Влияние природных и технологических факторов на устойчивость пород и закладочного массива при их обнажении в очистных камерах
Рассмотрены вопросы влияния природных и технологических факторов на устойчивость рудопородного и закладочного массива, а также проявления вывалов при очистной выемке высокими камерами мощной рудной залежи. Приведен анализ геологического строения и распространения систем трещин в рудной залежи и вмещ...
Gespeichert in:
| Datum: | 2017 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russian |
| Veröffentlicht: |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України
2017
|
| Schriftenreihe: | Геотехнічна механіка |
| Online Zugang: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/138624 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Влияние природных и технологических факторов на устойчивость пород и закладочного массива при их обнажении в очистных камерах / А.М. Кузьменко, М.В. Петлёваный // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2017. — Вип. 132. — С. 62-73. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-138624 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-1386242018-06-20T03:08:15Z Влияние природных и технологических факторов на устойчивость пород и закладочного массива при их обнажении в очистных камерах Кузьменко, А.М. Петлёваный, М.В. Рассмотрены вопросы влияния природных и технологических факторов на устойчивость рудопородного и закладочного массива, а также проявления вывалов при очистной выемке высокими камерами мощной рудной залежи. Приведен анализ геологического строения и распространения систем трещин в рудной залежи и вмещающих породах Южно-Белозерского месторождения в местах вывалообразования закладки и руды в очистное пространство камер. Установлена характерная зональность распространения интенсивности трещиноватости, которая увеличивается от периферии к середине южного крыла залежи «Главная». В средней части залежи по ее горизонтальной площади ширина зон трещиноватости увеличивается, что влечет за собой повторяющиеся вывалы руды, пород и закладки, расположенных по одной маркшейдерской оси. Рекомендовано в условиях сильнотрещиноватого горного массива производить формирование закладочного массива в отработанных камерах дифференцировано, по горизонтальной рудной площади изменяя структурно-реологические свойства закладочной смеси с целью ее инъектирования в системы трещин. Розглянуто питання впливу природних і технологічних факторів на стійкість рудопородного й закладного масиву, а також прояву вивалів при очисній виїмці високими камерами потужного рудного покладу. Наведено аналіз геологічної будови та поширення систем тріщин у рудному покладі й вміщуючих породах Південно-Білозерського родовища в місцях вивалоутворення закладки і руди в очисний простір камер. Встановлено характерну зональність поширення інтенсивності тріщинуватості, що збільшується від периферії до середини південного крила покладу «Головний». У середній частині покладу по його горизонтальній площі ширина зон тріщинуватості збільшується, що тягне за собою повторювані вивали руди, порід і закладки, розташованих на одній маркшейдерській осі. Рекомендовано в умовах сильнотріщинуватого гірського масиву здійснювати формування закладного масиву у відпрацьованих камерах диференційовано, по горизонтальній рудній площі, змінюючи структурно-реологічні властивості закладної суміші з метою її ін’єктування в системи тріщин. The problems of natural and technological factors influence on the ore-rock and filling massif stability, as well as rockfall manifestations during stopped excavation by high stopes of a thick ore deposit are considered. An analysis of the geological structure and distribution of fracture systems in the ore deposit and adjacent strata of Pivdenno-Bilozerske deposit in the places of filling massif and ore fall in the extraction space of the stopes is given. Distinctive zonation of the fracture intensity distribution which increases from the periphery to the middle of the southern wing in ―Hlavnaia‖ ore deposit was established. In the middle part of the deposit, along with horizontal area, increases the width of fracturing zones, which entails repetitive ore fall, rocks and a backfill located along a single minesurveying axis. It is recommended, in conditions of a highly fractured rock massif, to form the backfill massif in the finished stopes differentially, along with horizontal ore area changing the structural and rheological properties of the filling mixture in order to inject it into the crack system. 2017 Article Влияние природных и технологических факторов на устойчивость пород и закладочного массива при их обнажении в очистных камерах / А.М. Кузьменко, М.В. Петлёваный // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2017. — Вип. 132. — С. 62-73. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1607-4556 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/138624 622.273.217.4 ru Геотехнічна механіка Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| description |
Рассмотрены вопросы влияния природных и технологических факторов на устойчивость рудопородного и закладочного массива, а также проявления вывалов при очистной выемке высокими камерами мощной рудной залежи. Приведен анализ геологического строения и распространения систем трещин в рудной залежи и вмещающих породах Южно-Белозерского месторождения в местах вывалообразования закладки и руды в очистное пространство камер. Установлена характерная зональность распространения интенсивности трещиноватости, которая увеличивается от периферии к середине южного крыла залежи «Главная». В средней части залежи по ее горизонтальной площади ширина зон трещиноватости увеличивается, что влечет за собой повторяющиеся вывалы руды, пород и закладки, расположенных по одной маркшейдерской оси. Рекомендовано в условиях сильнотрещиноватого горного массива производить формирование закладочного массива в отработанных камерах дифференцировано, по горизонтальной рудной площади изменяя структурно-реологические свойства закладочной смеси с целью ее инъектирования в системы трещин. |
