Динамические проявления горного давления в массивах пород. Горные удары

Характеристики последних, наиболее сильных, техногенных землетрясений
на рудниках России
К опасным по горным ударам относятся месторождения или те их части (залежи, горизонты), на которых имеются склонные к горным ударам руды (породы), а действующие напряжения на контурах выработок и в конструктивных элементах систем разработки достигают уровня, при котором возможно хрупкое разрушение горных пород.
К удароопасным относят месторождения или те их горизонты, на которых имели место микроудары и горные удары. Глубина, начиная с которой на месторождении появились горные удары, называется критической глубиной.

Основные понятия и определения
Динамические проявления горного давления по мощности, интенсивности, характеру проявления и последствиям подразделяются на:
горно-тектонические удары;
собственно горные удары;
микроудары;
толчки;
стреляния.
Внешние признаки динамического проявления горного давления:
- интенсивное заколообразование;
- шелушение руд (пород) на контурах выработок и целиков.

Горно-тектонический удар – мгновенное разрушение руды (породы) в глубине массива, вызывающее хрупкое разрушение в выработках и целиках в форме горного удара, как правило, на больших площадях. Сопровождается сильным сотрясением массива, резким звуком, образованием большого количества пыли и воздушной волной. Сейсмостанциями горно-тектонический удар регистрируется, как техногенное землетрясение. Влечет за собой остановку работы рудника в целом.
Горный удар – мгновенное хрупкое разрушение целика или краевой части массива, проявляющееся в виде выброса руды (породы) в выработку с тяжелыми последствиями: нарушение крепи, смещение машин, механизмов, оборудования, вызывающее нарушение технологического процесса. Удар сопровождается резким звуком, сильным сотрясением горного массива, образованием большого количества пыли и воздушной волной. Влечет за собой остановку работы участка.

Микроудар – мгновенное хрупкое разрушение руды (породы) на контуре выработок или целиков с выбросом в горные выработки без нарушения технологического процесса, возможно локальное нарушение крепи. Сопровождается звуком, сотрясением массива и образованием пыли.
Стреляние – отскакивание от массива линзовидных пластин руды (породы) различных размеров с острыми краями с резким звуком, напоминающим выстрел
Толчок – хрупкое разрушение руды (породы) в глубине массива без выброса в выработку. Сопровождается звуком, сотрясением массива. Возможно появление пыли, падение заколов, обрушение отдельных участков выработок, шелушение (пород) руд на обнажении, образование трещин в бетонной крепи.

Интенсивное заколообразование – возникновение заколов вслед за их оборкой. Происходит по ненарушенному массиву и не связано с трещиноватостью, слоистостью и сланцеватостью. Сопровождается треском. Образующиеся и отделяющиеся при этом плиты повторяют по форме контур выработки;
Шелушение – разрушение руды (породы) по контуру выработки на отдельные пластинки, имеющие, чаще всего, чечевицевидную форму с заостренными краями. Место шелушения в выработке из-за постоянного осыпания пластин всегда выглядит «свежим», не запыленным.
запыленный
борт выработки
место шелушения

Условия возникновения удароопасных ситуаций
Факторы, определяющие возможность возникновения удароопасных ситуаций:
- способность массива горных пород к упругому деформированию и накоплению потенциальной энергии упругих деформаций,
- склонность руд (пород) к хрупкому разрушению,
- высокий уровень напряжений, действующих на нарезных и очистных выработок, в целиках.
К склонным к горным ударам относятся месторождения (или их части), в пределах которых имеются руды (породы) с высокими упругими свойствами и хрупким характером разрушения.
Способность массива горных пород накапливать упругую энергию определяется соотношением упругой и полной (упругой и необратимой) деформации в момент разрушения при испытаниях образцов руды (породы) на сжатие. Руда (порода) является склонной к горным ударам, если упругие деформации в момент разрушения превышают 70% от полных деформаций (суммы упругих и необратимых деформаций).

Под хрупким характером разрушения понимается способность пород резко высвобождать накопленную в процессе нагружения потенциальную энергию упругих деформаций при достижении ими предельного напряженного состояния. Склонность пород к хрупкому (динамическому) разрушению устанавливается по соотношению модуля упругости Е и модуля спада М, который характеризует запредельные деформации разрушающейся породы.
Склонными к горным ударам считаются руды (породы), у которых модуль спада превышает модуль упругости.
Если запредельная ветвь полной диаграммы деформирования
круче, чем упругая, т.е. М/Е ≥1, то такую породу признают склонной к горным ударам.

Прогноз удароопасности участков массива горных пород
По степени опасности возникновения горных ударов участки массива вокруг выработок разделяют на две категории: «Опасно» или «Неопасно». Категории удароопасности определяются локальными методами прогноза.
Категория «Опасно» соответствует такому напряженному состоянию массива в приконтурной части выработки, при котором может произойти горный удар. Такой участок выработки должен быть приведен в неудароопасное состояние. До приведения выработки в неудароопасное состояние запрещается ведение горных работ и передвижение людей, не связанных с проведением профилактических мероприятий.
Категория «Неопасно» соответствует неудароопасному состоянию массива и не требует проведения противоударных мероприятий. При этом сохраняется необходимость прогноза удароопасности.
Локальный прогноз удароопасности участков массива производится одним или несколькими методами, основными из которых являются:
по дискованию керна при колонковом бурении геологоразведочных или контрольных скважин;
геофизические способы.

Метод прогноза удароопасности массива по дискованию керна является базовым.
Толщина дисков t, на которые разрушается керн диаметром d, зависит от величины напряжений σ, действующих в массиве по нормали к оси скважины, и от диаметра керна.
Величину действующих в массиве напряжений σ определяют в долях от прочности породы на одноосное сжатие σ0 по соотношению толщины дисков к диаметру керна t/d.
Чем больше действующие напряжения, тем интенсивнее процесс образования дисков, тем меньше толщина дисков керна. При равных напряжениях толщина дисков больше у керна большего диаметра.

по минимальной толщине дисков tmin устанавливают глубину Хmax, на которой в массиве действуют максимальные напряжения σmax;
по минимальной толщине дисков, отнесенной к диаметру керна tmin/d, с помощью диаграммы находят максимальную величину относительных напряжений σmax/σ0, действующих в массиве вблизи контура выработки;
Категорию удароопасности определяют в следующем порядке:
Определение глубины расположения максимальных действующих напряжений от контура выработки по дискованию керна:
1 – защитная зона нарушенных пород вблизи контура выработки, где нет дискования керна;
2 – интервал, где наблюдается дискование керна;
3 – контрольная скважина

по параметрам Хmax/h (где h – высота выработки) и σmax/σ0 на диаграмму наносят точку и определяется категория удароопасности.

Мероприятия по снижению удароопасности выработок
Чтобы привести массив в неопасное состояние, необходимо использовать один из двух принципов:
или понизить уровень максимальных действующих напряжений вблизи контура выработки,
или заглубить максимум действующих напряжений глубже в массив.
Первый принцип
Второй принцип

Первый принцип реализуется следующими мероприятиями: