Классификация динамических проявлений горного давления
Предложено несколько классификаций динамических проявлений горного давления, основанных на различных признаках. Наибольший интерес представляют три классификации.
Первая классификация предусматривает подразделение динамических проявлений горного давления по механизму и масштабу на два класса - горные удары локального происхождения и горные удары регионального происхождения.
Горные ударылокального происхождения разделяются на микроудары и горные удары, им предшествуют стреляние, динамическое заколообразование и шелушение на контуре выработок и в целиках.
Эти горные удары представляют собой процесс хрупкого разрушения (трещинообразования) в локальной области приконтурного массива пород или в целике.
Причинами их являются высокая концентрация напряжений вследствие действия естественных напряжений в массиве пород, влияния геологических неоднородностей, очистных пространств или сближенных горных выработок, а также динамических напряжений от сейсмической волны взрывов или горно-тектонических ударов и техногенных землетрясений.
Микроудар – мгновенное хрупкое разрушение целика или части массива горных пород с выбросом породы в горные выработки без нарушения технологического процесса. Сопровождается звуком и сотрясением массива с образованием пыли.
Горный удар – мгновенное хрупкое разрушение целика или приконтурной части выработки, проявляющееся в виде выброса руды (породы) в подземные выработки с нарушением крепи, смещением машин, механизмов, оборудования и вызывающее нарушение технологического процесса. Горный удар сопровождается резким звуком, сотрясением массива, образованием пыли и воздушной волной.
Сопутствующими признаками удароопасности являются стреляние, динамическое заколообразование и шелушение пород.
а) Стреляние пород– отскакивание с поверхности обнажения массива пластин пород различных размеров со звуком, напоминающим выстрел.
б) Динамическое заколообразование – явление аналогичное стрелянию пород, но с постепенным прорастанием трещин. Образование и отделение заколов происходит в течение длительного времени после отпала и вслед за оборкой, сопровождаемое треском и звуками, напоминающими выстрел. Это явление чаще всего происходит по ненарушенному массиву и не связано напрямую с трещиноватостью и слоистостью, образующиеся пластины повторяют по форме контур выработки.
в) Шелушение – постепенное разрушение и разделение пород на отдельные пластинки на поверхности обнажения, из-за отслоения пластинок места шелушения всегда выглядят "свежими" (не запыленными).
Горные удары регионального происхождения по вызванным ими разрушениям пород подразделяются на толчки, горно-тектонические удары и техногенные землетрясения.
Горным ударам этого типа предшествует рост сейсмичности массива горных пород (форшоки), а также наблюдается длительное сохранение повышенной сейсмичности района после основного события (афтершоковые серии сейсмических событий). Инициирование может происходить под воздействием массовых взрывов. С физической точки зрения – это либо срыв зацепления по границе блоков и резкая подвижка тектонических блоков друг относительно друга, либо лавинообразное прорастание новой трещины внутри этих блоков.
Причинами этих явлений являются перераспределение напряжений на больших площадях, вследствие выемки и перемещения больших масс горных пород и других длительных техногенных воздействий.
В результате происходит либо вывод из равновесия крупных тектонических блоков, слагающих массив, либо разрушение самих этих блоков при возможности прорастания новой трещины на свободную поверхность очистного пространства или вспарывание барьера между близко расположенными геологическими нарушениями, сближенными очистными пространствами или очистным пространством и геологическим нарушением.
а)Толчок – мгновенное разрушение пород в глубине массива в виде прорастания трещин без выброса пород в горную выработку. При толчке возникает звук и сотрясение массива пород. Возможно образование трещин в бетонной крепи и обрушение заколов на локальном участке контура выработки. Если толчок происходит в процессе действия рабочего органа горной машины, например бара врубовой машины или долота бурового станка, то он ощущается именно как толчок на инструмент.