| format |
Article |
| author |
Кузьменко, А.М. Петлёваный, М.В. |
| spellingShingle |
Кузьменко, А.М. Петлёваный, М.В. Влияние природных и технологических факторов на устойчивость пород и закладочного массива при их обнажении в очистных камерах Геотехнічна механіка |
| author_facet |
Кузьменко, А.М. Петлёваный, М.В. |
| author_sort |
Кузьменко, А.М. |
| title |
Влияние природных и технологических факторов на устойчивость пород и закладочного массива при их обнажении в очистных камерах |
| title_short |
Влияние природных и технологических факторов на устойчивость пород и закладочного массива при их обнажении в очистных камерах |
| title_full |
Влияние природных и технологических факторов на устойчивость пород и закладочного массива при их обнажении в очистных камерах |
| title_fullStr |
Влияние природных и технологических факторов на устойчивость пород и закладочного массива при их обнажении в очистных камерах |
| title_full_unstemmed |
Влияние природных и технологических факторов на устойчивость пород и закладочного массива при их обнажении в очистных камерах |
| title_sort |
влияние природных и технологических факторов на устойчивость пород и закладочного массива при их обнажении в очистных камерах |
| publisher |
Інститут геотехнічної механіки імені М.С. Полякова НАН України |
| publishDate |
2017 |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/138624 |
| citation_txt |
Влияние природных и технологических факторов на устойчивость пород и закладочного массива при их обнажении в очистных камерах / А.М. Кузьменко, М.В. Петлёваный // Геотехнічна механіка: Міжвід. зб. наук. праць. — Дніпропетровск: ІГТМ НАНУ, 2017. — Вип. 132. — С. 62-73. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Геотехнічна механіка |
| work_keys_str_mv |
AT kuzʹmenkoam vliânieprirodnyhitehnologičeskihfaktorovnaustojčivostʹporodizakladočnogomassivapriihobnaženiivočistnyhkamerah AT petlëvanyjmv vliânieprirodnyhitehnologičeskihfaktorovnaustojčivostʹporodizakladočnogomassivapriihobnaženiivočistnyhkamerah |
| first_indexed |
2025-07-10T06:13:28Z |
| last_indexed |
2025-07-10T06:13:28Z |
| _version_ |
1837239394001485824 |
| fulltext |
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2017. №132
62
УДК 622.273.217.4
Кузьменко А.М., д-р техн. наук, профессор,
Петлѐваный М.В., канд.техн.наук, доцент
(Государственное ВУЗ «НГУ»)
ВЛИЯНИЕ ПРИРОДНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
НА УСТОЙЧИВОСТЬ ПОРОД И ЗАКЛАДОЧНОГО МАССИВА
ПРИ ИХ ОБНАЖЕНИИ В ОЧИСТНЫХ КАМЕРАХ
Кузьменко О.М., д-р техн. наук, професор
Петльований М.В., канд.техн.наук., доценц
(Державний ВНЗ «НГУ»)
ВПЛИВ ПРИРОДНИХ ТА ТЕХНОЛОГІЧНИХ ФАКТОРІВ
НА СТІЙКІСТЬ ПОРІД ТА ЗАКЛАДНОГО МАСИВУ
ПРИ ЇХ ВІДСЛОНЕННІ В ОЧИСНИХ КАМЕРАХ
Kuzmenko О.M., D.Sc. (Tech.), Professor
Petlovanyi M.V., Ph.D. (Tech.), Associate Professor
(State HEI «NMU»)
INFLUENCE OF NATURAL AND TECHNOLOGICAL FACTORS
ON ROCK AND BACKFILL MASSIF STABILITY
DURING STOPES EXCAVATION
Аннотация. Рассмотрены вопросы влияния природных и технологических факторов на
устойчивость рудопородного и закладочного массива, а также проявления вывалов при очи-
стной выемке высокими камерами мощной рудной залежи.
Приведен анализ геологического строения и распространения систем трещин в рудной за-
лежи и вмещающих породах Южно-Белозерского месторождения в местах вывалообразова-
ния закладки и руды в очистное пространство камер. Установлена характерная зональность
распространения интенсивности трещиноватости, которая увеличивается от периферии к се-
редине южного крыла залежи «Главная». В средней части залежи по ее горизонтальной пло-
щади ширина зон трещиноватости увеличивается, что влечет за собой повторяющиеся выва-
лы руды, пород и закладки, расположенных по одной маркшейдерской оси.
Рекомендовано в условиях сильнотрещиноватого горного массива производить форми-
рование закладочного массива в отработанных камерах дифференцировано, по горизонталь-
ной рудной площади изменяя структурно-реологические свойства закладочной смеси с це-
лью ее инъектирования в системы трещин.
Ключевые слова: мощная рудная залежь, очистная камера, закладочный массив, породы
висячего и лежачего боков, системы трещин.
Введение. Разработка рудных месторождений, представленных крутыми за-
лежами с высоким содержанием полезного компонента, осуществляется систе-
мами с твердеющей или пастовой закладкой выработанного пространства очи-
стных камер. Отработка рудных запасов по горизонтальной площади чередует-
ся с закладочными работами, отстающими от очистных камер первой очереди
на время, необходимое для затвердения искусственного массива.
________________________________________________________________________________
© А.М. Кузьменко, М.В. Петлеванный, 2017
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2017. №132
63
Очистные камеры второй очереди отработки рудных запасов находятся в
окружении руды и закладки выработанного пространства камер первой очере-
ди. В этих условиях прочность и устойчивость искусственного массива к сейс-
мическому воздействию при взрывной отбойке руды имеет важное значение с
позиции обрушения и загрязнения отбитой рудной массы составляющими ком-
понентами закладочной смеси [1, 2]. Кроме этого увеличивается объем вырабо-
танного пространства, что влечет дополнительные затраты на производство за-
кладочных работ камер второй очереди и удорожание стоимости добычи руды.
