Инструкция по безопасному ведению горных работ на рудных и нерудных месторождениях

Задачи, права и обязанности Комиссии

     5. Рассмотрение способов вскрытия, схем подготовки и систем разработки, а также средств и способов поддержания горных выработок.
     
     6. Решение вопросов очередности и технологии ведения очистных и подготовительных работ.
     
     7. Выбор способов предотвращения горных ударов, средств обеспечения безопасности работ на удароопасных участках.
     
     8. Рассмотрение проектов и порядка ведения горных работ на склонных и удароопасных участках.
     
     9. Решение вопросов организации, утверждение структуры, обучения персонала  и оценка результатов деятельности служб прогноза и предотвращения горных ударов.
     
     10. Контроль за внедрением Инструкции, Указаний и выполнением решений Комиссии.
     
     11. Рассмотрение предложений по перспективному планированию горных работ на месторождении, а также по совершенствованию способов прогноза и мер предотвращения горных ударов.
     
     12. Обсуждение проектов Инструкции и Указаний.
     
13. Рассмотрение отчетов должностных лиц шахт, рудников, стройучастков, стройуправлений о состоянии ведения работ на удароопасных участках.
     
     14. Решение вопросов ежегодного подтверждения отнесения месторождения к склонным или опасным по горным ударам.
     
     15. Безотлагательное отнесение месторождения к удароопасным в случае неожиданных проявлений горных ударов или установления категории "ОПАСНО".
     
     16. Подготовка и проведение научно-технических совещаний и семинаров по проблеме горных ударов.
     
     17. Комиссия по борьбе с горными ударами обязана:
     
     - анализировать причины горных ударов, происшедших на месторождении, и намечать пути их предупреждения;

     - производить на эксплуатируемых и строящихся объектах проверку выполнения мероприятий по прогнозированию и предотвращению горных ударов.
     
     18. Комиссия имеет право:
     
     - останавливать горные работы, если нарушены требования Инструкции и Указаний, касающиеся вопросов безопасной отработки участков, склонных и опасных по горным ударам;

     - приглашать на заседания комиссии представителей организаций, работающих по проблеме борьбы с горными ударами;
     
     - получать от руководителей предприятий необходимую документацию по прогнозированию и предотвращению горных ударов;
     

     - заслушивать отчет службы ППГУ о проведенной работе;
     
     - решать технические и организационные вопросы по безопасному ведению горных работ.
     

Приложение 4

Прогноз удароопасности участков массива горных пород (к п. 4)

     Прогноз удароопасности основан на оценке напряженного состояния и физико-механических свойств горных пород в зоне опорного давления геомеханическими и геофизическими методами.
     

Геомеханический метод

     1. По дискованию керна при ведении горных работ. Метод дискования керна является базовым. Другие существующие и вновь вводимые методы, методики и критерии определения удароопасности в обязательном порядке должны быть сверены на сходимость с результатами базового метода для каждого месторождения и приведены в Указаниях. Толщина выбуриваемых из скважин дисков t зависит от величины максимальных радиальных напряжений . Чем больше максимальные радиальные напряжения , тем интенсивнее процесс дискообразования.
     
     Диски имеют выпукло-вогнутую форму с выпуклостью в направлении массива. К учету  принимаются диски, не превышающие половины их диаметра.
     
     Наименьшую среднюю толщину дисков с единицы длины скважины устанавливают при наиболее высоких уровнях напряженности /сж  и минимальных соотношениях ос / . Вторая составляющая радиальных напряжений практически не оказывает влияния на процесс дискообразования.
     
     Количественные зависимости толщины дисков от уровня напряженности и вида напряженного состояния массива являются универсальными для пород, склонных к  горным ударам (рис. 6).
     
