ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 1 1. Природа образования полезных ископаемых. ПИ – природные минеральные вещества, которые с достаточным экономическим эффектом могут быть использованы для промышленной переработки. П.и. бывают твердые, жидкие и газообразные. Группы п.и. по направлениям использования: Руды (черных, цветных и редких металлов); Горючие п.и. (газ, нефть, уголь и др.); Химическое сырье (калийные соли, фосфориты и др.); Строительные материалы (гранит, мрамор, глина, песок и др.) Драгоценные камни, огнеупоры, пъезокварц, слюда и др. ЭКЗОГЕННЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ, гипергенные месторождения, седимектогенные месторождения, — залежи полезных ископаемых, связанные с древними и современными геохимическими процессами Земли. Образуются на поверхности Земли в еѐ тонкой верхней части, включающей горизонты грунтовых и частично пластовых подземных вод, на дне болот, озѐр, рек, морей и океанов. Экз. месторождения формируются в результате механического и биохимического преобразования и дифференциации минеральных веществ эндогенного происхождения. Среди экзогенных месторождений различают 4 генетических группы: остаточные (формируются вследствие выноса растворимых минеральных соединений из зоны выветривания и накопления труднорастворимого минерального остатка образующего руды железа, никеля, марганца, алюминия) , инфильтрационные(возникают при осаждении из подземных вод поверхностного происхождения растворѐнных в них минеральных веществ с образованием залежей руд урана, меди, серебра, золота, самородной серы) , россыпные(создаются при накоплении в рыхлых отложениях на дне рек и морских побережий тяжѐлых и прочных ценных минералов, к числу которых принадлежат золото, платина, минералы титана, вольфрама, олова) и осадочные( образуются в процессе осадконакопления на дне морских и континентальных водоѐмов, формирующего залежи угля, горючих сланцев, нефти, горючего газа, солей, фосфоритов, руд железа, марганца, бокситов, урана, меди, а также строительных материалов (гравий, песок, глина, известняк, цементное сырьѐ). Экзогенные месторождения имеют крупное промышленное значение. уголь (бурый, каменный, антрацит); горючие сланцы, торф, нефть и др.); калийные соли (Соликамск), натриевые соли (Соль-Илецк), мраморы, известняки, (Искитим), глины (кирпичные и керамические, Евсино), песок строительный (р. Обь), ангидрит (гипс, Норильск рудник «Ангидрит» подземная добыча). ЭНДОГЕННЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ, гипогенные месторождения, магматогенные месторождения, — ПИ, связанные с геохимическими процессами глубинных частей Земли. Формируются из магматических расплавов или из газовых и жидких горячих минерализованных растворов среди глубинных геологических структур в обстановке высоких давлений и температур. Среди эндогенных месторождений выделяется 5 главных генетических групп:1). Магматические месторождения образуются при застывании расплавов с обособлением руд хрома,титана, ванадия, железа, платины, меди, никеля, редких металлов, а также апатита и алмазов. 2) Пегматитовые месторождения представляют собой раскристаллизовавшиеся отщепления конечных продуктов остывающей магмы, используемых в качестве керамического сырья и для добычи слюд, драгоценных камней и редких металлов.3) Карбонатитовые месторождения ассоциируют сультраосновными щелочными магматическими породами, среди которых накапливаются карбонатные минералы и находящиеся среди них руды меди, ниобия, апатити флогопит. 4) Скарновые месторождения возникают под воздействием горячих минерализованных паров, у контакта с магматической массой, создающих залежи руд железа, меди, вольфрама, молибдена, свинца, кобальта, золота, бора и др. 5) Гидротермальные месторождения состоят из руд цветных, благородных и радиоактивных металлов, представляющих собой осадки, циркулирующих на глубине горячих минерализованных водных растворов. граниты (карьер Борок, карьер Мочище, карьеры ОАО «Искитим мрамор гранит») строительный щебень, каменные блоки, плитка гранитная, бутовый камень. Месторождение – естественное скопление в земной коре п.и. содержащего полезные компоненты в количестве и качестве достаточном для промышленного извлечения при современном состоянии технологии, техники и экономики. Месторождением ПИ называется его природное скопление в виде геологических тел в земной коре. По условиям залегания, количеству и качеству минерального сырья при данном состоянии экономики и техники может служить объектом промышленной разработки. Совокупность требований, которые предъявляет промышленность к месторождениям полезных ископаемых (это техническая возможность и экономическая целесообразность их разработки) называется кондициями. Площади распространения полезных ископаемых (п/и) в порядке их уменьшения разделяются на провинции, области (пояса, бассейны, районы (узлы, поля, месторождения, тела 2. Классификация свойств горных пород, основной классификационный признак Сложность создания классификации свойств горных пород обусловлена рядом обстоятельств: • во-1, природа свойств горных пород чрезвычайно сложна, а любая классификация в той или иной мере имеет формальный подход; • во-2, в реальных условиях горная порода может находиться под одновременным воздействием нескольких полей, а это, в свою очередь, может изменить те свойства пород, которые проявлялись при раздельном воздействии полей, и открыть качественно новые свойства; • в 3, совершенствование аппаратуры и методов изучения горных пород позволит получить дополнительные количественные характеристики их свойств, не учтенные в классификации. В.В. Ржевский и Г.Я. Новик делят физические свойства горных пород на плотностные, механические, акустические, гидравлические и газодинамические, термические, электромагнитные, (в том числе, радиационные), технологические. Классификация, разработанная М.Е. Певзнером, позволяет избежать недостатков, присущих ранее проанализированным классификациям. Построение этой классификации осуществлено по следующей схеме: тип свойств - класс свойств - свойство - показатель, характеризующий свойство в количественном отношении. Основным классификационным признаком, на основании которого могут быть разделены свойств горных пород, является тип материального поля, воздействующего на горную породу. Рассматривая реальные условия существования горных пород, под термином «поле» следует понимать часть пространства, внутри которого имеют место характерные изменения горной породы. Выделяются поля двух типов и соответственно два типа свойств горных пород: • химические, т. е. такие поля, при взаимодействии с которыми происходит химическое превращение горной породы. Свойства, которые у нее при этом проявляются, называются химическими; • физические, т. е. такие поля, взаимодействуя с которыми горная порода не претерпевает химического превращения. Свойства, которые при этом проявляются у горной породы, называются физическими. Под химическим превращением горной породы понимается такое превращение, при котором в соответствии с особыми химическими закономерностями происходит изменение ее состава. Химическое превращение происходит на атомном (в нижнем пределе) уровне и осуществляется в процессе особых взаимодействий определенных структурных частиц вещества (атомы, молекулы, ионы, радикалы); химическое превращение сопровождается возникновением или перераспределением специфической химической связи. К числу химических свойств горных пород относятся: способность к окислительновосстановительным реакциям, растворимость, хемосорбция и др. Физические свойства горных пород, проявляющиеся во взаимодействии с определенными физическими полями, могут быть разделены на 8 классов: гравитационные, гидравлические, механические, акустические, тепловые, электрические, магнитные, радиационные. В свою очередь, в каждом классе выделяются свойства, характеризующие различные аспекты взаимодействия горной породы с данным физическим полем. К классу гравитационных свойств горных пород, проявляющихся при взаимодействии с гравитационным полем сил Земли, относятся вес и плотность. Под гидравлическими свойствами горных пород понимается класс свойств, которые проявляются у горной породы при взаимодействии с движущимися или находящимися в состоянии относительного покоя жидкостями, парами и газами. К гидравлическим свойствам горных пород относятся: влагоемкость, водоотдача, водоｮроницаемость, водоустойчивость, капиллярность, набухание, усадка, просадочность, липкость, смачиваемость, адсорбция и абсорбция. Акустические свойства - свойства, которые проявляются у горной породы при прохождении через нее звуковых волн. В число акустических входят: акустическая проводимость и акустическое поглощение. К механическим свойствам, наиболее важным в геомеханике, относятся упругость, пластичность, компрессионная способность, хрупкость, ползучесть, прочность, твердость, абразивность, тиксотропность, вязкость разрушения. Тепловые свойства проявляются в горной породе при взаимодействии с тепловым полем. К числу тепловых свойств относятся теплопроводность, теплоемкость, тепловое расширение (сжатие), способность к фазовым превращениям. Электрические свойства проявляются у горных пород при взаимодействии с электрическим полем. В число электрических свойств входят: электропроводность, электрическая прочность и поляризация. Магнитные свойства проявляются у горной породы при взаимодействии с магнитным полем. К магнитным свойствам горных пород относятся магнитная восприимчивость и остаточная намагниченность. В класс радиационных свойств входят свойства горных пород, проявляющиеся при взаимодействии с полем радиации: естественная радиоактивность и поглощающая способность. 3. Виды опасных зон при подземной разработке месторождений полезных ископаемых. Опасная зона – участок недр, в пределах которого при ведении горных работ требуется осуществлять дополнительные меры безопасности, предусматриваемые проектом на отработку месторождения, а также проектом мероприятий на ведение горных работ в опасной зоне. При подземной разработке угля могут образовываться следующие опасные зоны: Зоны, возникающие под воздействием геомеханических процессов: – опасные по горным ударам; – опасные по внезапным выбросам угля и газа; – повышенного горного давления от целиков или краевых частей; Зоны, обусловленные геологическими факторами: – у геологических нарушений, в том числе у выходов пластов под наносы; – опасные по прорыву плывунных пород; – опасные по суфлярным выделениям метана геологического происхождения. Зоны, опасные по прорыву воды: – расположенные под водными объектами на земной поверхности; – расположенные вблизи затопленных выработок, в том числе у незатампонированных разведочных и технических скважин различного назначения; – барьерные целики, в том числе между открытыми и подземными горными выработками. Зоны, обусловленные горнотехническими факторами: – опасные по прорыву глины и пульпы; – пожарные участки; – загазированные выработки; – участки ведения горных работ, находящихся в зоне влияния действующих открытых горных работ (при совместной отработке участка открытым и подземным способом). ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 2 1. Формы залегания месторождений. Виды нарушений в залегании горных пород. Формы рудных тел: а – пласт; б – линза; в –- шток; г – жила. Пласт – геологическое тело имеющее: • плоскую форму; • мощность во много раз меньше размеров площади его распространения; • имеет подошву и кровлю, отделяющую от подстилающих и покрывающих пластов; • однородный состав, но может иметь и прослои (пласт угля с прослоями песка); Эта форма тел наиболее типична для осадочных месторождений. Несколько пластов ПИ называются свитой Шток – (нем. палка, ствол) интрузивное тело, обычно цилиндрической формы, крутопадающее Штокверк - изометрический объѐм горной породы, пронизанный различно ориентированными прожилками и насыщенный вкрапленностью минерального вещества. По строению различают простые, сложные и рассредоточенные залежи. Простые залежи имеют однородное строение. Сложные залежи содержат прослойки пустых пород и некондиционного полезного ископаемого. пород. Рассредоточенные залежи содержат прослойки полезного ископаемого в виде тел, распределенных в массиве вмещающих Линия простирания – линия (АВ), образующаяся при пересечении поверхности залежи с горизонтальной плоскостью. Направление линии простирания называют простиранием рудного тела. Линия падения – линия (ДС), лежащая в плоскости залежи, перпендикулярная к линии простирания, направленная в сторону большего уклона. Направление противоположное падению называют восстанием залежи. Угол, составленный поверхностью залежи (висячим боком или кровлей) и горизонтальной плоскостью называют углом падения. По характеру залегания тел полезные ископаемые делят: 1) горизонтальные (угол падения до 10о ); 2) наклонные (от 10-30 о ), 3) крутопадающие (более 45-90о ). Мощность рудного тела – расстояние по нормали между висячим и лежачим боками залежи, пласта. Геологические нарушения. а – взброс; б – сброс; в – грабен; г – горст; д – надвиг; е – сдвиг. ВЗБРОС — смещение горной породы по разлому, связанное с поднятием одного блока земной коры относительно другого. СБРОС — разновидность разрывных тектонических нарушений земной коры, образующаяся в условиях еѐ растяжения и выраженная в опускании одного блока коры и (или) поднятия другого вдоль поверхности разрыва, вертикальной или наклонѐнной под относительно опущенный блок. Амплитуда сброса может достигать первых километров (в рифтах). Встречаются в самых различных структурных зонах земной коры (как на континентах, так и в океанах). ГРАБЕН — опущенный участок земной коры, отделѐнный сбросами, реже взбросами, от смежных, относительно приподнятых участков. ГОРСТ — участок земной коры, занимающий приподнятое положение по отношению к окружающим областям и ограниченный сбросами или взбросами. НАДВИГ — разрывное нарушениезалегания горной породы обычно с пологим (45-60°) наклоном плоскости смещения (сместителя), по которому висячий бок поднят относительно лежачего и надвинут на него. СДВИГ — один из видов разрывных тектонических нарушений земной коры, образующийся в обстановке еѐ горизонтального сжатия и проявленный смещением смежных блоков относительно друг друга в горизонтальном направлении по вертикальной плоскости. Встречаются преимущественно в складчатых областях, где амплитуда смещений вдоль них может измеряться сотнями километров (Таласо-Ферганский сдвиг в Тянь-Шане, сдвиг СанАндреас в Калифорнии и многие др.). 2. Петрографические особенности горных пород. Плотностные свойства. Прочностные свойства. Деформационные свойства. Коэффициент пластичности и коэффициента хрупкости. Ползучесть, релаксация. Горные породы представляют собой минеральные агрегаты, составленные чаще всего из нескольких минералов (полиминеральные) и реже из одного (мономинеральные), например соли. Несмотря на огромное многообразие природных минералов, в формировании механических свойств горных пород существенную роль играют наиболее распространенные в земной коре так называемые породообразующие минералы, которых насчитывается немногим более двадцати. Если расположить их в порядке убывания прочности и увеличения деформируемости, можно выделить четыре группы породообразующих минералов: 1.кварцевые; 2.силикатные;3.карбонатные и глинистые; 4.легкорастворимые. Соответственно горные породы, составленные из этих минералов, будут обладать различными механическими свойствами: наибольшей прочностью и наименьшей деформируемостью будут обладать горные породы, составленные из кварцевых минералов, например кварциты, кремнистые песчаники. Помимо минерального состава, механические свойства горных пород существенно зависят от их строения, важнейшими признаками которого являются структура и текстура горных пород. Под структурой понимается степень кристаллизации пород, размеры, форма минеральных зерен и характер связей между ними. По степени кристаллизации пород можно выделить структуры: -полнокристаллические, -неполнокристаллические, -стекловатые, порфировые, -обломочные. Прочность пород обычно уменьшается с увеличением степени кристаллизации. По размерам минеральных зерен выделяются структуры от гигантозернистых с размерами зерен свыше 100 мм до мелкозернистых с размерами зерен до 1 мм. Мелкозернистые структуры обладают более высокой прочностью и меньшей деформируемостью. Существенную роль при формировании механических свойств пород играет характер структурных связей между минеральными составляющими и в первую очередь состав цементирующего вещества, который целесообразно привести в порядке убывания его прочностных свойств: -кремнистый, -железистый, -известковистый, глинистый и т. д. Под текстурой понимается взаимное расположение структурнооднотипных частей породы. Текстура породы может быть упорядоченной и неупорядоченной. Упорядоченная текстура формирует анизотропию механических свойств пород. Породы неупорядоченной текстуры можно рассматривать как квазиизотропные или почти изотропные, т. е. с показателями механических свойств. Плотностные свойства горных пород проявляются в результате действия гравитационного поля Земли. Их можно подразделить на две группы: гравитационные и структурные. К гравитационным свойствам относят удельный 0 и объемный вес пород, к структурным — их удельную массу 0, плотность (объемную массу) , общую П и открытую пористость П0, коэффициент пористости Кп. Удельный вес—это вес единицы объема твердой фазы породы, т. е. 0 = GT/VT где GT и VT—вес и объем твердой фазы образца. Значения удельного веса горных пород колеблются обычно в пределах 2,5—5,0 гс/см3 . Объемным весом - отношение веса основных агрегатных фаз породы (твердой, жидкой и газообразной) к объему, занимаемому этими фазами: = G/V, где G —вес агрегатных фаз породы; V—объем, занимаемый этими фазами. Объемный вес — зависит от их состава и структуры. Он всегда меньше удельного веса и лишь для весьма плотных пород может приближаться к нему. Удельная масса — это отношение массы твердой фазы горной породы к объему твердой фазы: 0 = mT/VT, где mT и VT — масса и объем твердой фазы образца. Плотность (объемная масса) горной породы определяется как масса единицы ее объема (твердой, жидкой и газообразной фаз, входящих в состав породы), т. е. = m/V, где m—масса всех агрегатных фаз породы; V—объем, занимаемый этими фазами. В отличие от удельного и объемного весов плотность является параметром вещества в строгом физическом смысле. Наибольшую плотность имеют массивно-кристаллические изверженные породы, наименьшую — осадочные и некоторые эффузивные (вулканические туфы,). Под пористостью горной породы понимают суммарный относительный объем содержащихся в ней пустот (пор). Суммарный относительный объем открытых (сообщающихся) пор характеризует открытую пористость По горной породы. Суммарный относительный объем закрытых (замкнутых) пустот называют закрытой или изолированной пористостью Пи. Пористость, которая определяет движение в породе жидкостей и газов, называют эффективной пористостью Пэ. Общая пористость П определяется совокупностью закрытых и открытых пор. Отношение объема пор к объему минерального скелета называют коэффициентом пористости КП. Поры по размеру разделяют на три класса: сверхкапиллярные (более 0,1 мм), капиллярные (0,002— 0,1 мм) и субкапиллярные (менее 0,0002 мм). Обычно пористость выражают в процентах, относя объем пор v к полному объему породы V: П = (v / V)100%. Прочностные свойства определяют способность пород сопротивляться разрушению под действием приложенных механических напряжений. Они характеризуются пределами прочности при сжатии и растяжении, сцеплением и углом внутреннего трения. Пределом прочности [] называют максимальное значение напряжения, которое выдерживает образец до разрушения: [] = P / F где Р—разрушающая нагрузка; F—площадь, на которую действует приложенная нагрузка. Предел прочности при одноосном сжатии образцов горных пород или, прочность на сжатие [сж] — наиболее широко определяемая характеристика прочности пород. Еѐ наивысшие значения для горных пород достигают 5000 кгс/см2 , минимальные значения измеряются десятками и даже единицами килограмм-сил на квадратный сантиметр. Прочность на сжатие пород даже одного петрографического наименования в зависимости от состава и структуры может колебаться в весьма больших пределах. Обычно прочность пород на сжатие тем выше, чем выше их плотность. Прочность на растяжение [р] горных пород значительно ниже их прочности на сжатие. Это одна из наиболее характерных особенностей горных пород, определяющих их поведение в поле механических сил. Горные породы плохо сопротивляются растягивающим усилиям, появление которых в тех или иных участках массива пород при разработке служит критерием опасности обрушений пород и разрушения горных выработок. Отношение [р/cж] весьма показательно для сравнительной характеристики различных пород и колеблется в пределах 1/5—1/80, чаще же всего в пределах 1/15—1/40. Верхний предел 1/5 соответствует глинистым породам, нижний — наиболее хрупким породам (гранитам, песчаникам и др.). Прочность на срез (сдвиг) охарактеризована двумя функционально связанными параметрами: сцеплением и углом внутреннего трения породы. Эту функциональную связь выражают уравнением Кулона—Мора:n = n tg + 0, где n — нормальное напряжение при срезе; —угол внутреннего трения; 0—сцепление. Сцепление [0] характеризует предельное сопротивление срезу по площадке, на которой отсутствует нормальное давление, т. е. нет сопротивления срезающим усилиям за счет внутреннего трения. Угол внутреннего трения или коэффициент внутреннего трения tg характеризует интенсивность роста срезающих напряжений с возрастанием нормальных напряжений, т. е. представляет собой коэффициент пропорциональности между приращениями касательных dn и нормальных dn напряжений при срезе: tg d n dn Значение сцепления горных пород меняется в пределах от десятых долей до сотен килограмм-сил на квадратный сантиметр, угол внутреннего трения—от 10—15 для некоторых глин до 35—60° для прочных массивно-кристаллических и метаморфических пород . Для изучения деформационных свойств горных пород обычно строят кривую деформирования в координатных осях « - », при этом от начальной точки до некоторого значения напряжений, называемого пределом упругости, наблюдается упругое деформирование горных пород, деформации носят чисто упругий характер и исчезают после снятия нагрузки. Упругие свойства горных пород характеризуются модулем упругости Е при одноосном напряженном состоянии (модулем продольной упругости или иначе модулем Юнга), модулем сдвига G, модулем объемной упругости К и коэффициентом поперечных деформаций v (коэффициентом Пуассона). Модуль упругости Е представляет собой отношение нормального напряжения n к относительной линейной деформации образца l = l/l в направлении действия приложенной нагрузки:Е=n /l Модуль сдвига G — отношение касательного напряжения к относительному сдвигу : G = / . Относительный сдвиг именуют иногда угловой деформацией. Он характеризует изменение формы деформируемого тела и выражается зависимостью , 2 2 где —угол наклона каждого прямоугольного элемента тела после деформирования. Модуль объемной упругости К, или модуль всестороннего сжатия, равен отношению равномерного всестороннего напряжения к относительному упругому изменению объема образца: K = v / (V/V), где V / V — относительное изменение объема. Коэффициент поперечных деформаций v, или коэффициент Пуассона, является мерой пропорциональности между относительными деформациями в направлении, перпендикулярном к вектору приложенной нагрузки и параллельном ему: Перечисленные характеристики упругих свойств пород связаны между собой следующими соотношениями: G E ; 2(1 ) K E . 3(1 2) С ростом плотности пород модули их упругости, как правило, возрастают. Модули упругости слоистых пород в направлении слоистости выше, чем перпендикулярно к слоистости . Коэффициенты поперечных деформаций v горных пород теоретически могут изменяться в пределах от 0 до 0,5. Для большинства пород они колеблются в интервале значений от 0,15 до 0,35. За пределом упругости происходит пластическое деформирование с образованием необратимых остаточных деформаций. Для характеристики этого процесса применяют более общий показатель— модуль деформации, представляющий собой отношение приращений напряжений к соответствующему приращению вызываемых ими деформаций. Пластические свойства охарактеризованы коэффициентом пластичности, для вычисления которого предложено несколько подходов. Один из них, заключается в определении коэффициента пластичности как отношения полной деформации до предела прочности материала к чисто упругой деформации, т. е. до предела упругости: П = ЕП /ЕУ, где EП — полная деформация, соответствующая моменту разрушения материала; Еу—упругая деформация. Альтернативным показателем по отношению к коэффициенту пластичности является коэффициент хрупкости, отражающий способность горных пород разрушаться без проявления необратимых (остаточных) деформаций. Он может быть приближенно охарактеризован соотношением [р] /[сж] или по формуле Kxp = Wy / Wp, где Wy—работа, затраченная на деформирование породы до предела упругости; Wp— общая работа на разрушение. Проявление хрупкости горных пород зависит от режима приложения нагрузок. Динамические, ударные нагрузки приводят породы к хрупкому разрушению, тогда как длительное приложение даже сравнительно небольших нагрузок может вызывать пластические деформации. Реологические свойства характеризуют изменение (рост) во времени деформаций в горных породах при постоянном напряжении (явление ползучести), либо ослабление (уменьшение) напряжений при постоянной деформации (явление релаксации). Ползучесть и релаксация и пластические деформации, являются необратимыми, остаточными, но если пластичность пород характеризует их поведение при напряжениях, превышающих предел упругости, то ползучесть, представляющая собой медленное нарастание необратимых деформаций, проявляется и при напряжениях, меньших предела упругости, но при достаточно длительном воздействии нагрузок. Явление, обратное ползучести, называют релаксацией напряжений. При релаксации упругие деформации в породе с течением времени постепенно переходят в необратимые, но общая деформация во времени не изменяется. При этом происходит падение напряжений. Роль в проявлении необратимых деформаций играют дефекты структуры материалов. Изучение деформируемости твердых тел во времени, в том числе и горных пород, проводят на d d l l макроскопическом (феноменологическом) уровне, выражая взаимосвязи напряжений и деформаций в формализованных уравнениях механики сплошных сред. Характерной чертой реологических процессов, является зависимость деформации, наблюдаемой в данный момент времени, от характера всего процесса нагружения материала, или, другими словами, от всей предыдущей истории его деформирования. Это свойство реальных материалов называют наследственностью. Особенностью большинства горных пород, как показывают эксперименты, является практически линейная зависимость между приращениями деформаций и приращениями напряжений в любой момент времени, Это позволяет применять для описания деформирования горных пород во времени теорию деформирования линейных наследственных сред. В качестве характеристики реологических свойств пород используют также период релаксации—время, в течение которого напряжение убывает в е раз (е = 2,72—основание натуральных логарифмов). Период релаксации зависит от начального уровня напряжений и степени вязкости пород. Для прочных горных пород значения периода релаксации очень велики, оцениваются в сотни тысяч лет и даже более. Прочность и упругость пород при длительном воздействии достаточно больших нагрузок понижаются, асимптотически приближаясь к некоторым предельным значениям — пределу длительной прочности и предельному модулю длительной упругости Е. Для большинства пород = (0,7—0,8)[сж], Е = (0,65- 0,95) Е 3. Организация контроля безопасного ведения горных работ в опасных зонах. В случае встречи опасной зоны при разработке месторождения горные работы должны быть остановлены до составления предприятием проекта мероприятий отработки участка опасной зоны, определяющего необходимыемеры безопасного ведения горных работ в опасной зоне. Проекты на ведение горных работ на участках, где произошли геодинамические явления, разрабатываются с учетом рекомендаций специализированных организаций в порядке, установленном Ростехнадзором. Границы опасных зон в горных выработках следует обозначить предупредительными знаками или ограждениями.Границы опасных зон должны быть нанесены на планы горных выработок. Опасные зоны наносят на горно-графическую документацию в соответствии с условными обозначениями. . Ответственность за своевременное выявление опасных зон, разработку и реализацию проектов мероприятий по безопасному ведению горных работ в опасных зонах возлагается на технического руководителя предприятия. Горные работы в опасных зонах ведутся по специальным проектам, разработанным на предприятии и утвержденным техническим руководителем предприятия. Проект мероприятий основывается на действующих нормативных документах или на рекомендациях специализированных организаций. Технический руководитель предприятия издает письменное распоряжение, в котором указывает сроки и назначает ответственных лиц за выполнение следующих работ: – расчет и построение границ опасной зоны; – нанесение границ опасной зоны на планы горных выработок; – составление проекта (или мероприятий) безопасного ведения горных работ в опасной зоне; – ведение горных работ в опасной зоне с реализацией предусмотренных в проекте решений; – контроль выполнения мероприятий; – снятие опасной зоны с контроля ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 3 1.Сведения о запасах и потерях полезных ископаемых Запасы ПИ – массовое или объемное количество ПИ и его полезных компонентов Балансовые запасы – разработка которых экономически целесообразна и удовлетворяют промышленным кондициям. Забалансовые запасы – разработка которых экономически нецелесообразна и не удовлетворяют промышленным кондициям, вследствие малого количества, малой мощности залежи, сложных условий эксплуатации и др. • Кондиции совокупность требований промышленности к качеству минерального сырья и горногеологическим параметрам месторождения при оконтуривании и подсчете запасов в недрах, соблюдением которых достигается правильное разделение запасов на балансовые и забалансовые. Основные показатели кондиции 1. Минимальное промышленное содержание полезного компонента в руде подсчетных блоков 2. Бортовое содержание полезного компонента в руде краевых проб, по которому производится оконтуривание месторождения 3. Минимальная мощность и максимальная глубина залегания рудного тела 4. Минимальное значение коэффициента рудности и максимальное значение коэффициента вскрыши 5. Максимальное содержание вредных компонентов 6. Минимальные запасы полезного ископаемого *Вскрыша – горные породы, которые надо удалить при открытой разработке полезного ископаемого Потери при разработке балансовых запасов Потери – часть подсчитанных запасов ПИ не извлеченная в процессе разработки месторождения. Потери (Р) - отношение потерянных балансовых запасов (Рв) к общему количеству отработанных балансовых запасов (В): Р = (Рв / В) × 100, % Проектные, плановые, фактические Обусловлены: - сложной морфологией, строением и условиями залегания рудных тел; необходимостью оставления целиков; - ошибки в разведке и проектировании разработки месторождения. Разубоживание – потеря качества полезного ископаемого при добыче или снижение содержания полезного компонента в добытой руде по сравнению с содержанием его в балансовых запасах за счет прихвата пустых пород. Разубоживание (R) - отношение прихваченной массы породы Qп при отбойке и выпуске руды к добытой рудной массе R = Qп / (В – Рв + Qп) × 100, %. 2. Горно-технологические свойства. Интегральный и дифференциальный подходы к определению свойств пород при использовании представлений об их иерархически-блочной структуре. Для решения отдельных вопросов геомеханики представляют интерес горнотехнологические свойства, которые являются откликом массива пород на технологические воздействия и потому отражают не только свойства, но и состояние пород. Число характеристик здесь может быть сколь угодно велико (коэффициент крепости, коэффициент разрыхления, коэффициент трения, угол естественного откоса, гранулометрический состав, показатель дробимости, показатель взрываемости и др.). Наиболее широкое применение в геомеханике находят следующие: Комплексный показатель свойств пород — коэффициент крепости fкр, введенный проф. М. М. Протодьяконовым для характеристики сопротивляемости пород механическим воздействиям. При этом была разработана шкала, в соответствии с которой все горные породы подразделены на 10 категорий. К первой из них отнесены породы с высшей степенью крепости (fкр = 20), к десятой — наиболее слабые плывучие породы (fкр = 0,3). Таким образом, пределы изменения коэффициента крепости — от 0,3 до 20. Другой, также общеупотребительной характеристикой является коэффициент разрыхления Кр, представляющий собой отношение объема Vp породы после ее разрыхления при обрушении или добычи к объему Vм в массиве, т. е. до разрыхления: Кр = Vр/ Vм. Наименьшую разрыхляемость при прочих равных условиях имеют песчаные и глинистые породы (Кр = 1,15—1,20), наибольшую—хрупкие скальные породы (Кр = 1,30—1,40). С течением времени разрыхленные породы уплотняются, однако и после уплотнения они не достигают первоначальной плотности в массиве, имевшей место до разрыхления. Минимальные значения коэффициента разрыхления пород после их уплотнения Кр == 1,01—1,15. Одной из существенных характеристик разрыхленных горных пород является также коэффициент трения fo, который в отличие от коэффициента внутреннего трения tg характеризует условие перемещения отдельных блоков пород друг относительно друга, после того как нарушается сплошность массива. Значения коэффициентов трения колеблются в очень широких пределах, зависят от большого числа факторов, в частности от состава, строения, степени твердости пород, шероховатости трущихся поверхностей и составляют преимущественно 0,11—0,36. При больших давлениях могут иметь место пластические деформации и разрушения отдельных выступов на соприкасающихся поверхностях. Указанные сложности в определении влияния каждого фактора на характеристики перемещения пород побудили проф. В. В. Ржевского ввести в рассмотрение единый экспериментально определяемый коэффициент зацепления. Он представляет собой отношение суммы сил трения, сцепления и механического зацепления, развиваемых в определенное время по конкретной поверхности соприкосновения частей массива горных пород, к площади этой поверхности. 3. Обязанности главного маркшейдера по обеспечению безопасного ведения горных работ в опасных зонах. Главный маркшейдер предприятия: – относит участки к опасным зонам и строит их границы; – наносит границы опасных зон на планы горных выработок; – представляет соответствующим службам предприятия маркшейдерскую документацию, необходимую для отнесения участков к опасным зонам, построения границ этих зон, составления проекта ведения горных работ в опасных зонах; – разрабатывает мероприятия по маркшейдерскому обеспечению проведения горных выработок вблизи и в пределах границ опасных зон; – участвует в разработке мероприятий по безопасному ведению горных работ в опасных зонах; – не позднее, чем за месяц до подхода горных выработок к границам опасных зон письменно (в Книге указаний и уведомлений маркшейдерской службы) уведомляет об этом технического руководителя предприятия и начальника соответствующего участка, а также знакомит с содержанием этого уведомления горнотехнического инспектора, контролирующего безопасное ведение горных работ на данном предприятии; – при подходе горных выработок к границе опасной зоны на расстояние не менее 20 м, но не позднее чем за трое суток до подхода к этой границе выдает начальнику участка под расписку эскиз выработок с указанием на нем границ входа и выхода, а также расстояний до них от маркшейдерских пунктов или от характерных элементов сопряжений горных выработок; – ведет совместно с главным геологом (геологом) Книгу учета опасных зон предприятия ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 4 1. Производственные комплексы при подземной и открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Карьерный комплекc 1-2 верхний контур карьера; 3-4 – нижний контур карьера; 5-6 – рабочий борт карьера; 1-5 и 2-6 нерабочие борта; 7 - нерабочие уступы; 8 - рабочие уступы; 9 - площадки уступов; 10 - откос уступа; 11 - заходки; 12 - предохранительные пл.; 13 -транспортные площадки. Угольное предприятие (шахта) - это коллектив работающих, который под единым административным и техническим руководством, используя закрепленные за ним средства производства, осуществляет добычу угля подземным способом и связанные с этим другие работы. Каждая шахта состоит из производственных подразделений - участков (цехов), хозяйств и организаций по обслуживанию работников предприятия. В зависимости от участия в процессе производства участки (цехи) делятся на две группы: промышленно-производственные и непроизводственные. К промышленно-производственным относятся подземные участки, цехи и хозяйственные службы на поверхности, а к непроизводственным - жилищно- коммунальный отдел, столовые, детские ясли и сады, профилактории, учебно- курсовые комбинаты, культурно-бытовые учреждения. Совокупность подразделений, организаций и хозяйств, обслуживающих работников шахты и их функциональные взаимосвязи представляет общую структуру угольного предприятия. Основным структурным подразделением шахты является участок, цех. Производственный участок (цех) - это административно обособленная часть предприятия, в которой протекает законченный процесс основного или вспомогательного производства, осуществляемый отдельным коллективом под руководством единого начальника. Производственные участки и цехи угольной шахты подразделяются на: основные, вспомогательные, обслуживающие и подсобные. Основные участки осуществляют производственный процесс по подготовке к добыче и непосредственную добычу угля, а также подготовку угля к потреблению. Это - участки горноподготовительных работ, очистных работ, сортировки, обогащения и брикетирования угля. Вспомогательные участки (цехи, мастерские) обеспечивают основному производству и шахте в целом необходимые и достаточные условия для нормальной ритмичной работы. Они осуществляют ремонт оборудования, снабжение электроэнергией, сжатым воздухом, паром, обеспечивают вентиляцию, водоотлив, ремонт горных выработок и др. Обслуживающие участки и подсобные хозяйства включают внутришахтный транспорт, погрузку угля в железнодорожные вагоны (или другие транспортные средства), угольные, материальные и лесные склады. Число структурных подразделений зависит от производственной мощности шахты, района ее расположения и горно-геологических условий залегания пластов. На некоторых шахтах имеются подсобные цехи по производству материалов для нужд основного производства: карьеры закладочных материалов, приготовление инертной пыли, цехи предметов народного потребления и др. На других шахтах эти участки и цехи централизованы и структурно включены в производственные объедини чия. Для производства капитальных работ производственная структура угольного предприятия организуется обособленный структурный отдел капитального строительства или участок капитальных работ Он не относится к эксплуатационной деятельности и финансируется за счет специальных средств, предназначенных для капитальных работ (строительства). Структура угольного предприятия приведена на рис. 1.4. Подземные производственные участки организуются по производственному принципу (по видам выполняемых работ) - очистные, горно-подготовительные, внутришахтного транспорта и другие, по территориальному принципу - горизонты, этажи, крылья. 2. Методы определения плотностных свойств, деформационных свойств, прочностных свойств горных пород. 1) Определение свойств горных пород с учётом структурных неоднородностей высших порядков. Методы определения свойств пород с учѐтом структурных неоднородностей высших порядков традиционно относят к лабораторным методам исследований Методы определения плотностных свойств. Наибольший интерес в геомеханике из плотностных свойств представляют объемный вес, объѐмная масса (плотность), удельный вес, и пористость. В лабораторных условиях на образцах пород обычно определяют объемный вес и удельный вес и удельную массу 0. Общую пористость также 0. Далее рассчитывают плотность (объемную массу) определяют расчетным путем, используя полученные экспериментально значения удельного 0 и объемного веса . . П 0 0 Для экспериментального определения объемного веса породы требуется знать вес и объем образца. Если определения ведут на образцах правильной геометрической формы, то вес устанавливают путем взвешивания на лабораторных весах, а объем - путем измерения линейных размеров. В случае испытания образцов неправильной геометрической формы для определения объемного веса используют метод гидростатического взвешивания. В последние годы для лабораторного определения плотности (и объемного веса) пород широко используют гамма-метод (в модификации узкого пучка). При этом испытуемый образец породы помещают между источником радиоактивного гамма-излучения и детектором. Зная гамма- активность источника, расстояние r между источником и детектором и толщину d образца и регистрируя интенсивность гаммаизлучения, прошедшего через образец породы, определяют по специальным номограммам плотность породы . Гамма-метод определения плотности отличается простотой и высокой производительностью измерений с применением несложной серийной аппаратуры и обеспечивает точность 1-3 %. Определение удельной массы 0 (удельного веса 0) в принципе не отличается от определений объѐмного веса и плотности, но при этом необходимо обеспечить вскрытие всех пор и удаление газовой и жидкостной составляющих испытуемой породы. В некоторых задачах геомеханики, и особенно при физической интерпретации результатов наблюдений, в ряде случаев требуются сведения о влажности пород. Влажность выражают процентным отношением веса воды, содержавшейся в образце породы, к весу образца после его высушивания. Для определения влажности образец сначала взвешивают в естественном состоянии, а затем доводят до постоянного веса в эксикаторе или в сушильном шкафу при температуре 105-110°С. Сопоставляя вес влажного образца G1 и вес сухого образца G2, влажность вычисляют по формуле . G1 G2 W G2 Методы определения деформационных и акустических свойств. Из деформационных свойств горных пород обычно определяют модуль деформации (для упругого участка деформирования - модуль упругости Е) и коэффициент поперечных деформаций (коэффициент Пуассона) .