Применения высоких очистных камер с большими объемами отбиваемой
руды сопровождается увеличением площади обнажения искусственно-
возведенного массива, который находится в напряженном состоянии, отли-
чающимся разной степенью напряженности по контуру очистной камеры. По
мере отбойки камерных запасов руды площадь обнажения увеличивается, из-
меняя напряженное состояние массива и его устойчивость к сейсмическому
воздействию во времени.
Прочностные свойства искусственного массива зависят от состава смеси и
внутренних связей между компонентами, способными противостоять растяги-
вающим и сжимающим напряжениям на контуре площади обнажения. В совре-
менных системах разработки плоскости обнажений искусственного массива рас-
полагаются в трех направлениях – горизонтально, наклонно и вертикально. Со-
пряжение этих плоскостей образует острые и тупые углы, вокруг которых фор-
мируются растягивающие и сжимающие напряжения. Растягивающие напряже-
ния, как правило, располагаются возле тупых углов, а острые углы формируют
сжимающие напряжения. При шестиугольной очистной камере сочетание этих
углов наблюдается у кровли и днища камеры, но их значение отличается с пози-
ции вывалообразования.
Расположение плоскостей обнажений очистной камеры имеет большое зна-
чение при трещиноватых боковых породах, так последние склонны к обруше-
нию по плоскостям скольжения при обнажении горными работами. Трещино-
ватость пород является более значимым фактором, чем крепость породы на
сжатие, и способствует быстрому разрушению массива при возникновении в
нем растягивающих напряжений под действием горного давления или взрыва.
Контур очистной камеры имеет шероховатость в виде выступов и впадин, раз-
меры которых определяются расстояниями между системами трещин. Порой
они достигают значительных размеров, особенно, при ведении горных работ в
зоне расположения тектонических нарушений.
Анализ публикаций. Устойчивость горного и искусственного массива яв-
ляется доминирующим фактором при разработке полезных ископаемых, так как
являются источником их загрязнения, и требует дополнительных ресурсов для
получения концентрата. Напряженное состояние горных пород вокруг горных
выработок характеризует влияние горного давления и его перераспределение в
массиве под действием технологических процессов в зависимости от физико-
механических свойств. Напряженному состоянию массива горных пород вокруг
горных выработок различного объема и конфигурации уделено достаточно
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2017. №132
64
внимания [2-7]. Отмечается влияние размеров очистных камер и их конфигура-
ции на формирование нормальных сжимающих и растягивающих напряжений,
которые разрушают внутренние связи горных пород и являются причиной воз-
никновения вывалов в горные выработки. Устойчивость искусственного масси-
ва, возведенного при закладке очистных камер первой очереди отработки руд-
ных запасов, представляет опасность загрязнения рудной массы при отбойке
руды в камерах второй очереди. Напряженное состояние закладочного массива
рассмотрено в работах [1, 6], где дана оценка влияния составов закладочной
смеси и времени твердения в зависимости от компонентов и их физико-
механических свойств.
Такие значимые факторы как трещиноватость породного и рудного массива,
а также вязкость закладочной смеси практически не рассматривались с позиции
упрочнения пород на контуре очистной камеры первой очереди. Как правило,
очистные камеры имеют одинаковые геометрические размеры, а основным
критерием для их выбора служат прочностные свойства руды и вмещающих
пород. Как отмечается в работе [7] трещиноватость массива способствует его
обрушению в большей степени, чем крепость пород. При этом разрушаются как
бока, так и кровли очистных камер, представленные рудой и породами.
Изложение основного материала исследований. Месторождения желез-
ной руды представлены магматическими породами, которые в процессе своего
образования подвергались тектоническим процессам, в результате которых об-
разовались нарушения монолитности горного массива различного ранга и соот-
ветствующие им тектонические системы трещин. Чем выше степень метамор-
физма, а, следовательно, и прочность горных пород, тем слабее связь между
тектоническими блоками по плоскостям скольжения. Устойчивость массива к
обнажению горными работами слабая, особенно при воздействии на него сейс-
мическими волнами при массовом взрыве, вызванного отбойкой руды и прове-
дением горных выработок. Большинство месторождений железных руд имеют
разную степень трещиноватости в пределах рудного поля.
Южно-Белозѐрское месторождение занимает северную часть западного
крыла Центральной синклинали и представляет собой полосу субмеридиональ-
ного простирания (от северо-западного до северо-восточного) железистых
кварцитов, вмещающих богатые железные руды. Рудовмещающий горизонт
железистых кварцитов вогнут на запад. Простирание его меняется: на южном
фланге (до разведочного профиля 40-230) – северо-западное (310°), далее на
участке между разведочными профилями: 40-230 и 39 – субмеридиональное, а
затем (к северу от разведочного профиля 39) – северо-восточное (40°). Угол па-
дения рудной залежи увеличивается с юга на север – с 60-65° до 80-85°.
Геологическое строение месторождения характеризуется двумя комплекса-
ми пород: изверженные и метаморфические отложения кристаллического фун-
дамента и перекрывающая его толща осадочных пород мезо-кайнозойского
возраста. Рудное тело залежи «Главная» не имеет разрывов сплошности на всѐм
своѐм протяжении, однако осложнено складчатостью, как с висячего, так и с
лежачего бока, усложняя ведение горных работ.
