Способ определения зон на земной поверхности, потенциально опасных по обрушениям при подземной разработке рудных месторождений

 

Способ относится к горной промышленности, а именно к геомеханике, и может быть использован для прогнозирования зон на земной поверхности, опасных по обрушениям, и для обеспечения безопасных условий разработки полезных ископаемых. Использование изобретения позволяет повысить достоверность определения зон, потенциально опасных по обрушениям. Способ включает построение разрезов по данным геологических и разведочных скважин, определение по этим разрезам, а также данным горно-технической, маркшейдерской и геомеханической документации количества отработанных перекрывающихся залежей и выявление опасных зон на земной поверхности с нанесением их на совмещенный план горных работ и поверхности. Над выявленными перекрытиями выработанных пространств залежей на всем месторождении измеряют глубину разработки с учетом мощности междупластий и суммарную мощность залежей. По полученным данным строят изолинии суммарной мощности отработки и отношения глубины разработки к суммарной мощности, при этом за потенциально опасные принимают зоны, в которых совпадают изолинии и соблюдаются критические условия обрушения земной поверхности. 4 ил.

Изобретение относится к горной промышленности, а именно к геомеханике, и может быть использовано для обеспечения безопасных условий разработки и прогнозирования зон, потенциально опасных по обрушениям.

Известен способ определения зон на земной поверхности, потенциально опасных по обрушениям, включающий проложение профильных линий над выработанным пространством в главных сечениях мульды, закладку реперов по ним и проведение инструментальных наблюдений /Инструкция по наблюдениям за сдвижением горных пород и земной поверхности при подземной разработке рудных месторождений. - Л.: ВНИМИ, 1988. - С. 7 - 9/.

Недостатком этого способа является то, что не удается задолго прогнозировать зоны, опасные по обрушениям до получения интенсивных сдвижений в мульде, протекающих иногда за относительно короткий промежуток времени, меньший, чем периодичность наблюдений.

Кроме того, использование указанного способа прогноза, трудоемкого по объему и длительного по периодичности наблюдений, ограничено тем, что невозможно повсеместно закладывать профильные линии на земной поверхности, например, при наличии карьеров и отвалов в зоне влияния подземных горных работ.

Ближайшим аналогом является способ определения зон на земной поверхности, потенциально опасных по обрушениям, включающий определение на основе данных геологических и разведочных скважин, а также технической, маркшейдерской, геологической, геомеханической документации количества перекрывающихся залежей, состояния устойчивости панелей и установление опасных зон с нанесением их на план горных работ /Временные методические указания по выявлению ослабленных участков на рудниках АО "Жезказганцветмет". - Алматы - Жезказган, 1996. - С. 6-9, 14-18/.

Недостатком способа является то, что несмотря на наличие разрезов и необходимой документации, отсутствует возможность достоверно определять опасные зоны только на основе мнения специалистов, что подтверждается негативной практикой прогноза обрушений на Жезказганском месторождении.

Кроме того, установленные опасные зоны практически равнозначны и не ранжируются по степени опасности выхода обрушения на земную поверхность.

Использование предлагаемого изобретения позволяет повысить достоверность определения зон на земной поверхности, потенциально опасных по обрушениям.

Сущность изобретения заключается в том, что согласно известного способа определения зон на земной поверхности, потенциально опасных по обрушениям при подземной разработке рудных месторождений, включающего определение на основе данных геологических и разведочных скважин, а также горно-технической, маркшейдерской и геомеханической документации количества отработанных перекрывающихся залежей и выявление опасных зон на земной поверхности с нанесением их на совмещенный план горных работ и поверхности, над выявленными перекрытиями выработанных пространств залежей измеряют глубину разработки с учетом мощности междупластий и суммарную вынимаемую мощность залежей, с использованием полученных данных строят изолинии суммарной мощности и изолинии отношений глубины разработки к суммарной мощности и за потенциально опасные принимают зоны, в которых совпадают изолинии и соблюдаются критические условия обрушения земной поверхности.

Построение по всей площади месторождения изолиний по критериям устойчивости земной поверхности позволяет точно определить и визуально показать на плане аномальные зоны в объеме месторождения, в пределах которых суммарная мощность отработанных залежей и кратность подработки имеют опасные критические значения, при которых возможно обрушение. Кроме того, построение изолиний по критериям устойчивости позволяет распределить аномальные зоны по степени опасности выхода обрушения на земную поверхность в зависимости от величины этих критериев.

Таким образом, в предлагаемом способе повышается достоверность определения зон на земной поверхности, потенциально опасных по обрушениям.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с ближайшим аналогом показывает, что заявляемый способ определения зон на земной поверхности, потенциально опасных по обрушениям при разработке рудных месторождений, отличается от известного тем, что на всем месторождении над выявленными перекрытиями выработанных пространств залежей измеряют глубину разработки с учетом мощности междупластий и суммарную мощность залежей, с использованием полученных данных строят изолинии суммарной мощности отработки и отношений глубины разработки к суммарной мощности, при этом за потенциально опасные принимают зоны, в которых совпадают изолинии и соблюдаются критические условия обрушения земной поверхности.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения не только с ближайшим аналогом, но и с другими техническими решениями в данной области техники, не позволило выявить в них признаки, отличающие заявляемое решение от ближайшего аналога, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию изобретения "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1 - 4), где показана последовательность реализации способа. При этом приняты следующие обозначения: 1, 2, 3, 4, 5 - количество перекрытий в плане (фиг. 1); 6 - контуры происшедших на месторождении обрушений (фиг.2 и 3); 7 - зоны, потенциально опасные по обрушениям (фиг.3). На фиг.4 приведен график, по которому выявлен критерий обрушения поверхности H/m.