б)Горно-тектонический удар – мгновенная подвижка пород по тектоническому нарушению или прорастание крупной трещины в массиве, в том числе с образованием систем оперяющих трещин, сейсмическое воздействие от которых вызывает хрупкое разрушение пород на контуре горных выработок в виде горных ударов, вывалов пород, падения заколов, разрушения целиков и крепи на большой площади или на отдельных удаленных друг от друга участках выработок. Горно-тектонический удар может сопровождается сильным сотрясением массива, резким звуком, а иногда образованием пыли и воздушной волны в горных выработках.
в) Техногенное землетрясение – мгновенная подвижка пород по тектоническому нарушению или прорастание крупной трещины в массиве, в том числе с образованием систем оперяющих трещин. Само явление или его сейсмическое воздействие вызывает хрупкое разрушение пород на контуре горных выработок в виде горных ударов, вывалов пород, падения заколов, разрушения целиков и крепи, вспучивания почвы на значительных площадях в подземных горных выработках, а также повреждения и разрушения на земной поверхности. Техногенное землетрясение сопровождается сильным сотрясением массива и поверхности, резким звуком или гулом.
Другая классификация позволяет выделять различные классы динамических проявлений горного давления по энергетическому признаку - количеству выделяющейся сейсмической энергии, и соответственно по степени и объему разрушения при этом полезного ископаемого и пород, крепи, оборудования и т. д. По энергетическому признаку целесообразно различать шесть классов динамических проявлений:
- микроудары;
- слабые горные удары;
- средние горные удары;
- сильные горные удары;
- катастрофические горные удары;
- техногенные землетрясения.
В табл. 17.2 приведены энергетические характеристики динамических проявлений каждого класса.
В класс микроударов при близких значениях энергетических параметров входят стреляние - локальное поверхностное разрушение и толчок—локальное разрушение в глубине массива.
Энергетические характеристики динамических проявлений
горного давления
Таблица 17.2
| Класс динамических проявлений горного давления | Сейсмическая энергия, Дж | Уровень сейсмичности в эпицентре, балл |
| Микроудары (стреляние, толчки) | <10 | <1 |
| Слабые горные удары | 10 - 102 | 1 - 2 |
| Средние горные удары | 102 - 104 | 2 - 3.5 |
| Сильные горные удары | 104 - 105 | 3.5 - 5 |
| Катастрофические горные удары | 105 - 109 | |
| Техногенные землетрясения | >109 |
Слабый горный удар - это локальное разрушение и незначительный выброс полезного ископаемого в выработку с ощутимым звуковым и сейсмическим эффектом, возможным образованием пыли, но без существенного нарушения крепи и без повреждения машин и оборудования
Средний горный удар представляет собой быстрое хрупкое разрушение и выброс или выдавливание в выработку уже значительного объема полезного ископаемого или породы с большим количеством пыли, образование воздушной волны, нарушение крепи и завал выработок на участке длиной до нескольких метров, смещение и повреждение машин и оборудования.
Сильный горный удар приводит к нарушениям крепи и завалам выработок с повреждением машин и оборудования на участке протяженностью до нескольких десятков метров, что требует больших объемов восстановительных работ.
При катастрофических горных ударах происходит спонтанное, разрушение ряда целиков в форме цепной реакции, завал выработок в пределах целого участка или горизонта рудника или шахты, в отдельных случаях разрушение охватывает все основные выработки рудника, приводя к его гибели. Площадь горных выработок, разрушаемых при таком ударе, иногда достигает многих сотен тысяч квадратных метров.
Техногенное землетрясение вызывает разрушение пород и вывалы на значительных площадях в горных выработках, а также разрушения на поверхности.
В третьей классификации виды динамических проявлений горного давления различают по топологическому признаку - месту возникновения динамических проявлений, которое фактически характеризует условия нагружения рудного тела, пласта или пород, в частности, вследствие эффекта действия опорного давления. Здесь различают горные удары в целиках, в краевых частях массива, в выработках, пройденных по полезному ископаемому и в полевых выработках, а также выделяют горно-тектонические удары, приуроченные к тектоническим нарушениям.
Анализируя случаи динамических проявлений горного давления в конкретных условиях месторождения, района или бассейна, устанавливают их тип, энергетический класс и топологический вид и намечают комплекс мер по их предупреждению, предотвращению или локализации.