При этом методы их определения можно подразделить на статические и динамические. Статические методы основаны на измерении деформаций образцов исследуемых пород под нагрузкой. Для измерения продольных и поперечных деформаций образцов при их нагружении применяют проволочные тензометры сопротивления, либо механические индикаторы часового типа. В процессе нагружения и разгрузки с помощью автоматической записывающей аппаратуры ведут непрерывную запись деформаций, либо фиксируют деформации через определенные ступени нагружения и разгрузки. Динамические методы определения деформационных (упругих) свойств пород основаны на измерении скоростей упругих колебаний, возбуждаемых в исследуемых образцах в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот, т.е. фактически являются в то же самое время методами определения акустических свойств пород. Эти методы разработаны значительно позднее, чем статические, но получают все большее распространение благодаря простоте, малой трудоемкости измерений и применению удобных в работе и надежных серийных измерительных приборов. Наибольшее распространение в практике исследования свойств горных пород получил импульсный динамический метод, в основе которого лежит пропускание через образец исследуемой породы повторяющихся импульсов ультразвуковых колебаний, по значениям скоростей распространения которых рассчитывают упругие характеристики. Следует заметить, что модуль упругости, определяемый динамическими методами, обычно бывает несколько выше, чем при статических измерениях. Это расхождение обусловлено неидеальной упругостью пород, оно минимально для весьма плотных разновидностей и возрастает по мере снижения плотности пород. Экспериментально определив модуль продольной упругости Е и коэффициент поперечных деформаций v, можно вычислить значения модуля сдвига G и модуля всестороннего сжатия К. Методы определения прочностных свойств. Наибольшее использование в задачах геомеханики имеют характеристики прочности при одноосных сжатии [ сж] и растяжении [ р], а также при срезе (сдвиге) [ ср]. В своѐ время был разработан ГОСТ 21153.2-84, в соответствии с которым определение прочности пород при одноосном сжатии производится на цилиндрических образцах диаметром 40-50 мм с отношением высоты к диаметру, равным 0,9-1,1. Допускается также проводить испытания на кубических м. Торцовые поверхности образцов шлифуют, их выпуклость (вогнутость) после шлифования не должна быть более 0,05 мм. Торцовые поверхности должны быть параллельны друг другу (отклонение не более 0,1 мм) и перпендикулярны к образующим цилиндра (отклонение 1,0 мм). Испытания проводят на прессе. Для строго центрированного нагружения образца между ним и одной из плит пресса помещают шариковое центрирующее устройство. Нагружение образца производят с равномерной скоростью в пределах 1-30 кгс/(см2.с), повышая нагрузку вплоть до разрушения образца и фиксируя значение разрушающей нагрузки. Цилиндрические образцы пород стандартных размеров могут быть использованы и для определения предела прочности при растяжении. Определение производят методом диаметрального сжатия (рис.), так называемым “бразильским методом”. Рис. Определение прочности пород при растяжении методом диаметрального сжатия. 1 испытуемый образец породы; 2 - плиты пресса. В результате диаметрального сжатия в образцах возникают растягивающие напряжения. При массовых определениях прочностных свойств горных пород весьма удобен метод комплексного определения пределов прочности при многократном раскалывании и сжатии. Из проб изготавливают породные пластины толщиной 20 мм со строго параллельными шлифованными гранями. Одну из граней расчерчивают на квадраты со стороной, равной толщине пластины. Затем пластину раскалывают по прочерченным линиям стальными клиньями, определяя прочность породы на растяжение. Получаемые в результате раскалывания кубовидные образцы используют для определения предела прочности на сжатие. При этом образцы нагружают по двум параллельным шлифованным граням. Прочность на срез (сдвиг) определяют в специальных стальных матрицах (рис.). Образец находится в условиях среза со сжатием. При испытаниях важно обеспечить равномерное распределение усилия пресса по сечению испытуемого образца. Испытания проводят на цилиндрических образцах указанных выше стандартных размеров. Зазор между разъемными половинами матрицы при вложенном в нее образце должен иметь постоянную ширину не более 2 мм. Рис. Схема определения прочности пород при срезе. 2) Определение свойств горных пород с учётом структурных неоднородностей низких порядков. Испытания пород с учѐтом низких порядков структурных неоднородностей традиционно относили всегда к испытаниям в натурных условиях массивов горных пород или их ещѐ иногда называли испытаниями в местах естественного залегания пород (in situ). Однако это не полностью соответствует современным представлениям и методам проведения испытаний и определения характеристик рассматриваемых неоднородностей, поскольку сами понятия “образец” и “массив” теперь утрачивают первоначальный смысл. Определение свойств пород с учѐтом структурных неоднородностей низких порядков представляет собой весьма сложную задачу, поскольку обычный путь испытаний представительных объѐмов пород здесь становится крайне трудоѐмким и зачастую мало реальным. Причѐм это определяется не только техническими или организационными трудностями постановки экспериментов, но и особенностями проявления свойств массива пород при тех или иных воздействиях. Практически только свойства, подчиняющиеся схеме “независимости - аддитивности” могут быть корректно определены на соответственно выбранных экспериментальных участках. Другие свойства требуют специальных подходов, совмещающих экспериментальные методы с расчѐтными. Методы определения плотностных свойств. Изучение плотностных характеристик - удельного веса 0; объѐмного веса ; удельной массы 0; плотности (объѐмной массы) обычно сложностей не вызывает вследствие присущего им свойства “аддитивности - независимости - равноправности”. Все компоненты действуют равноправно и независимо друг от друга, а интегральная характеристика агрегата является средневзвешенным значением из характеристик каждой компоненты, в данном случае структурных блоков и структурных неоднородностей. Исходя из этого, можно определять плотностные характеристики на специальных образцах для каждого из структурных элементов по отдельности, а затем рассчитать интегральную характеристику, но можно также определять плотностные характеристики и интегральным путѐм в натурных условиях массива пород, т.е. с учѐтом конкретных видов структурных неоднородностей. Плотность пород в массиве с достаточной степенью точности (с погрешностью 1-3%) можно определить с помощью гамма-метода, основанного на эффекте различной степени поглощения и рассеяния радиоактивного гамма-излучения в средах с различной плотностью. С этой целью в изучаемом участке массива пород бурят на расстоянии 20-70 см друг от друга параллельные шпуры или скважины. В одном из шпуров помещают закрытый источник гамма- излучения (обычно радиоактивный изотоп 60Со, 137Cs или 226Ra), имеющий активность 0,5-2,0 мг-экв радия. Работа с источниками такой малой активности вполне безопасна и не требует особых мер защиты. Во втором параллельном шпуре помещают регистрирующий зонд с детектором (счетчиком гамма-квантов). Перемещая зонды с источником и детектором вдоль скважин, фиксируют интенсивность гамма-излучения, прошедшего через толщу горной породы между скважинами, и по тарировочным графикам или номограммам устанавливают плотность пород на исследуемых участках. Методы определения деформационных свойств. Поскольку для деформационных и, в частности, упругих характеристик горных пород, в отличие от плотностных, справедлива схема “аддитивности - взаимозависимости - равноправносги”, для этих свойств также приемлем первый (интегральный) путь определения, т.е. определение на соответствующих образцах или представительных участках массива пород. Однако при этом, в отличие от плотностных характеристик, в сферу экспериментов необходимо вовлекать объемы массива, где обеспечивается представительность интересующих порядков структурных неоднородностей. Деформационные и, в частности, упругие характеристики горных пород в последнее время определяют в большинстве случаев так называемым динамическим методом с применением ультразвуковых методов. Исходными величинами при этом, определяемыми непосредственно из экспериментов, являются скорости продольных и поперечных упругих колебаний. Скорости упругих волн в массиве могут быть измерены различными способами, из которых наиболее распространены следующие: а) ультразвуковой способ с использованием аппаратуры типа УКБ, УК-10П, УК-15 и т. д.; б) импульсный метод с использованием нагрузок единичного удара или взрыва для измерения времени распространения колебаний между заданными точками в массиве; в) сейсмический метод. Ультразвуковой метод может быть использован для определения скоростей упругих волн на сравнительно небольших базах (0,3-1,5 м), т.е. для определения деформационных свойств пород с учѐтом структурных неоднородностей не ниже III - го порядка. Сущность метода заключается в том, что в массиве пород пробуривают шпуры или скважины и затем, помещая в одни из них приемник, а в другие излучатель, определяют время прохождения импульсов по прозвучиваемому участку массива. Зная время прохождения импульса и измеряя расстояние между шпурами, вычисляют скорость упругих волн. Для измерений применяют комплект аппаратуры со специальными датчиками. Плотный контакт излучателя и приемника с породой обеспечивается механическим или (в последнее время) пневматическим способами. Для повышения качества акустического контакта применяют воду или масло, которые заливают в шпуры, либо используют прокладки из вакуумной резины. При импульсном методе в качестве возбудителя колебаний обычно используют механический удар или взрыв, а время пробега упругих волн измеряют какими-либо счетчиками времени. В качестве приемников применяют пьезодатчики, электрические импульсы от которых поступают на многоканальные осциллографы или могут быть записаны на магнитофонную ленту. Сейсмический метод находит применение при геофизических исследованиях больших участков массива горных пород (сотни метров) и позволяет, кроме определения скоростей упругих волн, также анализировать затухание колебаний по мере прохождения волной разных баз. Деформационные характеристики также могут быть определены с помощью методов искусственного нагружения участков массива. Обычная схема таких испытаний состоит в том, что испытуемый участок породного массива оконтуривают с нескольких сторон, сохраняя связь с остальным массивом лишь по одной или двум плоскостям. Затем с помощью гидравлических домкратов или иных нагрузочных устройств оконтуренный участок нагружают, фиксируя нагрузки и соответствующие им деформации пород и при необходимости доводя усилия вплоть до разрушения нагружаемого участка массива. Среди методов этой группы заслуживают внимания также методы определения деформационных характеристик участков массива, основанные на тензометрических дистанционных измерениях радиальных смещений пород в стенках буровых скважин при распирании скважин с помощью специального гидравлического устройства - прессиометра. Наконец, к этой же группе методов относятся и методы определения деформационных свойств пород на основе опытных горных работ. Эти методы связаны с применением "обратных расчетов". Сущность этих методов состоит в том, что с помощью горных работ исследуемый элемент массива (участок кровли выработки, целик или группа целиков и т. п.) подвергают деформированию, обычно вплоть до разрушения. В процессе опытных горных работ фиксируют происходящие при этом смещения, деформации, изменения напряжений в изучаемом участке массива и соответствующие им геометрические параметры целиков, обнажении кровли и т. п. Если прямые задачи геомеханики состоят в том, чтобы на основе известных механических свойств рассчитать возможные смещения, деформации и напряжения в участках массива при различных геометрических параметрах горных разработок, то в данном случае ставят обратную задачу: определить механические, в частности деформационные, свойства пород в массиве на основе фиксируемых геометрических параметров и наблюдаемых смещений, деформаций и изменения напряжений. Для правильного определения механических свойств пород в натурных условиях необходимо, чтобы аналитические зависимости, используемые в расчетах, надежно отражали действительный механизм процессов в изучаемом участке массива. В качестве одного из примеров рассматриваемой группы методов можно назвать опытное распирание гидростатическим давлением жидкости или газа стенок камеры или тоннеля и измерение при этом смещений с расчетом упругих характеристик пород в массиве. По своей сущности этот метод аналогичен методу прессиометрических измерений и отличается от последнего значительно большими размерами испытуемого участка массива. Применяют также опытное нагружение, вплоть до раздавливания, одного или группы междукамерных целиков при выемке смежных с ними целиков; опытное обнажение кровли выработок с установлением деформаций ее изгиба, определением предела прочности на изгиб и расчетом показателей деформационных характеристик пород кровли. По измерениям деформаций контура подземной выработки во времени, используя математический аппарат наследственной теории ползучести, можно определить реологические показатели массива пород. По сути дела во всех этих случаях также идѐт речь об определении характеристик некоторых объѐмов пород с учѐтом тех или иных видов структурных неоднородностей в зависимости от параметров испытуемого участка и конкретной структуры данного массива. Следует подчеркнуть, что методы определения механических свойств на основе опытных горных работ дороги, отличаются высокой трудоемкостью и сложностью организации работ, поэтому их применяют сравнительно редко. Поскольку возможное число таких опытов крайне ограничено, особое внимание необходимо обращать на соответствие участков опытных горных работ поставленным задачам эксперимента и степени общности получаемых при этом результатов. Методы определения прочностных свойств. Как уже говорилось, при изучении III - го, а тем более II - го и ниже порядка структурных неоднородностей интегральный путь определения прочностных характеристик, т. е. путь испытания образцов становится малоприемлемым и более целесообразно применять дифференциальный путь определения свойств, т.е. путь непосредственного определения прочностных характеристик по поверхностям структурных неоднородностей того или иного порядка. Это также является тем более оправданным, поскольку прочностные свойства подчиняются схеме "избирательности- независимости", разрушение происходит в наиболее слабом звене и не зависит от прочности других структурных элементов. Вообще необходимо признать, что определение прочностных характеристик непосредственно по поверхностям структурных неоднородностей низких порядков представляет собой до настоящего времени мало разработанную проблему геомеханики. Общепринятых методик проведения подобных испытаний нет, имеются лишь отдельные предложения и весьма небольшой опыт определения указанных характеристик. При этом основные трудности заключаются в подготовке специальных образцов для проведения испытаний, а также в выборе подходящих методик проведения экспериментов. К числу возможных методов, которые могут быть применены для непосредственного определения прочностных свойств структурных неоднородностей низких порядков можно отнести методы, которые носят название точечных испытаний пробниками. Эти методы получили развитие, главным образом, в связи с задачами оценки свойств пород, пересекаемых при бурении разведочных, нефтяных или газовых скважин. Они основаны, как правило, на определении усилий при статическом или динамическом внедрении специального индентора в массив на заданную глубину, либо на определении глубины и площади внедрения индентора при дозированном усилии внедрения. Известны также методы, основанные на определении геотехнологических свойств, в частности, показателей вращательного бурения (сверления) пород при стандартных режимах бурения. Все эти методы отличаются невысокой степенью точности определений, но позволяют экспрессно оценивать прочность непосредственно структурных неоднородностей низких порядков (как впрочем и для объѐмов пород с высшими порядками неоднородностей), а в некоторых случаях и деформационные свойства. Однако необходимо подчеркнуть, что на определяемые показатели в случае применении этих методов оказывает существенное влияние напряжѐнное состояние массива. Также находят применение и другие схемы испытаний и определения прочностных характеристик по поверхностям структурных неоднородностей низких порядков. В частности, сцепление [ ] может быть определено путем среза породных призм, оконтуриваемых в породном массиве. Породную призму в массиве оконтуривают таким образом, чтобы она сохранила связь с массивом лишь по тем поверхностям структурных неоднородностей, по которым надлежит установить сцепление. К этим поверхностям прикладываются нормальные и касательные напряжения, создаваемые специальными нагрузочными приспособлениями - гидравлическими домкратами или гидравлическими подушками (последние применяются в массивах слабых пород). При использовании указанных методов, также как и в предыдущем случае точечными испытаниями пробниками, большие погрешности в определяемые величины вносит напряжѐнное состояние массивов пород. Указнного влияния можно избежать, если испытания проводить на специальных образцах исследуемых структурных неоднородностей. Для определения предела прочности на растяжение [ р] весьма удобно применять метод раскалывания клиньями, при этом клинья могут устанавливаться точно на трещину, а образцы могут представлять собой пластины или призмы. Другими словами, практически без всяких изменений здесь применима методика определения прочности на растяжение для образцов-объѐмов с высшими порядками структурных неоднородностей. Иное положение с определением сцепления, угла внутреннего трения и коэффициента трения по поверхностям структурных неоднородностей. В настоящее время наибольшее применение для определения сцепления и угла внутреннего трения находят методы испытаний специально подготовленных образцов в условиях одновременного действия сжимающих и срезающих нагрузок (схемы подобны испытаниям на срез в матрицах для образцов-объѐмов с высшими порядками структурных неоднородностей). Необходимо отметить, что помимо основных трудностей подготовки и закрепления образцов с целью обеспечения среза именно по исследуемой поверхности структурных неоднородностей, в плоскости среза создаѐтся крайне неоднородное поле напряжений, достаточно сильно проявляется эффект дилатансии (увеличение объѐма образца вседствие его разрушения в момент среза) и по мере развития среза уменьшается площадь контакта сдвигающихся поверхностей. Всѐ это способствует возникновению существенных погрешностей и большому разбросу получаемых значений [ ] и . В некоторой степени позволяет уменьшить возникающие погрешности методика испытаний, в основу которой положена схема кручения. При такой схеме в плоскости среза также создаѐтся неоднородное поле напряжений, однако оно поддаѐтся расчѐту и может быть учтено при вычислении [ ]. Эффект от дилатансии здесь может быть снижен путѐм применения статической нагрузки, а площадь контакта всѐ время остаѐтся постоянной для цилиндрических или близкой к постоянной для призматических образцов. Наконец, определение коэффициента трения производится в ходе тех же испытаний после разрушения образца по поверхности структурной неоднородности в процессе дальнейшего вращения и вычисляется по формуле f = Мк Р, где Мк - величина крутящего момента после разрушения образца по поверхности структурной неоднородности, кГ.см. Наконец, учитывая, что разрушение пород в массиве происходит по слабейшему звену и вне зависимости от прочностных характеристик других элементов, для определения прочностных характеристик структурных неоднородностей низких порядков могут применяться методы, основанные на применении маркшейдерской или стереофотограмметрической съемки площадей обрушения пород под землей или обрушений налегающей толщи на земной поверхности, обрушений и оползаний бортов карьеров и т.д. Эти методы позволяют методом обратных расчѐтов оценивать разрушающие напряжения, а по ним находить прочностные характеристики слабейшего элемента массива пород, определять характеристики сопротивления пород сдвигу для конкретного типа структурных неоднородностей, устанавливать для них значения коэффициентов структурного ослабления. 3. Государственный надзор за безопасным ведением горных работ, связанных с использованием недр. Методические указания по ведению государственного горного надзора за охраной недр предназначены для Госгортехнадзора России и его территориальных органов. Основной целью государственного горного надзора за охраной недр является обеспечение рационального и комплексного использования минерально-сырьевых ресурсов и охраны недр в интересах народов Российской Федерации и будущих поколений, соблюдение пользователями недр законодательства о недрах, качественное производство геолого- маркшейдерских работ по обеспечению рационального использования и охраны недр, предотвращению аварий и несчастных случаев при ведении горных работ, предупреждение и устранение вредного влияния горных работ на население, окружающую природную среду, здания и сооружения. Организуют разработку и утверждение федеральных требований (правил и норм) по рациональному использованию и охране недр, переработке минерального сырья, производству маркшейдерских работ, охране зданий, сооружений и природных объектов от вредного воздействия горных разработок и безопасному ведению работ при пользовании недрами, устанавливают в необходимых случаях единство требований; Определяют технические требования по охране недр, предупреждению и устранению вредного влияния горных работ на население, окружающую природную среду, здания и сооружения при ликвидации и консервации опасных производственных объектов по добыче полезных ископаемых и подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых, а также порядок ликвидации и консервации указанных объектов и сооружений; В области лицензирования видов деятельности Госгортехнадзор России и его территориальные органы выдают лицензии на производство маркшейдерских работ. государственный контроль за соблюдением норм и правил при составлении и реализации проектов по добыче и переработке полезных ископаемых, использованию недр в целях, не связанных с добычей полезных ископаемых, включая производство маркшейдерских работ; прекращение самовольного пользования недрами и самовольной застройки площадей залегания полезных ископаемых; надзор за соблюдением всеми пользователями недр законодательных и нормативных требований в области охраны зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния горных разработок, промышленной безопасности; контроль за соблюдением установленных требований при геологическом изучении недр в пределах горного отвода; контроль за правильностью разработки месторождений (включая гидроминеральные) в части выемки запасов и комплексного использования полезных ископаемых; контроль за соблюдением ежегодных планов горных работ, а также установленных нормативов потерь полезных ископаемых при их добыче и переработке; контроль за соблюдением условий лицензий на пользование недрами, а также за соблюдением требований (норм, правил) по безопасному ведению работ и охране недр при реализации соглашений о разделе продукции; контроль за соблюдением установленного порядка ведения работ по ликвидации (консервации) объектов недропользования, требований по обеспечению охраны недр, а при консервации также требований, обеспечивающих сохранность горных выработок на время консервации; надзор за осуществлением производственного контроля в организациях, ведущих горные работы и работы в подземных условиях (в части геологического и маркшейдерского обеспечения горных работ); контроль за соблюдением условий лицензий на производство маркшейдерских работ; контроль за достоверностью геолого-маркшейдерских и горнотехнических исходных данных расчетов платежей за пользование недрами; контроль за выполнением мер охраны зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния горных разработок; контроль за правильностью установления опасных зон при ведении горных работ; проверку знаний правил и норм охраны недр у специалистов и руководителей организаций по добыче полезных ископаемых и использующих недра в целях, не связанных с добычей полезных ископаемых. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 5 1. Элементы и функциональная характеристика подземных горных выработок и комплексов. Подземные горные выработки: Шахтный ствол – верт. или накл. выработка, имеющая выход на земную поверхность и предназначенная для обслуживания подземных работ в пределах шахтного поля. Слепой ствол не имеет выхода на земную поверхность. Главный ствол служит для подъема на поверхность ПИ, вспомогательный – для спуска, подъема людей, оборудования, материалов, вентиляции. Шурф – верт. (редко наклонная) выработка, пройденная с поверхности и служащая для выполнения геологоразведочных и эксплуатационных работ. На действующих не глубоких рудниках шурфы используются для спуска оборудования, материалов и в качестве запасного выхода на поверхность. Восстающий – верт. горная выработка, служащая для проветривания, передвижения людей, разведки, доставки материалов и т.д. Рудоспуск – для перепуска ПИ или пустой породы (породоспуск). Штольня – гориз. горная выработка, проведенная к месторождению с поверхности и служащая для тех же целей, что и шахтный ствол. Уклон – накл. горная выработка, предназначенная для вскрытия части шахтного поля или подготовки отдельного его участка к очистной выемке, передвижения самоходной техники, людей, доставки руды и породы. Околоствольный двор – совокупность камерных выработок, пройденных в районе ствола (штольни, уклона), предназначенных для обслуживания горных работ, приема и выдачи ПИ на поверхность. Бремсберг – накл. горная выработка, не имеющая выхода на земную поверхность, оборудованная механизированным подъемом и служащая для подъема или спуска ПИ, материалов и др. Квершлаг – гориз. горная выработка, пройденная по пустым породам вкрест простирания рудной залежи. Штрек – гориз. горная выработка, пройденная по простиранию залежи (по руде – рудный, по породе – полевой). В зависимости от назначения, штреки бывают откаточные (доставочные), вентиляционные, закладочные, этажные и подэтажные. Орт – гор. горная выработка, пройденная вкрест простирания рудной залежи, предназначена для доставки руды, людей, материалов и проветривания рабочих забоев. 1 – вертикальный ствол; 2 – слепой ствол; 3 – штольня; 4– квершлаг; 5– рудный штрек; 6 – полевой штрек; 7 – орт; 8– рудоспуск; 9– восстающий; 10– шурф;11– зумпф. Околоствольный двор (ОД) представляет собой совокупность горных капитальных выработок, соединяющих ствол рудника с главными откаточными и вентиляционными выработками. Основное назначение ОД – прием грузов (руды, породы) и перегрузка их в подъемные сосуды, прием материалов и оборудования, а также для вентиляции и перемещения людей. По типу транспортных средств ОД делятся на локомотивные, конвейерные и автотранспортные. По схеме движения грузопотоков различают ОД круговые, петлевые, челноковые и тупиковые (рис. 12). Рис. Типы околоствольных дворов. а, б – круговой; в – петлевой. 1 – скиповой ствол; 2 – клетьевой ствол; 3 – главная откаточная выработка; 4, 5 – пункты разгрузки. По типу подъема и подъемного оборудования ОД подразделяются на клетьевые, скиповые, конвейерные и автотранспортные. Кроме протяженных транспортных выработок, в районе ОД предусматривается сооружение специальных камер: водоотлива, центральной подземной подстанции, противопожарного оборудования, электровозного и вагонного депо, медпункта, комплекса подземного дробления и др. 2. Основные понятия иерархически-блочной модели массива горных пород: элемент неоднородности, степень неоднородности, структурный блок, структурная неоднородность, эффективная структурная неоднородность. Характерным свойством горных пород является высокая степень их неоднородности, под которой понимают пространственную изменчивость их строения, состояния и свойств, обусловленную особенностями генезиса, историей развития и динамикой экзогенных процессов. Высокая степень неоднородности наблюдается в массивах, сложенных различными горными породами. Кроме того, в массивах пород часто встречаются геологические нарушения и повсеместно развита естественная трещиноватость В результате расчленения поверхностями структурных неоднородностей различных видов массивы горных пород имеют ярко выраженную блочную структуру В свою очередь, степень распространения различных типов неоднородностей весьма различна. При этом необходимо отметить, что блочное строение характерно для любых массивов пород, однако для массивов пород, сложенных относительно слабыми осадочными породами оно выражается относительно слабее, чем для массивов прочных скальных пород. К неоднородностям нулевого порядка М.В. Рац отнѐс крупные тектонические разрывы, связанные с региональными полями тектонических напряжений, разбивающие массивы пород на блоки с линейными размерами свыше 10 км, это по своей сути региональные структурные неоднородности земной коры III - IV порядков. Далее выделяются структурные неоднородности, относящиеся собственно к массиву пород в масштабах отдельных месторождений. Неоднородности первого порядка обусловлены наличием в массиве различных по составу, структуре и текстуре пород, крупных геологических нарушений, тектонических разрывов и т. д. Эти неоднородности расчленяют массив на блоки размерами от сотен метров до километров. Более мелкие блоки размерами от десятков сантиметров до десятков метров связаны с неоднородностями второго порядка. Трещинами называют разрывы в горных породах, перемещения по которым совершенно отсутствуют или очень незначительны. Совокупность трещин, расчленяющих тот или иной участок земной коры, называют трещиноватостью. Детальный анализ развития трещиноватости массивов горных пород различных месторождений показывает, что по линейным размерам трещин и сцеплению пород на их контактах выделяются три группы трещиноватости: крупноблоковая, мелкоблоковая и микротрещиноватость. Последняя группа принадлежит к неоднородностям следующих, более мелких (третьего и четвертого) порядков. К неоднородностям третьего порядка, относятся контакты между отдельными минеральными образованиями, зернами и кристаллами. При этом размеры блоков, образуемых неоднородностями данного типа, варьируют в пределах от единиц до десятков сантиметров. Наконец, поскольку горные породы в большинстве своѐм представляют многокомпонентные поликристаллические агрегаты, выделяют четвертый порядок неоднородностей, связанный со структурными нарушениями межкристаллических областей, а также с дефектами структуры в решетках породообразующих минералов. Размеры структурных элементов в этом случае колеблются от долей миллиметра до нескольких сантиметров. Всѐ изложенное позволяет говорить об общих закономерностях структуры, характерных для верхней мантии и земной коры, и проявляющихся в едином иерархически - блочном строении, которое можно проследить от планетарных структур типа континентов до микроструктур на уровне кристаллов и отдельных минеральных зѐрен. Это чрезвычайно важное заключение позволяет с единых позиций рассматривать вопросы поведения и состояния различных объѐмов столь необычной физической среды, которой является земная кора и слагающие еѐ массивы горных пород. Детальное рассмотрение структурных особенностей массивов пород и выделение различных порядков структурных неоднородностей показывает, что массивы горных пород представляют собой специфическую, иерархично-блочную среду, которая в зависимости от конкретных условий и рассматриваемых объектов может проявлять как свойства сплошной однородной или неоднородной среды, так и свойства блочной среды, т. е. приближаться к дискретным средам. Всякий неоднородный объект характеризуется размерами элементов неоднородности и степенью неоднородности. Элементом неоднородности называют наибольший объѐм породы, который при данном масштабе исследований может рассматриваться «как внутренне однородный» по какому-либо признаку или по совокупности заданных признаков и отличающийся по этим признакам от смежных с ним объѐмов. Под степенью неоднородности понимается интенсивность и характер различия совокупности значений заданных признаков или одного из них в пределах исследуемой области. В частности, под «структурным блоком» будем понимать объѐм, ограниченный соседними поверхностями структурных неоднородностей одного порядка. Структурные блоки могут иметь формы параллелепипедов или более сложных многогранников и характеризуются линейными размерами рѐбер, которые представляют собой расстояния между ближайшими структурными неоднородностями одного и того же порядка. Физическую поверхность, ограничивающую структурный блок, будем называть «структурной неоднородностью», понимая под ней любой вид неоднородностей - поверхности геологических нарушений, контактов различных пород, поверхностей напластования, поверхностей трещин и т.д. При таком представлении для описания свойств и состояния массивов пород наряду с моделями сплошной среды может быть применена двухкомпонентная модель «структурный блок - структурная неоднородность». Необходимо отметить, что, в принципе, подобная модель может быть применена для массивов, сложенных любыми породами, как скальными, так и нескальными. Но в последнем случае блочная среда может быть будет менее выражена, и необходимость еѐ использования для решения практических задач с точки зрения точности получаемых результатов будет менее очевидной. Специфичность массивов горных пород как физических сред в том и проявляется, что в зависимости от решаемых задач и конкретных размеров рассматриваемых объектов или, другими словами, от соотношения размеров элементов неоднородностей и области воздействия один и тот же массив пород может выступать как сплошная среда или как блочная среда с различными параметрами структурных блоков и структурных неоднородностей, а следовательно с различными плотностными и деформационнопрочностными характеристиками. При рассмотрении любых задач геомеханики необходимо в первую очередь выяснить, какие размеры имеют интересующие области деформирования, затем, исходя из размеров деформируемых областей проанализировать структурные особенности конкретного массива пород, и установить какие виды структурных неоднородностей и в какой степени будут влиять на состояние рассматриваемых объектов. В результате должен быть выявлен вид так называемой «эффективной структурной неоднородности». Все структурные неоднородности, которые меньше «эффективной структурной неоднородности» представляют собой ультранеоднородности, которые не препятствуют рассмотрению пород как сплошной среды и оказывают лишь интегральное влияние на еѐ характеристики. Объѐм элементов ультранеоднородностей (Wyн) на 2-3 порядка меньше области воздействия (Wв) т.е. Wун <. 0.01 - 0.001 Wв. Другими словами, таким образом определяются параметры модели сплошной среды для компонента «структурный блок». Сама «эффективная структурная неоднородность» обусловливает статистическое распределение любых характеристик и свойств пород массива. Соотношение еѐ размеров с размерами области воздействия составляет Wэн <. 0.1 Wв Наконец, все структурные неоднородности, размеры которых превышают размеры «эффективной структурной неоднородности» вызывают закономерную изменчивость свойств пород и должны специально учитываться в расчѐтах, они выступают как макронеоднородности по отношению к области воздействия и объѐмы этих элементов неоднородности Wмн >. Wв. Вообще свойства среды, отображаемой двухкомпонентной моделью «структурный блок - структурная неоднородность» принципиально могут определяться двумя путями. Один из них, интегральный, наиболее широко применяемый в настоящее время, заключается в отборе представительных проб или выборе опытных участков в зависимости от порядка (масштаба) изучаемых структурных неоднородностей) и определении для них некоторых средних, интегральных значений интересующих свойств. Т. е., другими словами, реальная среда заменяется при этом некоторой идеализированной, в которой неоднородности считаются распределенными равномерно и проявляются в снижении средних значений характеристик и повышенном коэффициенте их вариаций. Другой путь, дифференциальный, заключается в дифференцированном изучении характеристик для компонент, слагающих среду, - структурных блоков и структурных неоднородностей с последующим аналитическим учетом свойств отдельных компонент в процессах деформирования и разрушения пород. Второй путь позволяет избежать непреодолимых технических сложностей проведения крупномасштабных испытаний, особенно при изучении структурных неоднородностей низких порядков. В то же время выявляется необходимость дополнительных исследований закономерностей пространственного размещения неоднородностей, создания их классификаций, разработки метода отбора специальных образцов самих структурных неоднородностей и т. д. 3. Организация маркшейдерских работ по обеспечению безопасности горных работ в зонах повышенного горного давления. К зонам ПГД относятся участки массива горных пород, расположенные под (над) целиками и краевыми частями, оставленными при разработке свиты пластов. При разработке сближенных пластов наличие зон ПГД приводит к потере устойчивости непосредственной и основной кровли и как следствие этого к резкому возрастанию интенсивности процесса образования вывалов, завалам лав, случаям групповой посадки «нажестко» гидростоек секций механизированных крепей. Отнесение участков пласта к зонам, опасным по проявлениям горного давления, и построение границ этих зон осуществляются в соответствии с методикой, изложенной в Указаниях (пп. 9.5 и 9.8), на выкопировке из совмещенного плана горных выработок в масштабе не мельче 1:2000. В отдельных случаях при значительных размерах зон ПГД может быть допущено построение зон ПГД на планах масштаба 1:5000. Материалы построения зон ПГД подписываются главным технологом и главным маркшейдером шахты (ШСУ) и хранятся до погашения горных выработок, расположенных в зонах ПГД или до ликвидации зоны ПГД. Границы зон ПГД должны изображаться в проектах вскрытия и подготовки выемочных участков, подготовки очистных забоев, на паспортах крепления очистного забоя, на обменных чертежах и рабочих планах горных выработок (масштаб 1:500, 1:1000) по мере их образования. Определение и нанесение на планы горных работ границ опасных зон, своевременное предупреждение руководителей горного предприятия и участка о подходе горных работ к ним, участие в разработке проекта мероприятий и контроль за их выполнением осуществляются маркшейдерской службой. Ответственным за построение и изображение на планах горных выработок границ зон ПГД является главный маркшейдер шахты (ШСУ). Ведение горных работ в зонах ПГД должно осуществляться в соответствии с техническим паспортом, утвержденным главным инженером шахты и разработанным с учетом требований действующих Правил безопасности Указаний и Инструкции. В проектах вскрытия и подготовки выемочных участков, подготовки очистных забоев, в паспортах крепления подготовительных выработок и очистных забоев службой главного технолога шахты (ШСУ) должны быть разработаны мероприятия по безопасному ведению горных работ в зонах ПГД, с указанием сроков и лиц, ответственных за выполнение этих мероприятий. С указанными мероприятиями главный технолог шахты (ШСУ) должен ознакомить должностных лиц, ответственных за их реализацию и контроль. Если при работе очистного забоя в зоне ПГД фактические проявления горного давления не соответствуют степени опасности зоны по построению, то название зоны и разработанные ранее мероприятия по управлению кровлей могут быть скорректированы в проекте с обоснованием внесенных изменений. Решение об изменении названия зоны ПГД и о корректировке мероприятий по управлению кровлей принимается главным инженером шахты на основании наблюдений за состоянием кровли очистного При подходе горных работ к границам зон ПГД главный маркшейдер шахты (ШСУ) в соответствии с п. 2.5 настоящего Положения уведомляет об этом главного инженера. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 6 1. Технология разработки месторождений полезных ископаемых открытым способом. Открытый способ разработки ПИ является наиболее перспективным в технологическом, экономическом отношениях, благодаря развитой индустриальной базе и значительным запасам ПИ, расположенных близко к дневной поверхности. Этим способом в настоящее время добывается примерно ¾ общего объѐма твердого минерального сырья, потребляемого народным хозяйством страны. Прогрессивный открытый способ разработки месторождений ПИ получает развитие при значительном улучшении экономических показателей на основе совершенствования техники, технологии и организации горного производства, внедрения передового отечественного и зарубежного опыта, природоохранных и ресурсосберегающих технологий. Основные понятия и определения Карьер – выемка в земной коре, ограниченная искусственно созданной поверхностью, являющаяся результатом работ по добыче ПИ открытым способом. В практике открытой разработки угольных и россыпных месторождений термин карьер принято заменять соответственно терминами разрез и прииск. Вскрыша – выемка пород, покрывающих ПИ, для обеспечения к нему полного доступа. Вскрыша осуществляется горизонтальными или слабонаклонными слоями, при этом боковая поверхность карьера приобретает уступную форму. для вскрыши чаще всего применяются экскаваторный или гидравлический способы. Уступ – часть боковой поверхности карьера, имеющая форму ступени. Рисунок 1 – основные элементы уступа: 1 – верхняя площадка уступа. 2 – нижняя площадка уступа. 3 – откос уступа. 4 – верхняя бровка уступа. 5 – нижняя бровка уступа. 6 – забой уступа. h – высота уступа. а - угол откоса уступа. Рабочая площадка уступа – площадка уступа, на которой размещается основное оборудование для его отработки Ширина рабочей площадки уступа превышает его высоту в 2 –4 раза. Берма – площадка, на которой работа не производится. Различают предохранительные и транспортные (соединительные) бермы. Откос уступа - наклонная поверхность, ограничивающая уступ со стороны выработанного пространства. Угол откоса – угол, образуемый плоскостью уступа и горизонтальной плоскостью. Забой уступа – часть уступа, служащая объектом воздействия горного оборудования. Особенности открытого способа: • необходимость удаления из карьера значительных объемов вкрышных пород, затраты на разработку которых составляют основную часть общих затрат на добычу полезного ископаемого; • необходимость соблюдения определенного порядка отработки слоев – выемку нижних слоев можно начинать только после отработки (выемки) вышележащих слоев; • неограниченная возможность использования крупногабаритного высокопроизводительного специального горного оборудования, обеспечивающего комплексную механизацию и автоматизацию всех производственных процессов. Преимущества открытого способа: • возможность обеспечения высокого уровня автоматизации и механизации горных работ; • высокая производительность труда; • низкая себестоимость полезного ископаемого; • более безопасные условия труда; • более полное извлечение полезного ископаемого; • меньшие капитальные затраты. Недостатки открытого способа: • зависимость некоторых параметров технологии от климатических условий; • значительный экологический ущерб при ведении горных работ. Основные показатели открытых горных работ: • годовая производительность карьера по полезному ископаемому и вскрыше; • коэффициент вскрыши; • месячная производительность труда рабочего по полезному ископаемому; • затраты на 1 м3 вскрыши; • производственная и полная себестоимость полезного ископаемого; • капитальные затраты на 1т (1 м3) полезного ископаемого; • годовая прибыль и рентабельность карьера. 