мM²;
W_сдв затраты энергии на сдвижение пород данного объема в сторону земной поверхности на величину Δh, Дж;
W_сдв=VγΔ·h,
где V объем сдвигаемых пород, м³;
1,15 коэффициент, учитывающий потери энергии при взрыве.

Формула изобретения

Способ разгрузки месторождения и снижения его удароопасности, включающий геодинамическое районирование месторождения, выделение тектонических подвижных блоков, выявление их динамического взаимодействия, оценку среднего уровня главных напряжений в массиве горных пород и степени потенциальной удароопасности месторождения и проведение мероприятий по разгрузке, отличающийся тем, что, с целью разгрузки месторождений с любой конфигурацией рудного тела и повышения эффективности снижения потенциальной удароопасности месторождения за счет необрабимого снятия тектонических напряжений, действующих в субгоризонтальной плоскости, определяют величину сдвижения массива горных пород вместе с месторождением в сторону земной поверхности, обеспечивающую необратимую разгрузку массива от повышенных тектонических горизонтальных напряжений и перевод его в неудароопасное состояние, а в качестве мероприятий по разгрузке производят сдвижение массива путем бурения скважин под месторождение, размещения в них и взрывания зарядов взрывчатого вещества, при этом величину сдвижения массива горных пород рассчитывают по формуле

где Δh величина сдвижения массива горных пород вместе с месторождением в сторону земной поверхности, м;
σ₁ максимальное напряжение в горизонтальной плоскости, МПа;
γ средняя плотность горных пород, кг/м³;
H глубина, на которой оцениваются напряжения, м;
h ширина разгружаемого участка массива, м;
E модуль упругости пород, МПа;
r угол внутреннего трения в массиве горных пород, град. а необходимую массу заряда взрывчатого вещества определяют из выражения

где e удельная энергия взрывчатого вещества, Дж/кг;
C масса заряда взрывчатого вещества, кг;
W_р затраты энергии на разрушение пород в зоне сдвижения, Дж;
W_сдв затраты энергии на сдвижение пород данного объема в сторону земной поверхности на величину Dh, Дж;
1,15 коэффициент, учитывающий потери энергии при взрыве.

РИСУНКИ

Рисунок 1