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2017. №132
65
В южной части залежи вмещающими породами для него как в висячем, так
и в лежачем боку являются сланцы кварц-хлорит-серицитового, кварц-серицит-
хлоритового и кварц-гематит-хлоритового состава, коэффициент крепости по
шкале М.М. Протодьяконова от 7-9 до 8-10, трещиноватость сланцев средняя,
устойчивость средняя.
Центральная часть залежи в висячем и лежачем боках, также, как и в юж-
ной части залежи, представлена сланцами кварц-серицит-хлоритового, кварц-
хлорит-серицитового и кварц-гематит-хлоритового состава, коэффициент кре-
пости по шкале М.М. Протодьяконов от 7-9 до 8-10, трещиноватость средняя,
устойчивость средняя.
Северная часть залежи по морфологии рудных тел и составу вмещающих по-
род заметно отличается от южной и центральной части залежи. Мощность руд-
ной залежи здесь резко падает, при этом она расщепляется на ряд рудных тел, из
которых самым выдержанным по простиранию является рудное тело в лежачем
боку залежи. Рудные тела разделяют кварциты, преимущественно гематит-
мартитового состава мощностью 7-20 м. Вмещающими породами лежачего бока
являются сланцы кварц-хлорит-серицитового состава, крепостью 7-9, которые
дальше на север замещаются кварцитами гематит-мартитового состава крепо-
стью 14-15. С висячего бока вмещающими породами являются кварциты, пре-
имущественно гематит-мартитового состава крепостью 14-15, трещиноватость
средняя, устойчивость средняя.
Залегание железистых кварцитов и согласных с ними железных руд ослож-
нено складчатостью четвѐртого и более высоких порядков. Разрывных наруше-
ний на залегании пород и руд не наблюдается, но имеет место развитие отдель-
ностей трещин вертикальных и пологих с углами падения 10-20º на всей пло-
щади месторождения. Простирание вертикальных трещин преобладает в на-
правлении 350º, а пологих - 250-275°. Этими трещинами железистые кварциты
и руды разбиты на блоки. Иногда по этим трещинам наблюдаются кварцевые
жилы и рудные брекчии в виде обломков железистых кварцитов и руд, сцемен-
тированных дисперсным гематитом. В условиях месторождения наблюдается
широкий диапазон изменения степени трещиноватости от низкой (0-2 трещины
на один метр) до весьма сильной (20 трещин на один метр).
Ожидаемая величина перебора контура очистной камеры выше проектных
значений зависит от устойчивости горного массива, которая определяется сте-
пенью его трещиноватости. Она же влияет на кусковатость отбиваемой руды и
на произвольное обрушение горных пород при их обнажении очистными рабо-
тами значительных площадей.
Горными работами установлено, что устойчивость обнажения горного мас-
сива и рудного тела в очистных камерах различного порядка отработки руд-
ных запасов по горизонтальной площади на южном крыле недостаточна в
диапазоне глубин 480-840 м.
Шахтной документацией подтверждено обрушение вмещающих пород лежа-
чего и висячего боков, руды и закладочного массива, которое происходило в по-
давляющем большинстве случаев в очистных камерах южного крыла (32) и
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2017. №132
66
только в трѐх очистных камерах на северном крыле залежи. Как приведено вы-
ше, месторождение отличается геологической неоднородностью, которая про-
слеживается по горизонтальной площади рудного тела на отрабатываемых эта-
жах, а также по глубине разработки. Особое внимание обращает тот факт, что
южное крыло залежи имеет развитую систему трещин, которая отличается на
крыльях и купольной части складки четвертого порядка. Имеет место замещение
породных отдельностей по высоте очистной камеры, разнонаправленность сис-
тем тектонических трещин и их частота, слабый контакт, ориентация в простран-
стве и угол падения, а также их природа образования. Отмечается зональность в
проявлении тектонической трещиноватости, которая выражается в обрушении
пород и закладочного массива в очистное пространство камер первой и второй
очереди отработки рудных запасов.
По глубине отработки рудного тела прослеживается закономерность изме-
нения устойчивости камер по их осям, которые формируют группы с характер-
ными геологическими признаками (рис. 1).
Рисунок 1 – Расположение ослабленных зон трещиноватости на горизонтальной площади
рудной залежи «Главная» и вмещающих пород по осям очистных камер
южного крыла горизонта 740 м
Можно выделить четыре группы очистных камер, расположенные по осям: І
группа – 1/5ю, 3/5ю, 4/5ю; ІІ группа – 1/7 ю, 2/7ю, 3/7ю, 4/7ю; ІІІ группа – 0/9ю,
2/9ю, 4/9ю, 1/10ю, 2/10ю, 1/11ю, 0/11ю; ІV группа – 0/13ю, 3/13ю, 4/13ю, 0/14ю,
1/14ю, 3/15ю, 1/15ю, 2/15ю, 3/15ю. Проявления обрушения руды и вмещающих
пород наблюдаются в очистных камерах, которые располагаются у южной око-
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2017. №132
67
нечности рудной залежи при ее выклинивании на этажах. Особенностью І и ІІ
группы очистных камер является характерные изменения трещиноватости по
глубине отработки рудной залежи. Они располагаются в центре шахтного поля
в изогнутой части южного крыла залежи на участке, где ее мощность уменьша-
ется. По простиранию рудной залежи зоны трещиноватости, изменение струк-
туры руды и вмещающих пород выделяются неширокой полосой до 30 м через
одну очистную камеру.