     С увеличением диаметра керна dк. толщина дисков возрастает, а относительная ее величина t/dк уменьшается. Пересчет параметров дискования керна с одного диаметра на другой производят с помощью поправочного коэффициента kt, если известны толщина дисков или их количество с единицы длины скважины хотя бы одного диаметра:
     

t1=t2kt  или N2 = N1 kt,

где kt=0,33+0,67d / d при d < d ; t1 -толщина дисков диаметром d ; t2 -  толщина дисков диаметром d ; N1-количество дисков при диаметре керна d , N2- количество дисков при диаметре керна d .

Дискообразование происходит с наибольшей интенсивностью при расположении скважин перпендикулярно действию максимальных напряжений. При бурении скважин под углом к указанному направлению происходит изменение параметров дискования керна.
     
     Для прогноза удароопасности и оценки напряженности массива может быть использовано буровое оборудование со следующими характеристиками режима бурения: скорость вращения бурового става 350-450 об/мин, усилие подачи 1 МПа, скорость бурения 1-2 см/мин, количество воды, подаваемой на забой скважины - 3-7 л/мин. При бурении рекомендуются керновые полусферические коронки диаметром 59 мм.
     
     Для прогноза удароопасности необходимо определить направление действия главных напряжений и уровень напряженности в зоне максимума зоны опорного давления.
             

Рис. 6. Зависимость параметров дискования керна t/d от уровня напряженности массива сж при различных соотношениях между осевыми и радиальными напряжениями:   

d - диаметр скважины; tср - средняя толщина дисков;
остальные условные обозначения см. в тексте

     Напряженное состояние пород по дискованию керна количественно оценивается только в зоне максимума опорного давления на основе зависимости t/d = /( /сж) (рис. 7), которая определяется напряжениями ос / =0,2. Радиальные напряжения являются тангенциальными по отношению к выработке.
     
     Напряженное состояние массива по разделению керна на диски вне зоны опорного давления можно количественно оценивать с достаточной достоверностью по зависимостям, представленным на рис. 6.
     
     Для оценки напряженного состояния участков массива бурят скважину по нормали к поверхности обнажения, либо к плоскости, являющейся касательной к ее поверхности, на глубину, равную наибольшему размеру выработки h. При бурении отбирают керновый материал через каждые 0,5 или 1 м.
     
     Результаты измерений толщины дисков представляют в виде гистограмм. Прямолинейные участки гистограммы, соединенные плавной линией, имеют вид параболы, обращенной ветвями вверх.
     
     Расстояние от устья скважины до середины участка с минимальной толщиной дисков соответствует расстоянием до максимума зоны опорного давления.
     
     При наличии на гистограмме нескольких участков с минимальной толщиной дисков (лепестков) следует определять на этих участках прочность на сжатие сж пород (руд). Определение  сж может быть выполнено, например, прибором БУ-39 конструкции ВНИМИ.
     
     Положение зоны максимума опорного давления при различиях в прочностных свойствах горных пород необходимо определять по наибольшей величине /сж, устанавливаемой с учетом средней толщины дисков и их прочности из зависимости:
     

     В крепких разновидностях пород - вблизи контактов крепких и слабых пород - может наблюдаться увеличение дискообразования с ограниченной протяженностью, не превышающей 0,2-0,25 м. Эти экстремумы представлены, как правило, не более чем 5-10 дисками и не определяют зоны максимума опорного давления.
     
     Положение зоны максимальных нагрузок при неизменной прочности пород необходимо устанавливать по наиболее удаленному экстремуму.
     
     Прогноз удароопасности пород и руд выполняется исходя из определения величины напряжений в максимуме зоны опорного давления и расстояния до максимальных нагрузок от обнажения.
     
     Прогноз удароопасности должен производиться в скважинах, ориентированных перпендикулярно действию максимальных напряжений. Для определения направления максимального напряжения в сечении выработки следует бурить веер скважин в соответствии с методикой для данного месторождения. Скважина, из которой керн вышел в виде дисков наименьшей толщины, показывает направление максимальных напряжений, перпендикулярное ее оси.
     
     Удароопасность массива при дисковании керна в нескольких скважинах должна определяться также по скважине с наименьшей толщиной дисков в зоне максимума опорного давления. Прогноз степени удароопасности - при неизменных горнотехнических и горно-геологических условиях может проводиться только по одной скважине с минимальной толщиной дисков.
     

Рис. 7. Номограмма для определения напряжений в максимуме зоны опорного давления по дискованию керна

     Иногда у обнажения образуется зона разрушенных пород (руд) Х2. Эта зона может возникать и в результате буровзрывных работ. Дискования керна в этой зоне не наблюдается. Начало зоны дискования керна характеризует границу между зонами Х2 и Х1 (рис. 8).
     
     По параметрам tcp/d, Х1 и X2 определяют категорию удароопасности участка горного массива (рис. 9).

     Направление действия максимальных напряжений уточняется для каждого месторождения и должно быть приведено в Указаниях.
     

Другие методы

     Приведенные ниже методы определения удароопасности могут применяться на месторождениях после проведения опытно-экспериментальных работ и опробования методик. Порядок ввода в практическое использование данных методов определяется Указаниями с обязательным рассмотрением на Комиссии.
     
     2. По трещиноватости. Трещиноватость поперечной направленности в условиях пластообразной залежи служит показателем удароопасности. Удароопасность определяют по ориентировке трещин поперечных систем относительно выработок и по их густоте.
     
     Прогноз производят на основании данных съемки трещиноватости. Замеры азимутов простирания трещин А и углов падения  выполняют горным компасом или угломером. Измерению подлежат трещины с гладкими, иногда до зеркальности, поверхностями образующих плоскостей. На плоскостях возможны полосы и борозды скольжения. Трещины могут быть с заполнителем или без него.
     
     При измерениях необходимо пользоваться правилом "правой руки". Длинную сторону компаса располагают по линии простирания замеряемой трещины. Нуль азимутальной шкалы компаса должен быть направлен таким образом, чтобы в поле зрения скат трещины был справа. Каждую плоскость замеряют 2-3 раза. Окончательное значение элементов залегания трещины принимают как среднеарифметическое. Съемку ведут с выделением трещин последовательно на каждом метре. При измерениях определяют значения истинных азимутов простирания.
     
     К поперечным системам относят трещины с параметрами А1 = (70° ± ) +(110° ±); А2 = (250° ±) + (290° ± ) и Б1,2= 50-90°, где  - магнитное склонение,  - угол падения.
     
     При съемке трещиноватости учитывают только трещины поперечного класса. Для получения объективных результатов и полного охвата прогнозируемой области рудной залежи необходимо, чтобы расстояние между выработками не превышало 20 м.
     
     По результатам съемки проводят изолинии густоты трещин поперечного класса. С этой целью данные замеров густоты усредняют на пятиметровых интервалах и наносят на план горных работ масштаба 1:500. Проводят изолинии густот 0,2; 0,4; 0,6; 1; 3; 5; 10; 15 линий на 1 м.
     
     Области шахтного поля, оконтуренные изолиниями густоты трещин 0,6 на 1 м и выше, относят к опасным по горным ударам.
     

     Определяют интенсивность развития (густоту) в поперечных системах трещин (рис. 10, а). Для этого усредняют густоту трещин на участке съемки длиной не более 5 м. Если колебания густоты (отклонение максимального значения от минимального) не превышает двух на 1 м погонной длины, то ее усредняют на участке длиной 5 м (рис. 10, б). В случае колебания густоты на участке замера более двух на 1 м погонной длины, усреднение принимают на участке не более 2 м (рис. 10, в).
          

Рис. 8. Схема, иллюстрирующая положение зоны дискования X :

X - расстояние от обнажения до зоны максимума опорного давления;

X = Х - X

Рис. 9. Номограмма для определения категории удароопасности участков массива по дискованию керна
(обозначение на рис. 7, 8).

Рис. 10. Определение интенсивности трещин:
а - определение густоты трещин; б, в - примеры оценки средней густоты (числа)
Гср - трещин поперечной направленности по длине участка выработки l

     
     При значениях усредненной густоты трещин менее одной на 1 м систему считают неразвитой. При густоте трещин от одной на 1 м и выше удароопасность участка устанавливают в зависимости от ориентировки трещин поперечных систем относительно обнажения залежи. Ориентировка трещин определяется углом встречи  и направлением их падения относительно обнажения. Угол встречи определяют как разность азимутов простирания трещин и плоскости обнажения. В направлении падения трещин относительно обнажения различают два положения - в массив и на обнажение (см. рис. 10, а, б).
     
     По выявленным показателям трещиноватости непосредственно в выработке предварительно определяют удароопасность участка рудной залежи (табл. 2).
     

Таблица 2

 
     Для окончательного установления удароопасности обрабатывают результаты съемки трещин с помощью круговой диаграммы (рис. 11). Трещины на ней отмечают условными знаками (точками) с цифрами, указывающими конкретный метр из замера. Выделяют максимумы систем при помощи метода "скользящего окна" - сектора круговой диаграммы размером 2020°. Перемещая сектор по кругу с шагом 10°, отмечают каждый раз в центре "окна" число попавших в него трещин. Если точка находится в поле сектора, то ее обозначают цифрой 1, а при ее расположении на линии сектора - 0,5 и в углу - 0,25. После этого перемещают сектор к центру диаграммы с шагом также 10°. По нанесенным данным проводят изолинии равных частот встречаемости трещин. Максимумы систем трещин находятся в центре площадок, ограниченных изолиниями наибольших частот встречаемости. При построении изолиний необходимо учитывать особенности положения трещин, попадающих на круговой диаграмме между концентрическими окружностями, соответствующими углам падения 80-90°. Точки максимумов соединяют с центром диаграммы. Проведенные линии соответствуют азимутам простирания плоскости максимума системы. Нормали, проведенные вправо от этих линий, если смотреть из центра диаграммы, указывают направление падения трещин в системах. Угол встречи и направление падения относительно обнажения выработки на круговых диаграммах определяют следующим образом.
     
     На круговую диаграмму наносят пространственное положение выработки (см. рис. 11, в), в которой замеряли трещины. Линию, имитирующую обнажение выработки со стороны массива, штрихуют. Относительно этой штриховки рассматривают направление падения трещин. Направление на штриховку соответствует положению падения трещин в массив, противоположное направление - на обнажение.
     
     Одновременно определяют угол встречи трещин с обнажением выработки, т. е. острый угол  между диаметральной линией, соединяющей центр круговой диаграммы с максимумом системы трещин, и соответствующей линией простирания обнажения.
          

Рис. 11. Ориентировка трещин относительно обнажения выработки:

а - разрез; б - план; в - круговая диаграмма;

- угол встречи трещины с обнажением.

     Наиболее достоверные результаты измерений достигаются при непрерывной съемке трещин в условиях проведения очистной или подготовительной выработки. Обязательной является съемка трещин в забое и в стенках выработки. Трещиноватость в этом случае снимают на пятиметровых интервалах при каждом подвигании забоя выработки на 3 м.
     
     Допускается съемка трещин отдельными участками. В этом случае протяженность участка измерений должна быть не менее 10 м.
     
     3. Метод вдавливания пуансона в стенки шпуров (скважин). Прибор МГД (многоточечный гидравлический датчик) с самописцем предназначен для определения склонности пород к горным ударам и категории удароопасности выработок и целиков. Склонность пород к хрупкому разрушению под действием предельных сжимающих напряжений определяется по диаграммам вдавливания пуансона в стенки скважин, записываемым автоматически в координатах "нагрузка-деформация".