2. Основные факторы, определяющие напряженное состояние пород вокруг выработок. Распределение напряжений вокруг выработки в упругом изотропном массиве. Напряженное состояние пород в условиях взаимного влияния выработок. Геомеханическое состояние пород вокруг выработок зависит от геологических условий, в которых пройдены выработки, и горно-технических условий их проведения и эксплуатации, называемых обычно технологическими факторами. К геологическим условиям относятся глубина разработки, структура, физико-механические свойства горных пород, мощность и угол падения залежей ПИ. Технологическими факторами являются форма, размеры, расположение горных выработок, механическая характеристика крепи, скорость подвигания и время поддержания выработок. Глубина разработки существенно влияет на напряженное состояние массива и расположенных в нем выработок. С определенной глубины участки массива становятся угрожаемыми по горным ударам и внезапным выбросам, а с еще большей глубины опасными по этим динамическим явлениям. Структура оказывает существенное влияние на характер деформирования горных пород вокруг выработок. Чем меньше размер структурных блоков, тем больше вероятность образования вывалов и заколов, вызываемых разрушением пород в форме сдвига и отрыва по контактам этих блоков или других структурных неоднородностей. Физико-механические свойства горных пород относятся к основным исходным данным, используемым при прогнозе характера поведения выработок, выборе вида и параметров крепи. В породах, обладающих способностью к проявлению значительных пластических деформаций, хрупкого разрушения пород не происходит. Мощность и угол падения залежей ПИ оказывают заметное влияние на состояние выработок в тех случаях, когда часть сечения выработки находится в ПИ, а часть - во вмещающих породах. В этом случае на контакте двух геологических сред, , могут возникать деформации сдвига и отрыва пород, существенно усложняющие проведение и поддержание выработок. Наибольший интерес для практики горного дела имеют технологические факторы, поскольку с их помощью можно управлять геомеханическими процессами в массиве горных пород, Рассмотрим эти факторы подробнее. Форма поперечного сечения выработок играет важную роль в их устойчивости. Чем меньше в сечении выработки углов и закруглений малого радиуса кривизны, , тем выработка устойчивее. Повышение устойчивости выработок достигается также подбором таких сечений выработок, которые соответствуют параметрам начального поля напряжений, что осуществляется изменением высоты подъема свода и соотношения ширины и высоты выработки. Размер выработки является одним из основных параметров, определяющих ее устойчивость. Выработка считается устойчивой, если в ее кровле отсутствуют растягивающие напряжения или они значительно меньше значений, при которых в породах кровли возникают секущие трещины. Проф. Н.С. Булычев по степени устойчивости кровли подразделяет обнажения на следующие пять категорий: 1. Вполне устойчивые - вывалы и обнажения отсутствуют. 2. Устойчивые- возможны отдельные отслоения. 3. Средней устойчивости- возможно образование вывалов после длительной эксплуатации выработки. 4. Неустойчивые - вывалы образуются вскоре после обнажения. 5. Весьма неустойчивые - обрушение происходит вслед за обнажением. Расположение горных выработок оказывает влияние на их устойчивость при наличии в толще тектонических напряжений или старых и действующих горных выработок. В первом случае повышение устойчивости выработок достигается правильным выбором пространственной ориентации сечения относительно компонент начального поля напряжений и структурных неоднородностей, во втором - расположением выработок за пределами вредного влияния смежных горных работ. Расположение выработок в зонах разгрузки улучшает состояние выработок, в зонах повышенного горного давления ухудшает. Механическая характеристика крепи является основным фактором, при правильном выборе которого можно предотвратить чрезмерное развитие зоны неупругих деформаций и обрушение пород. При достаточно большой жесткости крепи она работает в режиме заданной или взаимовлияющей деформации, и горное давление возникает вследствие того, что крепь принимает прирост смещений с момента ее установки, который зависит от давления р. При малой жесткости крепи ее смещения велики, и поэтому породы зоны неупругих деформаций отслаиваются от окружающих пород, нагружая крепь собственным весом (режим заданной нагрузки). В режиме заданной или взаимовлияющей деформации давление будет тем меньше, чем меньше жесткость крепи. Этой возможностью снижения нагрузки пользуются на практике, создавая в крепи различные узлы и элементы податливости. Однако, чем меньше реакция крепи, тем больше размеры зоны неупругих деформаций, породы которой воздействуют на крепь своим весом. Таким образом, снижение жесткости крепи имеет естественный предел - оптимальную жесткость, обеспечивающую минимальное давление в данных горно-геологических условиях. При невозможности (или затруднительности) регулировки жесткости постоянной крепи давление на нее снижают, возводя крепь на достаточном расстоянии от забоя и (или) спустя достаточное время после обнажения. В период от момента образования обнажения до возведения постоянной крепи соответствующие участки выработки поддерживаются временной крепью. Влияние очистных работ приводит к увеличению смещений контура выработки. Если выработка непосредственно примыкает к лаве, например, откаточный и вентиляционный штреки, то смещения достигают половины вынимаемой мощности пласта. С целью уменьшения этого влияния применяют специальные виды крепи в сочетании с различными способами охраны горных выработок. Скорость подвигания и время поддержания выработок оказывают существенное влияние на устойчивость и состояние выработок. Увеличение скорости подвигания забоя смягчает вредное влияние горного давления. Уменьшение времени поддержания выработки, т.е. продолжительности действия нагрузки, снижает деформации вмещающих пород, поскольку установлено, что деформации горных пород, не подчиняющиеся линейному закону Гука, проявляют запаздывание в своем развитии. Напряжѐнно-деформированное состояние вокруг очистной выработки. Зоны опорного давления и разгрузки. По мере извлечения полезного ископаемого и перемещения забоя поле напряжений вокруг очистной выработки изменяется. Область массива, в пределах которой происходят эти изменения, называют зоной влияния очистной выработки. В отличие от подготовительных выработок зоны влияния вокруг очистных пространств охватывают значительно большие области массива. Нередко процессы захватывают всю толщу вышележащих пород вплоть до дневной поверхности. Значительные области массива вовлекаются в процессы деформирования также и со стороны почвы очистной выработки. По степени и характеру процессов деформирования и перемещения пород в пределах влияния очистной выработки в массиве могут быть выделены несколько различных зон: зона обрушений, зона трещин, зона плавного прогиба, зона сдвижений. С точки зрения напряженного состояния в массиве пород вокруг очистной выработки выделяют две характерные зоны: зону разгрузки и зону опорного давления (рис.). Рис. 13.1. Схема деформирования пород вокруг очистной выработки при крутом падении пласта. 1 — зона опорного давления; 2 — пласт угля; 3 — зона разгрузки; 4 — эпюры напряжений; 5 — граница области влияния выработки. Первая (зона разгрузки) характеризуется тем, что в ее пределах породы испытывают меньшие напряжения, чем существовавшие до проведения очистной выработки. Область, где напряжения превышают уровень первоначального поля напряжений, носит название зоны опорного давления и по существу представляет собой зону концентрации напряжений вокруг очистной выработки. Необходимо отметить, что поскольку границы очистной выработки все время перемещаются в пространстве, выделенные зоны также находятся в непрерывном движении, так что породы массива, претерпевая изменения состояния, постепенно переходят из одной зоны в другую. Ввиду непрерывного подвигания забоя очистной выработки в практике горного дела принято выделять временное или эксплуатационное опорное давление, возникающее вблизи перемещающихся границ очистного пространства. В противоположность этому, зону концентрации напряжений возле неподвижной границы очистной выработки называют зоной остаточного или стационарного давления. Параметры зоны опорного давления определяются многими факторами. В первую очередь, к ним следует отнести параметры начального поля напряжений, размеры и конфигурацию очистных пространств, деформационно-прочностные свойства массива вмещающих пород, а также способ воздействия на угольный пласт или рудное тело. Взаимное влияние очистных выработок при разработке обособленных и сближенных пластов и жил. В реальных условиях случаи, когда пласт или рудное тело отрабатывают одним забоем, а породы окружающего массива испытывают влияние лишь одной очистной выработки, встречаются редко. Гораздо чаще очистные работы ведут в непосредственной близости от ранее выработанных пространств, одновременно по нескольким пластам или жилам, или же на нескольких соседних участках одного и того же пласта (рудного тела). В этих случаях окружающие породы подвергаются одновременному воздействию нескольких очистных выработок, поле статических напряжений в массиве пород вокруг очистных пространств формируется в результате наложения областей влияния каждой выработки и может иметь весьма сложную структуру. Вследствие этого количественно охарактеризовать взаимное влияние очистных выработок в настоящее время весьма сложно, поэтому ограничимся рассмотрением лишь качественной стороны вопроса. Рассмотрим два наиболее характерных случая взаимного расположения очистных выработок: * очистные выработки располагаются в одной горизонтальной плоскости; * взаимовлияющие выработанные пространства находятся на различной глубине от поверхности. В первом случае в результате взаимного влияния выработанных пространств в областях массива, примыкающих к границам очистных выработок, происходит наложение зон опорного давления и породы испытывают повышенные нагрузки. Подобная ситуация, например, имеет место, когда осуществляют отработку рудного тела или пласта без оставления целиков и фронт отработки непосредственно соприкасается в плане с ранее выработанным пространством или обрушенными породами (рис.). Рис. Взаимное наложение зон опорного давления при различных схемах развития очистных работ. а - при ведении работ без оставления целиков между вновь образуемым и ранее образованным очистным пространством; б - при отработке ранее оставленных целиков; в при ступенчатой форме лавы. Стрелками показано направление движения забоев. 1 - область вне пределов зоны опорного давления; 2 - зона опорного давления протяженностью l; 3 - участки взаимного наложения зон опорного давления; 4 отработанное пространство. Наложение зон опорного давления может происходить при отработке ранее оставленных целиков, а также при ступенчатой конфигурации фронта очистных забоев (рис. б,в).. Во втором случае (когда разрабатывают свиту пластов или жил) величины деформаций пород обусловливаются прежде всего порядком и очередностью отработки отдельных пластов (жил) в свите, их мощностью, условиями залегания и способом управления горным давлением. Различают пласты независимые и сближенные. Пласты в свите считают независимыми, если разработка их возможна в любом порядке и очередности. Под сближенными понимают обычно такие пласты, одновременная разработка которых затруднена или невозможна или когда разработка одного из них осложняет дальнейшую разработку другого. В процессе подработки верхний пласт последовательно проходит через следующие стадии деформирования: а) нагрузка и уплотнение в зоне опорного давления, возникающей впереди очистного забоя нижнего пласта; б) разгрузка, опускание и разломы над породами, нависающими над выработанным пространством подрабатывающего пласта; в) повторная нагрузка и уплотнение в зоне опорного давления, возникающей позади нависающих пород (т. е. в той части выработанного пространства, где эти породы получают опору); г) частичное восстановление первоначальных напряжений в зоне полных сдвижений. При отработке верхнего пласта раньше нижнего (т. е. при надработке) последний подвергается сложному процессу нагружения и разгрузки на площади, превышающей размеры отрабатываемой площади верхнего пласта. Надработка вызывает уплотнение надрабатываемого пласта в зонах опорного давления и разрыхление его в зонах разгрузки. При расположении очистных выработок на разной глубине состояние пород в областях массива, испытывающих влияние обеих выработок, может характеризоваться как ростом действующих напряжений (при наложении зон опорного давления), так и их снижением (при расположении одной из выработок в зоне разгрузки другой выработки). Необходимо подчеркнуть при этом, что взаимное влияние даже одинаковых по размерам очистных выработок неравноценно, верхняя выработка оказывает на нижележащую, как правило, гораздо меньшее влияние, чем нижняя - на вышерасположенную. В соответствии с этим горные работы стараются чаще вести в условиях надработки пластов или жил и реже в условиях подработки. 3. Особенности съемок горных выработок при подходе к опасной зоне. При ведении горных работ вблизи утвержденных границ опасных зон, у затопленных и загазированных выработок, у выработок, опасных по выбросам газа и горным ударам, удаление пунктов полигонометрических ходов от забоев подготовительных выработок допускается не более 30 м при подходе выработок на расстояние 50 м к указанным границам и 150 м при проведении выработок вдоль границы зоны. На шахтах, опасных по выбросам газа или пыли, применяют приборы во взрывобезопасном исполнении в соответствии с установленными требованиями безопасности. При проведении выработки в направлении границы опасной зоны, вдоль нее или непосредственно в опасной зоне теодолитные ходы прокладывают по мере продвигания забоя с отставанием от него не более чем на 20 м. В этих случаях координаты пунктов определяют независимо дважды. При ведении горных работ вблизи и в пределах опасных зон и при ответственных сбойках выработок - непосредственно после выполнения маркшейдерских работ, журналы измерений, вычислительную и графическую документацию проверяет главный маркшейдер организации (с обязательной отметкой). Изображения подземных горных выработок, проводимых вблизи и в пределах границ опасных зон у затопленных и загазированных выработок, выработок, опасных по внезапным выбросам газа, горным ударам, барьерных и предохранительных целиков на планах закрепляют тушью в течение суток по завершении съемки. Также в течение суток пополняют цифровую модель (электронная копия) при ее наличии. Для съемки подземных горных выработок, не опасных по газу и пыли, возможно использование электронных тахеометров и систем лазерного сканирования. При производстве маркшейдерских работ обеспечиваются полнота и точность измерений и расчетов, достаточная для безопасного ведения горных работ и охраны недр. Обязательно указываются такие границы как: • искусственные и естественные водоемы, пересохшие русла ручьев и рек, если они могут представлять опасность для горных работ, с указанием отметок уреза воды и дна русла; • утвержденные границы опасных зон у постоянно затопленных выработок и выработок опасных по выбросам газа и горным ударам, барьерных и предохранительных целиков; • места прорыва плывунов, подземных и поверхностных вод, вывалов пород, пожаров и т.д.; ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 7 1. Способы действия на горные породы с целью отделения их от массива. Буровзрывные работы, паспорт БВР, безопасность при БВР. ОТБОЙКА – отделение горных пород от массива под действием ударных нагрузок. Различают способы отбойки: взрывной – с использованием взрывчатых веществ или патронов беспламенного взрывания кардокс, эрдокс, гидрокс, хемикол; гидравлический — гидромониторными, импульсными и пульсирующими струями воды; гидровзрывной (взрыв гидравлический) — с использованием взрывчатых веществ в скважинах с водойпод высоким давлением; механический — с помощью отбойных молотков или горных машин с исполнительными органами ударного действия. Отбойка — наиболее распространѐнный вид разрушения крепких горных пород (ПИ) при подземной и открытой разработках твѐрдых Пи. Взрывной способ разрушения горных пород универсален. Он может применяться при любой крепости угля и пород, как в очистных, так и в подготовительных выработках. Буровзрывные работы — совокупность производственных процессов по отделению от массива взрывом части горной породы с одновременным еѐ раздроблением и перемещением. Буровзрывные работы применяются в горном деле в различных технологических процессах подземной и открытой добычи полезных ископаемых. Качество буровзрывных работ определяется равномерностью дробления скальных пород, хорошей проработкой контура отбиваемой от массива части горной массы, низким процентом выхода негабарита, шириной развала горной массы применяют следующие способы ведения взрывных работ: шпуровой, скважинный, камерный и накладными зарядами. Шпуровой метод применяют при проведении выработок. Шпуром называется продольное цилиндрическое углубление глубиной до 5 м и диаметром до 75 мм, пробуриваемое в разрушаемом массиве бурильными машинами. При шпуровом методе ведения взрывных работ применяют сплошной заряд. На шахтах, опасных по газу и пыли, применяют предохранительные ВВ и сплошные заряды. • При подземных горных работах буровзрывные работы применяются как при проходке горных выработок, так и при добыче ПИ. При проходке горных выработок буровзрывным способом вначале в забое вначале бурятся шпуры с помощью буровых станков, затем заряжаются и производится взрыв с отбивной горных пород на выработанной пространство. После отгрузки отбитой горной массы начинается новый цикл проходки: бурение, заряжание и взрыв. Дальше цикл повторяется. При добыче ПИ с помощью буровзрывных работ технология зависит от системы разработки рудных месторождений. • На открытых горных работах работы ведутся уступами. Поэтому буровзрывные работы ведутся путѐм поэтапного взрыва уступов карьера. На подготавливаемом к взрыву части уступа (блоке) вначале бурятся скважины в соответствии с паспортом ведения буровзрывных работ, затем заряжаются и готовятся к взрыву. На время взрыва все работы в карьере прекращаются. После массового взрыва производится погрузка отбитой горной массы в транспортные В настоящее время универсальным и практическим единственным высокоэффективным способом подготовки горных пород к выемке с коэффициентом крепости выше шести по классификации проф. Протодьяконова М.М., является разрушение пород энергией взрыва. По условиям применения взрывчатые вещества (ВВ) подразделяются на три группы: • непредохранительные – для взрывных работ на поверхности и в шахтах, не опасных по газу и пыли (скальные аммониты, гранулиты, аммоналы, аммонит); • предохранительные – для шахт, опасных по газу и пыли (аммонит АП-5ЖВ, ПЖВ-20 и др.); • повышенной предохранительности для взрывных работ по углю (угленит Э-6, П12ЦБ, патроны СП-1). При проходке подземных горных выработок применяют ВВ только в патронированном виде. Различают огневое, электроогневое и электрическое взрывание зарядов. На шахтах, опасных по газу и пыли, применяют электрический способ. В качестве средств инициирования (СИ) используют электродетонаторы короткозамедленного действия типа ЭДКЗ-ПК и ЭДКЗ-ПКМ. Проведение горных выработок буровзрывным способом в обязательном порядке производится на основании технической документации – паспорта БВР. Паспорта должны утверждаться руководителем той организации, которая ведет взрывные работы. Паспорта составляются на основании и с учетом результатов не менее трех опытных взрываний. По разрешению руководителя взрывных работ организации допускается вместо опытных взрываний использовать результаты взрывов, проведенных в аналогичных условиях. Паспорт должен включать: а) схему расположения шпуров, наименования взрывчатых материалов, число шпуров, их глубину и диаметр, массу и конструкцию зарядов и боевиков, последовательность и количество приемов взрывания зарядов, материал забойки и ее длину, схему монтажа электровзрывной сети с указанием длины (сопротивления), замедлений, схему и время проветривания забоев; б) размер радиуса опасной зоны; в) схему мест укрытия мастера-взрывника и рабочих на время производства взрывных работ, которые должны располагаться за пределами опасной зоны. Кроме того, для шахт, опасных по газу или пыли, в паспорте должны быть указаны количество и схема расположения специальных средств по предотвращению взрывов газа (пыли). МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ Основными причинами травматизма при взрывных работах являются: • вспышки и взрывы метана или угольной пыли при производстве взрывных работ; • преждевременное срабатывание электродетонаторов; • механические воздействия на отказавшие заряды взрывчатых материалов при работе горнорабочих и механизмов; • случайное попадание людей в опасную зону взрыва из-за отсутствия постов охраны. С целью исключения вышеуказанных причин травматизма и аварийных ситуаций при производстве взрывных работ, необходимо руководствоваться требованиями «Единых правил безопасности при взрывных работах». 1. Условия применения взрывчатых материалов должны соответствовать классификационным требованиям (3-6 классы) 2. При производстве взрывных работ необходимо проводить мероприятия по обеспечению безопасности персонала взрывных работ, предупреждению отравлений людей пылью взрывчатых веществ и ядовитыми продуктами взрывов 3. Взрывные работы должны выполняться взрывниками под руководством лица технического надзора, по письменным нарядам с ознакомлением под роспись Взрывник во время работы обязан быть в соответствующей спецодежде, иметь при себе выданные организацией часы, необходимые приборы и принадлежности для взрывных работ. 4. Каждая организация, ведущая взрывные работы должна иметь техническую документацию, оформленную в установленном порядке (проекты, паспорта). 5. При производстве взрывных работ обязательна подача звуковых сигналов для оповещения людей а) первый сигнал – предупредительный (один продолжительный). Сигнал подается при вводе опасной зоны; б) второй сигнал – боевой (два продолжительных). По этому сигналу проводится взрыв; в) третий сигнал – отбой (три коротких). Он означает окончание взрывных работ. 6. Перед началом заряжания шпуров при ведении взрывных работ в подземных выработках необходимо обеспечить проветривание забоя, убрать ранее взорванную в забое горную массу, вывести людей, не связанных с выполнением взрывных работ, за пределы опасной зоны, в места, определенные паспортом буровзрывных работ, при этом должны быть обеспечены безопасные условия работы взрывника. А в угольных шахтах при осмотре забоя после взрывания мастер-взрывник обязан проводить замер концентрации метана по всему сечению забоя, 8. Места укрытия мастера-взрывника, расположения поста охраны, других людей во всех случаях следует определять в проектах, паспортах или схемах буровзрывных работ с учетом того, что расстояние от места укрытия мастера-взрывника до постов охраны, не менее 10 м и от места расположения постов охраны до места нахождения остальных людей – не менее 10 м. 11. Минимальная глубина шпуров при взрывании по углю и породе должна быть 0,6 м. 12. В качестве забойки должны применяться глина, смесь глины с песком, гидрозабойка в шпурах в сочетании с запирающей забойкой из глины или смеси глины с песком или иные материалы, допущенные Ростехнадзором. 13. При взрывании по углю и по породе минимальная величина забойки для всех забоечных материалов должна составлять: а) при глубине шпуров 0,6-1,0 м – половину глубину шпура; б) при глубине шпуров более 1 м – 0,5 м; в) при взрывании зарядов в скважинах – 1 м. 14. Расстояние от заряда взрывчатых веществ до ближайшей поверхности должно быть не менее 0,5 м по углю и не менее 0,3 м по породе, в том числе и при взрывании зарядов в породном негабарите. В случае применения взрывчатых веществ VI класса при взрывании по углю это расстояние допускается уменьшать до 0.3 м. 15. На пластах, опасных по пыли, перед каждым взрыванием в забоях, проводимых по углю или по углю с подрывкой боковых пород, необходимо проводить осланцевание или орошение осевшей угольной пыли водой с добавлением смачивателя как у забоя, так и в выработке, примыкающей к забою, на протяжении не менее 20 м от взрываемых зарядов. 2. Основные принципы выбора способа управления горным давлением при ведении очистных работ. Особое внимание при выборе способа управления горным давлением в очистных выработках уделяют поведению пород в пределах призабойного пространства. При этом учитывают способность пород кровли к обрушению, высоту зоны обрушения, размеры и длительность сохранения устойчивых обнажений, свойства пород почвы (прочность, способность к пучению, сопротивляемость вдавливанию в нее стоек крепи и др.), применяемые системы разработки и виды крепи, скорость подвигания очистных забоев, количество и степень выбросоопасности разрабатываемых пластов, расстояние между ними, сроки и порядок их отработки, наличие на земной поверхности объектов, подлежащих защите от влияния горных работ, оснащенность забоев машинами и механизмами, их габаритные размеры и т. д. Степень значимости каждого из перечисленных факторов часто зависит от конкретных условий: второстепенные факторы в одних условиях могут оказаться определяющими, и, наоборот, определяющие факторы в других условиях могут оказаться второстепенными. Так, при отработке запасов полезного ископаемого под ответственными сооружениями, плотно застроенными территориями, крупными водными объектами нередко приходится применять системы разработки с закладкой выработанного пространства, тогда как по прочим факторам было бы вполне возможно применить в этих условиях другие, более производительные и экономичные системы разработки и способы управления горным давлением. При отработке защитных пластов, наоборот, предпочтительнее полное обрушение кровли, так как при этом способе управления горным давлением достигается наибольшая разгрузка пластов, опасных по выбросам угля и газа. Наибольшее распространение при разработке угольных и ряда рудных месторождений получил способ управления горным давлением, носящий название полное обрушение кровли. Применение этого способа позволяет перенести обрушение пород за пределы призабойного пространства. Осуществляют его периодическими обрушениями (посадками) кровли путем выбивки или передвижения крепи, установленной на определенном расстоянии от забоя. Для регулирования обрушения основной кровли применяют специальную крепь, выдерживающую большую нагрузку, чем обычная призабойная крепь. В качестве специальной крепи используют органные стенки, металлические костры, кусты из деревянных или металлических стоек, посадочные элементы механизированных крепей и т. д. Способ частичного обрушения кровли менее эффективен, чем полного обрушения, и потому его применяют в настоящее время редко. При этом способе управления горным давлением обрушение кровли производят между бутовыми полосами, возводимыми в выработанном пространстве параллельно простиранию пласта. Частичная закладка выработанного пространства является эффективным способом управления горным давлением в условиях резкого изменения мощности пласта, очень слабой почвы, весьма прочных или, наоборот, весьма слабых пород непосредственной кровли, т. е. преимущественно в условиях, когда процесс обрушения является труднорегулируемым. Это достигают путем возведения бутовых полос по простиранию пласта. При разработке пластов мощностью до 1 м и тонких жил, в непосредственной кровле которых залегают породы, обладающие способностью прогибаться без видимых нарушений сплошности, целесообразно управлять горным давлением способом плавного опускания (особенно, если почва пласта склонна к пучению) Это один из наиболее простых и экономичных способов К числу самых дорогостоящих способов управления горным давлением относится полная закладка выработанного пространства. Применяется в случаях, когда другие способы не обеспечивают безопасности работ, технически неосуществимы или не отвечают дополнительным требованиям, предъявляемым к горным работам в рассматриваемых конкретных условиях. Такие требования могут возникнуть при послойной отработке пластов и рудных тел, при отработке мощных сближенных пластов или рудных тел в восходящем порядке, при необходимости сохранить вышележащие горные выработки или ответственные сооружения, расположенные на земной поверхности, и в других случаях. В частности, целесообразно отрабатывать с полной закладкой выработанного пространства мощные крутопадающие пласты угля, склонного к самовозгоранию. В условиях разработки маломощных угольных пластов крутого падения значительное распространение получил способ удержания призабойного пространства на кострах. При этом способе управления горным давлением в условиях пластичных пород преобладают явления плавного опускания кровли, а в условиях прочных пород— процессы обрушения. 3. Организация производственного контроля при производстве геологических и маркшейдерских работ. Главный маркшейдер и главный геолог организации соответственно обеспечивают: ежегодное планирование работы маркшейдерских и геологических служб в соответствии с годовым планом развития горных работ (годовой программой работ) и установленными требованиями; проведение в пределах своей компетенции проверок соответствия фактического и планового ведения горных работ, соблюдения технических проектов и технологической дисциплины, параметров горных выработок и состояния целиков, выполнения указаний работников служб; участие служб в разработке планов мероприятий по обеспечению промышленной безопасности и охраны недр и техническом расследовании причин аварий, инцидентов и несчастных случаев; приемку маркшейдерских, топографо-геодезических, землеустроительных и геологических работ, выполняемых сторонними организациями на договорной основе; передачу маркшейдерской, топографо-геодезической, землеустроительной и геологической документации соответствующим организациям, являющимся правопреемниками реорганизуемых организаций по добыче полезных ископаемых, а при ликвидации и консервации организаций - в соответствующий государственный архив субъекта Российской Федерации. Руководители маркшейдерской и геологической служб организаций осуществляют в системе производственного контроля следующие функции: доведение до руководителей участков, цехов и других подразделений организации обязательных для исполнения указаний по вопросам маркшейдерского и геологического обеспечения горных работ, а также по устранению нарушений требований законодательства о недрах, промышленной безопасности, охране недр и окружающей природной среды, проектной и технологической документации, годовых планов развития горных работ (годовых программ работ) в целях предотвращения случаев аварий и травматизма, сверхнормативных потерь полезных ископаемых, выборочной отработки богатых участков месторождений, приводящей к необоснованным потерям запасов полезных ископаемых, и недопущения других нарушений законодательных требований; внесение предложений руководителю организации по приостановке работ по строительству, реконструкции, эксплуатации, консервации или ликвидации объектов по добыче полезных ископаемых и подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых, если проведение этих работ может повлечь за собой порчу месторождений полезных ископаемых, прорыв в горные выработки воды и вредных газов, возникновение опасных деформаций горных выработок, охраняемых объектов поверхности и других аварийных ситуаций, а также в случае отступлений и нарушений требований проекта и установленных норм и правил, незамедлительно ставя об этом в известность руководителя организации и работников, ответственных за осуществление производственного контроля; браковку работ, выполненных с отступлениями от утвержденных годовых планов развития горных работ (годовых программ работ), проектной и технической документации; организацию подготовки и аттестации работников служб в области промышленной безопасности и охраны недр; внедрение в производство геологических и маркшейдерских работ новейших достижений науки и техники; доведение до сведения работников служб информации об изменении требований нормативно-технических документов в области геологического и маркшейдерского обеспечения горных работ, промышленной безопасности, охраны недр, их обеспечение нормативными документами; совершенствование организации и методов ведения геологических и маркшейдерских работ на основе широкого внедрения новейших достижений науки и техники, передового отечественного и зарубежного опыта на базе развития и освоения геофизической аппаратуры, оптико-электронной, гравиметрической техники, систем глобального позицирования, лазерных, гироскопических, инерциальных систем, геоинформационных и иных компьютерных технологий обработки геологической и маркшейдерской информации; ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 8 1. Понятие о горном давлении. Горные удары. Горное давление – силы, возникающие в массиве горных пород в результате действия гравитации (силы тяжести, веса) и тектонических напряжений, существующих в земной коре из-за современных тектонических процессов Проявления горного давления – механические процессы (смещения, деформации, разрушения массива, нагрузки на крепь, давление на целики), происходящие в массиве горных пород, как реакция массива на нарушение исходного (природного, существовавшего до начала горных работ) напряженного состояния при ведении работ. Опорноедавление – это повышенное (по сравнению с исходным, существовавшим до проведения выработки) горное давление, возникающее в близи горных выработок вследствие перераспределения исходных напряжений. Высокая концентрация полей напряжений при сооружении горной выработки, как правило, формируется за счет упругих характеристик пород. В результате окружающие выработку породы начинают воспринимать объемный вес вышележащей толщи пород. Существуют две формы проявления горного давления: статическая – деформирование, разрушение и смещения массива пород с постепенной потерей его устойчивости, и динамическая – разрушение протекает с большой скоростью подобно взрыву. Динамические проявления горного давления по мощности, интенсивности, характеру проявления и последствиям подразделяются на: ■ горно-тектонические удары; ■ горные удары; ■ микроудары; ■ толчки; ■ стреляния. Им обязательно предшествуют более слабые по выделению энергии внешние признаки динамического проявления горного давления: ■ интенсивное заколообразование, ■ шелушение руд (пород) на контурах выработок и целиков. Визуально горное давление в подготовительных выработках проявляется в виде вывалов пород со стороны кровли, пучения почвы, осыпания боков выработки, деформации элементов крепи. На величину горного давления оказывают влияние горно-геологические факторы: •глубина ведения горных работ; •физико-механические свойства горных пород; •форма и размеры поперечного сечения выработки; •способ проведения выработки; •влияние других выработок. 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. 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. Стреляние – отскакивание от массива линзовидных пластин руды (породы) различных размеров с острыми краями с резким звуком, напоминающим выстрел. 2. Основные принципы определения размеров устойчивых целиков и обнажений пород в очистных выработках. На основе общих представлений механики устойчивость какой-либо системы может быть охарактеризована условиями, обеспечивающими сохранение ее состояния в течение заданного времени. Применительно к горным выработкам устойчивость можно определить как способность сохранения, во-первых, формы и, во-вторых, размеров выработки, обеспечивающих ее эксплуатацию в течение необходимого периода. Для каждого сочетания горно-геологических условий существуют определенные (критические) размеры обнажений пород в выработках, при превышении которых выработки приходят в неустойчивое состояние и их эксплуатация становится небезопасной. С целью регулирования размеров обнажений пород в выработанных пространствах часто оставляют целики, т. е. нетронутые участки рудного тела, пласта или вмещающих пород. При этом в зависимости от применяемой технологии целики или извлекают после отработки основной части полезного ископаемого, или же оставляют в недрах, что, естественно, приводит к увеличению потерь полезных ископаемых. Извлечение целиков, как правило, сопровождается трудностями в организации и обеспечении работ, а иногда требует применения специфических систем разработки. Назначением целиков является предотвращение развития недопустимых деформаций в массиве окружающих пород и предотвращение увеличения размеров зон разрушения. В зависимости от того, для охраны каких объектов они предназначены и каковы сроки их существования, целики подразделяют на несколько видов. Целики, предназначенные для охраны сооружений поверхностного комплекса шахт и рудников от вредного влияния очистных работ, называют предохранительными, срок их службы составляет обычно несколько десятилетий и часто совпадает с общим сроком эксплуатации горнорудного предприятия. Для охраны капитальных вскрывающих выработок (стволов, штолен, штреков или квершлагов) оставляют соответствующие охранные целики (околоствольные, околоштольневые и т. д.). Срок их службы также весьма длителен и, как и в первом случае, может достигать нескольких десятков лет. Для поддержания очистных пространств, предохранения подготовительных выработок, а также для исключения влияния очистных работ на соседних участках оставляют временные целики. Это наиболее массовый вид целиков, срок их существования обычно составляет несколько лет, т. е. соизмерим с периодом отработки отдельных участков, блоков или камер. В случаях, если оставляют целики излишне больших размеров, это приводит к неоправданным потерям, если же размеры целиков недостаточны, то происходит их разрушение, которое влечет за собой перераспределение напряжений в окружающем массиве пород, часто в обширных областях. При этом разрушение целиков на одном участке может вызвать лавинообразное разрушение целиков на соседних участках. Все многообразие пространственных схем расположения целиков, встречающихся при разработке пластовых и рудных месторождений, может быть сведено к следующим основным случаям: а) неограниченная периодическая последовательность одинаковых по своим размерам и формам междукамерных, околоштрековых и других целиков; б) неограниченная периодическая последовательность целиков различных размеров и формы; в) бессистемное расположение целиков различных размеров и конфигурации; г) одиночные целики различных параметров. При этом по конфигурации горизонтальных сечений различают целики ленточные и столбчатые (рис.). С точки зрения геомеханики условия работы этих целиков различны: - ленточные целики находятся в условиях плоской деформации; - столбчатые целики - в условиях одноосного напряжѐнного состояния. Рис.. Схемы поддержания очистных пространств с помощью ленточных (а) и столбчатых (б) целиков. Поскольку выработанное пространство и целики образуют единую систему в массиве горных пород, их оптимальные параметры во всех случаях должны быть взаимосвязаны и взаимообусловленыПоэтому для обоснованного определения оптимальных параметров систем разработки, в том числе размеров очистных выработок и целиков, в общем случае необходимо рассматривать напряженно-деформированное состояние всей системы дневная поверхность — толща вышележащих пород —кровля очистной выработки – целик – почва очистной выработки. Наилучшим способом исследования подобных систем являются аналитические методы и методы математического моделирования. При этом возможна оценка как состояния всей системы в целом, так и отдельных еѐ элементов, практически, с любой степенью детальности. Однако в практике горных работ весьма часто возникают потребности оценить состояние и выбрать оптимальные параметры каких-либо локальных элементов, не прибегая к исследованию всей указанной взаимосвязанной системы. Для подобных случаев весьма широко применяется подход, когда в каждом конкретном случае стремятся выявить наиболее слабое звено—лимитирующий элемент, устойчивое состояние которого предопределяет состояние всех остальных звеньев, и исходя из параметров этого элемента устанавливают остальные параметры элементов всей системы разработки. Часто подобными лимитирующими элементами является кровля камер или целики, реже — почва выработок. Для последнего случая характерны явления вдавливания целиков в почву, в результате чего происходили завалы выработок на больших площадях. Лимитирующим элементом может быть вышележащая толща пород. Это характерно для условий применения комбинированных систем разработки рудных тел открытым и подземным способом, а также для условий добычи легкорастворимых полезных ископаемых (например, солей) и при ведении горных работ под водоемами, когда необходимо обеспечивать устойчивость пород во избежание трещин, провалов, прорывов воды и пр. Наконец, лимитирующим элементом может являться и дневная поверхность в случаях, когда необходимо обеспечить устойчивость наземных зданий и сооружений. Большое влияние на характер деформирования отдельных элементов и в целом всей указанной системы оказывают соотношения деформационно-прочностных свойств пород, слагающих целики, кровлю и почву очистных выработок, а также вышележащую толщу. Весьма существенны также характер и свойства контактов целиков с кровлей и почвой выработок. Для расчета оптимальных параметров очистных выработок и целиков необходимо: а) установить характеристики нагрузок (величины напряжений в массиве пород), действующих на элементы системы разработки, размеры которых подлежат определению; б) на основании характеристик напряженно-деформированного состояния и сравнения их с деформационно-прочностными параметрами пород, слагающих кровлю и целики, оценить несущую способность и устойчивость этих элементов. Первый пункт указанной последовательности операций может быть выполнен с привлечением различных методов (теоретических и экспериментальных), о которых речь шла выше. Он является необходимым при оценке несущей способности целиков и обнажений пород, но принципиальных отличий от методов определения напряженного состояния массива пород вокруг выработок не имеет. Второй пункт составляет сущность расчета оптимальных параметров целиков и обнажений пород в очистных выработках. Он в обязательном порядке включает проверку указанных элементов систем разработки на прочность и устойчивость. 