В створе очистной камеры 1/5ю руда гематит-мартитовая, мартит-
гематитовая, редко встречаются прослои мартит-железослюдковой и гематито-
вой руды. Структура тонко-среднеслоистая, иногда массивной текстуры, редко
плойчатая, окварцованная с включениями карбонатного материала, трещинова-
тость от слабой до средней, неравномерная по крепости от f = 3-5 до f = 7-8. На
горизонте 740 м по буровому штреку руда гематит-мартитовая, тонко-
среднеслоистая, слабоскладчатая, f = 5-6, средней трещиноватости, низкой ус-
тойчивости, по трещинам II-III порядков в процессе горнопроходческих работ
наблюдались отслоения руды. По взаимопересекающимся трещинам III порядка
происходило отслоение горной массы в виде плит, что свидетельствует о сла-
бом контакте и наличии зияния между плоскостями трещин.
По оси камеры 1/7ю очистные камеры отрабатывают руду гематит-
мартитовую с частичными замещениями в западной части камеры с прослоями
мартито-гематитовой мощностью 2-3 м. В основном, руда тонкослоистая, не-
равномерной крепости, трещиноватость изменяется от слабой до средней, ус-
тойчивость средняя. Контакт с вмещающими породами чѐткий. На горизонте
640 м по орту 7ю + 7,5 м наблюдаются отдельные прослои мартит-гематитовой
руды землистого сложения, низкой устойчивости. По глубине отработки зале-
жи в створе оси от гор. 605 до гор. 825 м отмечается изменение состава руды и
возрастает трещиноватость. Так на горизонте 825 м, наблюдались отслоения
руды по взаимопересекающимся трещинам III порядка, обусловленным близ-
ким расположением отработанной и заложенной камеры 2/7ю.
Вмещающие породы висячего бока в этаже 640-665 м представлены кварцита-
ми гематит-мартитовыми широкополосчатыми, трещиноватыми, средней устой-
чивости.
Неустойчивость рудного массива и вмещающих пород к обнажению харак-
теризуется зональностью довольно широкой полосой по простиранию горизон-
тальной площади рудной залежи, охватывая 3-4 очистные камеры, т.е. 100-
120 м.
В очистной камере 2/9ю рудная залежь по составу гематит-мартитовая, с от-
дельными маломощными гнездами мартит-гематитовой руды, которая имеет
слабослоистую и тонкослоистую структуру, с коэффициентом крепости от
f = 3-5 до f = 6-7, слабой трещиноватости, средней устойчивости. С понижение
горных работ на горизонте 690 м отмечены зоны интенсивной трещиноватости.
Трещины разнонаправлены в пространстве массива и представлены открытого
и закрытого типа, заполненные гематитовым материалом, устойчивость руды
низкая. По простиранию рудной залежи в очистной камере 1/10ю состав руды
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2017. №132
68
представлен гематит-мартитовой, мартит-гематитовой, гематитовой, гематит-
железослюдко-мартитовой рудой. Структура массива представлена тонкой и
грубослоистой, комковатая, плойчатая, полосчатая, местами сланцеватой тек-
стуры, в отдельных интервалах массивная, по напластованию часто с белым
карбонатным материалом. Крепость руды изменяется в два раза (от f = 3-5 до
f = 7-8) по горизонтальной площади залежи, а трещиноватость слабая или сред-
няя. Трещины взаимопересекающиеся, часто открытого типа, устойчивость в
основном средняя.
Вмещающие породы лежачего бока сланцы кварц-хлорит-серицитовые,
средней степени рассланцованные, средней трещиноватости и устойчивости,
крепостью f = 7-8.
Расположенный южнее по простиранию за очистной камерой 2/9ю рудный
массив по осям камер 1/10ю и 0/11ю изменяет состав и структурное строение.
Так, в очистной камере 1/10ю руда гематит-мартитовая, мартит-гематитовая,
гематитовая, гематит-железослюдко-мартитовая, от тонко- до грубослоистой,
комковатая, плойчатая, полосчатая, местами сланцеватой текстуры. На гори-
зонте 690 м в отдельных интервалах руда массивная, по напластованию часто с
белым карбонатным материалом. Трещиноватость изменяется от слабой до
средней. Трещины взаимопересекающиеся, часто открытого типа.
Вмещающими породами лежачего бока являются сланцы кварц-хлорит-
серицитовые, тонко-среднерассланцованные, средней трещиноватости, с зерка-
лами скольжения по плоскостям рассланцевания, низкой устойчивости.
Аналогичные структурные изменения наблюдаются в четвертой группе очи-
стных камер, расположенных южнее третьей группы. Структурный состав руд-
ного тела изменяется в таких же пропорциях, как и в предыдущих очистных
камерах, а проявления трещиноватости отличается коренным образом. Особен-
но это становится очевидным по глубине отработки рудной залежи на примере
расположения массива по оси очистной камеры 0/13ю на горизонте 605-740 м.
Здесь трещиноватость массива изменяется от слабой до средней, устойчивость
средняя, но на гор. 635 м и гор. 690 м по мощности рудной залежи наблюдается
система трещин III порядка, контролирующие кровлю с падением на юго-запад
под углом 15-25º, по которым возможно отслоение руды, где рудная залежь
имеет восточное падение под углом 65-70º. Во вмещающих породах гор. 715 м
наблюдается трещина открытого типа, по падению не выдержана, падение на
запад под углом 70-30º.
Далее на юг по простиранию рудной залежи прочностные свойства руды
изменяются до четырех раз, но степень раскрытия трещин увеличивается, что
наглядно видно на примере рудного массива по оси очистной камеры 1/15ю на
горизонте 715-840 м.
На гор. 740 м руда мартитовая, слоистая, сильной трещиноватости, трещины
часто открытого типа, в процессе горнопроходческих работ происходило блоч-
ное отслоение руды из кровли, устойчивость низкая. Ниже, на горизонте 775 м
трещины II-III порядков, разнонаправленные, устойчивость низкая. На горизон-
те 810 м руда гематит-мартитовая, железослюдко-мартитовая, тонкослоистая,
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2017. №132
69
сланцеватая, местами с зеркалами скольжения, трещиноватость средняя, на-
блюдалось отслоение руды крупными блоками, устойчивость низкая.
Вмещающими породами лежачего бока являются сланцы кварц-серицит-
хлоритовые, средне-тонкорассланцованные, гематитизированные по напластова-
нию, слабооталькованые. Трещиноватость пород средняя и участками наблюда-
ется сильная трещиноватость, при которой устойчивость массива к обнажению
низкая.
Обращает на себя внимание развитие отдельных систем трещин и зияния
между плоскостями скольжения, которые формируют блочную структуру руд-
ного и породного массива. Влияние трещиноватости на технологические пара-
метры отбойки руды и устойчивости массива отмечалось также в работах [4, 5,
7]. При этом не учитываются свойства закладочной смеси проникать в откры-
тые системы трещин для создания монолитности, упрочнения массива и повы-
шения его устойчивости к обнажению, а также сейсмическому воздействию.
Фактически для закладки очистных камер применяется одинаковый состав за-
кладочной смеси, обладающий одинаковыми вяжущими свойствами, не зави-
симо от степени развития систем трещин и их открытости по плоскостям
скольжения.
На шахте «Эксплуатационная» ЧАО «Запорожский железорудный комби-
нат» в закладочной смеси вяжущими веществами являются молотые шлаки ме-
таллургического производства и отходы флюсового производства. Быстрое
схватывание смеси и создание прочных связей предопределяется, прежде всего,
наличием в вяжущих материалах гидравлически активных минералов.
Методом инфракрасной спектроскопии установлено, что доменный гран-
шлак содержит мелилит близкий по составу к окерманиту и псевдоволластонит.
Инфракрасные (ИК) спектры образцов компонентов закладки снимали на при-
боре SPECORD-75IR (рис. 2).
Анализ спектрограммы доменного граншлака (рис 2, а) позволил устано-
вить, что заметно выделяются мелилит с полосами поглощения 470 (деформа-
ционные колебания связи Si-O-Si); 858, 950, 980, 1020 (валентные колебания Si-
O в диортогруппах Si2O7) см
-1
; псевдоволластонит с рядом пиков в диапазоне
420-500 (деформационные колебания связи Si-O-Si); 570-580 (валентные коле-
бания связи Ca-O); слабый пик 715; серия пиков 920-1110 (валентные колеба-
ния связи Si-O). В отходах флюса (рис 2, б) содержится кальцит с четко выяв-
ленными полосами поглощения 714, 874, 1418 и 1803 см
-1
. Первые три полосы
самые интенсивные, а полосы 1440, 1825 см
-1
принадлежат доломиту. В спек-
трах карбонатов наблюдается одиночный пик (1400-1450 см
-1
), соответствую-
щий валентному колебанию иону CO3. Волластонит присутствуют в меньшей
степени со слабыми полосами поглощения 455, 570, 650, 680 см
-1
и кварц 465,
520, 590, 700 см
-1
.
Все минералы закладочных материалов являются инертными, однако в ре-
зультате измельчения способны проявлять гидравлическую активность. Мели-
лит представляет собой непрерывную серию твердых расплавов окерманита с
геленитом, которые слабо гидратируются в течение длительного времени, что
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2017. №132
70
обуславливает в 3-х месячном возрасте прочность твердеющей закладки на
уровне 5-7 МПа. Псевдоволластонит также подвергается медленной гидрата-
ции, образуя гелеобразную массу. Эти два минерала оказывают наибольшее
значение в процессе формирования новообразований твердеющей системы. Ос-
тальные минералы составляют скелет закладочного массива.
а)
б)
Рисунок 2 – Инфракрасные спектрограммы закладочных материалов:
доменный гранулированный шлак (а); отходы флюсового производства (б)
Одной из причин слабой устойчивости закладочного массива при воздейст-
вии горного давления и сейсмических волн является отсутствие в структуре к
трехмесячному возрасту закладки прочных связей низкоосновных гидросили-
катов кальция, которые начинают частично проявляться в возрасте 6 месяцев
(прочность 9-13 МПа). В структуре массива наблюдаются поровые пространст-
ва, что приводит к снижению прочности.
Посредством воздействия на частицы гидравлически активных минералов
механоактивацией или введением в закладочную смесь активизирующих доба-
вок можно достичь более быстрого формирования прочных кристаллических
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2017. №132
71
новообразований (гидросиликатов кальция) нитевидной, игольчатой структуры
с повышенной адгезионной способностью на контакте с вмещающими порода-
ми.
Закладочные работы в выработанном пространстве очистных камер осущест-
вляются без надлежащего учета развития и проявления систем трещин, а состав-
ляющие компоненты закладочного массива не корректируются. Сопоставление
степени раскрытия трещин с размерами частиц закладочной смеси свидетельст-
вует об отсутствии ее возможности проникать в открытые системы трещин для
цементации массива в моноблок. Выработанное пространство заполняется пото-
ком закладочной смеси, находящейся в жидком двухфазном состоянии с разде-
лением на твердую жидкую фракцию, а гидравлическое давление создается тех-
нологической высотой. При фильтрации заполненного объема через перемычки
вода вымывает дисперсные частицы закладочных смесей, что не способствует
склеиванию и прилипанию вяжущих элементов к наклонной и вертикальной по-
верхности вмещающих пород в зоне зияния трещин. Скорее наоборот, гидравли-
ческое давление способствует раскрытию крутопадающих и кососекущих систем
трещин и отрыву рудных или породных блоков на контакте с новыми структур-
ными образованиями.
Следовательно, при ведении закладочных работ на контакте с трещинова-
тыми массивами необходимо уделять внимание вязкости и пластичности соста-
ву закладочной смеси, а также их фракционному составу. При отработке руд-
ных запасов в очистных камерах второй очереди, когда очистные работы ведут-
ся в окружении искусственного массива, отсутствие четкого контакта влияет на
устойчивость закладочного массива к обнажению при сейсмическом воздейст-
вии массовыми взрывными роботами в результате отбойки руды.
Таким образом, устойчивость горного массива к обнажению зависит от при-
родных и технологических факторов, которые определяют эффективную добы-
чу руды при системах разработки с закладкой выработанного пространства
твердеющими смесями, а также от дифференцированного подхода к формиро-
ванию закладочных массивов по горизонтальной площади рудной залежи, учи-
тывая образования структурных форм и замещения горных пород.
Выводы. Анализ структурного строения рудной залежи и вмещающих по-
род, а также проявления систем трещин в горном массиве при ведении горных
работ по площади и глубине развития горных работ позволили установить при-
родные и технологические особенности:
– распространение систем трещин в рудной залежи и вмещающих породах
лежачего и висячего бока имеет зональных характер, как по глубине, так и по
горизонтальной рудной площади;
– ширина зон трещиноватости увеличивается к середине южного крыла за-
лежи «Главная», что подтверждается обрушением в выработанное пространст-
во руды, вмещающих пород и закладочного массива в очистных камерах, рас-
положенных по одной оси;
– составы закладочной смеси применяются без должного учета структурно-
го строения и развития систем трещин, которые бы обеспечивали не только
прочностные функции, но и цементацию массива на контакте с последующим
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2017. №132
72
ведением горных работ по отбойке рудных запасов;
– при формировании закладочного массива в окружении ослабленных гор-
ных пород в смесях должны преобладать силикаты кальция, обладающие гид-
равлической активностью, способные создавать прочный искусственный ка-
мень, также необходимо повышать вязкость и пластичность смеси;
– формирование закладочных массивов необходимо производить путем
дифференцированного подхода по горизонтальной площади рудной залежи,
учитывая трещиноватость и преобладающее развитие систем трещин в горном
массиве, чтобы обеспечить ему необходимую устойчивость при обнажении.
–––––––––––––––––––––––––––––––
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Исследование прочностных и деформационных свойств закладочного массива / Н.С. Кунанба-
ев, С.Н. Зеленцов, А.Б. Макаров [и др.] // Горный журнал. – 2001. – № 5. – С. 36-38.
2. Четверик, М.С. Перспективные направления добычи руд в глубоких карьерах и шахтах Крив-
басса / М.С. Четверик // Геотехническая механика: Межвед. сб. науч тр. / ИГТМ НАН Украины. –
Днепропетровск, 2012. – Вып. 104. – С. 51-60.
3. Chistyakov, E. Investigation of the geomechanical processes while mining thick ore deposits by room
systems with backfill of worked-out area / E.Chistyakov, V.Ruskih, S.Zubko // Geomechanical Processes
during Underground Mining. – 2012.- р. 127-132.
4. Khomenko, O. Industrial research into massif zonal fragmentation around mine workings / O. Kho-
menko, M.Kononenko, M.Netecha // Mining of Mineral Deposits. – 2016. – vol. 10(1). – р. 50-56.
5. Капленко, Ю.П. Влияние напряженного состояния горного массива и горно-геологических усло-
вий на параметры обнажений и форму очистных камер / Ю.П. Капленко, В.В. Цариковский // Разработ-
ка рудных месторождений. – 2005. – Вып. 88. – С. 11-24.
6. Кузьменко, О.М. Стійкість штучного масиву при підземній розробці потужного рудного по-
кладу на великій глибині / О.М. Кузьменко, М.В. Петльований // Збірник наукових праць НГУ. –
2017. – № 50 – C. 56-62.
7. Кузьменко, А.М. Распределение напряжений в горном массиве вокруг высоких очистных ка-
мер при разработке рудных месторождений с твердеющей закладкой / А.М. Кузьменко, В.В. Усатый
// Геотехническая механика. – 2010. – Вып. 94. – С. 105-133.