Способ осуществляется следующим образом.

Для всей площади месторождения, используя имеющиеся разрезы по геологическим и разведочным скважинам, а также различную документацию, наносят на план контуры всех перекрывающихся отработанных залежей, включая также контуры неотработанных залежей. План перекрытий показан на фиг. 1.

На фиг.2 приведен разрез. На нем по вертикали измеряют глубину и мощность каждой отработанной залежи. Затем суммируют значения глубин и мощностей, результаты выносят на план.

Используя многочисленные данные геологических и разведочных скважин по всей площади месторождения или его отдельным участкам, для каждой анализируемой точки на земной поверхности определяют величины суммарных глубин H и мощностей m.

Учитывая, что возможность обрушения земной поверхности во многом зависит от суммарной вынимаемой мощности, на плане методом экстраполяции строят изолинии с определенным интервалом. Изолинии суммарной мощности показаны сплошными линиями на фиг. 3.

С точки зрения обрушения земной поверхности наиболее опасными, при прочих равных условиях, являются зоны с максимальными величинами суммарной вынимаемой мощности залежей.

Затем, используя полученные значения суммарной мощности и глубины, определяют соотношения суммарной глубины к суммарной мощности H/m. После этого, также методом экстраполяции, строят изолинии кратности подработки H/m.

За критерий обрушения поверхности принимают величину H/m, равную 10 и менее. Данный критерий определен на основе анализа обрушений, происшедших на месторождении, о чем свидетельствует график, приведенный на фиг. 4.

Выявленные по вышеприведенному критерию кратности подработки опасные участки показаны пунктирными линиями на фиг. 3.

Накладывая план с изолиниями суммарных мощностей m на план изолинии отношений H/m = 10 и H/m <10, а затем эти планы на совмещенный план горных работ и земной поверхности, определяют зоны, опасные по обрушениям. Участки в пределах контура, определенного по критерию H/m =10 и менее, в местах наибольших суммарных мощностей, по сравнению с другими участками, являются наиболее опасными по обрушениям земной поверхности, что подтверждается случаями обрушения, происшедшими при разработке месторождения. Причем изолинии с максимальными значениями m и минимальными значениями H/m указывают на степень опасности участка, что позволяет ранжировать уже выявленные данным способом опасные участки.

При дальнейшем ведении горных работ горно-техническая и геомеханическая ситуация меняется, претерпевают изменения и величины m и H/m. На таких участках для каждого цикла очистных работ вносят изменения на соответствующих планах и снова осуществляют прогноз опасных по обрушениям зон. Определенные данным способом зоны на земной поверхности ограждаются, по выявленным потенциально опасным зонам принимаются меры охраны: в зависимости от экономической целесообразности либо закладывают опасные объемы пустот, либо переносят с земной поверхности инженерные сооружения, либо погашают пустоты управляемым самообрушением налегающих пород.

Следовательно, знание таких зон позволяет заранее принять меры охраны, исключая возможные катастрофы, которые имели место на Жезказганском месторождении.

Данный способ особенно эффективен для таких участков месторождения, где нет возможности использования мониторинга массива горных пород. Доля таких участков на месторождении в настоящее время составляет более 30%.

На участках, где осуществляется мониторинг, определенные данным способом опасные участки подлежат особому контролю для установления времени их жизни средствами мониторинга, включающего приборный, инструментальный и визуальный контроль состояния массива горных пород.

Предлагаемый способ позволяет повысить достоверность определения зон на земной поверхности, потенциально опасных по обрушениям при подземной разработке рудных месторождений, за счет определения в объеме месторождения участков с перекрывающимися залежами, на которых мощность отработки и кратность подработки имеют опасные значения, и визуализации этих опасных зон на планах горных работ и земной поверхности в виде изолиний.

Использование способа позволяет осуществлять предварительную диагностику массива горных пород, заранее прогнозировать места возможных катастрофических явлений, таких как обрушение земной поверхности. Знание опасных зон позволяет своевременно принять меры охраны и безопасно вести горные работы на всех стадиях эксплуатации месторождения, особенно в сложных геомеханических условиях и в условиях высокой концентрации поверхностных сооружений.

Достоверность способа подтверждена практикой. Оказалось, что все считавшиеся "внезапными" обрушения земной поверхности приурочены к выявленным данным способом опасным зонам.

Формула изобретения

Способ определения зон на земной поверхности, потенциально опасных по обрушениям при подземной разработке рудных месторождений, включающий определение на основе данных геологических и разведочных скважин, а также горно-технической, маркшейдерской и геомеханической документации количества отработанных перекрывающихся залежей и выявление зон на земной поверхности с нанесением их на совмещенный план горных работ и поверхности, отличающийся тем, что на всем месторождении над выявленными перекрытиями выработанных пространств залежей измеряют глубину разработки с учетом мощности междупластий и суммарную мощность залежей, с использованием полученных данных строят изолинии суммарной мощности отработки и отношений глубины разработки к суммарной мощности, при этом за потенциально опасные принимают зоны, в которых совпадают изолинии и соблюдаются критические условия обрушения земной поверхности.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4