3. Особенности построения зон повышенного горного давления на пластах опасных по горным ударам и внезапным выбросам. Горный удар - хрупкое разрушение угольного целика, краевой части пласта или боковых пород, находящихся в предельно напряженном состоянии, проявляющееся в виде отброса или выдавливания угля (породы) в горные выработки и приводящее к повреждению горной крепи, смещению машин, оборудования и нарушению технологического процесса. Опасная зона - участок недр, в пределах которого при ведении горных работ требуется осуществлять дополнительные меры безопасности, предусматриваемые, как правило, специальными проектами. Зоны, возникающие под воздействием геомеханических процессов подразделяются: -опасные по горным ударам; -опасные по внезапным выбросам угля и газа; -повышенного горного давления от целиков или краевых частей. Построение границ опасных зон производится маркшейдерской службой шахты в соответствии с методикой, изложенной в Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным ударам. Л.: ВНИМИ, 1988. Границы опасных зон по мере их образования должны быть изображены в проектах ведения горных работ в опасных зонах, на обменных и рабочих планах. Ответственным за изображение на обменных и рабочих планах горных выработок границ опасных зон и учет этих зон является главный маркшейдер шахты, шахто-строительного управления (ШСУ), а по зонам у геологических нарушений - главный геолог (геолог) шахты (ШСУ). Порядок расчета и построения защищенных, незащищенных зон и зон ПГД, определение параметров локальной выемки защитных пластов регламентируются Инструкцией по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным ударам (СПб., 1999). Главным маркшейдером шахты наносятся границы указанных на планы горных работ и на рабочие эскизы участка; представляется соответствующим службам шахты маркшейдерская документация, необходимая для составления проектов ведения горных работ; разрабатываются мероприятия по маркшейдерскому обеспечению ведения горных работ вблизи и в пределах границ зон ПГД; не позднее чем за месяц до подхода горных выработок к границам незащищенной зоны и зоны ПГД письменно в «Книге указаний и уведомлений маркшейдерской службы» уведомляется об этом технический руководитель шахты и начальник соответствующего участка, а также знакомится с содержанием этого уведомления горно-технический инспектор, закрепленный за шахтой; не позднее чем за трое суток до подхода горных выработок к границе зоны ПГД на расстояние не менее 20 м выдается начальнику участка под расписку эскиз выработок с указанием на нем границ входа и выхода из зон ПГД, а также расстояний до них от маркшейдерских пунктов или от характерных элементов горных выработок. Оценка и учет использования защитного действия пластов ведется согласно разработанным МЕРОПРИЯТИЯМ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТАЮЩИХ. Все работы по прогнозу опасных зон и мер по предотвращению горных ударов в почве выработок организует технический руководитель - главный инженер шахты. На эксплуатационном участке должна находиться необходимая документация с нанесенными опасными зонами. В службе прогноза и борьбы с горными ударами должен быть журнал с результатами прогноза и контроля эффективности локальных мер борьбы с горными ударами в почве выработок. Горные удары на угольных пластах по силе проявления подразделяются на стреляния, микроудары, горные удары, горно-тектонические удары и удары с разрушением пород почвы. Предварительными признаками опасности возникновения горных ударов являются толчки, стреляния и микроудары при работе выемочных машин, отбойных молотков, при бурении и взрывании шпуров. Интенсивность их возрастает с ростом глубины разработки, увеличением мощности труднообрушаемой кровли и наложением нескольких зон опорного давления. Удар возникает внезапно, сопровождается резким звуком, сотрясением горного массива, образованием большого количества пыли и воздушной волной. На газоносных угольных пластах удар приводит к повышенному газовыделению, а на крутых пластах может вызвать обрушение или высыпание угля. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 9 1. Способы управления горным давлением при ведении очистных работ. Управление горным давлением или поддержание выработанного пространства в безопасном состоянии сводятся к четырем основным способам: • естественное поддержание опорами (целиками) (рис. а); • закладкой выработанного пространства (рис.б); • обрушением руды и вмещающих пород (рис. в); • комбинированное поддержание выработанного пространства закладкой и обрушением (рис. 3г). а – естественное поддержание опорами (целиками) б – закладкой выработанного пространства в – обрушением руды и вмещающих пород; г- комбинированное поддержание выработанного пространства закладкой и обрушением 1 – часть залежи, отрабатываемая системами разработки с закладкой выработанного пространства (камерами или слоями); 2 – часть залежи отрабатываемая системами с обрушением; стрелка – направление фронта очистных работ. При естественном поддержании выработанное пространство остается открытым. Регулирование горного давления производится выбором размеров и параметров расположения постоянных рудных (породных) целиков. Такой способ поддержания кровли применяется при отработке пологих и наклонных залежей сплошной и камерно-столбовой системой разработки. Добыча руды с поддержанием выработанного пространства заполнением закладкой занимает ведущее место при необходимости сохранять налегающий массив и земную поверхность в условиях больших глубин, а также при выемке ценного полезного ископаемого. Управление горным давлением заполнением выработанного пространства обрушенным и вмещающими породам и применяется для отработки мощных и весьма мощных залежей любого падения с малой и средней ценностью полезного ископаемого. Обрушение пород производится на отбитую руду принудительным взрыванием скважинных зарядов ВВ. В неустойчивых и весьма неустойчивых налегающих породах и достаточном пролете или площади обнажения происходит их самообрушение. Комбинированный способ поддержания кровли включает выемку пластообразных обширных залежей чередующимися участками с твердеющей закладкой и с обрушением кровли в форме устойчивого свода. Устойчивость налегающего массива обеспечивается обоснованием необходимой прочности и ширины участка, заложенного твердеющей смесью. 2. Основные пути решения проблем по предупреждению динамических проявлений горного давления. Способы предупреждения горных ударов и внезапных выбросов пород и газа Выделяются региональные меры предупреждения горных ударов и внезапных выбросов, охватывающие обширные пространства добычных участков или пластов, и локальные меры, относящиеся к отдельным горным выработкам. К региональным мерам относятся: -опережающая отработка защитных пластов (слоев, залежей); -предварительная дегазация массива скважинами; -профилактическое увлажнение или рыхление пласта впереди очистных выработок или на подготавливаемом горизонте. Кроме этого, к профилактическим мероприятиям регионального масштаба можно отнести применение соответствующих технологических схем и приѐмов ведения горных работ, при которых существенно снижается вероятность горных ударов и внезапных выбросов. Локальными мерами являются: -бурение опережающих разгружающе-дегазирующих скважин из действующих выработок; -обработка опасного массива нагнетанием воды в пласт под давлением в режимах гидрорыхления, гидроотжима и гидроразрыва; гидровымыв полостей и щелей; -взрывное рыхление: -применение разгрузочных щелей и опережающей крепи. Принципы ведения горных работ в условиях возможного проявления горных ударов и внезапных выбросов. — нарезка месторождения на шахтные поля и их отработка без образования участков с большой концентрацией напряжений; — исключение встречных и догоняющих фронтов очистных работ; — уменьшение количества горных выработок впереди фронта очистных работ в отрабатываемых удароопасных пластах (залежах); — сокращение камерных систем разработки; — предупреждение зависания кровли над выработанным пространством. Соблюдение этих принципов снижает вероятность динамических проявлений горного давления, но при этом накладывает определѐнные ограничения на применяемые системы и методы ведения горных работ. Опасность динамических проявлений горного давления для людей, работающих в шахте, состоит: * в травмировании и засыпании их отбрасываемой и обрушающейся массой добываемого полезного ископаемого и вмещающих пород; * в травмировании разрушаемой крепью выработок при нахождении в непосредственной близости от места горного удара или внезапного выброса; * в травмировании под действием сильной воздушной волны при горных ударах; * в образовании взрывчатой газовоздушной смеси при внезапных выбросах; * в заполнении газом горных выработок вблизи места внезапного выброса и образовании бедной кислородом газовоздушной смеси; * в нарушении нормальных условий вентиляции рабочих мест вследствие их завала при горных ударах и внезапных выбросах. В зависимости от масштаба горного удара или внезапного выброса опасность может угрожать людям, находящимся в непосредственной близости от забоя, находящимся в пределах всего добычного участка, либо даже находящимся под землей в пределах всей шахты или рудника. Одной из основных мер защиты людей от горных ударов и выбросов является организация службы прогноза динамических проявлений горного давления и своевременное предупреждение людей о надвигающейся опасности с переводом шахты на специальный режим ведения горных работ, исключающий присутствие людей в опасных местах. Важное значение имеет тщательный инструктаж горнорабочих о визуальных признаках ударо- и выбросоопасности, предвестниках горных ударов и внезапных выбросов, мерах самоспасения, предусматриваемых планом ликвидации аварий. Для возможной механической защиты работающих следует предусматривать специальные крепи, щиты, защитные козырьки и другие конструктивные меры, которые могут быть вполне достаточными и весьма эффективными, например, при стрелянии горных пород, толчках, микроударах и небольших выбросах. В особо ударо- и выбросоопасных условиях необходимо предусматривать дистанционное управление горными машинами и механизмами и применение безлюдных способов ведения очистных работ и проходки выработок. При отработке целиков буровзрывным способом присутствие людей во время взрывания и в течение 0.5 - 1 часа после него также не допускается. Люди должны находиться не ближе 200 м от места взрыва, как правило, в выработках, пройденных по породе. При внезапных выбросах наиболее опасны условия в очистных выработках маломощных крутых пластов: работающие ниже участка выброса подвергаются опасности травмирования, работающие выше этого участка—опасности удушения газом. В таких условиях предусматривают запасные выходы через выработанное пространство по специальным ходкам, защищенным бутовыми полосами. Противогазовая защита предусматривает специальные мероприятия по быстрому восстановлению нормальных условий вентиляции, подаче свежего воздуха в изолированные обрушением или выбросом участки и применение индивидуальных средств защиты. 3. Расчет и построение границы безопасного ведения горных работ у затопленных выработок. Опасные по прорывам воды зоны устанавливают у затопленных выработок, пройденных по угольным пластам или по вмещающим породам, у затопленных шахтных стволов, шурфов и скважин, у разрывных тектонических нарушений, пересекающих затопленные выработки, а также в толщах, залегающих под и над затопленными выработками. Параметры между шахтных целиков также следует оценивать по условиям предотвращения прорыва через них шахтных вод. Горные и буровые работы в опасных по прорывам воды зонах можно вести только с выполнением инженерных мероприятий, которые обеспечивают их безопасность. Контуры затопленных выработок могут быть достоверными и недостоверными. Контур можно считать достоверным, если он зафиксирован в горной графической документации по результатам маркшейдерских съемок, выполненных после остановки забоев выработок с соблюдением требований инструкции по производству маркшейдерских работ; правильность нанесения контура выработок может быть проверена по материалам этих съемок. Если эти условия не соблюдаются, то контур затопленных выработок следует считать недостоверным. Ширину опасных по прорыву воды зон (барьерных целиков) у затопленных выработок с достоверным контуром, пройденных в одиночных пластах мощностью до 3,5 м при углах падения a ≤ 30°, следует определять по формуле: d = 0,05 H + 5 m + Δl где d - ширина опасной зоны (барьерного целика) по пласту при отсутствии в ней тектонических нарушений, м; Н - расстояние по вертикали от земной поверхности до пласта в опасной зоне, м; m - вынимаемая мощность пласта, м; Δl - погрешность положения затопленной выработки (определяется маркшейдером шахты. Ширину опасной зоны принимают равной 20 м, если по формуле (1) она получилась менее 20 м. При давлении воды в затопленной выработке менее 0,1 МПа (1 кгс/см2) ширину барьерного целика принимают равной 20 м. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 10 1. Функции крепи горных выработок, виды крепи. КРЕПЬ ГОРНАЯ — горнотехническое сооружение (конструкция), возводимое в подземных горных выработках для обеспечения их устойчивости, технологической сохранности, а также управления горным давлением. При этом крепь горная выполняет одну или совокупность следующих функций: • охрана подземного сооружения от обвалов и вывалов горной породы; • обеспечение проектных размеров поперечного сечения подземных сооружений на весь срок их эксплуатации; • восприятие внешних и внутренних (в частности, давления воды в гидротехнических тоннелях) нагрузок и их перераспределение для вовлечения в работу окружающего породного массива; • предотвращение разрушения, разупрочнения породы от выветривания, размокания и других воздействий воздуха и воды; • уменьшение шероховатости поверхности и вследствие этого снижение потерь напора воздуха и воды (в гидротехнических тоннелях) на трение. Современные крепи горные подразделяют: по назначению и виду выработок, где крепь применяют, — на крепи капитальных, подготовительных и очистных выработок, крепи горизонтальных, наклонных и вертикальных выработок, крепи сопряжений и пересечений выработок; по основному (преобладающему) материалу, из которого изготовлена крепь горная — на металлическую крепь, деревянную крепь, каменную крепь, железобетонную, бетонную, полимерную. Выделяют также смешанные крепи горные — изготовленные из двух и более разнородных материалов, без значительного преобладания одного из них (например, рама из деревянных или железобетонных стоек с металлическим верхняком). По рабочей характеристике различают жѐсткие крепи и податливые крепи; по характеру взаимодействия с окружающими породами — поддерживающую крепь, подпорную крепь, ограждающую крепь, изолирующую, упрочняющую, а также комбинированную крепь, обладающую свойствами нескольких перечисленных типов крепи горной. В свою очередь, крепи горные капитальных и подготовительных выработок подразделяют: по сроку службы — на временные крепи и постоянные крепи (постоянную крепь тоннелей различного назначения и подземных помещений камерного типа принято называть обделкой); по форме очертания — на прямоугольную, трапециевидную, полигональную, бочкообразную, сводчатую, круговую; по степени перекрытия периметра сечения выработки — на замкнутую и незамкнутую; по конструктивному исполнению — на сплошную крепь, рамную крепь и анкерную крепь. Рамную и анкерную крепи горные обычно применяют в сочетании с межрамным ограждением. По способу изготовления и возведения различают сборную и монолитную крепь горную. Крепи горные очистных забоев делятся: по конструктивному исполнению — на индивидуальную крепь, механизированную крепь и щитовую крепь; по выполняемой функции — на призабойную крепь и посадочную крепь. Основные требования, предъявляемые к конструкциям крепи горной: податливость системы "порода-крепь" при поддержании горных выработок в неустойчивых породах; криволинейность очертания, обеспечивающая высокое сопротивление конструкции за счѐт уменьшения изгибающих моментов и растягивающих напряжений. Кроме того, крепь горная подземных помещений камерного типа (в т.ч. тоннелей) должна воспринимать внешние и внутренние нагрузки и по возможности в наибольшей степени включать в работу породный массив (причѐм деформации крепи горной не должны превышать заранее заданные достаточно малые величины); иметь конструктивно-минимальную толщину (выравнивающая монолитная крепь горная); рассчитываться на весь срок службы сооружения (постоянная крепь), поскольку перекрепление в условиях эксплуатации подземного сооружения крайне затруднительно. К крепям капитальных горных выработок, учитывая длительный срок их службы, предъявляются повышенные требования надѐжности и долговечности. В связи с этим основные крепѐжные материалы, из которых они изготовляются, — монолитный бетон и железобетон. В сложных горногеологических условиях применяют сборные крепи горные из бетонных и железобетонных блоков и тюбингов. В благоприятных для поддержания условиях иногда используют более лѐгкие крепи (из набрызг-бетона, анкерную и др.). 2. Деформационные способы определения параметров напряженного состояния массива пород. В основе деформационных способов определения параметров напряженного состояния массива пород лежит измерение деформаций пород с последующим вычислением действующих напряжений. Наиболее распространенным деформационным способом определения абсолютных значений напряжений является метод разгрузки. Он основан на измерении упругих деформаций восстановления при отделении некоторого элемента от породного массива и разгрузке его от действовавших в нем напряжений. По измеренным деформациям, зная упругие константы пород (модуль продольной упругости Е и коэффициент поперечных деформаций , вычисляют действовавшие в массиве напряжения, используя математический аппарат теории упругости. Применяют метод в двух основных вариантах: *в варианте торцевых измерений; *в варианте соосных скважин. Вариант торцевых измерений получил в странах бывшего СССР наибольшее распространение. Применительно к этому варианту, для условий скальных пород, были разработаны и серийно выпускались унифицированные комплекты измерительной аппаратуры и оборудования. Для измерений бурят из горной выработки в заданном направлении скважину диаметром 76-80 мм. В выбранной для измерений точке массива коронкой специальной конструкции шлифуют забой (торец) скважины. Затем с помощью прижимного и ориентирующего устройств к торцу скважины в строго ориентированном положении приклеивают розетку из четырех или трех электротензометрических датчиков. После полной полимеризации клея, обеспечивающего совместность деформаций пород и тензодатчиков, кольцевой коронкой производят обуривание торца скважины. При этом обуриваемый элемент породного массива освобождается от действовавших в нем напряжений и испытывает деформации, фиксируемые тензодатчиками. Используя формулы теории упругости, связывающие измеренные деформации и соответствующие им напряжения, определяют напряжения в плоскости торца скважины. При вычислении напряжений необходимые упругие константы пород Е и определяют по породному керну, который получают при обуривании торца скважины в точке измерения. Это позволяет исключить погрешность, обусловленную вариациями упругих констант в различных точках массива. Описанный цикл измерений дает значения главных (квазиглавных) напряжений в плоскости торца скважины в одной выбранной точке массива. Продолжая бурение скважины и повторяя аналогичные измерения в других намеченных точках, получают серию измерений, которые подвергают затем математической обработке и анализу. Вариант соосных скважин отличается от описанного тем, что бурят опережающую центральную скважину малого диаметра (около 40 мм). В ней устанавливают деформометры (схема Н. Хаста) либо на ее стенки с помощью специальных приспособлений наклеивают тензодатчики (схема Е. Лимана, рис.). Рис. Схема наклейки электротензометрических датчиков на стенки скважины малого диаметра при измерениях напряжений в массиве пород методом разгрузки в варианте соосных скважин (схема Е. Лимана). а - расположение измерительной и разгрузочной скважин, б - размещение тензодатчиков на стенках скважины малого диаметра, в - расположение датчиков в розетке 1 - скважина диаметром 110-120 мм или больше, 2 - измерительная скважина диаметром 40 мм В первом случае фиксируют изменение диаметра центральной скважины по различным направлениям. При этом для перехода от измеренных перемещений (изменений диаметров центральной скважины) к напряжениям используют данные лабораторной градуировки датчиков деформометра в специально вырезанных породных призмах с модулем упругости, равным модулю упругости исследуемого массива. Во втором случае, при расположении датчиков по схеме, приведенной на рис. в, В случаях, когда в напряженных породных массивах при разгрузке наряду с мгновенными упругими деформациями проявляются деформации упругого последействия, вычисленные напряжения будут отличаться в большую сторону по сравнению с фактическими, при определении напряжений в таких породах с использованием формул теории упругости в результаты измерений вводят поправки, либо применяют формулы, непосредственно учитывающие неупругие свойства пород, устанавливаемые по данным лабораторных испытаний. Наряду с определением абсолютных значений действующих напряжений часто требуется проследить за их изменениями во времени по мере развития горных работ. Применять для этого метод разгрузки, повторяя каждый раз полный комплекс трудоемких измерений, нецелесообразно. Для определения изменений напряженного состояния пород во времени обычно применяют различные деформометры, размещаемые в буровых скважинах и фиксирующие изменения диаметра скважин по различным направлениям, поперечные и продольные деформации стенок скважины, либо суммарный эффект деформаций скважины. Применяют при этом два типа деформометров. Первый тип - это так называемые податливые включения (иногда их называют "мягкими") - деформометры, фиксирующие деформации стенок скважины, практически не оказывая воздействия на массив пород. Второй тип - упругие включения (жѐсткие включения), оказывающие активное сопротивление деформациям горных пород. Разработано и применяется большое количество различных деформометров. Наиболее широко используют скважинные гидравлические датчики, применение которых основано на методе разности давлений. В скважину помещают гидравлический датчик цилиндрический домкрат с резиновой оболочкой и создают на контакте с горной породой исходное давление. Изменение давления в гидросистеме, фиксируемое манометром, является исходным для расчета изменения напряжений в рассматриваемой точке массива. Различные по конструкциям поперечные и продольные деформометры позволяют фиксировать изменения диаметров скважин и продольные деформации по скважинам с помощью проволочных тензодатчиков сопротивления, индукционных, емкостных, магнитострикционных и других датчиков. Широкое распространение получили также фотоупругие покрытия, определение напряжений в которых ведут путем наблюдения интерференционной картины в поляризованном свете и измерения оптической разности хода с помощью полярископов. Значительно распространены фотоупругие (оптически чувствительные) датчики. Датчик в виде упругого включения из оптически чувствительного стекла - сплошной или полый цилиндр - помещают в скважине, обеспечивая его надежное сцепление с породным массивом посредством цементирования. Применение полых цилиндров позволяет изменять чувствительность датчиков путем подбора необходимых соотношений их внешнего и внутреннего диаметров. 3. Роль маркшейдерской службы в обеспечении эффективности и безопасности ведения горных работ. Важными задачами, решаемыми маркшейдерской наукой, являются изучение пространственных форм месторождений, залегающих в недрах, и изображение их на специальных горно-геометрических графиках; определение оптимальных режимов добычи полезного ископаемого для получения конечного продукта с необходимым наперед заданным содержанием полезных и вредных компонентов. Фундаментальное направление в маркшейдерской науке связано с изучением особенностей протекания механических процессов в массивах горных пород и в элементах систем разработки при извлечении ПИ (горная геомеханика). Маркшейдер участвует во всех этапах работы горного предприятия, начиная с разведки месторождений и кончая ликвидацией предприятия. Причем каждый этап требует своей специфики производства маркшейдерских работ. Разведка месторождений ПИ. При разведке маркшейдер участвует в съемке земной поверхности; согласно проекту геологоразведочных работ определяет и задает в натуре положение разведочных выработок (шурфов, канав, штолен и т. п.); производит съемку разведочных выработок, мест взятия проб, обнажений горных выработок, элементов залегания пластов ПИ и вмещающих пород; совместно с геологом составляет на основе съемок графическую документацию, отражающую форму и условия залегания месторождения. Существенное значение для оценки месторождений имеют работы маркшейдеров по составлению различных горногеометрических графиков, отражающих качественные свойства полезного ископаемого. Маркшейдерские планы и разрезы, построенные по данным геологической разведки, используются для подсчета запасов и проектирования горного предприятия. Проектирование и строительство горного предприятия. При проектировании горных предприятий маркшейдер участвует в проектно-изыскательских работах: в оформлении границ шахтных полей в соответствии с действующими положениями о горных и земельных отводах; в проектировании системы разработки и сооружений на поверхности; в разработке мер охраны сооружений (поверхностных и под земных) от вредного влияния подземных разработок; в составлении графиков организации и планов горных работ в процессе строительства и эксплуатации месторождения; в подсчете потерь и промышленных запасов полезных ископаемых. При строительстве горных предприятий маркшейдер выполняет широкий круг задач, связанных с перенесением проекта в натуру (планировка промышленной площадки, разбивка центра и осей ствола, разбивка осей шахтного комплекса, трассировка подъездных путей и т.д.). Он осуществляет контроль строительства подъемного комплекса, проходки и армирования ствола и проведения капитальных выработок, выполнения проекта специальных методов строительства стволов шахт. Эксплуатация месторождения :маркшейдер производит съемки выработок; задает направления горным выработкам; по результатам съемок составляет планы; осуществляет контроль ведения горных работ в соответствии с проектами и правилами безопасности; выполняет соединительные съемки, обеспечивающие связь поверхностных и подземных маркшейдерских опорных сетей; производит постоянный контроль полноты извлечения полезного ископаемого; осуществляет наблюдения за сдвижением и давлением горных пород; участвует в составлении мер охраны сооружений, природных объектов, горных выработок от вредного влияния подземных разработок и реализует направления рекультивации нарушенных горными работами земель, принимает участие в планировании как очистных, так и подготовительных работ, составляет квартальные, годовые и перспективные планы развития горных работ; предоставляет данные объемов добычи и потерь для учета движения балансовых запасов. При ликвидации и консервации горного предприятия маркшейдер определяет полноту выемки ПИ, а также наряду со съемкой горных выработок и пополнением планов горных работ готовит журналы вычислений подземных съемок и ориентировок шахт для передачи на хранение в архив. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 11 1. Сведения об основных видах, технических средствах и схемах транспорта. Карьерный транспорт Трудоемкость процесса транспортирования весьма высока, а затраты на собственно транспорт и связанные с ним вспомогательные работы составляют 45-50%, а в отдельных случаях 65-70% общих затрат на добычу. Специфика горных работ обуславливает следующие особенности карьерного транспорта: • значительный объем и сосредоточенная (односторонняя) направленность перемещения карьерных грузов при относительно небольшом расстоянии транспортирования; • периодическая передвижка транспортных коммуникаций в связи с постоянным изменением положения пунктов погрузки и разгрузки горной массы; • движение в грузовом направлении происходит, как правило, с преодолением значительных подъемов; • повышенные прочность и мощность двигателей транспортного оборудования, что вызвано большой плотностью, повышенной крепостью, абразивностью и неоднородной кусковатостью горной массы. Интенсивность работ конвейерного транспорта характеризуется грузооборотом карьера, который определяется количеством груза (в кубических метрах или тоннах), перемещаемого в единицу времени (час, смена, и т Грузооборот (или его часть) характеризуется устойчивым во времени направлением перемещения, называемым грузопотоком. Грузопоток является сосредоточенным, если все грузы перемещаются из карьера на поверхность в одном направлении по одним транспортным коммуникациям, в противном случае грузопоток является рассредоточенным. Основными видами карьерного транспорта являются железнодорожный, автомобильный, конвейерный и гидравлический. Железнодорожный транспорт целесообразно применять на карьерах с большим годовым грузооборотом (15 млн.т и более) при значительной длине транспортирования (4 км и более). По сравнению с другими видами карьерного транспорта железнодорожный требует наибольших радиусов кривых (100 – 120 м), значительной протяженности фронта работ (700 – 800 м) и допускает наименьшие подъемы пути (40-60 о/оо ). Эти условия обеспечиваются при больших размерах карьера в плане и незначительной глубине (150-250 м). При железнодорожном транспорте относительно велики объемы горно-капитальных работ, капитальные затраты, затраты на содержание транспортных коммуникаций и их эксплуатацию и наиболее сложная организация труда. Автомобильный транспорт применяется главным образом на карьерах с небольшим годовым грузооборотом (15-20 млн.т) при расстоянии транспортирования до 4 км. С появлением автосамосвалов большой грузоподъемности (120-180 т и более) область применения автотранспорта значительно расширилась. Его особенно эффективно применять в период строительства карьеров, при интенсивной разработке месторождения с большой скоростью подвигания забоев и высокими темпами углубки горных работ. Отсутствие рельсовых путей и контактной сети, менее жесткие требования к профилю и плану автомобильных дорог (допустимый радиус кривых составляет 15-20 м, а подъем пути 80-100 о/оо ) снижают объем горнокапитальных работ и уменьшают сроки и затраты на строительство карьеров. К недостаткам автомобильного транспорта относится резкое снижение эффективности при увеличении расстояния транспортирования и зависимость от климатических условий. Конвейерный транспорт (ленточные конвейеры) применяется на карьерах для перемещения горной массы в рыхлом и раздробленном (размер кусков до 400 мм) состоянии. Широкий диапазон изменения производительности конвейерных установок (до 15000 м3/ч) позволяет применять их в карьерах с различным грузооборотом. Достоинствами конвейерного транспорта являются возможность преодоления подъемов до 18о и поточность перемещения грузов. Последнее обеспечивает возможность полной автоматизации процесса транспортирования и позволяет более эффективно использовать погрузочное оборудование. Широкое применение ленточных конвейеров ограничивается быстрым износом конвейерной ленты, жесткими требованиями к размерам транспортируемых кусков горной массы и способу погрузки. Эффективность конвейерного транспорта существенно снижается при низких температурах и большой влажности транспортируемой горной массы. Конвейерный транспорт применять на карьерах с мягкими породами при годовом грузообороте 20 млн. т и более. Комбинированный транспорт для перемещения горной массы в одном направлении включает разные виды транспорта. Как правило, он применяется при разработке глубоких и нагорных месторождений. Автомобильно-железнодорожный транспорт с внутрикарьерным перегрузочным пунктом целесообразно применять на нижних горизонтах (120-150 м и ниже) при использовании на верхних горизонтах железнодорожного транспорта. Автомобильно-скиповой транспорт наиболее эффективен в условиях крутых залежей с ограниченными размерами в плане при глубине разработки более 150 м и устойчивых вмещающих породах, обеспечивающих надежную и безаварийную работу подъемников. Шахтный транспорт включает транспортные машины, транспортные коммуникации, вспомогательное оборудование (погрузочные, перегрузочные и разгрузочные пункты), средства автоматизации и диспетчеризации, а также технического обслуживания и ремонта. Различают шахтный транспорт подземный (забойный, участковый, магистральный, в околоствольных дворах и наклонных стволах) и шахтный транспорт поверхности (в надшахтных зданиях, породных отвалах, складах). В зависимости от вида перевозимого груза шахтный транспорт разделяют на основной, предназначенный для перемещения полезных ископаемых и пустой породы, и вспомогательный — для перемещения горного оборудования, различных материалов и людей. Основные виды подземного шахтного транспорта — локомотивный, конвейерный, самоходный на пневмошинном механизме перемещения, гравитационный, скреперный, гидравлический и пневматический. Вспомогательный шахтный транспорт (по горизонтальным и наклонным главным и участковым выработкам) — локомотивный или самоходный, монорельсовый (с локомотивной или канатной тягой), моноканатные дороги или напочвенные дороги с канатной тягой. Перевозку людей осуществляют пассажирскими составами, сформированными из специальных вагонеток, самоходными машинами на пневмошинном механизме перемещения, монорельсовыми или моноканатными подвесными дорогами, реже людскими или специально приспособленными конвейерами. В качестве вспомогательного оборудования шахтного транспорта широко применяют затворы, питатели, опрокидыватели вагонеток, лебедки, толкатели, различное путевое оборудование; контейнеры, поддоны, пакетирующие кассеты для формирования материалов и изделий в грузовые единицы, приспособленные для механизированных способов погрузки, разгрузки и складирования, а также перевозки различными видами транспорта без перегрузки по всему пути их перемещения. Основные виды шахтного транспорта на поверхности шахты — гравитационный (самотѐчный) под действием силы тяжести и конвейерный. Транспортное оборудование технологического комплекса поверхности шахты отличается в зависимости от вида подъѐма. На шахтах большой производственной мощности применяют скиповой подъѐм, при котором полезное ископаемое от приѐмных бункеров транспортируется ленточными конвейерами к погрузочным устройствам железнодорожных вагонов или на резервный склад. На поверхности шахты ленточные конвейеры располагают в закрытых галереях на разгрузочных эстакадах. При клетевом подъеме в надшахтном здании производят приѐм, разгрузку и отправку в шахту порожних вагонеток. Обмен вагонеток в надшахтном здании осуществляют по двум основном схемам: со свободным перемещением по рельсовым путям под действием силы тяжести с последующей компенсацией потерянной высоты или с принудительным перемещением вагонеток с помощью различных механизмов. 2. Основные этапы методологического подхода к решению геомеханических проблем. Построение моделей ситуаций. При решении конкретных вопросов геомеханики недостаточно иметь разработанную классификацию массивов и пород, недостаточно иметь результаты исследования свойств и состояния пород в виде паспортов, также недостаточно знать закономерности распределения напряжений в элементах системы разработки необходимо ещѐ иметь чѐткие представления о взаимном пространственном расположении тех или иных разновидностей пород с соответствующими деформационно-прочностными характеристиками для рассматриваемой конкретной ситуации, а также данные о структурных характеристиках массивов пород и, в частности, о тех, которые в данном конкретном случае оказывают главное влияние. Кроме того, необходимо иметь пространственную картину расположения выработок в интересующей области, также с выделением основных выработок, которые должны быть непременно рассмотрены и второстепенных, которыми можно пренебречь и не учитывать в расчѐтах. Для решения вопросов геомеханики необходимо составлять различные модели ситуации. Такой методологический подход постепенно завоевывает всеобщее признание. Степень адекватности разрабатываемых моделей реальному явлению в принципе должна соответствовать как уровню развития методов и средств решения поставленных задач, так и требованиям точности и надежности выдаваемых результатов. Применительно к вопросам геомеханики первым этапом в свете упомянутого подхода является построение инженерно-геологической модели массива пород, в котором проводятся горные работы. Первичной основой для построения инженерно-геологической модели массива пород служит обычная геологическая документация - геологические планы (карты) и разрезы, которые по сути являются специализированными моделями реального массива пород. Однако основное отличие инженерно - геологической модели от этих материалов заключается в одновременном комплексном анализе геологических условий, физикомеханических свойств пород и начального напряжѐнного состояния массива. На этой основе выполняется целенаправленная схематизация и, наряду с этим, районирование исследуемого массива пород. Схематизация заключается в упрощении, как правило, сложного строения и состава массива, уменьшения разнообразия пород путѐм объединения их в комплексы с близкими показателями физико-механических свойств, а также одинаковыми особенностями поведения пород при различных воздействиях на них. Это, в свою очередь, требует последовательной разработки и последующего анализа ряда вспомогательных, частных моделей изучаемого массива - моделей (схем), характеризующих литологическое строение, структурные особенности, начальное напряженное состояние, экзогенное изменение пород изучаемого массива и др. Во многих случаях уже сама инженерногеологическая модель позволяет прогнозировать возможность возникновения различных процессов или явлений - обвалов, оползней, разгрузки, выветривания и т. п. Все эти частные модели должны быть жестко увязаны между собой и обеспечивать в конечном итоге решение основной задачи — количественного анализа явлений и процессов, происходящих в изучаемом массиве горных пород в результате горных работ или подземного строительства. В свою очередь, созданию инженерно-геологической модели должна предшествовать разработка инженерно-геологической классификации пород, на основе чего выполняется районирование массива. В результате производится выделение отдельных блоков массива, в пределах которых инженерно-геологические условия, и в частности, напряженное состояние и свойства пород, могут быть приняты достаточно однородными. Вторым этапом данного методологического подхода является разработка на базе инженерно- геологической модели рассматриваемого массива геомеханической модели конкретной горно- технологической ситуации, подземного сооружения или горной выработки, для которых необходимо выполнить оценку устойчивости пород в обнажениях, определить параметры устойчивых элементов, рациональный порядок разработки, вид крепи или решить какие-либо другие задачи геомеханики. При этом особенностью массивов скальных пород является первоочередная необходимость выделения тех типов и видов структурных неоднородностей, которые в данном случае будут решающим образом влиять на состояние рассчитываемых сооружений и выработок. Переход от инженерно-геологической модели к геомеханической, как правило, сопровождается дальнейшим обобщением исходных материалов и также может осуществляться с помощью вспомогательных моделей (схем), отражающих особенности напряжѐнно-деформированного состояния или поведения под нагрузкой отдельных участков или областей пород массива в пределах конкретных элементов систем разработки - выработок, целиков и т.д. В целом же если инженерно-геологическая модель является в определѐнном смысле общей моделью массива, то геомеханическая модель должна быть предельно конкретной, ее содержанием будет являться весь комплекс исходных данных о напряженном состоянии, свойствах и структурных особенностях массива пород, дополненных данными о параметрах горных выработок и других элементов систем разработки, необходимых для решения поставленных задач применительно к данному объекту. Вид и содержание геомеханической модели в определенной степени определяются теми исходными предпосылками, которые положены в основу метода решения поставленной задачи. В случае физического моделирования - физической моделью рассматриваемого объекта, в случае математического моделирования - расчетной схемой и математическим аппаратом, т. е. математической моделью. Создание физических или математических моделей представляют собой третий этап решения геомеханических задач. Перечисленные инженерно-геологическая и геомеханическая модели являются специализированными, так как в процессе построения каждой из них отображаются лишь соответствующие особенности реального массива. Вместе с тем последовательная разработка этих моделей должна выявить механизм того процесса, для изучения которого они разрабатываются, определить пути и методы решения инженерных задач В этом смысле построение инженерно геологической и геомеханической моделей, выбор и анализ расчетной схемы или создание физической модели реального массива являются единым процессом, составляющие которого тесно связаны между собой и взаимно влияют друг на друга. Инженерно-геологические и геомеханические модели всегда являются масштабными, т. е. геометрические размеры элементов моделей должны соответствовать в некотором масштабе размерам реальных геологических и горнотехнических объектов. Кроме того, в принципе, эти модели должны быть объемными, так как только в этом случае возможен наиболее полный и близкий к действительности их анализ. 3. Виды опасных зон при подземной разработке месторождений полезных ископаемых. Опасная зона – участок недр, в пределах которого при ведении горных работ требуется осуществлять дополнительные меры безопасности, предусматриваемые проектом на отработку месторождения, а также проектом мероприятий на ведение горных работ в опасной зоне. При подземной разработке угля могут образовываться следующие опасные зоны: Зоны, возникающие под воздействием геомеханических процессов: – опасные по горным ударам; – опасные по внезапным выбросам угля и газа; – повышенного горного давления от целиков или краевых частей; Зоны, обусловленные геологическими факторами: – у геологических нарушений, в том числе у выходов пластов под наносы; – опасные по прорыву плывунных пород; – опасные по суфлярным выделениям метана геологического происхождения. Зоны, опасные по прорыву воды: – расположенные под водными объектами на земной поверхности; – расположенные вблизи затопленных выработок, в том числе у незатампонированных разведочных и технических скважин различного назначения; – барьерные целики, в том числе между открытыми и подземными горными выработками. Зоны, обусловленные горнотехническими факторами: – опасные по прорыву глины и пульпы; – пожарные участки; – загазированные выработки; – участки ведения горных работ, находящихся в зоне влияния действующих открытых горных работ (при совместной отработке участка открытым и подземным способом). ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 12 Вентиляция и водоотлив при подземном способе добычи полезных ископаемых. Вентиляци яшахты — система мероприятий, направленная на поддержание во всех действующихгорных выработках шахты атмосферы с параметрами необходимыми для ведения горных работ. Различают вентиляцию общешахтную, при которой воздух, подаваемый с поверхности, омывает основные выработки шахты, и местную вентиляцию. Средства инженерного обеспечения вентиляции шахты: вентиляторные установки, вентиляционные сооружения шахт, вентиляционные регуляторы, вентиляционные трубопроводы (обычно при местной вентиляции), горные выработки, проходимые специально для вентиляции (вентиляционные выработки), средства снижения аэродинамическог сопротивления выработок и утечек воздуха. Основные схемы вентиляции шахты: центральная и фланговая; их сочетание – комбинированная схема. При центральной схеме вентиляции шахты (рис., а) воздух поступает в шахту и выходит из неѐ через стволы в центре шахтного поля. 1. Схема применяется при ограниченных размерах шахтного поля по простиранию и относительно небольшой мощности шахты, ведении работ на глубоких горизонтах; обеспечивает быстрый ввод в действие главного вентилятора и создание сквозной струи при строительстве шахты; характеризуется большой протяжѐнностью пути движения воздуха, наличием параллельных струй чистого и загрязнѐнного воздуха, их неоднократными пересечениями и, как следствие, большими утечками и депрессией шахты. При фланговой схеме вентиляции шахты воздух поступает в шахту через ствол в центре шахтного поля, выходит через стволы (шурфы), расположенные на флангах. Схема применяется на неглубоких шахтах, когда невозможно или нецелесообразно поддерживать единый вентиляционный горизонт; практически исключает встречное движение поступающей и исходящей струй; длина пути движения воздуха, утечки и депрессия шахты меньше, чем при центральной схеме Разновидности фланговой схемы: крыльевая — единая выработка для исходящей струи на всѐ крыло (рис., б), групповая — выработки для исходящей струи проходятся на каждую группу участков крыла (рис., в), участковая — выработки для исходящей струи проходятся на каждом участке (рис.г,) Рис. Схемы вентиляции шахт: а) центральнаяб) крыльевая в) групповаяг) участковая При небольших и средних размерах шахтных полей, небольшой мощности и газообильности шахты применяют единые схемы вентиляции шахты. На крупных шахтах с высокой газообильностью, При объединении нескольких шахт и разработке одной шахтой нескольких удалѐнных друг от друга залежей используют секционные схемы вентиляции шахты, при которых шахтное поле делится на обособленно вентилируемые секции. Способы вентиляции шахты: всасывающий, нагнетательный, комбинированный (нагнетательно-всасывающий). При всасывающем способе вентиляции шахты вентилятор отсасывает воздух из шахты, создавая в ней разрежение, в результате чистый воздух через воздухоподающие выработки засасывается в шахту. При этом возможно засасывание воздуха с поверхности через зоны обрушении.Способ применяется на газообильных угольных шахтах, на рудных шахтах (до глубины 1500 м). При нагнетательном способе вентиляции шахты вентилятор нагнетает воздух с поверхности в шахту; применяется на неглубоких шахтах, при небольшом газовыделении и аэродинамическом сопротивлении вентиляционной сети, аэродинамической связи выработок с поверхностью через зоны обрушения, фланговой схеме вентиляции шахты. При комбинированном способе вентиляции шахты один вентилятор работает на нагнетание, другой — на всасывание; применяется при большом аэродинамическом сопротивлении вентиляционной сети шахты, разработке ПИ, склонных ксамовозгоранию , при фланговой схеме вентиляции. ВОДООТЛИВ — удаление шахтных и карьерных вод из горных выработок. Приподземной разработке различают главный водоотлив, предназначенный для откачки общешахтного притока воды, и участковый водоотлив — для перекачки воды из отдельных участков шахты к водосборникам главного водоотлива В редких случаях применяется центральный водоотлив, когда несколько шахт имеют общую водоотливную установку, и региональный, обеспечивающий водоотлив всего района в целом. Водоотлив по схеме откачки воды на поверхность разделяется на прямой, когда откачка воды из главного водосборника производится сразу на поверхность, и ступенчатый, когда из нижних горизонтов через стволы вода перекачивается в промежуточные водосборники вышележащих горизонтов и затем на поверхность (рис. 1). Рис. 1. Схемы водоотлива на шахтах: а) прямой при одном горизонте б) прямой при нескольких горизонтах в) ступенчатый с насосными камерами вышележащий горизонтов В систему шахтного водоотлива входят: устройства для регулирования внутришахтного стока, водосборники, насосные станции с водозаборными колодцами и водоотливными установками, с всасывающими и нагнетательными трубопроводами. Водоотливные установки оборудуются аппаратурой автоматизации, контроля и защиты. Аппаратура автоматизации обеспечивает автоматическую заливку, пуск и остановку насосов в зависимости от уровня воды в водосборнике, поочерѐдную работу насосов, автоматических включение резервных насосов при аварийном подъѐме уровня воды в водосборнике и неисправности работающего насоса, дистанционный контроль и сигнализацию об уровне воды в водосборнике. На угольных шахтах, опасных по газу и пыли, применяется аппаратура автоматизации во взрыво- и пылебезопасном исполнении. 2. Основные типы классических моделей сплошной среды, используемых в геомеханике. Основные преимущества и недостатки. Число математических моделей для описания деформирования реальных горных пород вообще может быть сколь угодно велико, но все они являются различными сочетаниями основных классических моделей - моделей упругого, пластического и идеально вязкого тела. Упругая модель является простейшей и применяется наиболее часто. Она представляет собой линейно-деформируемую среду, т.е. среду, в которой напряжения и деформации связаны линейными зависимостями. Идеально упругая среда (массив) может быть наглядно представлена структурной схемой в виде пружины (рис.12.1а), характеризуемой определѐнной жѐсткостью (модулем упругости Е), которая растягивается напряжениями , причѐм деформации пружины подчинены физическому закону Гука в соответствии с диаграммой напряжений (рис.12.1б) = Е . Рис 12.1 Упругая модель (модель Гука). а - структурная схема; б - диаграмма напряжений. В случае объѐмного напряжѐнного состояния, характерного для массива пород, деформации могут быть определены с помощью уравнений, в которых используются две независимых константы - модуль упругости Е и коэффициент поперечных деформаций v, модуль сдвига может быть вычислен по значениям Е и v. Следует отметить, что во многих случаях применение упругой модели не требует в качестве обязательного условия способности пород восстанавливать начальные формы и размеры при снятии нагрузок. Если породы при рассмотрении конкретных задач испытывают деформации одного знака, то достаточно, если диаграмма « - » при нагружении будет близка к линейной. В этом смысле упругую модель массива также называют линейно-деформируемой средой, причѐм еѐ свойства в подобных случаях характеризуются модулем деформации, т.е. коэффициентом пропорциональности между напряжениями и деформациями. Несмотря на простоту выражений и сравнительно малую адекватность подобной модели поведению реальных массивов, упругая модель обладает весьма замечательным свойством - еѐ применение обеспечивает получение верхних максимально возможных значений напряжений и нижнего предела, т.е. минимально возможных значений деформаций для изучаемых объектов. Для среды, в которой свойства в различных направлениях неодинаковы, могут применяться модели анизотропных упругих сред, из которых наибольшее распространение получила модель трансверсально-изотропной среды. Такая среда характеризуется постоянством свойств в различных направлениях только для определѐнным образом ориентированных плоскостей, которые называются плоскостями изотропии. В других направлениях, в частности, в направлении, перпендикулярном к плоскости изотропии, свойства имеют другие значения (рис.12.2). Физической моделью подобной среды может служить книга, где плоскости изотропии - страницы. Применение подобных моделей целесообразно для тонкослоистых осадочных, метаморфических пород, в этом случае деформирование характеризуется с помощью пяти независимых констант (в отличие от двух констант для линейно - деформируемой среды): Е1; Е2 и v1; v2 - соответственно модули упругости и коэффициенты Пуассона для плоскости изотропии и в направлении, перпендикулярном к ней; G2 - модуль сдвига в направлении, перпендикулярном плоскости изотропии, который в отличие от G1 (модуля сдвига в плоскости изотропии) является независимым и не может быть выражен через Е2 и v2, но может быть определѐн экспериментально из испытаний специально ориентированных образцов. 2. Схема трансверсально-изотропной модели породного массива Реальным горным породам, особенно в условиях их естественного залегания, обычно свойственна нелинейность связи между напряжениями и деформациями уже при весьма небольших значениях действующих напряжений. На рис. 12.3 в качестве примера приведены кривые деформирования апатито-нефелиновых и флогопитсодержащих пород, которые проявляют значительную нелинейность при значениях, напряжений, достигающих всего 10—15 % от разрушающих. Рис. 12.3. Типовые кривые деформирования апатито-нефелиновых руд Хибинских месторождений (а) и флогопит-диопсид-оливиновых руд Ковдорского флогопитового месторождения (б). сж и сж — напряжение и деформация, соответствующие моменту разрушения при одноосном сжатии. Вследствие этого оказалось необходимым разрабатывать модели, учитывающие неупругие, в частности, пластические свойства пород. Пластическая модель массива позволяет отражать способность пород к пластическим (необратимым) деформациям. Механизм пластической деформации связан со сдвигами материала по некоторым площадкам, в связи с этим структурную схему идеально пластической среды можно представить в виде элемента трения (рис.12.4). Условие скольжения описывается уравнением (условие Кулона - Мора) = К + n tg, (12.2) где К - сцепление (сопротивление сдвигу, не зависящее от величины нормального давления); n - нормальные напряжения на площадке скольжения; - угол внутреннего трения. Рис. 12.4. Структурная схема (а) и диаграмма напряжений (б) идеально-пластической модели. Условие (12.2) также называют условием предельного состояния; оно положено в основу теории предельного равновесия пород. Для отражения реологических свойств горных пород в модели вводится вязкий элемент (элемент Ньютона), представляющий собой поршень в цилиндре с вязкой жидкостью. Здесь развитие деформации во времени уподобляется (моделируется) истечению вязкой жидкости сквозь поршень с отверстиями. Для идеально вязкой модели напряжения пропорциональны скорости деформации d dt где - коэффициент вязкости. В геомеханике идеально вязкие модели не находят применения, но вязкий элемент широко используется в различных сочетаниях с упругими и пластическими элементами. В частности, при сочетании упругих и вязких элементов получают различные модели вязкоупругой среды (рис. 12.5). Рис. 12.5. Структурные схемы некоторых вязкоупругих моделей. А - Кельвина-Фойгта; бГогенемзера-Прагера; в-Пойнтинга-Томсона. Если массив горных пород наряду с упругими проявляет ещѐ и пластические свойства, используют упруго-пластические модели, которые представляют собой сочетание упругих и пластических элементов (рис.12.6). Рис.12.6. Структурная схема (а) и диаграмма напряжений (б) упруго пластической модели. При этом до некоторого предела, определяемого условиями предельного равновесия (12.2), в модели развиваются только упругие деформации, а по достижении этого предела - пластические. В соответствии с этим в массиве пород выделяются упругая и пластическая области. Особый интерес с точки зрения геомеханики в этих моделях представляет возможность учѐта процессов разрушения, что проявляется в спаде нагрузки на диаграмме напряжений после достижения предела прочности пород (рис. 12.7). Физически это связано с изменением механических свойств пород в процессе пластических деформаций, т.е. исследуемая среда в пластической области становится неоднородной. Рис. 12.7. Диаграммы деформирования пород для различных моделей, учитывающих разрушение. 1 - хрупкой; 2 - упругопластической с ограниченной пластической деформацией; 3 характеризующейся постепенным снижением сопротивления за пределом прочности. На рис. 12.7 график 1 характеризует идеально хрупкую среду, у которой предел упругости совпадает с пределом прочности пород, по достижении предела прочности пород происходит полное разрушение материала. Если рассматривать горную выработку, то в такой среде вокруг выработки образуются две зоны: упругая и пластическая, причѐм граница раздела зон одновременно является границей раздела материалов с различными свойствами - исходного и разрушенного (модель исследована докт.техн. наук Ю.М.Либерманом). Диаграмма 2 на рис.18.7 характеризует среду, у которой между стадиями упругих деформаций и разрушения существует стадия пластических деформаций. Эта модель исследована профессором Н.С.Булычѐвым и для точки с деформацией сж будет соблюдаться равенство: сж = пр = у + пл = П у , где П = пр/у - показатель, пластичности. В рассматриваемой среде выделяется три области - упругая, в которой распределение напряжений удовлетворяет закону Гука, пластическая - распределение напряжений происходит в соответствии с условием пластичности (предельного состояния) и разрушенных пород, для которой тоже справедливо условие предельного состояния, но при нулевом сцеплении. В среде, деформирование которой иллюстрируется диаграммой 3 (рис. 12.7), наблюдается постепенное разрушение материала за пределом прочности, характеризуемое так называемым модулем спада (по аналогии с модулем деформации) М = arc tg’. 3. Организация контроля безопасного ведения горных работ в опасных зонах. В случае встречи опасной зоны при разработке месторождения горные работы должны быть остановлены до составления предприятием проекта мероприятий отработки участка опасной зоны, определяющего необходимые меры безопасного ведения горных работ в опасной зоне. Проекты на ведение горных работ на участках, где произошли геодинамические явления, разрабатываются с учетом рекомендаций специализированных организаций в порядке, установленном Ростехнадзором. Границы опасных зон в горных выработках следует обозначить предупредительными знаками или ограждениями. Границы опасных зон должны быть нанесены на планы горных выработок. Опасные зоны наносят на горно-графическую документацию в соответствии с условными обозначениями. . Ответственность за своевременное выявление опасных зон, разработку и реализацию проектов мероприятий по безопасному ведению горных работ в опасных зонах возлагается на технического руководителя предприятия. Горные работы в опасных зонах ведутся по специальным проектам, разработанным на предприятии и утвержденным техническим руководителем предприятия. Проект мероприятий основывается на действующих нормативных документах или на рекомендациях специализированных организаций. Технический руководитель предприятия издает письменное распоряжение, в котором указывает сроки и назначает ответственных лиц за выполнение следующих работ: – расчет и построение границ опасной зоны; – нанесение границ опасной зоны на планы горных выработок; – составление проекта (или мероприятий) безопасного ведения горных работ в опасной зоне; – ведение горных работ в опасной зоне с реализацией предусмотренных в проекте решений; – контроль выполнения мероприятий; – снятие опасной зоны с контроля. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 13 1. Основные сведения о скважинной добыче полезных ископаемых. СКВАЖИННАЯ ГОРНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ – научная дисциплина о скважинном способе разработки месторождений ПИ; входит в систему горных наук. Изучает вопросы добычи газообразных, жидких и полужидких ПИ (газ, конденсат, нефть, вода, битуминозные породы), а также твѐрдых ПИ путѐм их перевода в текучее состояние. Скважинная горная технология решает задачи рационального воздействия на пласты и массивы горных пород (с целью наиболее полного извлечения ПИ) и на призабойную зону (для повышения производительностидобывающих или приѐмистости нагнетательных скважин, подъѐма ПИ из недр на поверхность). Методы скважинной горной технологии основываются на достижениях физики, химии, математики, геологии, термогидромеханики пластов, трубной гидравлики, подземной гидрогазодинамики и др. Скважинная горная технология тесно связана с технологиямибурения скважин, сбора, внутрипромыслового транспорта и первичной переработки полезных ископаемых. Для решения задач скважинной горной технологии используются моделирование, промышленных эксперименты, графические и аналитические методы, ЭВМ. Скважинная технология добычи ПИ пока имеет ограниченную область применения в связи с существенной зависимостью ее от изменчивости горно-геологических условий залегания, от качества ПИ и свойств вмещающих горных пород в пределах одного месторождения. Скважинную добычу ПИ ведут через скважины, пробуренные с земной поверхности или из подземных горных выработок, они и являются главными вскрывающими и добычными горными выработками. Сущность скважинной технологии добычи состоит в переводе ПИ из природного твердого фазового состояния в новое подвижное состояние непосредственно в массиве горных пород и перемещении его по скважине на земную поверхность под воздействием рабочих агентов – флюидов. Под флюидом понимают жидкую, газообразную или смешанную среду, химически активную или инертную, являющуюся носителем энергии и подаваемую к залегающему в недрах земли полезному ископаемому через скважину с поверхности земли. Продуктивным флюидом называют флюид, в состав которого входит полезное ископаемое, переведенное из твердого природного состояния в новое агрегатное: раствор, расплав, газы, гидравлическая смесь – пульпа. Управление процессом добычи ПИ осуществляют с поверхности земли путем изменения параметров флюидов: расхода, температуры, давления, концентрации химически активных компонентов. Скважинную технологию разрабатывают и применяют для добычи полезных ископаемых, в которых возможен хотя бы один из следующих физических или физикохимических процессов: размыв, растворение, выщелачивание, плавление, возгонка, окисление – горение. К процессам скважинной добычи полезных ископаемых относят: • размыв залегающих на некоторой глубине рыхлых пород струей воды, подаваемой по скважине, или превращение пород в плывунное состояние путем вибрационного воздействия с откачкой образующейся пульпы по скважине на земную поверхность • растворение водой каменной и калийной солей, соды; • выщелачивание ценных компонентов из медных, никелевых, урановых, свинцовых, цинковых, марганцевых и других руд; плавление серы, озокерита; • возгонку — сублимацию киновари, реальгара, углей; • окисление – сжигание углей и горючих сланцев с получением газов или тепловой энергии. Гидромеханический процесс основан на переводе пород в подвижное состояние путем гидравлического разрушения связей между их частицами и образования дисперсной системы – гидросмеси, которую затем транспортируют на земную поверхность по трубам. Процесс физического растворения протекает без изменения химического состава полезного ископаемого за счет диффузии флюида в горную породу и межмолекулярного взаимодействия веществ. Образующиеся продуктивные флюиды откачивают по скважинам на земную поверхность. Способность вещества равномерно распределяться в объеме растворителя называют его растворимостью. Выщелачивание — процесс перевода в раствор вещества с изменением его природного химического состава. При этом полезный компонент переводят из твердого в жидкое состояние непосредственно в месте его залегания в недрах с последующим извлечением этого компонента из продуктивного раствора на земной поверхности. Способом подземного выщелачивания извлекают из руд металлы, их соли и оксиды. Под растворимостью в химических растворителях понимают проявляющуюся по отношению к ним реакционную способность или устойчивость выщелачиваемых минералов. 2. Классификация свойств горных пород, основной классификационный признак. Сложность создания классификации свойств горных пород обусловлена рядом обстоятельств: • во-1, природа свойств горных пород чрезвычайно сложна, а любая классификация в той или иной мере имеет формальный подход; • во-2, в реальных условиях горная порода может находиться под одновременным воздействием нескольких полей, а это, в свою очередь, может изменить те свойства пород, которые проявлялись при раздельном воздействии полей, и открыть качественно новые свойства; • в 3, совершенствование аппаратуры и методов изучения горных пород позволит получить дополнительные количественные характеристики их свойств, не учтенные в классификации. В.В. Ржевский и Г.Я. Новик делят физические свойства горных пород на плотностные, механические, акустические, гидравлические и газодинамические, термические, электромагнитные, (в том числе, радиационные), технологические. Классификация, разработанная М.Е. Певзнером, позволяет избежать недостатков, присущих ранее проанализированным классификациям. Построение этой классификации осуществлено по следующей схеме: тип свойств - класс свойств - свойство - показатель, характеризующий свойство в количественном отношении. Основным классификационным признаком, на основании которого могут быть разделены свойств горных пород, является тип материального поля, воздействующего на горную породу. Рассматривая реальные условия существования горных пород, под термином «поле» следует понимать часть пространства, внутри которого имеют место характерные изменения горной породы. Выделяются поля двух типов и соответственно два типа свойств горных пород: • химические, т. е. такие поля, при взаимодействии с которыми происходит химическое превращение горной породы. Свойства, которые у нее при этом проявляются, называются химическими; • физические, т. е. такие поля, взаимодействуя с которыми горная порода не претерпевает химического превращения. Свойства, которые при этом проявляются у горной породы, называются физическими. Под химическим превращением горной породы понимается такое превращение, при котором в соответствии с особыми химическими закономерностями происходит изменение ее состава. Химическое превращение происходит на атомном (в нижнем пределе) уровне и осуществляется в процессе особых взаимодействий определенных структурных частиц вещества (атомы, молекулы, ионы, радикалы); химическое превращение сопровождается возникновением или перераспределением специфической химической связи. К числу химических свойств горных пород относятся: способность к окислительно-восстановительным реакциям, растворимость, хемосорбция и др. Физические свойства горных пород, проявляющиеся во взаимодействии с определенными физическими полями, могут быть разделены на 8 классов: гравитационные, гидравлические, механические, акустические, тепловые, электрические, магнитные, радиационные. В свою очередь, в каждом классе выделяются свойства, характеризующие различные аспекты взаимодействия горной породы с данным физическим полем. К классу гравитационных свойств горных пород, проявляющихся при взаимодействии с гравитационным полем сил Земли, относятся вес и плотность. Под гидравлическими свойствами горных пород понимается класс свойств, которые проявляются у горной породы при взаимодействии с движущимися или находящимися в состоянии относительного покоя жидкостями, парами и газами. К гидравлическим свойствам горных пород относятся: влагоемкость, водоотдача, водоｮ роницаемость, водоустойчивость, капиллярность, набухание, усадка, просадочность, липкость, смачиваемость, адсорбция и абсорбция. Акустические свойства - свойства, которые проявляются у горной породы при прохождении через нее звуковых волн. В число акустических входят: акустическая проводимость и акустическое поглощение. К механическим свойствам, наиболее важным в геомеханике, относятся упругость, пластичность, компрессионная способность, хрупкость, ползучесть, прочность, твердость, абразивность, тиксотропность, вязкость разрушения. Тепловые свойства проявляются в горной породе при взаимодействии с тепловым полем. К числу тепловых свойств относятся теплопроводность, теплоемкость, тепловое расширение (сжатие), способность к фазовым превращениям. Электрические свойства проявляются у горных пород при взаимодействии с электрическим полем. В число электрических свойств входят: электропроводность, электрическая прочность и поляризация. Магнитные свойства проявляются у горной породы при взаимодействии с магнитным полем. К магнитным свойствам горных пород относятся магнитная восприимчивость и остаточная намагниченность. В класс радиационных свойств входят свойства горных пород, проявляющиеся при взаимодействии с полем радиации: естественная радиоактивность и поглощающая способность. 3. Обязанности главного маркшейдера по обеспечению безопасного ведения горных работ в опасных зонах. Главный маркшейдер предприятия: – относит участки к опасным зонам и строит их границы; – наносит границы опасных зон на планы горных выработок; – представляет соответствующим службам предприятия маркшейдерскую документацию, необходимую для отнесения участков к опасным зонам, построения границ этих зон, составления проекта ведения горных работ в опасных зонах; – разрабатывает мероприятия по маркшейдерскому обеспечению проведения горных выработок вблизи и в пределах границ опасных зон; – участвует в разработке мероприятий по безопасному ведению горных работ в опасных зонах; – не позднее, чем за месяц до подхода горных выработок к границам опасных зон письменно (в Книге указаний и уведомлений маркшейдерской службы) уведомляет об этом технического руководителя предприятия и начальника соответствующего участка, а также знакомит с содержанием этого уведомления горнотехнического инспектора, контролирующего безопасное ведение горных работ на данном предприятии; – при подходе горных выработок к границе опасной зоны на расстояние не менее 20 м, но не позднее чем за трое суток до подхода к этой границе выдает начальнику участка под расписку эскиз выработок с указанием на нем границ входа и выхода, а также расстояний до них от маркшейдерских пунктов или от характерных элементов сопряжений горных выработок; – ведет совместно с главным геологом (геологом) Книгу учета опасных зон предприятия. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 14 1. Основы обогащения и переработки полезных ископаемых. Основные понятия и термины. Обогащение руды — совокупность методов разделения металлов и минералов друг от друга по разнице в их физических и/или химических свойств. Природное минеральное сырьѐ, которое представляет собой естественную смесь ценных компонентов и пустой породы, перерабатывается с целью получения концентратов, существенно обогащенных одним или несколькими ценными компонентами. Обогащение руды является сложным процессом, который может включать такие операции как дробление, измельчение, флотация, обезвоживание, другие физикохимические методы, и т. д.. Полученные продукты классифицируются на два и более классов отличных по качеству, более богатый продукт называют концентратом, самый бедный — хвостами, продукты со средним содержанием называют промежуточными, они обычно возвращаются на переработку. Обогащение руды как правило производится на горнообогатительных фабриках и комбинатах. Показатель способности полезных ископаемых к разделению на соответствующие продукты при их обогащении называется обогатимостью. Основные (обогатительные) процессы предназначены для разделения исходного минерального сырья с раскрытыми или открытыми зѐрнами ПИ на соответствующие продукты. В результате основных процессов полезные компоненты выделяют в виде концентратов, а породные минералы удаляют в виде отходов, которые направляют в отвал. В процессах обогащения используют отличия минералов полезного компонента и пустой породы в плотности, магнитной восприимчивости, смачиваемости, электропроводности, крупности, форме зѐрен, химических свойствах и др. Основные методы обогащения ПИ По виду среды, в которой производят обогащение, различают обогащение: • сухое обогащение (в воздухе и аэросуспензии), • мокрое (в воде, тяжѐлых средах), • в гравитационном поле, • в поле центробежных сил, • в магнитном поле, • в электрическом поле. Гравитационные методы обогащения основываются на различии в плотности, крупности и скорости движения кусков породы в водной или воздушной среде. При разделении в тяжѐлых средах преимущественное значение имеет разница в плотности разделяемых компонентов. Различия в смачиваемости компонентов водой используется при обогащении ПИ флотационным способом. Особенностью флотационного способа является возможность штучного регулирования смоченности и разделения очень тонких минеральных зѐрен. флотационный способ является одним из наиболее универсальных, он используется для обогащения разнообразных тонковкрапленных ПИ. Магнитное обогащение ПИ основывается на неодинаковом воздействии магнитного поля на минеральные частички с разной магнитной восприимчивостью и на действии коэрицитивной силы. Магнитным способом, используя магнитные сепараторы, обогащают железные, марганцевые, титановые, вольфрамовые и другие руды. ПИ, компоненты которых имеют разные по величине и знаку электрические заряды, могут обогащаться способом электрической сепарации. К таким ПИ относятся апатитовые, вольфрамовые, оловянные и другие руды. Использование того или иного метода обогащения зависит от минерального состава ПИ, физических и химических свойств разделяемых компонентов. Заключительные операции в схемах переработки ПИ предназначены, для снижения влажности до кондиционного уровня, а также для регенерации оборотных вод обогатительной фабрики. Основные заключительные операции – сгущение пульпы, обезвоживание и сушка продуктов обогащения. Выбор метода обезвоживания зависит от характеристик материала, который обезвоживается, (начальной влажности, гранулометрического и минералогического составов) и требований к конечной влажности. Для обезвоживания продуктов обогащения используют способы дренирования (грохоты, элеваторы), центрифугирования (фильтрующие, отсаживающие и комбинированные центрифуги), сгущения (сгустители, гидроциклоны), фильтрования (вакуум-фильтры, фильтр-прессы) и термической сушки. В результате обогащение ПИ разделяется на несколько продуктов: концентрат (один или несколько) и отходы. Концентраты — продукты обогащения, в которых сосредоточено основное количество ценного компонента. Концентраты в сравнении с обогащаемым материалом характеризуются значительно более высоким содержанием ПИ и более низким содержанием пустой породы и вредных примесей. Отходы — продукты с малым содержанием ценных компонентов, дальнейшее извлечение которых невозможно технически или нецелесообразно экономически. (Данный термин равнозначен употреблявшемуся ранее термину отвальные хвосты, но не термину хвосты, которые, в отличие от отходов, присутствуют практически в каждой операции обогащения) Промежуточные продукты (промпродукты) — это механическая смесь сростков с раскрытыми зѐрнами полезных компонентов и пустой породы. Промпродукты характеризуются более низким в сравнении с концентратами и более высоким в сравнении с отходами содержанием полезных компонентов. Качество ПИ и продуктов обогащения определяется содержанием ценного компонента, примесей, сопутствующих элементов, а также влажностью и крупностью. Под идеальным обогащением ПИ понимается процесс разделения минеральной смеси на компоненты, при котором полностью отсутствует засорение каждого продукта посторонними для него частичками. Эффективность идеального обогащения ПИ составляет 100 % по любым критериям. Частичное обогащение - это обогащение отдельного класса крупности ПИ, или выделение наиболее легко отделяемой части засоряющих примесей из конечного продукта с целью повышения концентрации в нѐм полезного компонента. Под потерями ПИ при обогащении понимается количество пригодного для обогащения полезного компонента, которое теряется с отходами обогащения вследствие несовершенства процесса или нарушения технологического режима. Граница обогащения ПИ — это наименьший и наибольший размеры частичек руды, угля, эффективно обогащаемых в обогатительной машине. Глубина обогащения - это нижняя граница крупности материала, который подлежит обогащению. 2. Петрографические особенности горных пород. Плотностные свойства. Прочностные свойства. Деформационные свойства. Коэффициент пластичности и коэффициента хрупкости. Ползучесть, релаксация. Горные породы представляют собой минеральные агрегаты, составленные чаще всего из нескольких минералов (полиминеральные) и реже из одного (мономинеральные), например соли. Несмотря на огромное многообразие природных минералов, в формировании механических свойств горных пород существенную роль играют наиболее распространенные в земной коре так называемые породообразующие минералы, которых насчитывается немногим более двадцати. Если расположить их в порядке убывания прочности и увеличения деформируемости, можно выделить четыре группы породообразующих минералов: 1. кварцевые; 2. силикатные; 3. карбонатные и глинистые; 4. легкорастворимые. Соответственно горные породы, составленные из этих минералов, будут обладать различными механическими свойствами: наибольшей прочностью и наименьшей деформируемостью будут обладать горные породы, составленные из кварцевых минералов, например кварциты, кремнистые песчаники. Помимо минерального состава, механические свойства горных пород существенно зависят от их строения, важнейшими признаками которого являются структура и текстура горных пород. Под структурой понимается степень кристаллизации пород, размеры, форма минеральных зерен и характер связей между ними. По степени кристаллизации пород можно выделить структуры: -полнокристаллические, -неполнокристаллические, -стекловатые, -порфировые, обломочные. Прочность пород обычно уменьшается с увеличением степени кристаллизации. По размерам минеральных зерен выделяются структуры от гигантозернистых с размерами зерен свыше 100 мм до мелкозернистых с размерами зерен до 1 мм. Мелкозернистые структуры обладают более высокой прочностью и меньшей деформируемостью. Существенную роль при формировании механических свойств пород играет характер структурных связей между минеральными составляющими и в первую очередь состав цементирующего вещества, который целесообразно привести в порядке убывания его прочностных свойств: -кремнистый, -железистый, -известковистый, -глинистый и т. д. Под текстурой понимается взаимное расположение структурно-однотипных частей породы. Текстура породы может быть упорядоченной и неупорядоченной. Упорядоченная текстура формирует анизотропию механических свойств пород. Породы неупорядоченной текстуры можно рассматривать как квазиизотропные или почти изотропные, т. е. с показателями механических свойств. Плотностные свойства горных пород проявляются в результате действия гравитационного поля Земли. Их можно подразделить на две группы: гравитационные и структурные. К гравитационным свойствам относят удельный 0 и объемный вес пород, к структурным — их удельную массу 0, плотность (объемную массу) , общую П и открытую пористость П0, коэффициент пористости Кп. Удельный вес—это вес единицы объема твердой фазы породы, т. е. 0 = GT/VT где GT и VT—вес и объем твердой фазы образца. Значения удельного веса горных пород колеблются обычно в пределах 2,5—5,0 гс/см3. Объемным весом - отношение веса основных агрегатных фаз породы (твердой, жидкой и газообразной) к объему, занимаемому этими фазами: = G/V, где G —вес агрегатных фаз породы; V—объем, занимаемый этими фазами. Объемный вес — зависит от их состава и структуры. Он всегда меньше удельного веса и лишь для весьма плотных пород может приближаться к нему. Удельная масса — это отношение массы твердой фазы горной породы к объему твердой фазы: 0 = mT/VT, где mT и VT — масса и объем твердой фазы образца. Плотность (объемная масса) горной породы определяется как масса единицы ее объема (твердой, жидкой и газообразной фаз, входящих в состав породы), т. е. = m/V, где m—масса всех агрегатных фаз породы; V—объем, занимаемый этими фазами. В отличие от удельного и объемного весов плотность является параметром вещества в строгом физическом смысле. Наибольшую плотность имеют массивно-кристаллические изверженные породы, наименьшую — осадочные и некоторые эффузивные (вулканические туфы,). Под пористостью горной породы понимают суммарный относительный объем содержащихся в ней пустот (пор). Суммарный относительный объем открытых (сообщающихся) пор характеризует открытую пористость По горной породы. Суммарный относительный объем закрытых (замкнутых) пустот называют закрытой или изолированной пористостью Пи. Пористость, которая определяет движение в породе жидкостей и газов, называют эффективной пористостью Пэ. Общая пористость П определяется совокупностью закрытых и открытых пор. Отношение объема пор к объему минерального скелета называют коэффициентом пористости КП. Поры по размеру разделяют на три класса: сверхкапиллярные (более 0,1 мм), капиллярные (0,002— 0,1 мм) и субкапиллярные (менее 0,0002 мм). Обычно пористость выражают в процентах, относя объем пор v к полному объему породы V: П = (v / V)100%. Прочностные свойства определяют способность пород сопротивляться разрушению под действием приложенных механических напряжений. Они характеризуются пределами прочности при сжатии и растяжении, сцеплением и углом внутреннего трения. Пределом прочности [] называют максимальное значение напряжения, которое выдерживает образец до разрушения: [] = P / F где Р—разрушающая нагрузка; F—площадь, на которую действует приложенная нагрузка. Предел прочности при одноосном сжатии образцов горных пород или, прочность на сжатие [сж] — наиболее широко определяемая характеристика прочности пород. Её наивысшие значения для горных пород достигают 5000 кгс/см2, минимальные значения измеряются десятками и даже единицами килограмм-сил на квадратный сантиметр. Прочность на сжатие пород даже одного петрографического наименования в зависимости от состава и структуры может колебаться в весьма больших пределах. Обычно прочность пород на сжатие тем выше, чем выше их плотность. Прочность на растяжение [р] горных пород значительно ниже их прочности на сжатие. Это одна из наиболее характерных особенностей горных пород, определяющих их поведение в поле механических сил. Горные породы плохо сопротивляются растягивающим усилиям, появление которых в тех или иных участках массива пород при разработке служит критерием опасности обрушений пород и разрушения горных выработок. Отношение [р/cж] весьма показательно для сравнительной характеристики различных пород и колеблется в пределах 1/5—1/80, чаще же всего в пределах 1/15—1/40. Верхний предел 1/5 соответствует глинистым породам, нижний — наиболее хрупким породам (гранитам, песчаникам и др.). Прочность на срез (сдвиг) охарактеризована двумя функционально связанными параметрами: сцеплением и углом внутреннего трения породы. Эту функциональную связь выражают уравнением Кулона—Мора:n = n tg + 0, где n —нормальное напряжение при срезе; —угол внутреннего трения; 0—сцепление. Сцепление [0] характеризует предельное сопротивление срезу по площадке, на которой отсутствует нормальное давление, т. е. нет сопротивления срезающим усилиям за счет внутреннего трения. Угол внутреннего трения или коэффициент внутреннего трения tg характеризует интенсивность роста срезающих напряжений с возрастанием нормальных напряжений, т. е. представляет собой коэффициент пропорциональности между приращениями касательных dn и нормальных dn напряжений при срезе: tg d n dn Значение сцепления горных пород меняется в пределах от десятых долей до сотен килограмм-сил на квадратный сантиметр, угол внутреннего трения—от 10—15 для некоторых глин до 35—60° для прочных массивно-кристаллических и метаморфических пород . Для изучения деформационных свойств горных пород обычно строят кривую деформирования в координатных осях « - », при этом от начальной точки до некоторого значения напряжений, называемого пределом упругости, наблюдается упругое деформирование горных пород, деформации носят чисто упругий характер и исчезают после снятия нагрузки. Упругие свойства горных пород характеризуются модулем упругости Е при одноосном напряженном состоянии (модулем продольной упругости или иначе модулем Юнга), модулем сдвига G, модулем объемной упругости К и коэффициентом поперечных деформаций v (коэффициентом Пуассона). Модуль упругости Е представляет собой отношение нормального напряжения n к относительной линейной деформации образца l = l/l в направлении действия приложенной нагрузки:Е=n /l Модуль сдвига G — отношение касательного напряжения к относительному сдвигу : G = / . Относительный сдвиг именуют иногда угловой деформацией. Он характеризует изменение формы деформируемого тела и выражается зависимостью , 2 2 где —угол наклона каждого прямоугольного элемента тела после деформирования. Модуль объемной упругости К, или модуль всестороннего сжатия, равен отношению равномерного всестороннего напряжения к относительному упругому изменению объема образца: K = v / (V/V), где V / V — относительное изменение объема. Коэффициент поперечных деформаций v, или коэффициент Пуассона, является мерой пропорциональности между относительными деформациями в направлении, перпендикулярном к вектору приложенной нагрузки и параллельном ему: d d l l Перечисленные характеристики упругих свойств пород связаны между собой следующими соотношениями: ; G E 2(1 ) KE 3(1 2) . С ростом плотности пород модули их упругости, как правило, возрастают. Модули упругости слоистых пород в направлении слоистости выше, чем перпендикулярно к слоистости . Коэффициенты поперечных деформаций v горных пород теоретически могут изменяться в пределах от 0 до 0,5. Для большинства пород они колеблются в интервале значений от 0,15 до 0,35. За пределом упругости происходит пластическое деформирование с образованием необратимых остаточных деформаций. Для характеристики этого процесса применяют более общий показатель— модуль деформации, представляющий собой отношение приращений напряжений к соответствующему приращению вызываемых ими деформаций. Пластические свойства охарактеризованы коэффициентом пластичности, для вычисления которого предложено несколько подходов. Один из них, заключается в определении коэффициента пластичности как отношения полной деформации до предела прочности материала к чисто упругой деформации, т. е. до предела упругости: П = ЕП /ЕУ, где EП — полная деформация, соответствующая моменту разрушения материала; Еу— упругая деформация. Альтернативным показателем по отношению к коэффициенту пластичности является коэффициент хрупкости, отражающий способность горных пород разрушаться без проявления необратимых (остаточных) деформаций. Он может быть приближенно охарактеризован соотношением [р] /[сж] или по формуле Kxp = Wy / Wp, где Wy—работа, затраченная на деформирование породы до предела упругости; Wp—общая работа на разрушение. Проявление хрупкости горных пород зависит от режима приложения нагрузок. Динамические, ударные нагрузки приводят породы к хрупкому разрушению, тогда как длительное приложение даже сравнительно небольших нагрузок может вызывать пластические деформации. Реологические свойства характеризуют изменение (рост) во времени деформаций в горных породах при постоянном напряжении (явление ползучести), либо ослабление (уменьшение) напряжений при постоянной деформации (явление релаксации). Ползучесть и релаксация и пластические деформации, являются необратимыми, остаточными, но если пластичность пород характеризует их поведение при напряжениях, превышающих предел упругости, то ползучесть, представляющая собой медленное нарастание необратимых деформаций, проявляется и при напряжениях, меньших предела упругости, но при достаточно длительном воздействии нагрузок. Явление, обратное ползучести, называют релаксацией напряжений. При релаксации упругие деформации в породе с течением времени постепенно переходят в необратимые, но общая деформация во времени не изменяется. При этом происходит падение напряжений. Роль в проявлении необратимых деформаций играют дефекты структуры материалов. Изучение деформируемости твердых тел во времени, в том числе и горных пород, проводят на макроскопическом (феноменологическом) уровне, выражая взаимосвязи напряжений и деформаций в формализованных уравнениях механики сплошных сред. Характерной чертой реологических процессов, является зависимость деформации, наблюдаемой в данный момент времени, от характера всего процесса нагружения материала, или, другими словами, от всей предыдущей истории его деформирования. Это свойство реальных материалов называют наследственностью. Особенностью большинства горных пород, как показывают эксперименты, является практически линейная зависимость между приращениями деформаций и приращениями напряжений в любой момент времени, Это позволяет применять для описания деформирования горных пород во времени теорию деформирования линейных наследственных сред. В качестве характеристики реологических свойств пород используют также период релаксации—время, в течение которого напряжение убывает в е раз (е = 2,72—основание натуральных логарифмов). Период релаксации зависит от начального уровня напряжений и степени вязкости пород. Для прочных горных пород значения периода релаксации очень велики, оцениваются в сотни тысяч лет и даже более. Прочность и упругость пород при длительном воздействии достаточно больших нагрузок понижаются, асимптотически приближаясь к некоторым предельным значениям — пределу длительной прочности и предельному модулю длительной упругости Е. Для большинства пород = (0,7—0,8)[сж], Е = (0,65- 0,95) Е. 3. Государственный надзор за безопасным ведением горных работ, связанных с использованием недр. Методические указания по ведению государственного горного надзора за охраной недр предназначены для Госгортехнадзора России и его территориальных органов. Основной целью государственного горного надзора за охраной недр является обеспечение рационального и комплексного использования минерально-сырьевых ресурсов и охраны недр в интересах народов Российской Федерации и будущих поколений, соблюдение пользователями недр законодательства о недрах, качественное производство геолого- маркшейдерских работ по обеспечению рационального использования и охраны недр, предотвращению аварий и несчастных случаев при ведении горных работ, предупреждение и устранение вредного влияния горных работ на население, окружающую природную среду, здания и сооружения. Организуют разработку и утверждение федеральных требований (правил и норм) по рациональному использованию и охране недр, переработке минерального сырья, производству маркшейдерских работ, охране зданий, сооружений и природных объектов от вредного воздействия горных разработок и безопасному ведению работ при пользовании недрами, устанавливают в необходимых случаях единство требований; Определяют технические требования по охране недр, предупреждению и устранению вредного влияния горных работ на население, окружающую природную среду, здания и сооружения при ликвидации и консервации опасных производственных объектов по добыче полезных ископаемых и подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых, а также порядок ликвидации и консервации указанных объектов и сооружений; В области лицензирования видов деятельности Госгортехнадзор России и его территориальные органы выдают лицензии на производство маркшейдерских работ. • государственный контроль за соблюдением норм и правил при составлении и реализации проектов по добыче и переработке полезных ископаемых, использованию недр в целях, не связанных с добычей полезных ископаемых, включая производство маркшейдерских работ; • прекращение самовольного пользования недрами и самовольной застройки площадей залегания полезных ископаемых; • надзор за соблюдением всеми пользователями недр законодательных и нормативных требований в области охраны зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния горных разработок, промышленной безопасности; • контроль за соблюдением установленных требований при геологическом изучении недр в пределах горного отвода; • контроль за правильностью разработки месторождений (включая гидроминеральные) в части выемки запасов и комплексного использования полезных ископаемых; • контроль за соблюдением ежегодных планов горных работ, а также установленных нормативов потерь полезных ископаемых при их добыче и переработке; • контроль за соблюдением условий лицензий на пользование недрами, а также за соблюдением требований (норм, правил) по безопасному ведению работ и охране недр при реализации соглашений о разделе продукции; • контроль за соблюдением установленного порядка ведения работ по ликвидации (консервации) объектов недропользования, требований по обеспечению охраны недр, а при консервации - также требований, обеспечивающих сохранность горных выработок на время консервации; • надзор за осуществлением производственного контроля в организациях, ведущих горные работы и работы в подземных условиях (в части геологического и маркшейдерского обеспечения горных работ); • контроль за соблюдением условий лицензий на производство маркшейдерских работ; • контроль за достоверностью геолого-маркшейдерских и горнотехнических исходных данных расчетов платежей за пользование недрами; • контроль за выполнением мер охраны зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния горных разработок; • контроль за правильностью установления опасных зон при ведении горных работ; • проверку знаний правил и норм охраны недр у специалистов и руководителей организаций по добыче полезных ископаемых и использующих недра в целях, не связанных с добычей полезных ископаемых. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 15 1. Природа образования полезных ископаемых. ПИ – природные минеральные вещества, которые с достаточным экономическим эффектом могут быть использованы для промышленной переработки. П.и. бывают твердые, жидкие и газообразные. Группы п.и. по направлениям использования: Руды (черных, цветных и редких металлов); Горючие п.и. (газ, нефть, уголь и др.); Химическое сырье (калийные соли, фосфориты и др.); Строительные материалы (гранит, мрамор, глина, песок и др.) Драгоценные камни, огнеупоры, пъезокварц, слюда и др. ЭКЗОГЕННЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ, гипергенные месторождения, седимектогенные месторождения, — залежи полезных ископаемых, связанные с древними и современными геохимическими процессами Земли. Образуются на поверхности Земли в еѐ тонкой верхней части, включающей горизонты грунтовых и частично пластовых подземных вод, на дне болот, озѐр, рек, морей и океанов. Экз. месторождения формируются в результате механического и биохимического преобразования и дифференциации минеральных веществ эндогенного происхождения. Среди экзогенных месторождений различают 4 генетических группы: остаточные (формируются вследствие выноса растворимых минеральных соединений из зоны выветривания и накопления труднорастворимого минерального остатка образующего руды железа, никеля, марганца, алюминия), инфильтрационные(возникают при осаждении из подземных вод поверхностного происхождения растворѐнных в них минеральных веществ с образованием залежей руд урана, меди, серебра, золота, самородной серы) , россыпные(создаются при накоплении в рыхлых отложениях на дне рек и морских побережий тяжѐлых и прочных ценных минералов, к числу которых принадлежат золото, платина, минералы титана, вольфрама, олова) и осадочные( образуются в процессе осадконакопления на дне морских и континентальных водоѐмов, формирующего залежи угля, горючих сланцев, нефти, горючего газа, солей, фосфоритов, руд железа, марганца, бокситов, урана, меди, а также строительных материалов (гравий, песок, глина, известняк, цементное сырьѐ). Экзогенные месторождения имеют крупное промышленное значение. Уголь (бурый, каменный, антрацит); горючие сланцы, торф, нефть и др.); калийные соли (Соликамск), натриевые соли (Соль-Илецк), мраморы, известняки, (Искитим), глины (кирпичные и керамические, Евсино), песок строительный (р. Обь), ангидрит (гипс, Норильск рудник «Ангидрит» подземная добыча). ЭНДОГЕННЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ, гипогенные месторождения, магматогенные месторождения, — ПИ, связанные с геохимическими процессами глубинных частей Земли. Формируются из магматических расплавов или из газовых и жидких горячих минерализованных растворов среди глубинных геологических структур в обстановке высоких давлений и температур. Среди эндогенных месторождений выделяется 5 главных генетических групп:1). Магматические месторождения образуются при застывании расплавов с обособлением руд хрома,титана, ванадия, железа, платины, меди, никеля, редких металлов, а также апатита и алмазов. 2) Пегматитовые месторождения представляют собой раскристаллизовавшиеся отщепления конечных продуктов остывающей магмы, используемых в качестве керамического сырья и для добычи слюд, драгоценных камней и редких металлов. 3) Карбонатитовые месторождения ассоциируют сультраосновными щелочными магматическими породами, среди которых накапливаются карбонатные минералы и находящиеся среди них руды меди, ниобия, апатити флогопит. 4) Скарновые месторождения возникают под воздействием горячих минерализованных паров, у контакта с магматической массой, создающих залежи руд железа, меди, вольфрама, молибдена, свинца, кобальта, золота, бора и др. 5) Гидротермальные месторождения состоят из руд цветных, благородных и радиоактивных металлов, представляющих собой осадки, циркулирующих на глубине горячих минерализованных водных растворов. Граниты (карьер Борок, карьер Мочище, карьеры ОАО «Искитим мрамор гранит») строительный щебень, каменные блоки, плитка гранитная, бутовый камень. Месторождение – естественное скопление в земной коре п.и. содержащего полезные компоненты в количестве и качестве достаточном для промышленного извлечения при современном состоянии технологии, техники и экономики. Месторождением ПИназывается его природное скопление в виде геологических тел в земной коре. По условиям залегания, количеству и качеству минерального сырья при данном состоянии экономики и техники может служить объектом промышленной разработки. Совокупность требований, которые предъявляет промышленность к месторождениям полезных ископаемых (это техническая возможность и экономическая целесообразность их разработки) называется кондициями. Площади распространения полезных ископаемых (п/и) в порядке их уменьшения разделяются на провинции, области (пояса, бассейны, районы (узлы, поля, месторождения, тела. 2. Горно-технологические свойства. Интегральный и дифференциальный подходы к определению свойств пород при использовании представлений об их иерархически-блочной структуре. Для определения интегральных плотностных характеристик массива, представленного различными петрографическими разновидностями пород и различными типами структурных неоднородностей, в принципе достаточно определить эти характеристики для каждой разновидности пород и для каждого типа структурных неоднородностей (раздельно или в какой-либо совокупности), а затем найти их средневзвешенное значение в зависимости от степени распространѐнности указанных компонент в массиве. Для решения отдельных вопросов геомеханики представляют интерес горнотехнологические свойства, которые являются откликом массива пород на технологические воздействия и потому отражают не только свойства, но и состояние пород. Число характеристик здесь может быть сколь угодно велико (коэффициент крепости, коэффициент разрыхления, коэффициент трения, угол естественного откоса, гранулометрический состав, показатель дробимости, показатель взрываемости и др.). Наиболее широкое применение в геомеханике находят следующие: Комплексный показатель свойств пород — коэффициент крепости fкр, введенный проф. М. М. Протодьяконовым для характеристики сопротивляемости пород механическим воздействиям. При этом была разработана шкала, в соответствии с которой все горные породы подразделены на 10 категорий. К первой из них отнесены породы с высшей степенью крепости (fкр = 20), к десятой — наиболее слабые плывучие породы (fкр = 0,3). Таким образом, пределы изменения коэффициента крепости — от 0,3 до 20. Другой, также общеупотребительной характеристикой является коэффициент разрыхления Кр, представляющий собой отношение объема Vp породы после ее разрыхления при обрушении или добычи к объему Vм в массиве, т. е. до разрыхления: Кр = Vр/ Vм. Наименьшую разрыхляемость при прочих равных условиях имеют песчаные и глинистые породы (Кр = 1,15—1,20), наибольшую—хрупкие скальные породы (Кр = 1,30—1,40). С течением времени разрыхленные породы уплотняются, однако и после уплотнения они не достигают первоначальной плотности в массиве, имевшей место до разрыхления. Минимальные значения коэффициента разрыхления пород после их уплотнения Кр == 1,01—1,15. Одной из существенных характеристик разрыхленных горных пород является также коэффициент трения fo, который в отличие от коэффициента внутреннего трения я отдельных блоков пород друг относительно друга, после того как нарушается сплошность массива. Значения коэффициентов трения колеблются в очень широких пределах, зависят от большого числа факторов, в частности от состава, строения, степени твердости пород, шероховатости трущихся поверхностей и составляют преимущественно 0,11—0,36. При больших давлениях могут иметь место пластические деформации и разрушения отдельных выступов на соприкасающихся поверхностях. Указанные сложности в определении влияния каждого фактора на характеристики перемещения пород побудили проф. В. В. Ржевского ввести в рассмотрение единый экспериментально определяемый коэффициент зацепления. Он представляет собой отношение суммы сил трения, сцепления и механического зацепления, развиваемых в определенное время по конкретной поверхности соприкосновения частей массива горных пород, к площади этой поверхности. 3. Организация маркшейдерских работ по обеспечению безопасности горных работ в зонах повышенного горного давления. К зонам ПГД относятся участки массива горных пород, расположенные под (над) целиками и краевыми частями, оставленными при разработке свиты пластов. При разработке сближенных пластов наличие зон ПГД приводит к потере устойчивости непосредственной и основной кровли и как следствие этого к резкому возрастанию интенсивности процесса образования вывалов, завалам лав, случаям групповой посадки «нажестко» гидростоек секций механизированных крепей. 2. Отнесение участков пласта к зонам, опасным по проявлениям горного давления, и построение границ этих зон осуществляются в соответствии с методикой, изложенной в Указаниях (пп. 9.5 и 9.8), на выкопировке из совмещенного плана горных выработок в масштабе не мельче 1:2000. В отдельных случаях при значительных размерах зон ПГД может быть допущено построение зон ПГД на планах масштаба 1:5000. Материалы построения зон ПГД подписываются главным технологом и главным маркшейдером шахты (ШСУ) и хранятся до погашения горных выработок, расположенных в зонах ПГД или до ликвидации зоны ПГД. 3. Границы зон ПГД должны изображаться в проектах вскрытия и подготовки выемочных участков, подготовки очистных забоев, на паспортах крепления очистного забоя, на обменных чертежах и рабочих планах горных выработок (масштаб 1:500, 1:1000) по мере их образования. Ответственным за построение и изображение на планах горных выработок границ зон ПГД является главный маркшейдер шахты (ШСУ). 4. Ведение горных работ в зонах ПГД должно осуществляться в соответствии с техническим паспортом, утвержденным главным инженером шахты и разработанным с учетом требований действующих Правил безопасности Указаний и Инструкции . 5. В проектах вскрытия и подготовки выемочных участков, подготовки очистных забоев, в паспортах крепления подготовительных выработок и очистных забоев службой главного технолога шахты (ШСУ) должны быть разработаны мероприятия по безопасному ведению горных работ в зонах ПГД, с указанием сроков и лиц, ответственных за выполнение этих мероприятий. С указанными мероприятиями главный технолог шахты (ШСУ) должен ознакомить должностных лиц, ответственных за их реализацию и контроль (см. табл.). .6. Если при работе очистного забоя в зоне ПГД фактические проявления горного давления не соответствуют степени опасности зоны по построению, то название зоны и разработанные ранее мероприятия по управлению кровлей могут быть скорректированы в проекте с обоснованием внесенных изменений. Решение об изменении названия зоны ПГД и о корректировке мероприятий по управлению кровлей принимается главным инженером шахты на основании наблюдений за состоянием кровли очистного 6. При подходе горных работ к границам зон ПГД главный маркшейдер шахты (ШСУ) в соответствии с п. 2.5 настоящего Положения уведомляет об этом главного инженера. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 16 1. Формы залегания месторождений. Виды нарушений в залегании горных пород. Формы рудных тел: а – пласт; б – линза; в –- шток; г – жила. Пласт – геологическое тело имеющее: • плоскую форму; • мощность во много раз меньше размеров площади его распространения; • имеет подошву и кровлю, отделяющую от подстилающих и покрывающих пластов; • однородный состав, но может иметь и прослои (пласт угля с прослоями песка); Эта форма тел наиболее типична для осадочных месторождений. Несколько пластов ПИ называются свитой Шток – (нем. палка, ствол) интрузивное тело, обычно цилиндрической формы, крутопадающее Штокверк изометрический объѐм горной породы, пронизанный различно ориентированными прожилками и насыщенный вкрапленностью минерального вещества. По строению различают простые, сложные и рассредоточенные залежи. Простые залежи имеют однородное строение. Сложные залежи содержат прослойки пустых пород и некондиционного полезного ископаемого. Рассредоточенные залежи содержат прослойки полезного ископаемого в виде тел, распределенных в массиве вмещающих пород. Линия простирания – линия (АВ), образующаяся при пересечении поверхности залежи с горизонтальной плоскостью. Направление линии простирания называют простиранием рудного тела. Линия падения – линия (ДС), лежащая в плоскости залежи, перпендикулярная к линии простирания, направленная в сторону большего уклона. Направление противоположное падению называют восстанием залежи. Угол, составленный поверхностью залежи (висячим боком или кровлей) и горизонтальной плоскостью называют углом падения. По характеру залегания тел полезные ископаемые делят: 1) горизонтальные (угол падения до 10о); 2) наклонные (от 10-30 о), 3) крутопадающие (более 45-90о). Мощность рудного тела – расстояние по нормали между висячим и лежачим боками залежи, пласта. Геологические нарушения. а – взброс; б – сброс; в – грабен; г – горст; д – надвиг; е – сдвиг. ВЗБРОС — смещение горной породы по разлому, связанное с поднятием одного блока земной коры относительно другого. СБРОС — разновидность разрывных тектонических нарушений земной коры, образующаяся в условиях еѐ растяжения и выраженная в опускании одного блока коры и (или) поднятия другого вдоль поверхности разрыва, вертикальной или наклонѐнной под относительно опущенный блок. Амплитуда сброса может достигать первых километров (в рифтах). Встречаются в самых различных структурных зонах земной коры (как на континентах, так и в океанах). ГРАБЕН — опущенный участок земной коры, отделѐнный сбросами, реже взбросами, от смежных, относительно приподнятых участков. ГОРСТ — участок земной коры, занимающий приподнятое положение по отношению к окружающим областям и ограниченный сбросами или взбросами. НАДВИГ — разрывное нарушениезалегания горной породы обычно с пологим (45-60°) наклоном плоскости смещения (сместителя), по которому висячий бок поднят относительно лежачего и надвинут на него. СДВИГ — один из видов разрывных тектонических нарушений земной коры, образующийся в обстановке еѐ горизонтального сжатия и проявленный смещением смежных блоков относительно друг друга в горизонтальном направлении по вертикальной плоскости. Встречаются преимущественно в складчатых областях, где амплитуда смещений вдоль них может измеряться сотнями километров (Таласо-Ферганский сдвиг в Тянь-Шане, сдвиг СанАндреас в Калифорнии и многие др.). 2. Методы определения плотностных свойств, деформационных свойств, прочностных свойств горных пород. 1) Определение свойств горных пород с учётом структурных неоднородностей высших порядков. Методы определения свойств пород с учѐтом структурных неоднородностей высших порядков традиционно относят к лабораторным методам исследований Методы определения плотностных свойств. Наибольший интерес в геомеханике из плотностных свойств представляют объемный вес, объѐмная масса (плотность), удельный вес, и пористость. В лабораторных условиях на образцах пород обычно определяют объемный вес и удельный вес 0. Далее рассчитывают плотность (объемную массу) и удельную массу 0. Общую пористость также определяют расчетным путем, используя полученные экспериментально значения удельного 0 и объемного веса . . П 0 0 Для экспериментального определения объемного веса породы требуется знать вес и объем образца. Если определения ведут на образцах правильной геометрической формы, то вес устанавливают путем взвешивания на лабораторных весах, а объем - путем измерения линейных размеров. В случае испытания образцов неправильной геометрической формы для определения объемного веса используют метод гидростатического взвешивания. В последние годы для лабораторного определения плотности (и объемного веса) пород широко используют гамма-метод (в модификации узкого пучка). При этом испытуемый образец породы помещают между источником радиоактивного гамма-излучения и детектором. Зная гамма- активность источника, расстояние r между источником и детектором и толщину d образца и регистрируя интенсивность гамма-излучения, прошедшего через образец породы, определяют по специальным номограммам плотность породы . Гамма-метод определения плотности отличается простотой и высокой производительностью измерений с применением несложной серийной аппаратуры и обеспечивает точность 1-3 %. Определение удельной массы 0 (удельного веса 0) в принципе не отличается от определений объѐмного веса и плотности, но при этом необходимо обеспечить вскрытие всех пор и удаление газовой и жидкостной составляющих испытуемой породы. В некоторых задачах геомеханики, и особенно при физической интерпретации результатов наблюдений, в ряде случаев требуются сведения о влажности пород. Влажность выражают процентным отношением веса воды, содержавшейся в образце породы, к весу образца после его высушивания. Для определения влажности образец сначала взвешивают в естественном состоянии, а затем доводят до постоянного веса в эксикаторе или в сушильном шкафу при температуре 105-110°С. Сопоставляя вес влажного образца G1 и вес сухого образца G2, влажность вычисляют по формуле . W G2 G1 G2 100% Методы определения деформационных и акустических свойств. Из деформационных свойств горных пород обычно определяют модуль деформации (для упругого участка деформирования - модуль упругости Е) и коэффициент поперечных деформаций (коэффициент Пуассона) .При этом методы их определения можно подразделить на статические и динамические. Статические методы основаны на измерении деформаций образцов исследуемых пород под нагрузкой. Для измерения продольных и поперечных деформаций образцов при их нагружении применяют проволочные тензометры сопротивления, либо механические индикаторы часового типа. В процессе нагружения и разгрузки с помощью автоматической записывающей аппаратуры ведут непрерывную запись деформаций, либо фиксируют деформации через определенные ступени нагружения и разгрузки. Динамические методы определения деформационных (упругих) свойств пород основаны на измерении скоростей упругих колебаний, возбуждаемых в исследуемых образцах в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот, т.е. фактически являются в то же самое время методами определения акустических свойств пород. Эти методы разработаны значительно позднее, чем статические, но получают все большее распространение благодаря простоте, малой трудоемкости измерений и применению удобных в работе и надежных серийных измерительных приборов. Наибольшее распространение в практике исследования свойств горных пород получил импульсный динамический метод, в основе которого лежит пропускание через образец исследуемой породы повторяющихся импульсов ультразвуковых колебаний, по значениям скоростей распространения которых рассчитывают упругие характеристики. Следует заметить, что модуль упругости, определяемый динамическими методами, обычно бывает несколько выше, чем при статических измерениях. Это расхождение обусловлено неидеальной упругостью пород, оно минимально для весьма плотных разновидностей и возрастает по мере снижения плотности пород. Экспериментально определив модуль продольной упругости Е и коэффициент поперечных деформаций v, можно вычислить значения модуля сдвига G и модуля всестороннего сжатия К. Методы определения прочностных свойств. Наибольшее использование в задачах геомеханики имеют характеристики прочности при одноосных сжатии [сж] и растяжении [р], а также при срезе (сдвиге) [ср]. В своѐ время был разработан ГОСТ 21153.2-84, в соответствии с которым определение прочности пород при одноосном сжатии производится на цилиндрических образцах диаметром 40-50 мм с отношением высоты к диаметру, равным 0,9-1,1. Допускается также проводить испытания на кубических образцах со стороной размером 455 мм. Торцовые поверхности образцов шлифуют, их выпуклость (вогнутость) после шлифования не должна быть более 0,05 мм. Торцовые поверхности должны быть параллельны друг другу (отклонение не более 0,1 мм) и перпендикулярны к образующим цилиндра (отклонение 1,0 мм). Испытания проводят на прессе. Для строго центрированного нагружения образца между ним и одной из плит пресса помещают шариковое центрирующее устройство. Нагружение образца производят с равномерной скоростью в пределах 1-30 кгс/(см2.с), повышая нагрузку вплоть до разрушения образца и фиксируя значение разрушающей нагрузки. Цилиндрические образцы пород стандартных размеров могут быть использованы и для определения предела прочности при растяжении. Определение производят методом диаметрального сжатия (рис.), так называемым ―бразильским методом‖. Рис. Определение прочности пород при растяжении методом диаметрального сжатия. 1 испытуемый образец породы; 2 - плиты пресса. В результате диаметрального сжатия в образцах возникают растягивающие напряжения. При массовых определениях прочностных свойств горных пород весьма удобен метод комплексного определения пределов прочности при многократном раскалывании и сжатии. Из проб изготавливают породные пластины толщиной 20 мм со строго параллельными шлифованными гранями. Одну из граней расчерчивают на квадраты со стороной, равной толщине пластины. Затем пластину раскалывают по прочерченным линиям стальными клиньями, определяя прочность породы на растяжение. Получаемые в результате раскалывания кубовидные образцы используют для определения предела прочности на сжатие. При этом образцы нагружают по двум параллельным шлифованным граням. Прочность на срез (сдвиг) определяют в специальных стальных матрицах (рис.). Образец находится в условиях среза со сжатием. При испытаниях важно обеспечить равномерное распределение усилия пресса по сечению испытуемого образца. Испытания проводят на цилиндрических образцах указанных выше стандартных размеров. Зазор между разъемными половинами матрицы при вложенном в нее образце должен иметь постоянную ширину не более 2 мм. Рис. Схема определения прочности пород при срезе. 2) Определение свойств горных пород с учётом структурных неоднородностей низких порядков. Испытания пород с учѐтом низких порядков структурных неоднородностей традиционно относили всегда к испытаниям в натурных условиях массивов горных пород или их ещѐ иногда называли испытаниями в местах естественного залегания пород (in situ). Однако это не полностью соответствует современным представлениям и методам проведения испытаний и определения характеристик рассматриваемых неоднородностей, поскольку сами понятия ―образец‖ и ―массив‖ теперь утрачивают первоначальный смысл. Определение свойств пород с учѐтом структурных неоднородностей низких порядков представляет собой весьма сложную задачу, поскольку обычный путь испытаний представительных объѐмов пород здесь становится крайне трудоѐмким и зачастую мало реальным. Причѐм это определяется не только техническими или организационными трудностями постановки экспериментов, но и особенностями проявления свойств массива пород при тех или иных воздействиях. Практически только свойства, подчиняющиеся схеме ―независимости - аддитивности‖ могут быть корректно определены на соответственно выбранных экспериментальных участках. Другие свойства требуют специальных подходов, совмещающих экспериментальные методы с расчѐтными. Методы определения плотностных свойств. Изучение плотностных характеристик - удельного веса 0; объѐмного веса ; удельной массы 0; плотности (объѐмной массы) обычно сложностей не вызывает вследствие присущего им свойства ―аддитивности - независимости - равноправности‖. Все компоненты действуют равноправно и независимо друг от друга, а интегральная характеристика агрегата является средневзвешенным значением из характеристик каждой компоненты, в данном случае структурных блоков и структурных неоднородностей. Исходя из этого, можно определять плотностные характеристики на специальных образцах для каждого из структурных элементов по отдельности, а затем рассчитать интегральную характеристику, но можно также определять плотностные характеристики и интегральным путѐм в натурных условиях массива пород, т.е. с учѐтом конкретных видов структурных неоднородностей. Плотность пород в массиве с достаточной степенью точности (с погрешностью 1-3%) можно определить с помощью гамма-метода, основанного на эффекте различной степени поглощения и рассеяния радиоактивного гамма-излучения в средах с различной плотностью. С этой целью в изучаемом участке массива пород бурят на расстоянии 20-70 см друг от друга параллельные шпуры или скважины. В одном из шпуров помещают закрытый источник гамма- излучения (обычно радиоактивный изотоп 60Со, 137Cs или 226Ra), имеющий активность 0,5-2,0 мг-экв радия. Работа с источниками такой малой активности вполне безопасна и не требует особых мер защиты. Во втором параллельном шпуре помещают регистрирующий зонд с детектором (счетчиком гамма-квантов). Перемещая зонды с источником и детектором вдоль скважин, фиксируют интенсивность гамма-излучения, прошедшего через толщу горной породы между скважинами, и по тарировочным графикам или номограммам устанавливают плотность пород на исследуемых участках. Методы определения деформационных свойств. Поскольку для деформационных и, в частности, упругих характеристик горных пород, в отличие от плотностных, справедлива схема ―аддитивности - взаимозависимости равноправносги‖, для этих свойств также приемлем первый (интегральный) путь определения, т.е. определение на соответствующих образцах или представительных участках массива пород. Однако при этом, в отличие от плотностных характеристик, в сферу экспериментов необходимо вовлекать объемы массива, где обеспечивается представительность интересующих порядков структурных неоднородностей. Деформационные и, в частности, упругие характеристики горных пород в последнее время определяют в большинстве случаев так называемым динамическим методом с применением ультразвуковых методов. Исходными величинами при этом, определяемыми непосредственно из экспериментов, являются скорости продольных и поперечных упругих колебаний. Скорости упругих волн в массиве могут быть измерены различными способами, из которых наиболее распространены следующие: а) ультразвуковой способ с использованием аппаратуры типа УКБ, УК-10П, УК-15 и т. д.; б) импульсный метод с использованием нагрузок единичного удара или взрыва для измерения времени распространения колебаний между заданными точками в массиве; в) сейсмический метод. Ультразвуковой метод может быть использован для определения скоростей упругих волн на сравнительно небольших базах (0,3-1,5 м), т.е. для определения деформационных свойств пород с учѐтом структурных неоднородностей не ниже III - го порядка. Сущность метода заключается в том, что в массиве пород пробуривают шпуры или скважины и затем, помещая в одни из них приемник, а в другие излучатель, определяют время прохождения импульсов по прозвучиваемому участку массива. Зная время прохождения импульса и измеряя расстояние между шпурами, вычисляют скорость упругих волн. Для измерений применяют комплект аппаратуры со специальными датчиками. Плотный контакт излучателя и приемника с породой обеспечивается механическим или (в последнее время) пневматическим способами. Для повышения качества акустического контакта применяют воду или масло, которые заливают в шпуры, либо используют прокладки из вакуумной резины. При импульсном методе в качестве возбудителя колебаний обычно используют механический удар или взрыв, а время пробега упругих волн измеряют какими-либо счетчиками времени. В качестве приемников применяют пьезодатчики, электрические импульсы от которых поступают на многоканальные осциллографы или могут быть записаны на магнитофонную ленту. Сейсмический метод находит применение при геофизических исследованиях больших участков массива горных пород (сотни метров) и позволяет, кроме определения скоростей упругих волн, также анализировать затухание колебаний по мере прохождения волной разных баз. Деформационные характеристики также могут быть определены с помощью методов искусственного нагружения участков массива. Обычная схема таких испытаний состоит в том, что испытуемый участок породного массива оконтуривают с нескольких сторон, сохраняя связь с остальным массивом лишь по одной или двум плоскостям. Затем с помощью гидравлических домкратов или иных нагрузочных устройств оконтуренный участок нагружают, фиксируя нагрузки и соответствующие им деформации пород и при необходимости доводя усилия вплоть до разрушения нагружаемого участка массива. Среди методов этой группы заслуживают внимания также методы определения деформационных характеристик участков массива, основанные на тензометрических дистанционных измерениях радиальных смещений пород в стенках буровых скважин при распирании скважин с помощью специального гидравлического устройства - прессиометра. Наконец, к этой же группе методов относятся и методы определения деформационных свойств пород на основе опытных горных работ. Эти методы связаны с применением "обратных расчетов". Сущность этих методов состоит в том, что с помощью горных работ исследуемый элемент массива (участок кровли выработки, целик или группа целиков и т. п.) подвергают деформированию, обычно вплоть до разрушения. В процессе опытных горных работ фиксируют происходящие при этом смещения, деформации, изменения напряжений в изучаемом участке массива и соответствующие им геометрические параметры целиков, обнажении кровли и т. п. Если прямые задачи геомеханики состоят в том, чтобы на основе известных механических свойств рассчитать возможные смещения, деформации и напряжения в участках массива при различных геометрических параметрах горных разработок, то в данном случае ставят обратную задачу: определить механические, в частности деформационные, свойства пород в массиве на основе фиксируемых геометрических параметров и наблюдаемых смещений, деформаций и изменения напряжений. Для правильного определения механических свойств пород в натурных условиях необходимо, чтобы аналитические зависимости, используемые в расчетах, надежно отражали действительный механизм процессов в изучаемом участке массива. В качестве одного из примеров рассматриваемой группы методов можно назвать опытное распирание гидростатическим давлением жидкости или газа стенок камеры или тоннеля и измерение при этом смещений с расчетом упругих характеристик пород в массиве. По своей сущности этот метод аналогичен методу прессиометрических измерений и отличается от последнего значительно большими размерами испытуемого участка массива. Применяют также опытное нагружение, вплоть до раздавливания, одного или группы междукамерных целиков при выемке смежных с ними целиков; опытное обнажение кровли выработок с установлением деформаций ее изгиба, определением предела прочности на изгиб и расчетом показателей деформационных характеристик пород кровли. По измерениям деформаций контура подземной выработки во времени, используя математический аппарат наследственной теории ползучести, можно определить реологические показатели массива пород. По сути дела во всех этих случаях также идѐт речь об определении характеристик некоторых объѐмов пород с учѐтом тех или иных видов структурных неоднородностей в зависимости от параметров испытуемого участка и конкретной структуры данного массива. Следует подчеркнуть, что методы определения механических свойств на основе опытных горных работ дороги, отличаются высокой трудоемкостью и сложностью организации работ, поэтому их применяют сравнительно редко. Поскольку возможное число таких опытов крайне ограничено, особое внимание необходимо обращать на соответствие участков опытных горных работ поставленным задачам эксперимента и степени общности получаемых при этом результатов. Методы определения прочностных свойств. Как уже говорилось, при изучении III - го, а тем более II - го и ниже порядка структурных неоднородностей интегральный путь определения прочностных характеристик, т. е. путь испытания образцов становится малоприемлемым и более целесообразно применять дифференциальный путь определения свойств, т.е. путь непосредственного определения прочностных характеристик по поверхностям структурных неоднородностей того или иного порядка. Это также является тем более оправданным, поскольку прочностные свойства подчиняются схеме "избирательности- независимости", разрушение происходит в наиболее слабом звене и не зависит от прочности других структурных элементов. Вообще необходимо признать, что определение прочностных характеристик непосредственно по поверхностям структурных неоднородностей низких порядков представляет собой до настоящего времени мало разработанную проблему геомеханики. Общепринятых методик проведения подобных испытаний нет, имеются лишь отдельные предложения и весьма небольшой опыт определения указанных характеристик. При этом основные трудности заключаются в подготовке специальных образцов для проведения испытаний, а также в выборе подходящих методик проведения экспериментов. К числу возможных методов, которые могут быть применены для непосредственного определения прочностных свойств структурных неоднородностей низких порядков можно отнести методы, которые носят название точечных испытаний пробниками. Эти методы получили развитие, главным образом, в связи с задачами оценки свойств пород, пересекаемых при бурении разведочных, нефтяных или газовых скважин. Они основаны, как правило, на определении усилий при статическом или динамическом внедрении специального индентора в массив на заданную глубину, либо на определении глубины и площади внедрения индентора при дозированном усилии внедрения. Известны также методы, основанные на определении геотехнологических свойств, в частности, показателей вращательного бурения (сверления) пород при стандартных режимах бурения. Все эти методы отличаются невысокой степенью точности определений, но позволяют экспрессно оценивать прочность непосредственно структурных неоднородностей низких порядков (как впрочем и для объѐмов пород с высшими порядками неоднородностей), а в некоторых случаях и деформационные свойства. Однако необходимо подчеркнуть, что на определяемые показатели в случае применении этих методов оказывает существенное влияние напряжѐнное состояние массива. Также находят применение и другие схемы испытаний и определения прочностных характеристик по поверхностям структурных неоднородностей низких порядков. В частности, сцепление [] может быть определено путем среза породных призм, оконтуриваемых в породном массиве. Породную призму в массиве оконтуривают таким образом, чтобы она сохранила связь с массивом лишь по тем поверхностям структурных неоднородностей, по которым надлежит установить сцепление. К этим поверхностям прикладываются нормальные и касательные напряжения, создаваемые специальными нагрузочными приспособлениями - гидравлическими домкратами или гидравлическими подушками (последние применяются в массивах слабых пород). При использовании указанных методов, также как и в предыдущем случае точечными испытаниями пробниками, большие погрешности в определяемые величины вносит напряжѐнное состояние массивов пород. Указнного влияния можно избежать, если испытания проводить на специальных образцах исследуемых структурных неоднородностей. Для определения предела прочности на растяжение [р] весьма удобно применять метод раскалывания клиньями, при этом клинья могут устанавливаться точно на трещину, а образцы могут представлять собой пластины или призмы. Другими словами, практически без всяких изменений здесь применима методика определения прочности на растяжение для образцовобъѐмов с высшими порядками структурных неоднородностей. Иное положение с определением сцепления, угла внутреннего трения и коэффициента трения по поверхностям структурных неоднородностей. В настоящее время наибольшее применение для определения сцепления и угла внутреннего трения находят методы испытаний специально подготовленных образцов в условиях одновременного действия сжимающих и срезающих нагрузок (схемы подобны испытаниям на срез в матрицах для образцов-объѐмов с высшими порядками структурных неоднородностей). Необходимо отметить, что помимо основных трудностей подготовки и закрепления образцов с целью обеспечения среза именно по исследуемой поверхности структурных неоднородностей, в плоскости среза создаѐтся крайне неоднородное поле напряжений, достаточно сильно проявляется эффект дилатансии (увеличение объѐма образца вседствие его разрушения в момент среза) и по мере развития среза уменьшается площадь контакта сдвигающихся поверхностей. Всѐ это способствует возникновению существенных погрешностей и большому разбросу получаемых значений [] и . В некоторой степени позволяет уменьшить возникающие погрешности методика испытаний, в основу которой положена схема кручения. При такой схеме в плоскости среза также создаѐтся неоднородное поле напряжений, однако оно поддаѐтся расчѐту и может быть учтено при вычислении []. Эффект от дилатансии здесь может быть снижен путѐм применения статической нагрузки, а площадь контакта всѐ время остаѐтся постоянной для цилиндрических или близкой к постоянной для призматических образцов. Наконец, определение коэффициента трения производится в ходе тех же испытаний после разрушения образца по поверхности структурной неоднородности в процессе дальнейшего вращения и вычисляется по формуле f = Мк / Р, где Мк - величина крутящего момента после разрушения образца по поверхности структурной неоднородности, кГ.