REFERENCES
1. Kunanbaev, N.S., Zelentsov, S.N., & Makarov, A.B. at al (2001), ―Investigation of the strength and
deformation properties of the packing massif‖, Gornyy zhurnal, vol. 5, pp. 36-38.
2. Chetverik, M.S. (2012), ―Prospective directions of extraction of ores in deep quarries and mines of
Krivbass‖, Geo-Technical Mechanics, vol.104, pp. 51-60.
3. Chistyakov, E., Ruskih, V., and Zubko, S. (2012), ―Investigation of the geomechanical processes
while mining thick ore deposits by room systems with backfill of worked-out area‖, Geomechanical
Processes during Underground Mining, 127-132.
4. Khomenko, O., Kononenko, M., and Netecha, M. (2016), ―Industrial research into massif zonal frag-
mentation around mine workings‖, Mining of Mineral Deposits, vol. 10(1), pp.50-56.
5. Kaplenko, Yu.P., and Tsarikovskiy, V.V. (2005), ―The influence of the stressed state of the mountain
massif and the mining and geological conditions on the outcrop parameters and the shape of the purification
chambers‖, Razrabotka rudnykh mestorozhdeniy, vol. 88, pp. 11-24.
6. Kuzmenko, O.M., and Petlovanyi, M.V. (2017‖ The stability of an artificial array during under-
ground development of a powerful ore deposit at a great depth‖, Zbirnyk naukovykh prats NHU, vol. 50,
pp. 56-62.
7. Kuzmenko, A.M., and Usatyy, V.V. (2010), ―Distribution of stresses in the rock mass around high
cleaning chambers in the development of ore deposits with hardening tabs Geo-Technical Mechanics, vol.
94, pp. 105-133.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Об авторах
Кузьменко Александр Михайлович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры
подземной разработки месторождений, ГВУЗ «Национальный горный университет» (ГВУЗ «НГУ»),
ISSN 1607-4556 (Print), ISSN 2309-6004 (Online) Геотехнічна механіка. 2017. №132
73
Днепр, Украина, kuzmenkoa@nmu.org.ua.
Петлѐваный Михаил Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры подземной
разработки месторождений, ГВУЗ «Национальный горный университет» (ГВУЗ «НГУ»), Днепр, Ук-
раина, petlyovany@ukr.net.
About the authors
Kuzmenko Oleksander Mykhailovych, Doctor of Technical Sciences (D.Sc.), Professor, Professor of the
Underground Mining Department, SHEI ―National Mining University‖ (SHEI ―NMU‖), Dnipro, Ukraine,
kuzmenkoa@nmu.org.ua.
Petlovanyi Mykhailo Volodymyrovych, Candidate of Technical Sciences (Ph.D.), Associate Professor of
the Underground Mining Department, SHEI ―National Mining University‖ (SHEI ―NMU‖), Dnipro, Ukraine,
petlyovany@ukr.net.
–––––––––––––––––––––––––––––––
Анотація. Розглянуто питання впливу природних і технологічних факторів на стійкість
рудопородного й закладного масиву, а також прояву вивалів при очисній виїмці високими
камерами потужного рудного покладу.
Наведено аналіз геологічної будови та поширення систем тріщин у рудному покладі й
вміщуючих породах Південно-Білозерського родовища в місцях вивалоутворення закладки і
руди в очисний простір камер. Встановлено характерну зональність поширення інтенсивнос-
ті тріщинуватості, що збільшується від периферії до середини південного крила покладу
«Головний». У середній частині покладу по його горизонтальній площі ширина зон тріщину-
ватості збільшується, що тягне за собою повторювані вивали руди, порід і закладки, розта-
шованих на одній маркшейдерській осі.
Рекомендовано в умовах сильнотріщинуватого гірського масиву здійснювати формуван-
ня закладного масиву у відпрацьованих камерах диференційовано, по горизонтальній рудній
площі, змінюючи структурно-реологічні властивості закладної суміші з метою її
ін’єктування в системи тріщин.
Ключові слова: потужний рудний поклад, очисна камера, закладний масив, породи ви-
сячого і лежачого боків, системи тріщин.
Abstract. The problems of natural and technological factors influence on the ore-rock and fill-
ing massif stability, as well as rockfall manifestations during stopped excavation by high stopes of a
thick ore deposit are considered.
An analysis of the geological structure and distribution of fracture systems in the ore deposit
and adjacent strata of Pivdenno-Bilozerske deposit in the places of filling massif and ore fall in the
extraction space of the stopes is given. Distinctive zonation of the fracture intensity distribution
which increases from the periphery to the middle of the southern wing in ―Hlavnaia‖ ore deposit
was established. In the middle part of the deposit, along with horizontal area, increases the width of
fracturing zones, which entails repetitive ore fall, rocks and a backfill located along a single mine-
surveying axis.
It is recommended, in conditions of a highly fractured rock massif, to form the backfill massif
in the finished stopes differentially, along with horizontal ore area changing the structural and rheo-
logical properties of the filling mixture in order to inject it into the crack system.
Keywords: thick ore deposit, stope, a backfill massif, rocks of a hanging wall and foot wall,
crack system.
Статья поступила в редакцию 19.03.2017
Рекомендовано к публикации д-ром технических наук Четвериком М.С.
mailto:kuzmenkoa@nmu.org.ua
mailto:petlyovany@ukr.net
mailto:kuzmenkoa@nmu.org.ua
mailto:petlyovany@ukr.net
|