см. Наконец, учитывая, что разрушение пород в массиве происходит по слабейшему звену и вне зависимости от прочностных характеристик других элементов, для определения прочностных характеристик структурных неоднородностей низких порядков могут применяться методы, основанные на применении маркшейдерской или стереофотограмметрической съемки площадей обрушения пород под землей или обрушений налегающей толщи на земной поверхности, обрушений и оползаний бортов карьеров и т.д. Эти методы позволяют методом обратных расчѐтов оценивать разрушающие напряжения, а по ним находить прочностные характеристики слабейшего элемента массива пород, определять характеристики сопротивления пород сдвигу для конкретного типа структурных неоднородностей, устанавливать для них значения коэффициентов структурного ослабления. 3. Особенности съемок горных выработок при подходе к опасной зоне. При ведении горных работ вблизи утвержденных границ опасных зон, у затопленных и загазированных выработок, у выработок, опасных по выбросам газа и горным ударам, удаление пунктов полигонометрических ходов от забоев подготовительных выработок допускается не более 30 м при подходе выработок на расстояние 50 м к указанным границам и 150 м при проведении выработок вдоль границы зоны. На шахтах, опасных по выбросам газа или пыли, применяют приборы во взрывобезопасном исполнении в соответствии с установленными требованиями безопасности. При проведении выработки в направлении границы опасной зоны, вдоль нее или непосредственно в опасной зоне теодолитные ходы прокладывают по мере продвигания забоя с отставанием от него не более чем на 20 м. В этих случаях координаты пунктов определяют независимо дважды. При ведении горных работ вблизи и в пределах опасных зон и при ответственных сбойках выработок - непосредственно после выполнения маркшейдерских работ, журналы измерений, вычислительную и графическую документацию проверяет главный маркшейдер организации (с обязательной отметкой). Изображения подземных горных выработок, проводимых вблизи и в пределах границ опасных зон у затопленных и загазированных выработок, выработок, опасных по внезапным выбросам газа, горным ударам, барьерных и предохранительных целиков на планах закрепляют тушью в течение суток по завершении съемки. Также в течение суток пополняют цифровую модель (электронная копия) при ее наличии. Для съемки подземных горных выработок, не опасных по газу и пыли, возможно использование электронных тахеометров и систем лазерного сканирования. При производстве маркшейдерских работ обеспечиваются полнота и точность измерений и расчетов, достаточная для безопасного ведения горных работ и охраны недр. Обязательно указываются такие границы как; • искусственные и естественные водоемы, пересохшие русла ручьев и рек, если они могут представлять опасность для горных работ, с указанием отметок уреза воды и дна русла; • утвержденные границы опасных зон у постоянно затопленных выработок и выработок опасных по выбросам газа и горным ударам, барьерных и предохранительных целиков; • места прорыва плывунов, подземных и поверхностных вод, вывалов пород, пожаров и т.д.; ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 17 1. Сведения о запасах и потерях полезных ископаемых. Запасы ПИ – массовое или объемное количество ПИ и его полезных компонентов Балансовые запасы – разработка которых экономически целесообразна и удовлетворяют промышленным кондициям. Забалансовые запасы – разработка которых экономически нецелесообразна и не удовлетворяют промышленным кондициям, вследствие малого количества, малой мощности залежи, сложных условий эксплуатации и др. • Кондиции - совокупность требований промышленности к качеству минерального сырья и горно-геологическим параметрам месторождения при оконтуривании и подсчете запасов в недрах, соблюдением которых достигается правильное разделение запасов на балансовые и забалансовые. Основные показатели кондиции 1. Минимальное промышленное содержание полезного компонента в руде подсчетных блоков 2. Бортовое содержание полезного компонента в руде краевых проб, по которому производится оконтуривание месторождения 3. Минимальная мощность и максимальная глубина залегания рудного тела 4. Минимальное значение коэффициента рудности и максимальное значение коэффициента вскрыши 5. Максимальное содержание вредных компонентов 6. Минимальные запасы полезного ископаемого *Вскрыша – горные породы, которые надо удалить при открытой разработке полезного ископаемого Потери при разработке балансовых запасов Потери – часть подсчитанных запасов ПИ не извлеченная в процессе разработки месторождения. Потери (Р) - отношение потерянных балансовых запасов (Рв) к общему количеству отработанных балансовых запасов (В): Р = (Рв / В) × 100, % Проектные, плановые, фактические Обусловлены: сложной морфологией, строением и условиями залегания рудных тел; необходимостью оставления целиков; ошибки в разведке и проектировании разработки месторождения. Разубоживание – потеря качества полезного ископаемого при добыче или снижение содержания полезного компонента в добытой руде по сравнению с содержанием его в балансовых запасах за счет прихвата пустых пород. Разубоживание (R) - отношение прихваченной массы породы Qп при отбойке и выпуске руды к добытой рудной массе R = Qп / (В – Рв + Qп) × 100, %.. 2. Основные понятия иерархически-блочной модели массива горных пород: элемент неоднородности, степень неоднородности, структурный блок, структурная неоднородность, эффективная структурная неоднородность. Характерным свойством горных пород является высокая степень их неоднородности, под которой понимают пространственную изменчивость их строения, состояния и свойств, обусловленную особенностями генезиса, историей развития и динамикой экзогенных процессов. высокая степень неоднородности наблюдается в массивах, сложенных различными горными породами. Кроме того, в массивах пород часто встречаются геологические нарушения и повсеместно развита естественная трещиноватость В результате расчленения поверхностями структурных неоднородностей различных видов массивы горных пород имеют ярко выраженную блочную структуру В свою очередь, степень распространения различных типов неоднородностей весьма различна. При этом необходимо отметить, что блочное строение характерно для любых массивов пород, однако для массивов пород, сложенных относительно слабыми осадочными породами оно выражается относительно слабее, чем для массивов прочных скальных пород. К неоднородностям нулевого порядка М.В. Рац отнѐс крупные тектонические разрывы, связанные с региональными полями тектонических напряжений, разбивающие массивы пород на блоки с линейными размерами свыше 10 км, это по своей сути региональные структурные неоднородности земной коры III - IV порядков. Далее выделяются структурные неоднородности, относящиеся собственно к массиву пород в масштабах отдельных месторождений. Неоднородности первого порядка обусловлены наличием в массиве различных по составу, структуре и текстуре пород, крупных геологических нарушений, тектонических разрывов и т. д. Эти неоднородности расчленяют массив на блоки размерами от сотен метров до километров. Более мелкие блоки размерами от десятков сантиметров до десятков метров связаны с неоднородностями второго порядка. Трещинами называют разрывы в горных породах, перемещения по которым совершенно отсутствуют или очень незначительны. Совокупность трещин, расчленяющих тот или иной участок земной коры, называют трещиноватостью. Детальный анализ развития трещиноватости массивов горных пород различных месторождений показывает, что по линейным размерам трещин и сцеплению пород на их контактах выделяются три группы трещиноватости: крупноблоковая, мелкоблоковая и микротрещиноватость. Последняя группа принадлежит к неоднородностям следующих, более мелких (третьего и четвертого) порядков. К неоднородностям третьего порядка, относятся контакты между отдельными минеральными образованиями, зернами и кристаллами. При этом размеры блоков, образуемых неоднородностями данного типа, варьируют в пределах от единиц до десятков сантиметров. Наконец, поскольку горные породы в большинстве своѐм представляют многокомпонентные поликристаллические агрегаты, выделяют четвертый порядок неоднородностей, связанный со структурными нарушениями межкристаллических областей, а также с дефектами структуры в решетках породообразующих минералов. Размеры структурных элементов в этом случае колеблются от долей миллиметра до нескольких сантиметров. Всѐ изложенное позволяет говорить об общих закономерностях структуры, характерных для верхней мантии и земной коры, и проявляющихся в едином иерархически - блочном строении, которое можно проследить от планетарных структур типа континентов до микроструктур на уровне кристаллов и отдельных минеральных зѐрен. Это чрезвычайно важное заключение позволяет с единых позиций рассматривать вопросы поведения и состояния различных объѐмов столь необычной физической среды, которой является земная кора и слагающие еѐ массивы горных пород. Детальное рассмотрение структурных особенностей массивов пород и выделение различных порядков структурных неоднородностей показывает, что массивы горных пород представляют собой специфическую, иерархично-блочную среду, которая в зависимости от конкретных условий и рассматриваемых объектов может проявлять как свойства сплошной однородной или неоднородной среды, так и свойства блочной среды, т. е. приближаться к дискретным средам. ВсяКий неоднородный объект характеризуется размерами элементов неоднородности и степенью неоднородности. Элементом неоднородности называют наибольший объѐм породы, который при данном масштабе исследований может рассматриваться «как внутренне однородный» по какому-либо признаку или по совокупности заданных признаков и отличающийся по этим признакам от смежных с ним объѐмов. Под степенью неоднородности понимается интенсивность и характер различия совокупности значений заданных признаков или одного из них в пределах исследуемой области. В частности, под «структурным блоком» будем понимать объѐм, ограниченный соседними поверхностями структурных неоднородностей одного порядка. Структурные блоки могут иметь формы параллелепипедов или более сложных многогранников и характеризуются линейными размерами рѐбер, которые представляют собой расстояния между ближайшими структурными неоднородностями одного и того же порядка. Физическую поверхность, ограничивающую структурный блок, будем называть «структурной неоднородностью», понимая под ней любой вид неоднородностей - поверхности геологических нарушений, контактов различных пород, поверхностей напластования, поверхностей трещин и т.д. При таком представлении для описания свойств и состояния массивов пород наряду с моделями сплошной среды может быть применена двухкомпонентная модель «структурный блок - структурная неоднородность». Необходимо отметить, что, в принципе, подобная модель может быть применена для массивов, сложенных любыми породами, как скальными, так и нескальными. Но в последнем случае блочная среда может быть будет менее выражена, и необходимость еѐ использования для решения практических задач с точки зрения точности получаемых результатов будет менее очевидной. Специфичность массивов горных пород как физических сред в том и проявляется, что в зависимости от решаемых задач и конкретных размеров рассматриваемых объектов или, другими словами, от соотношения размеров элементов неоднородностей и области воздействия один и тот же массив пород может выступать как сплошная среда или как блочная среда с различными параметрами структурных блоков и структурных неоднородностей, а следовательно с различными плотностными и деформационно-прочностными характеристиками. При рассмотрении любых задач геомеханики необходимо в первую очередь выяснить, какие размеры имеют интересующие области деформирования, затем, исходя из размеров деформируемых областей проанализировать структурные особенности конкретного массива пород, и установить какие виды структурных неоднородностей и в какой степени будут влиять на состояние рассматриваемых объектов. В результате должен быть выявлен вид так называемой «эффективной структурной неоднородности». Все структурные неоднородности, которые меньше «эффективной структурной неоднородности» представляют собой ультранеоднородности, которые не препятствуют рассмотрению пород как сплошной среды и оказывают лишь интегральное влияние на еѐ характеристики. Объѐм элементов ультранеоднородностей (Wyн) на 2-3 порядка меньше области воздействия (Wв) т.е. Wун . 0.01 - 0.001 Wв. Другими словами, таким образом определяются параметры модели сплошной среды для компонента «структурный блок». Сама «эффективная структурная неоднородность» обусловливает статистическое распределение любых характеристик и свойств пород массива. Соотношение её размеров с размерами области воздействия составляет Wэн . 0.1 Wв Наконец, все структурные неоднородности, размеры которых превышают размеры «эффективной структурной неоднородности» вызывают закономерную изменчивость свойств пород и должны специально учитываться в расчѐтах, они выступают как макронеоднородности по отношению к области воздействия и объѐмы этих элементов неоднородности Wмн . Wв. Вообще свойства среды, отображаемой двухкомпонентной моделью «структурный блок структурная неоднородность» принципиально могут определяться двумя путями. Один из них, интегральный, наиболее широко применяемый в настоящее время, заключается в отборе представительных проб или выборе опытных участков в зависимости от порядка (масштаба) изучаемых структурных неоднородностей) и определении для них некоторых средних, интегральных значений интересующих свойств. Т. е., другими словами, реальная среда заменяется при этом некоторой идеализированной, в которой неоднородности считаются распределенными равномерно и проявляются в снижении средних значений характеристик и повышенном коэффициенте их вариаций. Другой путь, дифференциальный, заключается в дифференцированном изучении характеристик для компонент, слагающих среду, - структурных блоков и структурных неоднородностей с последующим аналитическим учетом свойств отдельных компонент в процессах деформирования и разрушения пород. Второй путь позволяет избежать непреодолимых технических сложностей проведения крупномасштабных испытаний, особенно при изучении структурных неоднородностей низких порядков. В то же время выявляется необходимость дополнительных исследований закономерностей пространственного размещения неоднородностей, создания их классификаций, разработки метода отбора специальных образцов самих структурных неоднородностей и т. д. 3. Организация производственного контроля при производстве геологических и маркшейдерских работ. Главный маркшейдер и главный геолог организации соответственно обеспечивают: ежегодное планирование работы маркшейдерских и геологических служб в соответствии с годовым планом развития горных работ (годовой программой работ) и установленными требованиями; проведение в пределах своей компетенции проверок соответствия фактического и планового ведения горных работ, соблюдения технических проектов и технологической дисциплины, параметров горных выработок и состояния целиков, выполнения указаний работников служб; участие служб в разработке планов мероприятий по обеспечению промышленной безопасности и охраны недр и техническом расследовании причин аварий, инцидентов и несчастных случаев; приемку маркшейдерских, топографо-геодезических, землеустроительных и геологических работ, выполняемых сторонними организациями на договорной основе; передачу маркшейдерской, топографо-геодезической, землеустроительной и геологической документации соответствующим организациям, являющимся правопреемниками реорганизуемых организаций по добыче полезных ископаемых, а при ликвидации и консервации организаций - в соответствующий государственный архив субъекта Российской Федерации. Руководители маркшейдерской и геологической служб организаций осуществляют в системе производственного контроля следующие функции: доведение до руководителей участков, цехов и других подразделений организации обязательных для исполнения указаний по вопросам маркшейдерского и геологического обеспечения горных работ, а также по устранению нарушений требований законодательства о недрах, промышленной безопасности, охране недр и окружающей природной среды, проектной и технологической документации, годовых планов развития горных работ (годовых программ работ) в целях предотвращения случаев аварий и травматизма, сверхнормативных потерь полезных ископаемых, выборочной отработки богатых участков месторождений, приводящей к необоснованным потерям запасов полезных ископаемых, и недопущения других нарушений законодательных требований; внесение предложений руководителю организации по приостановке работ по строительству, реконструкции, эксплуатации, консервации или ликвидации объектов по добыче полезных ископаемых и подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых, если проведение этих работ может повлечь за собой порчу месторождений полезных ископаемых, прорыв в горные выработки воды и вредных газов, возникновение опасных деформаций горных выработок, охраняемых объектов поверхности и других аварийных ситуаций, а также в случае отступлений и нарушений требований проекта и установленных норм и правил, незамедлительно ставя об этом в известность руководителя организации и работников, ответственных за осуществление производственного контроля; браковку работ, выполненных с отступлениями от утвержденных годовых планов развития горных работ (годовых программ работ), проектной и технической документации; организацию подготовки и аттестации работников служб в области промышленной безопасности и охраны недр; внедрение в производство геологических и маркшейдерских работ новейших достижений науки и техники; доведение до сведения работников служб информации об изменении требований нормативно-технических документов в области геологического и маркшейдерского обеспечения горных работ, промышленной безопасности, охраны недр, их обеспечение нормативными документами; совершенствование организации и методов ведения геологических и маркшейдерских работ на основе широкого внедрения новейших достижений науки и техники, передового отечественного и зарубежного опыта на базе развития и освоения геофизической аппаратуры, оптико-электронной, гравиметрической техники, систем глобального позицирования, лазерных, гироскопических, инерциальных систем, геоинформационных и иных компьютерных технологий обработки геологической и маркшейдерской информации; ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 18 1. Производственные комплексы при подземной и открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Карьерный комплекc 1-2 – верхний контур карьера; 3-4 – нижний контур карьера; 5-6 – рабочий борт карьера; 1-5 и 2-6 нерабочие борта; 7нерабочие уступы; 8 - рабочие уступы; 9 – площадки уступов; 10 – откос уступа; 11 - заходки; 12 - предохранительные пл.; 13 -транспортные площадки. Угольное предприятие (шахта) - это коллектив работающих, который под единым административным и техническим руководством, используя закрепленные за ним средства производства, осуществляет добычу угля подземным способом и связанные с этим другие работы. Каждая шахта состоит из производственных подразделений - участков (цехов), хозяйств и организаций по обслуживанию работников предприятия. В зависимости от участия в процессе производства участки (цехи) делятся на две группы: промышленнопроизводственные и непроизводственные. К промышленно-производственным относятся подземные участки, цехи и хозяйственные службы на поверхности, а к непроизводственным - жилищнокоммунальный отдел, столовые, детские ясли и сады, профилактории, учебно- курсовые комбинаты, культурно-бытовые учреждения. Совокупность подразделений, организаций и хозяйств, обслуживающих работников шахты и их функциональные взаимосвязи представляет общую структуру угольного предприятия. Основным структурным подразделением шахты является участок, цех. Производственный участок (цех) - это административно обособленная часть предприятия, в которой протекает законченный процесс основного или вспомогательного производства, осуществляемый отдельным коллективом под руководством единого начальника. Производственные участки и цехи угольной шахты подразделяются на: основные, вспомогательные, обслуживающие и подсобные. Основные участки осуществляют производственный процесс по подготовке к добыче и непосредственную добычу угля, а также подготовку угля к потреблению. Это участки горно-подготовительных работ, очистных работ, сортировки, обогащения и брикетирования угля. Вспомогательные участки (цехи, мастерские) обеспечивают основному производству и шахте в целом необходимые и достаточные условия для нормальной ритмичной работы. Они осуществляют ремонт оборудования, снабжение электроэнергией, сжатым воздухом, паром, обеспечивают вентиляцию, водоотлив, ремонт горных выработок и др. Обслуживающие участки и подсобные хозяйства включают внутришахтный транспорт, погрузку угля в железнодорожные вагоны (или другие транспортные средства), угольные, материальные и лесные склады. Число структурных подразделений зависит от производственной мощности шахты, района ее расположения и горно-геологических условий залегания пластов. На некоторых шахтах имеются подсобные цехи по производству материалов для нужд основного производства: карьеры закладочных материалов, приготовление инертной пыли, цехи предметов народного потребления и др. На других шахтах эти участки и цехи централизованы и структурно включены в производственные объедини чия. Для производства капитальных работ производственная структура угольного предприятия организуется обособленный структурный отдел капитального строительства или участок капитальных работ Он не относится к эксплуатационной деятельности и финансируется за счет специальных средств, предназначенных для капитальных работ (строительства). Структура угольного предприятия приведена на рис. 1.4. Подземные производственные участки организуются по производственному принципу (по видам выполняемых работ) - очистные, горно-подготовительные, внутришахтного транспорта и другие, по территориальному принципу - горизонты, этажи, крылья. 2. Основные факторы, определяющие напряженное состояние пород вокруг выработок. Распределение напряжений вокруг выработки в упругом изотропном массиве. Напряженное состояние пород в условиях взаимного влияния выработок. Геомеханическое состояние пород вокруг выработок зависит от геологических условий, в которых пройдены выработки, и горно-технических условий их проведения и эксплуатации, называемых обычно технологическими факторами. К геологическим условиям относятся глубина разработки, структура, физико-механические свойства горных пород, мощность и угол падения залежей ПИ. Технологическими факторами являются форма, размеры, расположение горных выработок, механическая характеристика крепи, скорость подвигания и время поддержания выработок. Глубина разработки существенно влияет на напряженное состояние массива и расположенных в нем выработок. С определенной глубины участки массива становятся угрожаемыми по горным ударам и внезапным выбросам, а с еще большей глубины опасными по этим динамическим явлениям. Структура оказывает существенное влияние на характер деформирования горных пород вокруг выработок. Чем меньше размер структурных блоков, тем больше вероятность образования вывалов и заколов, вызываемых разрушением пород в форме сдвига и отрыва по контактам этих блоков или других структурных неоднородностей. Физико-механические свойства горных пород относятся к основным исходным данным, используемым при прогнозе характера поведения выработок, выборе вида и параметров крепи. В породах, обладающих способностью к проявлению значительных пластических деформаций, хрупкого разрушения пород не происходит. Мощность и угол падения залежей ПИ оказывают заметное влияние на состояние выработок в тех случаях, когда часть сечения выработки находится в ПИ, а часть - во вмещающих породах. В этом случае на контакте двух геологических сред, , могут возникать деформации сдвига и отрыва пород, существенно усложняющие проведение и поддержание выработок. Наибольший интерес для практики горного дела имеют технологические факторы, поскольку с их помощью можно управлять геомеханическими процессами в массиве горных пород, Рассмотрим эти факторы подробнее. Форма поперечного сечения выработок играет важную роль в их устойчивости. Чем меньше в сечении выработки углов и закруглений малого радиуса кривизны, тем выработка устойчивее. Повышение устойчивости выработок достигается также подбором таких сечений выработок, которые соответствуют параметрам начального поля напряжений, что осуществляется изменением высоты подъема свода и соотношения ширины и высоты выработки. Размер выработки является одним из основных параметров, определяющих ее устойчивость. Выработка считается устойчивой, если в ее кровле отсутствуют растягивающие напряжения или они значительно меньше значений, при которых в породах кровли возникают секущие трещины. Проф. Н.С. Булычев по степени устойчивости кровли подразделяет обнажения на следующие пять категорий: 1. Вполне устойчивые - вывалы и обнажения отсутствуют. 2. Устойчивые- возможны отдельные отслоения. 3. Средней устойчивости- возможно образование вывалов после длительной эксплуатации выработки. 4. Неустойчивые - вывалы образуются вскоре после обнажения. 5. Весьма неустойчивые - обрушение происходит вслед за обнажением. Расположение горных выработок оказывает влияние на их устойчивость при наличии в толще тектонических напряжений или старых и действующих горных выработок. В первом случае повышение устойчивости выработок достигается правильным выбором пространственной ориентации сечения относительно компонент начального поля напряжений и структурных неоднородностей, во втором - расположением выработок за пределами вредного влияния смежных горных работ. Расположение выработок в зонах разгрузки улучшает состояние выработок, в зонах повышенного горного давления ухудшает. Механическая характеристика крепи является основным фактором, при правильном выборе которого можно предотвратить чрезмерное развитие зоны неупругих деформаций и обрушение пород. При достаточно большой жесткости крепи она работает в режиме заданной или взаимовлияющей деформации, и горное давление возникает вследствие того, что крепь принимает прирост смещений с момента ее установки, который зависит от давления р. При малой жесткости крепи ее смещения велики, и поэтому породы зоны неупругих деформаций отслаиваются от окружающих пород, нагружая крепь собственным весом (режим заданной нагрузки). В режиме заданной или взаимовлияющей деформации давление будет тем меньше, чем меньше жесткость крепи. Этой возможностью снижения нагрузки пользуются на практике, создавая в крепи различные узлы и элементы податливости. Однако, чем меньше реакция крепи, тем больше размеры зоны неупругих деформаций, породы которой воздействуют на крепь своим весом. Таким образом, снижение жесткости крепи имеет естественный предел - оптимальную жесткость, обеспечивающую минимальное давление в данных горно-геологических условиях. При невозможности (или затруднительности) регулировки жесткости постоянной крепи давление на нее снижают, возводя крепь на достаточном расстоянии от забоя и (или) спустя достаточное время после обнажения. В период от момента образования обнажения до возведения постоянной крепи соответствующие участки выработки поддерживаются временной крепью. Влияние очистных работ приводит к увеличению смещений контура выработки. Если выработка непосредственно примыкает к лаве, например, откаточный и вентиляционный штреки, то смещения достигают половины вынимаемой мощности пласта. С целью уменьшения этого влияния применяют специальные виды крепи в сочетании с различными способами охраны горных выработок. Скорость подвигания и время поддержания выработок оказывают существенное влияние на устойчивость и состояние выработок. Увеличение скорости подвигания забоя смягчает вредное влияние горного давления. Уменьшение времени поддержания выработки, т.е. продолжительности действия нагрузки, снижает деформации вмещающих пород, поскольку установлено, что деформации горных пород, не подчиняющиеся линейному закону Гука, проявляют запаздывание в своем развитии. Напряжѐнно-деформированное состояние вокруг очистной выработки. Зоны опорного давления и разгрузки. По мере извлечения полезного ископаемого и перемещения забоя поле напряжений вокруг очистной выработки изменяется. Область массива, в пределах которой происходят эти изменения, называют зоной влияния очистной выработки. В отличие от подготовительных выработок зоны влияния вокруг очистных пространств охватывают значительно большие области массива. Нередко процессы захватывают всю толщу вышележащих пород вплоть до дневной поверхности. Значительные области массива вовлекаются в процессы деформирования также и со стороны почвы очистной выработки. По степени и характеру процессов деформирования и перемещения пород в пределах влияния очистной выработки в массиве могут быть выделены несколько различных зон: зона обрушений, зона трещин, зона плавного прогиба, зона сдвижений. С точки зрения напряженного состояния в массиве пород вокруг очистной выработки выделяют две характерные зоны: зону разгрузки и зону опорного давления (рис.). Рис. 13.1. Схема деформирования пород вокруг очистной выработки при крутом падении пласта. 1 — зона опорного давления; 2 — пласт угля; 3 — зона разгрузки; 4 — эпюры напряжений; 5 — граница области влияния выработки. Первая (зона разгрузки) характеризуется тем, что в ее пределах породы испытывают меньшие напряжения, чем существовавшие до проведения очистной выработки. Область, где напряжения превышают уровень первоначального поля напряжений, носит название зоны опорного давления и по существу представляет собой зону концентрации напряжений вокруг очистной выработки. Необходимо отметить, что поскольку границы очистной выработки все время перемещаются в пространстве, выделенные зоны также находятся в непрерывном движении, так что породы массива, претерпевая изменения состояния, постепенно переходят из одной зоны в другую. Ввиду непрерывного подвигания забоя очистной выработки в практике горного дела принято выделять временное или эксплуатационное опорное давление, возникающее вблизи перемещающихся границ очистного пространства. В противоположность этому, зону концентрации напряжений возле неподвижной границы очистной выработки называют зоной остаточного или стационарного давления. Параметры зоны опорного давления определяются многими факторами. В первую очередь, к ним следует отнести параметры начального поля напряжений, размеры и конфигурацию очистных пространств, деформационно-прочностные свойства массива вмещающих пород, а также способ воздействия на угольный пласт или рудное тело. Взаимное влияние очистных выработок при разработке обособленных и сближенных пластов и жил. В реальных условиях случаи, когда пласт или рудное тело отрабатывают одним забоем, а породы окружающего массива испытывают влияние лишь одной очистной выработки, встречаются редко. Гораздо чаще очистные работы ведут в непосредственной близости от ранее выработанных пространств, одновременно по нескольким пластам или жилам, или же на нескольких соседних участках одного и того же пласта (рудного тела). В этих случаях окружающие породы подвергаются одновременному воздействию нескольких очистных выработок, поле статических напряжений в массиве пород вокруг очистных пространств формируется в результате наложения областей влияния каждой выработки и может иметь весьма сложную структуру. Вследствие этого количественно охарактеризовать взаимное влияние очистных выработок в настоящее время весьма сложно, поэтому ограничимся рассмотрением лишь качественной стороны вопроса. Рассмотрим два наиболее характерных случая взаимного расположения очистных выработок: * очистные выработки располагаются в одной горизонтальной плоскости; * взаимовлияющие выработанные пространства находятся на различной глубине от поверхности. В первом случае в результате взаимного влияния выработанных пространств в областях массива, примыкающих к границам очистных выработок, происходит наложение зон опорного давления и породы испытывают повышенные нагрузки. Подобная ситуация, например, имеет место, когда осуществляют отработку рудного тела или пласта без оставления целиков и фронт отработки непосредственно соприкасается в плане с ранее выработанным пространством или обрушенными породами (рис.). Рис. Взаимное наложение зон опорного давления при различных схемах развития очистных работ. а - при ведении работ без оставления целиков между вновь образуемым и ранее образованным очистным пространством; б - при отработке ранее оставленных целиков; в при ступенчатой форме лавы. Стрелками показано направление движения забоев. 1 - область вне пределов зоны опорного давления; 2 - зона опорного давления протяженностью l; 3 - участки взаимного наложения зон опорного давления; 4 отработанное пространство. Наложение зон опорного давления может происходить при отработке ранее оставленных целиков, а также при ступенчатой конфигурации фронта очистных забоев (рис. б,в).. Во втором случае (когда разрабатывают свиту пластов или жил) величины деформаций пород обусловливаются прежде всего порядком и очередностью отработки отдельных пластов (жил) в свите, их мощностью, условиями залегания и способом управления горным давлением. Различают пласты независимые и сближенные. Пласты в свите считают независимыми, если разработка их возможна в любом порядке и очередности. Под сближенными понимают обычно такие пласты, одновременная разработка которых затруднена или невозможна или когда разработка одного из них осложняет дальнейшую разработку другого. В процессе подработки верхний пласт последовательно проходит через следующие стадии деформирования: а) нагрузка и уплотнение в зоне опорного давления, возникающей впереди очистного забоя нижнего пласта; б) разгрузка, опускание и разломы над породами, нависающими над выработанным пространством подрабатывающего пласта; в) повторная нагрузка и уплотнение в зоне опорного давления, возникающей позади нависающих пород (т. е. в той части выработанного пространства, где эти породы получают опору); г) частичное восстановление первоначальных напряжений в зоне полных сдвижений. При отработке верхнего пласта раньше нижнего (т. е. при надработке) последний подвергается сложному процессу нагружения и разгрузки на площади, превышающей размеры отрабатываемой площади верхнего пласта. Надработка вызывает уплотнение надрабатываемого пласта в зонах опорного давления и разрыхление его в зонах разгрузки. При расположении очистных выработок на разной глубине состояние пород в областях массива, испытывающих влияние обеих выработок, может характеризоваться как ростом действующих напряжений (при наложении зон опорного давления), так и их снижением (при расположении одной из выработок в зоне разгрузки другой выработки). Необходимо подчеркнуть при этом, что взаимное влияние даже одинаковых по размерам очистных выработок неравноценно, верхняя выработка оказывает на нижележащую, как правило, гораздо меньшее влияние, чем нижняя - на вышерасположенную. В соответствии с этим горные работы стараются чаще вести в условиях надработки пластов или жил и реже в условиях подработки. 3. Особенности построения зон повышенного горного давления на пластах опасных по горным ударам и внезапным выбросам. Горный удар - хрупкое разрушение угольного целика, краевой части пласта или боковых пород, находящихся в предельно напряженном состоянии, проявляющееся в виде отброса или выдавливания угля (породы) в горные выработки и приводящее к повреждению горной крепи, смещению машин, оборудования и нарушению технологического процесса. Опасная зона - участок недр, в пределах которого при ведении горных работ требуется осуществлять дополнительные меры безопасности, предусматриваемые, как правило, специальными проектами. Зоны, возникающие под воздействием геомеханических процессов подразделяются:-опасные по горным ударам;-опасные по внезапным выбросам угля и газа;-повышенного горного давления от целиков или краевых частей. Построение границ опасных зон производится маркшейдерской службой шахты в соответствии с методикой, изложенной в Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным ударам. Л.: ВНИМИ, 1988. Границы опасных зон по мере их образования должны быть изображены в проектах ведения горных работ в опасных зонах, на обменных и рабочих планах. Ответственным за изображение на обменных и рабочих планах горных выработок границ опасных зон и учет этих зон является главный маркшейдер шахты, шахто-строительного управления (ШСУ), а по зонам у геологических нарушений - главный геолог (геолог) шахты (ШСУ). Порядок расчета и построения защищенных, незащищенных зон и зон ПГД, определение параметров локальной выемки защитных пластов регламентируются Инструкцией по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным ударам (СПб., 1999). Главным маркшейдером шахты наносятся границы указанных на планы горных работ и на рабочие эскизы участка; представляется соответствующим службам шахты маркшейдерская документация, необходимая для составления проектов ведения горных работ; разрабатываются мероприятия по маркшейдерскому обеспечению ведения горных работ вблизи и в пределах границ зон ПГД; не позднее чем за месяц до подхода горных выработок к границам незащищенной зоны и зоны ПГД письменно в «Книге указаний и уведомлений маркшейдерской службы» уведомляется об этом технический руководитель шахты и начальник соответствующего участка, а также знакомится с содержанием этого уведомления горно-технический инспектор, закрепленный за шахтой; не позднее чем за трое суток до подхода горных выработок к границе зоны ПГД на расстояние не менее 20 м выдается начальнику участка под расписку эскиз выработок с указанием на нем границ входа и выхода из зон ПГД, а также расстояний до них от маркшейдерских пунктов или от характерных элементов горных выработок. Оценка и учет использования защитного действия пластов ведется согласно разработанным МЕРОПРИЯТИЯМ ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТАЮЩИХ. Все работы по прогнозу опасных зон и мер по предотвращению горных ударов в почве выработок организует технический руководитель - главный инженер шахты. На эксплуатационном участке должна находиться необходимая документация с нанесенными опасными зонами. В службе прогноза и борьбы с горными ударами должен быть журнал с результатами прогноза и контроля эффективности локальных мер борьбы с горными ударами в почве выработок. Горные удары на угольных пластах по силе проявления подразделяются на стреляния, микроудары, горные удары, горно-тектонические удары и удары с разрушением пород почвы. Предварительными признаками опасности возникновения горных ударов являются толчки, стреляния и микроудары при работе выемочных машин, отбойных молотков, при бурении и взрывании шпуров. Интенсивность их возрастает с ростом глубины разработки, увеличением мощности труднообрушаемой кровли и наложением нескольких зон опорного давления. Удар возникает внезапно, сопровождается резким звуком, сотрясением горного массива, образованием большого количества пыли и воздушной волной. На газоносных угольных пластах удар приводит к повышенному газовыделению, а на крутых пластах может вызвать обрушение или высыпание угля. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 19 1. Элементы и функциональная характеристика подземных горных выработок и комплексов. Подземные горные выработки: Шахтный ствол – верт. или накл. выработка, имеющая выход на земную поверхность и предназначенная для обслуживания подземных работ в пределах шахтного поля. Слепой ствол не имеет выхода на земную поверхность. Главный ствол служит для подъема на поверхность ПИ, вспомогательный – для спуска, подъема людей, оборудования, материалов, вентиляции. Шурф – верт. (редко наклонная) выработка, пройденная с поверхности и служащая для выполнения геологоразведочных и эксплуатационных работ. На действующих не глубоких рудниках шурфы используются для спуска оборудования, материалов и в качестве запасного выхода на поверхность. Восстающий – верт. горная выработка, служащая для проветривания, передвижения людей, разведки, доставки материалов и т.д. Рудоспуск – для перепуска ПИ или пустой породы (породоспуск). Штольня – гориз. горная выработка, проведенная к месторождению с поверхности и служащая для тех же целей, что и шахтный ствол. Уклон – накл. горная выработка, предназначенная для вскрытия части шахтного поля или подготовки отдельного его участка к очистной выемке, передвижения самоходной техники, людей, доставки руды и породы. Околоствольный двор – совокупность камерных выработок, пройденных в районе ствола (штольни, уклона), предназначенных для обслуживания горных работ, приема и выдачи ПИ на поверхность. Бремсберг – накл. горная выработка, не имеющая выхода на земную поверхность, оборудованная механизированным подъемом и служащая для подъема или спуска ПИ, материалов и др. Квершлаг – гориз. горная выработка, пройденная по пустым породам вкрест простирания рудной залежи. Штрек – гориз. горная выработка, пройденная по простиранию залежи (по руде – рудный, по породе – полевой). В зависимости от назначения, штреки бывают откаточные (доставочные), вентиляционные, закладочные, этажные и подэтажные. Орт – гор. горная выработка, пройденная вкрест простирания рудной залежи, предназначена для доставки руды, людей, материалов и проветривания рабочих забоев. 1 – вертикальный ствол; 2 – слепой ствол; 3 – штольня; 4 – квершлаг; 5 – рудный штрек; 6 – полевой штрек; 7 – орт; 8 – рудоспуск; 9 – восстающий; 10 – шурф; 11 – зумпф. Околоствольный двор (ОД) представляет собой совокупность горных капитальных выработок, соединяющих ствол рудника с главными откаточными и вентиляционными выработками. Основное назначение ОД – прием грузов (руды, породы) и перегрузка их в подъемные сосуды, прием материалов и оборудования, а также для вентиляции и перемещения людей. По типу транспортных средств ОД делятся на локомотивные, конвейерные и автотранспортные. По схеме движения грузопотоков различают ОД круговые, петлевые, челноковые и тупиковые (рис. 12). Рис. Типы околоствольных дворов. а, б – круговой; в – петлевой. 1 – скиповой ствол; 2 – клетьевой ствол; 3 – главная откаточная выработка; 4, 5 – пункты разгрузки. По типу подъема и подъемного оборудования ОД подразделяются на клетьевые, скиповые, конвейерные и автотранспортные. Кроме протяженных транспортных выработок, в районе ОД предусматривается сооружение специальных камер: водоотлива, центральной подземной подстанции, противопожарного оборудования, электровозного и вагонного депо, медпункта, комплекса подземного дробления и др. 2. Основные принципы выбора способа управления горным давлением при ведении очистных работ. Особое внимание при выборе способа управления горным давлением в очистных выработках уделяют поведению пород в пределах призабойного пространства. При этом учитывают способность пород кровли к обрушению, высоту зоны обрушения, размеры и длительность сохранения устойчивых обнажений, свойства пород почвы (прочность, способность к пучению, сопротивляемость вдавливанию в нее стоек крепи и др.), применяемые системы разработки и виды крепи, скорость подвигания очистных забоев, количество и степень выбросоопасности разрабатываемых пластов, расстояние между ними, сроки и порядок их отработки, наличие на земной поверхности объектов, подлежащих защите от влияния горных работ, оснащенность забоев машинами и механизмами, их габаритные размеры и т. д. Степень значимости каждого из перечисленных факторов часто зависит от конкретных условий: второстепенные факторы в одних условиях могут оказаться определяющими, и, наоборот, определяющие факторы в других условиях могут оказаться второстепенными. Так, при отработке запасов полезного ископаемого под ответственными сооружениями, плотно застроенными территориями, крупными водными объектами нередко приходится применять системы разработки с закладкой выработанного пространства, тогда как по прочим факторам было бы вполне возможно применить в этих условиях другие, более производительные и экономичные системы разработки и способы управления горным давлением. При отработке защитных пластов, наоборот, предпочтительнее полное обрушение кровли, так как при этом способе управления горным давлением достигается наибольшая разгрузка пластов, опасных по выбросам угля и газа. Наибольшее распространение при разработке угольных и ряда рудных месторождений получил способ управления горным давлением, носящий название полное обрушение кровли. Применение этого способа позволяет перенести обрушение пород за пределы призабойного пространства. Осуществляют его периодическими обрушениями (посадками) кровли путем выбивки или передвижения крепи, установленной на определенном расстоянии от забоя. Для регулирования обрушения основной кровли применяют специальную крепь, выдерживающую большую нагрузку, чем обычная призабойная крепь. В качестве специальной крепи используют органные стенки, металлические костры, кусты из деревянных или металлических стоек, посадочные элементы механизированных крепей и т. д. Способ частичного обрушения кровли менее эффективен, чем полного обрушения, и потому его применяют в настоящее время редко. При этом способе управления горным давлением обрушение кровли производят между бутовыми полосами, возводимыми в выработанном пространстве параллельно простиранию пласта. Частичная закладка выработанного пространства является эффективным способом управления горным давлением в условиях резкого изменения мощности пласта, очень слабой почвы, весьма прочных или, наоборот, весьма слабых пород непосредственной кровли, т. е. преимущественно в условиях, когда процесс обрушения является труднорегулируемым. Это достигают путем возведения бутовых полос по простиранию пласта. При разработке пластов мощностью до 1 м и тонких жил, в непосредственной кровле которых залегают породы, обладающие способностью прогибаться без видимых нарушений сплошности, целесообразно управлять горным давлением способом плавного опускания (особенно, если почва пласта склонна к пучению) Это один из наиболее простых и экономичных способов К числу самых дорогостоящих способов управления горным давлением относится полная закладка выработанного пространства. Применяется в случаях, когда другие способы не обеспечивают безопасности работ, технически неосуществимы или не отвечают дополнительным требованиям, предъявляемым к горным работам в рассматриваемых конкретных условиях. Такие требования могут возникнуть при послойной отработке пластов и рудных тел, при отработке мощных сближенных пластов или рудных тел в восходящем порядке, при необходимости сохранить вышележащие горные выработки или ответственные сооружения, расположенные на земной поверхности, и в других случаях. В частности, целесообразно отрабатывать с полной закладкой выработанного пространства мощные крутопадающие пласты угля, склонного к самовозгоранию. В условиях разработки маломощных угольных пластов крутого падения значительное распространение получил способ удержания призабойного пространства на кострах. При этом способе управления горным давлением в условиях пластичных пород преобладают явления плавного опускания кровли, а в условиях прочных пород—процессы обрушения. 3. Расчет и построение границы безопасного ведения горных работ у затопленных выработок. Опасные по прорывам воды зоны устанавливают у затопленных выработок, пройденных по угольным пластам или по вмещающим породам, у затопленных шахтных стволов, шурфов и скважин, у разрывных тектонических нарушений, пересекающих затопленные выработки, а также в толщах, залегающих под и над затопленными выработками. Параметры между шахтных целиков также следует оценивать по условиям предотвращения прорыва через них шахтных вод. Горные и буровые работы в опасных по прорывам воды зонах можно вести только с выполнением инженерных мероприятий, которые обеспечивают их безопасность. Контуры затопленных выработок могут быть достоверными и недостоверными. Контур можно считать достоверным, если он зафиксирован в горной графической документации по результатам маркшейдерских съемок, выполненных после остановки забоев выработок с соблюдением требований инструкции по производству маркшейдерских работ; правильность нанесения контура выработок может быть проверена по материалам этих съемок. Если эти условия не соблюдаются, то контур затопленных выработок следует считать недостоверным. Ширину опасных по прорыву воды зон (барьерных целиков) у затопленных выработок с достоверным контуром, пройденных в одиночных пластах мощностью до 3,5 м при углах падения a ≤ 30°, следует определять по формуле: d = 0,05 H + 5 m + Δl где d - ширина опасной зоны (барьерного целика) по пласту при отсутствии в ней тектонических нарушений, м; Н - расстояние по вертикали от земной поверхности до пласта в опасной зоне, м; m - вынимаемая мощность пласта, м; Δl - погрешность положения затопленной выработки (определяется маркшейдером шахты. Ширину опасной зоны принимают равной 20 м, если по формуле (1) она получилась менее 20 м. При давлении воды в затопленной выработке менее 0,1 МПа (1 кгс/см2) ширину барьерного целика принимают равной 20 м. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 20 1. Технология разработки месторождений полезных ископаемых открытым способом. Открытый способ разработки ПИ является наиболее перспективным в технологическом, экономическом отношениях, благодаря развитой индустриальной базе и значительным запасам ПИ, расположенных близко к дневной поверхности. Этим способом в настоящее время добывается примерно ¾ общего объѐма твердого минерального сырья, потребляемого народным хозяйством страны. Прогрессивный открытый способ разработки месторождений ПИ получает развитие при значительном улучшении экономических показателей на основе совершенствования техники, технологии и организации горного производства, внедрения передового отечественного и зарубежного опыта, природоохранных и ресурсосберегающих технологий. Основные понятия и определения Карьер – выемка в земной коре, ограниченная искусственно созданной поверхностью, являющаяся результатом работ по добыче ПИ открытым способом. В практике открытой разработки угольных и россыпных месторождений термин карьер принято заменять соответственно терминами разрез и прииск. Вскрыша – выемка пород, покрывающих ПИ, для обеспечения к нему полного доступа. Вскрыша осуществляется горизонтальными или слабонаклонными слоями, при этом боковая поверхность карьера приобретает уступную форму. для вскрыши чаще всего применяются экскаваторный или гидравлический способы. Уступ – часть боковой поверхности карьера, имеющая форму ступени. Рисунок 1 – основные элементы уступа: 1 – верхняя площадка уступа. 2 – нижняя площадка уступа. 3 – откос уступа. 4 – верхняя бровка уступа. 5 – нижняя бровка уступа. 6 – забой уступа. h – высота уступа. а - угол откоса уступа. Рабочая площадка уступа – площадка уступа, на которой размещается основное оборудование для его отработки Ширина рабочей площадки уступа превышает его высоту в 2 –4 раза. Берма – площадка, на которой работа не производится. Различают предохранительные и транспортные (соединительные) бермы. Откос уступа - наклонная поверхность, ограничивающая уступ со стороны выработанного пространства. Угол откоса – угол, образуемый плоскостью уступа и горизонтальной плоскостью. Забой уступа – часть уступа, служащая объектом воздействия горного оборудования. Особенности открытого способа: • необходимость удаления из карьера значительных объемов вкрышных пород, затраты на разработку которых составляют основную часть общих затрат на добычу полезного ископаемого; • необходимость соблюдения определенного порядка отработки слоев – выемку нижних слоев можно начинать только после отработки (выемки) вышележащих слоев; • неограниченная возможность использования крупногабаритного высокопроизводительного специального горного оборудования, обеспечивающего комплексную механизацию и автоматизацию всех производственных процессов. Преимущества открытого способа: • возможность обеспечения высокого уровня автоматизации и механизации горных работ; • высокая производительность труда; • низкая себестоимость полезного ископаемого; • более безопасные условия труда; • более полное извлечение полезного ископаемого; • меньшие капитальные затраты. Недостатки открытого способа: • зависимость некоторых параметров технологии от климатических условий; • значительный экологический ущерб при ведении горных работ. Основные показатели открытых горных работ: • годовая производительность карьера по полезному ископаемому и вскрыше; • коэффициент вскрыши; • месячная производительность труда рабочего по полезному ископаемому; • затраты на 1 м3 вскрыши; • производственная и полная себестоимость полезного ископаемого; • капитальные затраты на 1т (1 м3) полезного ископаемого; • годовая прибыль и рентабельность карьера. 2. Основные принципы определения размеров устойчивых целиков и обнажений пород в очистных выработках. На основе общих представлений механики устойчивость какой-либо системы может быть охарактеризована условиями, обеспечивающими сохранение ее состояния в течение заданного времени. Применительно к горным выработкам устойчивость можно определить как способность сохранения, во-первых, формы и, во-вторых, размеров выработки, обеспечивающих ее эксплуатацию в течение необходимого периода. Для каждого сочетания горно-геологических условий существуют определенные (критические) размеры обнажений пород в выработках, при превышении которых выработки приходят в неустойчивое состояние и их эксплуатация становится небезопасной. С целью регулирования размеров обнажений пород в выработанных пространствах часто оставляют целики, т. е. нетронутые участки рудного тела, пласта или вмещающих пород. При этом в зависимости от применяемой технологии целики или извлекают после отработки основной части полезного ископаемого, или же оставляют в недрах, что, естественно, приводит к увеличению потерь полезных ископаемых. Извлечение целиков, как правило, сопровождается трудностями в организации и обеспечении работ, а иногда требует применения специфических систем разработки. Назначением целиков является предотвращение развития недопустимых деформаций в массиве окружающих пород и предотвращение увеличения размеров зон разрушения. В зависимости от того, для охраны каких объектов они предназначены и каковы сроки их существования, целики подразделяют на несколько видов. Целики, предназначенные для охраны сооружений поверхностного комплекса шахт и рудников от вредного влияния очистных работ, называют предохранительными, срок их службы составляет обычно несколько десятилетий и часто совпадает с общим сроком эксплуатации горнорудного предприятия. Для охраны капитальных вскрывающих выработок (стволов, штолен, штреков или квершлагов) оставляют соответствующие охранные целики (околоствольные, околоштольневые и т. д.). Срок их службы также весьма длителен и, как и в первом случае, может достигать нескольких десятков лет. Для поддержания очистных пространств, предохранения подготовительных выработок, а также для исключения влияния очистных работ на соседних участках оставляют временные целики. Это наиболее массовый вид целиков, срок их существования обычно составляет несколько лет, т. е. соизмерим с периодом отработки отдельных участков, блоков или камер. В случаях, если оставляют целики излишне больших размеров, это приводит к неоправданным потерям, если же размеры целиков недостаточны, то происходит их разрушение, которое влечет за собой перераспределение напряжений в окружающем массиве пород, часто в обширных областях. При этом разрушение целиков на одном участке может вызвать лавинообразное разрушение целиков на соседних участках. Все многообразие пространственных схем расположения целиков, встречающихся при разработке пластовых и рудных месторождений, может быть сведено к следующим основным случаям: а) неограниченная периодическая последовательность одинаковых по своим размерам и формам междукамерных, околоштрековых и других целиков; б) неограниченная периодическая последовательность целиков различных размеров и формы; в) бессистемное расположение целиков различных размеров и конфигурации; г) одиночные целики различных параметров. При этом по конфигурации горизонтальных сечений различают целики ленточные и столбчатые (рис.). С точки зрения геомеханики условия работы этих целиков различны: * - ленточные целики находятся в условиях плоской деформации; * - столбчатые целики - в условиях одноосного напряжѐнного состояния. Рис.. Схемы поддержания очистных пространств с помощью ленточных (а) и столбчатых (б) целиков. Поскольку выработанное пространство и целики образуют единую систему в массиве горных пород, их оптимальные параметры во всех случаях должны быть взаимосвязаны и взаимообусловленыПоэтому для обоснованного определения оптимальных параметров систем разработки, в том числе размеров очистных выработок и целиков, в общем случае необходимо рассматривать напряженно-деформированное состояние всей системы дневная поверхность — толща вышележащих пород —кровля очистной выработки—целик — почва очистной выработки. наилучшим способом исследования подобных систем являются аналитические методы и методы математического моделирования. При этом возможна оценка как состояния всей системы в целом, так и отдельных еѐ элементов, практически, с любой степенью детальности. Однако в практике горных работ весьма часто возникают потребности оценить состояние и выбрать оптимальные параметры каких-либо локальных элементов, не прибегая к исследованию всей указанной взаимосвязанной системы. Для подобных случаев весьма широко применяется подход, когда в каждом конкретном случае стремятся выявить наиболее слабое звено— лимитирующий элемент, устойчивое состояние которого предопределяет состояние всех остальных звеньев, и исходя из параметров этого элемента устанавливают остальные параметры элементов всей системы разработки. Часто подобными лимитирующими элементами является кровля камер или целики, реже — почва выработок. Для последнего случая характерны явления вдавливания целиков в почву, в результате чего происходили завалы выработок на больших площадях. Лимитирующим элементом может быть вышележащая толща пород. Это характерно для условий применения комбинированных систем разработки рудных тел открытым и подземным способом, а также для условий добычи легкорастворимых полезных ископаемых (например, солей) и при ведении горных работ под водоемами, когда необходимо обеспечивать устойчивость пород во избежание трещин, провалов, прорывов воды и пр. Наконец, лимитирующим элементом может являться и дневная поверхность в случаях, когда необходимо обеспечить устойчивость наземных зданий и сооружений. Большое влияние на характер деформирования отдельных элементов и в целом всей указанной системы оказывают соотношения деформационно-прочностных свойств пород, слагающих целики, кровлю и почву очистных выработок, а также вышележащую толщу. Весьма существенны также характер и свойства контактов целиков с кровлей и почвой выработок. Для расчета оптимальных параметров очистных выработок и целиков необходимо: а) установить характеристики нагрузок (величины напряжений в массиве пород), действующих на элементы системы разработки, размеры которых подлежат определению; б) на основании характеристик напряженно-деформированного состояния и сравнения их с деформационно-прочностными параметрами пород, слагающих кровлю и целики, оценить несущую способность и устойчивость этих элементов. Первый пункт указанной последовательности операций может быть выполнен с привлечением различных методов (теоретических и экспериментальных), о которых речь шла выше. Он является необходимым при оценке несущей способности целиков и обнажений пород, но принципиальных отличий от методов определения напряженного состояния массива пород вокруг выработок не имеет. Второй пункт составляет сущность расчета оптимальных параметров целиков и обнажений пород в очистных выработках. Он в обязательном порядке включает проверку указанных элементов систем разработки на прочность и устойчивость. 3. Роль маркшейдерской службы в обеспечении эффективности и безопасности ведения горных работ. Важными задачами, решаемыми маркшейдерской наукой, являются изучение пространственных форм месторождений, залегающих в недрах, и изображение их на специальных горно-геометрических графиках; определение оптимальных режимов добычи полезного ископаемого для получения конечного продукта с необходимым наперед заданным содержанием полезных и вредных компонентов. Фундаментальное направление в маркшейдерской науке связано с изучением особенностей протекания механических процессов в массивах горных пород и в элементах систем разработки при извлечении ПИ (горнаягеомеханика). Маркшейдер участвует во всех этапах работы горного предприятия, начиная с разведки месторождений и кончая ликвидацией предприятия. Причем каждый этап требует своей специфики производства маркшейдерских работ. Разведка месторождений ПИ. При разведке маркшейдер участвует в съемке земной поверхности; согласно проекту геологоразведочных работ определяет и задает в натуре положение разведочных выработок (шурфов, канав, штолен и т. п.); производит съемку разведочных выработок, мест взятия проб, обнажений горных выработок, элементов залегания пластов ПИ и вмещающих пород; совместно с геологом составляет на основе съемок графическую документацию, отражающую форму и условия залегания месторождения. Существенное значение для оценки месторождений имеют работы маркшейдеров по составлению различных горногеометрических графиков, отражающих качественные свойства полезного ископаемого. Маркшейдерские планы и разрезы, построенные по данным геологической разведки, используются для подсчета запасов и проектирования горного предприятия. Проектирование и строительство горного предприятия. При проектировании горных предприятий маркшейдер участвует в проектно-изыскательских работах: в оформлении границ шахтных полей в соответствии с действующими положениями о горных и земельных отводах; в проектировании системы разработки и сооружений на поверхности; в разработке мер охраны сооружений (поверхностных и под земных) от вредного влияния подземных разработок; в составлении графиков организации и планов горных работ в процессе строительства и эксплуатации месторождения; в подсчете потерь и промышленных запасов полезных ископаемых. При строительстве горных предприятий маркшейдер выполняет широкий круг задач, связанных с перенесением проекта в натуру (планировка промышленной площадки, разбивка центра и осей ствола, разбивка осей шахтного комплекса, трассировка подъездных путей и т.д.). Он осуществляет контроль строительства подъемного комплекса, проходки и армирования ствола и проведения капитальных выработок, выполнения проекта специальных методов строительства стволов шахт. Эксплуатация месторождения :маркшейдер производит съемки выработок; задает направления горным выработкам; по результатам съемок составляет планы; осуществляет контроль ведения горных работ в соответствии с проектами и правилами безопасности; выполняет соединительные съемки, обеспечивающие связь поверхностных и подземных маркшейдерских опорных сетей; производит постоянный контроль полноты извлечения полезного ископаемого; осуществляет наблюдения за сдвижением и давлением горных пород; участвует в составлении мер охраны сооружений, природных объектов, горных выработок от вредного влияния подземных разработок и реализует направления рекультивации нарушенных горными работами земель, принимает участие в планировании как очистных, так и подготовительных работ, составляет квартальные, годовые и перспективные планы развития горных работ; предоставляет данные объемов добычи и потерь для учета движения балансовых запасов. При ликвидации и консервации горного предприятия маркшейдер определяет полноту выемки ПИ, а также наряду со съемкой горных выработок и пополнением планов горных работ готовит журналы вычислений подземных съемок и ориентировок шахт для передачи на хранение в архив. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 21 1. Природа образования полезных ископаемых. ПИ – природные минеральные вещества, которые с достаточным экономическим эффектом могут быть использованы для промышленной переработки. П.и. бывают твердые, жидкие и газообразные. Группы п.и. по направлениям использования: Руды (черных, цветных и редких металлов); Горючие п.и. (газ, нефть, уголь и др.); Химическое сырье (калийные соли, фосфориты и др.); Строительные материалы (гранит, мрамор, глина, песок и др.) Драгоценные камни, огнеупоры, пъезокварц, слюда и др. ЭКЗОГЕННЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ, гипергенные месторождения, седимектогенные месторождения, — залежи полезных ископаемых, связанные с древними и современными геохимическими процессами Земли. Образуются на поверхности Земли в еѐ тонкой верхней части, включающей горизонты грунтовых и частично пластовых подземных вод, на дне болот, озѐр, рек, морей и океанов. Экз. месторождения формируются в результате механического и биохимического преобразования и дифференциации минеральных веществ эндогенного происхождения. Среди экзогенных месторождений различают 4 генетических группы: остаточные (формируются вследствие выноса растворимых минеральных соединений из зоны выветривания и накопления труднорастворимого минерального остатка образующего руды железа, никеля, марганца, алюминия), инфильтрационные(возникают при осаждении из подземных вод поверхностного происхождения растворѐнных в них минеральных веществ с образованием залежей руд урана, меди, серебра, золота, самородной серы) , россыпные(создаются при накоплении в рыхлых отложениях на дне рек и морских побережий тяжѐлых и прочных ценных минералов, к числу которых принадлежат золото, платина, минералы титана, вольфрама, олова) и осадочные( образуются в процессе осадконакопления на дне морских и континентальных водоѐмов, формирующего залежи угля, горючих сланцев, нефти, горючего газа, солей, фосфоритов, руд железа, марганца, бокситов, урана, меди, а также строительных материалов (гравий, песок, глина, известняк, цементное сырьѐ). Экзогенные месторождения имеют крупное промышленное значение. уголь (бурый, каменный, антрацит); горючие сланцы, торф, нефть и др.); калийные соли (Соликамск), натриевые соли (Соль-Илецк), мраморы, известняки, (Искитим), глины (кирпичные и керамические, Евсино), песок строительный (р. Обь), ангидрит (гипс, Норильск рудник «Ангидрит» подземная добыча). ЭНДОГЕННЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ, гипогенные месторождения, магматогенные месторождения, — ПИ, связанные с геохимическими процессами глубинных частей Земли. Формируются из магматических расплавов или из газовых и жидких горячих минерализованных растворов среди глубинных геологических структур в обстановке высоких давлений и температур. Среди эндогенных месторождений выделяется 5 главных генетических групп:1). Магматические месторождения образуются при застывании расплавов с обособлением руд хрома,титана, ванадия, железа, платины, меди, никеля, редких металлов, а также апатита и алмазов. 2) Пегматитовые месторождения представляют собой раскристаллизовавшиеся отщепления конечных продуктов остывающей магмы, используемых в качестве керамического сырья и для добычи слюд, драгоценных камней и редких металлов.3) Карбонатитовые месторождения ассоциируют сультраосновными щелочными магматическими породами, среди которых накапливаются карбонатные минералы и находящиеся среди них руды меди, ниобия, апатити флогопит. 4) Скарновые месторождения возникают под воздействием горячих минерализованных паров, у контакта с магматической массой, создающих залежи руд железа, меди, вольфрама, молибдена, свинца, кобальта, золота, бора и др. 5) Гидротермальные месторождения состоят из руд цветных, благородных и радиоактивных металлов, представляющих собой осадки, циркулирующих на глубине горячих минерализованных водных растворов. граниты (карьер Борок, карьер Мочище, карьеры ОАО «Искитим мрамор гранит») строительный щебень, каменные блоки, плитка гранитная, бутовый камень. Месторождение – естественное скопление в земной коре п.и. содержащего полезные компоненты в количестве и качестве достаточном для промышленного извлечения при современном состоянии технологии, техники и экономики. Месторождением ПИназывается его природное скопление в виде геологических тел в земной коре. По условиям залегания, количеству и качеству минерального сырья при данном состоянии экономики и техники может служить объектом промышленной разработки. Совокупность требований, которые предъявляет промышленность к месторождениям полезных ископаемых (это техническая возможность и экономическая целесообразность их разработки) называется кондициями. Площади распространения полезных ископаемых (п/и) в порядке их уменьшения разделяются на провинции, области (пояса, бассейны, районы (узлы, поля, месторождения, тела. 2. Петрографические особенности горных пород. Плотностные свойства. Прочностные свойства. Деформационные свойства. Коэффициент пластичности и коэффициента хрупкости. Ползучесть, релаксация. Горные породы представляют собой минеральные агрегаты, составленные чаще всего из нескольких минералов (полиминеральные) и реже из одного (мономинеральные), например соли. Несмотря на огромное многообразие природных минералов, в формировании механических свойств горных пород существенную роль играют наиболее распространенные в земной коре так называемые породообразующие минералы, которых насчитывается немногим более двадцати. Если расположить их в порядке убывания прочности и увеличения деформируемости, можно выделить четыре группы породообразующих минералов: 1.кварцевые; 2.силикатные;3.карбонатные и глинистые; 4.легкорастворимые. Соответственно горные породы, составленные из этих минералов, будут обладать различными механическими свойствами: наибольшей прочностью и наименьшей деформируемостью будут обладать горные породы, составленные из кварцевых минералов, например кварциты, кремнистые песчаники. Помимо минерального состава, механические свойства горных пород существенно зависят от их строения, важнейшими признаками которого являются структура и текстура горных пород. Под структурой понимается степень кристаллизации пород, размеры, форма минеральных зерен и характер связей между ними. По степени кристаллизации пород можно выделить структуры: -полнокристаллические, -неполнокристаллические, -стекловатые, -порфировые, обломочные. Прочность пород обычно уменьшается с увеличением степени кристаллизации. По размерам минеральных зерен выделяются структуры от гигантозернистых с размерами зерен свыше 100 мм до мелкозернистых с размерами зерен до 1 мм. Мелкозернистые структуры обладают более высокой прочностью и меньшей деформируемостью. Существенную роль при формировании механических свойств пород играет характер структурных связей между минеральными составляющими и в первую очередь состав цементирующего вещества, который целесообразно привести в порядке убывания его прочностных свойств: -кремнистый, -железистый, -известковистый, -глинистый и т. д. Под текстурой понимается взаимное расположение структурно-однотипных частей породы. Текстура породы может быть упорядоченной и неупорядоченной. Упорядоченная текстура формирует анизотропию механических свойств пород. Породы неупорядоченной текстуры можно рассматривать как квазиизотропные или почти изотропные, т. е. с показателями механических свойств. Плотностные свойства горных пород проявляются в результате действия гравитационного поля Земли. Их можно подразделить на две группы: гравитационные и структурные. К гравитационным свойствам относят удельный 0 и объемный вес пород, к структурным — их удельную массу 0, плотность (объемную массу) , общую П и открытую пористость П0, коэффициент пористости Кп. Удельный вес—это вес единицы объема твердой фазы породы, т. е. 0 = GT/VT где GT и VT—вес и объем твердой фазы образца. Значения удельного веса горных пород колеблются обычно в пределах 2,5—5,0 гс/см3. Объемным весом - отношение веса основных агрегатных фаз породы (твердой, жидкой и газообразной) к объему, занимаемому этими фазами: = G/V, где G —вес агрегатных фаз породы; V—объем, занимаемый этими фазами. Объемный вес — зависит от их состава и структуры. Он всегда меньше удельного веса и лишь для весьма плотных пород может приближаться к нему. Удельная масса — это отношение массы твердой фазы горной породы к объему твердой фазы: 0 = mT/VT, где mT и VT — масса и объем твердой фазы образца. Плотность (объемная масса) горной породы определяется как масса единицы ее объема (твердой, жидкой и газообразной фаз, входящих в состав породы), т. е. = m/V, где m—масса всех агрегатных фаз породы; V—объем, занимаемый этими фазами. В отличие от удельного и объемного весов плотность является параметром вещества в строгом физическом смысле. Наибольшую плотность имеют массивно-кристаллические изверженные породы, наименьшую — осадочные и некоторые эффузивные (вулканические туфы,). Под пористостью горной породы понимают суммарный относительный объем содержащихся в ней пустот (пор). Суммарный относительный объем открытых (сообщающихся) пор характеризует открытую пористость По горной породы. Суммарный относительный объем закрытых (замкнутых) пустот называют закрытой или изолированной пористостью Пи. Пористость, которая определяет движение в породе жидкостей и газов, называют эффективной пористостью Пэ. Общая пористость П определяется совокупностью закрытых и открытых пор. Отношение объема пор к объему минерального скелета называют коэффициентом пористости КП. Поры по размеру разделяют на три класса: сверхкапиллярные (более 0,1 мм), капиллярные (0,002— 0,1 мм) и субкапиллярные (менее 0,0002 мм). Обычно пористость выражают в процентах, относя объем пор v к полному объему породы V: П = (v / V)100%. Прочностные свойства определяют способность пород сопротивляться разрушению под действием приложенных механических напряжений. Они характеризуются пределами прочности при сжатии и растяжении, сцеплением и углом внутреннего трения. Пределом прочности [] называют максимальное значение напряжения, которое выдерживает образец до разрушения: [] = P / F где Р—разрушающая нагрузка; F—площадь, на которую действует приложенная нагрузка. Предел прочности при одноосном сжатии образцов горных пород или, прочность на сжатие [сж] — наиболее широко определяемая характеристика прочности пород. Её наивысшие значения для горных пород достигают 5000 кгс/см2, минимальные значения измеряются десятками и даже единицами килограмм-сил на квадратный сантиметр. Прочность на сжатие пород даже одного петрографического наименования в зависимости от состава и структуры может колебаться в весьма больших пределах. Обычно прочность пород на сжатие тем выше, чем выше их плотность. Прочность на растяжение [р] горных пород значительно ниже их прочности на сжатие. Это одна из наиболее характерных особенностей горных пород, определяющих их поведение в поле механических сил. Горные породы плохо сопротивляются растягивающим усилиям, появление которых в тех или иных участках массива пород при разработке служит критерием опасности обрушений пород и разрушения горных выработок. Отношение [р/cж] весьма показательно для сравнительной характеристики различных пород и колеблется в пределах 1/5—1/80, чаще же всего в пределах 1/15—1/40. Верхний предел 1/5 соответствует глинистым породам, нижний — наиболее хрупким породам (гранитам, песчаникам и др.). Прочность на срез (сдвиг) охарактеризована двумя функционально связанными параметрами: сцеплением и углом внутреннего трения породы. Эту функциональную связь выражают уравнением Кулона—Мора:n = n tg + 0, где n —нормальное напряжение при срезе; —угол внутреннего трения; 0—сцепление. Сцепление [0] характеризует предельное сопротивление срезу по площадке, на которой отсутствует нормальное давление, т. е. нет сопротивления срезающим усилиям за счет внутреннего трения. Угол внутреннего трения или коэффициент внутреннего трения tg характеризует интенсивность роста срезающих напряжений с возрастанием нормальных напряжений, т. е. представляет собой коэффициент пропорциональности между приращениями касательных dn и нормальных dn напряжений при срезе: tg dn d n Значение сцепления горных пород меняется в пределах от десятых долей до сотен килограмм-сил на квадратный сантиметр, угол внутреннего трения—от 10—15 для некоторых глин до 35—60° для прочных массивно-кристаллических и метаморфических пород . Для изучения деформационных свойств горных пород обычно строят кривую деформирования в координатных осях « - », при этом от начальной точки до некоторого значения напряжений, называемого пределом упругости, наблюдается упругое деформирование горных пород, деформации носят чисто упругий характер и исчезают после снятия нагрузки. Упругие свойства горных пород характеризуются модулем упругости Е при одноосном напряженном состоянии (модулем продольной упругости или иначе модулем Юнга), модулем сдвига G, модулем объемной упругости К и коэффициентом поперечных деформаций v (коэффициентом Пуассона). Модуль упругости Е представляет собой отношение нормального напряжения n к относительной линейной деформации образца l = l/l в направлении действия приложенной нагрузки:Е=n /l Модуль сдвига G — отношение касательного напряжения к относительному сдвигу : G = / . Относительный сдвиг именуют иногда угловой деформацией. Он характеризует изменение формы деформируемого тела и выражается зависимостью , 2 2 где —угол наклона каждого прямоугольного элемента тела после деформирования. Модуль объемной упругости К, или модуль всестороннего сжатия, равен отношению равномерного всестороннего напряжения к относительному упругому изменению объема образца: K = v / (V/V), где V / V — относительное изменение объема. Коэффициент поперечных деформаций v, или коэффициент Пуассона, является мерой пропорциональности между относительными деформациями в направлении, перпендикулярном к вектору приложенной нагрузки и параллельном ему: d d l l Перечисленные характеристики упругих свойств пород связаны между собой следующими соотношениями: G 2(1 ) E K 3(1 2) ; E . С ростом плотности пород модули их упругости, как правило, возрастают. Модули упругости слоистых пород в направлении слоистости выше, чем перпендикулярно к слоистости . Коэффициенты поперечных деформаций v горных пород теоретически могут изменяться в пределах от 0 до 0,5. Для большинства пород они колеблются в интервале значений от 0,15 до 0,35. За пределом упругости происходит пластическое деформирование с образованием необратимых остаточных деформаций. Для характеристики этого процесса применяют более общий показатель— модуль деформации, представляющий собой отношение приращений напряжений к соответствующему приращению вызываемых ими деформаций. Пластические свойства охарактеризованы коэффициентом пластичности, для вычисления которого предложено несколько подходов. Один из них, заключается в определении коэффициента пластичности как отношения полной деформации до предела прочности материала к чисто упругой деформации, т. е. до предела упругости: П = ЕП /ЕУ, где EП — полная деформация, соответствующая моменту разрушения материала; Еу— упругая деформация. Альтернативным показателем по отношению к коэффициенту пластичности является коэффициент хрупкости, отражающий способность горных пород разрушаться без проявления необратимых (остаточных) деформаций. Он может быть приближенно охарактеризован соотношением [р] /[сж] или по формуле Kxp = Wy / Wp, где Wy—работа, затраченная на деформирование породы до предела упругости; Wp—общая работа на разрушение. Проявление хрупкости горных пород зависит от режима приложения нагрузок. Динамические, ударные нагрузки приводят породы к хрупкому разрушению, тогда как длительное приложение даже сравнительно небольших нагрузок может вызывать пластические деформации. Реологические свойства характеризуют изменение (рост) во времени деформаций в горных породах при постоянном напряжении (явление ползучести), либо ослабление (уменьшение) напряжений при постоянной деформации (явление релаксации). Ползучесть и релаксация и пластические деформации, являются необратимыми, остаточными, но если пластичность пород характеризует их поведение при напряжениях, превышающих предел упругости, то ползучесть, представляющая собой медленное нарастание необратимых деформаций, проявляется и при напряжениях, меньших предела упругости, но при достаточно длительном воздействии нагрузок. Явление, обратное ползучести, называют релаксацией напряжений. При релаксации упругие деформации в породе с течением времени постепенно переходят в необратимые, но общая деформация во времени не изменяется. При этом происходит падение напряжений. Роль в проявлении необратимых деформаций играют дефекты структуры материалов. Изучение деформируемости твердых тел во времени, в том числе и горных пород, проводят намакроскопическом (феноменологическом) уровне, выражая взаимосвязи напряжений и деформаций в формализованных уравнениях механики сплошных сред. Характерной чертой реологических процессов, является зависимость деформации, наблюдаемой в данный момент времени, от характера всего процесса нагружения материала, или, другими словами, от всей предыдущей истории его деформирования. Это свойство реальных материалов называют наследственностью. Особенностью большинства горных пород, как показывают эксперименты, является практически линейная зависимость между приращениями деформаций и приращениями напряжений в любой момент времени, Это позволяет применять для описания деформирования горных пород во времени теорию деформирования линейных наследственных сред. В качестве характеристики реологических свойств пород используют также период релаксации—время, в течение которого напряжение убывает в е раз (е = 2,72—основание натуральных логарифмов). Период релаксации зависит от начального уровня напряжений и степени вязкости пород. Для прочных горных пород значения периода релаксации очень велики, оцениваются в сотни тысяч лет и даже более. Прочность и упругость пород при длительном воздействии достаточно больших нагрузок понижаются, асимптотически приближаясь к некоторым предельным значениям — пределу длительной прочности и предельному модулю длительной упругости Е. Для большинства пород = (0,7—0,8)[сж], Е = (0,65- 0,95) Е. 3. Обязанности главного маркшейдера по обеспечению безопасного ведения горных работ в опасных зонах. Главный маркшейдер предприятия: – относит участки к опасным зонам и строит их границы; – наносит границы опасных зон на планы горных выработок; – представляет соответствующим службам предприятия маркшейдерскую документацию, необходимую для отнесения участков к опасным зонам, построения границ этих зон, составления проекта ведения горных работ в опасных зонах; – разрабатывает мероприятия по маркшейдерскому обеспечению проведения горных выработок вблизи и в пределах границ опасных зон; – участвует в разработке мероприятий по безопасному ведению горных работ в опасных зонах; – не позднее, чем за месяц до подхода горных выработок к границам опасных зон письменно (в Книге указаний и уведомлений маркшейдерской службы) уведомляет об этом технического руководителя предприятия и начальника соответствующего участка, а также знакомит с содержанием этого уведомления горнотехнического инспектора, контролирующего безопасное ведение горных работ на данном предприятии; – при подходе горных выработок к границе опасной зоны на расстояние не менее 20 м, но не позднее чем за трое суток до подхода к этой границе выдает начальнику участка под расписку эскиз выработок с указанием на нем границ входа и выхода, а также расстояний до них от маркшейдерских пунктов или от характерных элементов сопряжений горных выработок; – ведет совместно с главным геологом (геологом) Книгу учета опасных зон предприятия. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 22 1. Формы залегания месторождений. Виды нарушений в залегании горных пород. Формы рудных тел: а – пласт; б – линза; в –- шток; г – жила. Пласт – геологическое тело имеющее: • плоскую форму; • мощность во много раз меньше размеров площади его распространения; • имеет подошву и кровлю, отделяющую от подстилающих и покрывающих пластов; • однородный состав, но может иметь и прослои (пласт угля с прослоями песка); Эта форма тел наиболее типична для осадочных месторождений. Несколько пластов ПИ называются свитой Шток – (нем. палка, ствол) интрузивное тело, обычно цилиндрической формы, крутопадающее Штокверк изометрический объѐм горной породы, пронизанный различно ориентированными прожилками и насыщенный вкрапленностью минерального вещества. По строению различают простые, сложные и рассредоточенные залежи. Простые залежи имеют однородное строение. Сложные залежи содержат прослойки пустых пород и некондиционного полезного ископаемого. Рассредоточенные залежи содержат прослойки полезного ископаемого в виде тел, распределенных в массиве вмещающих пород. Линия простирания – линия (АВ), образующаяся при пересечении поверхности залежи с горизонтальной плоскостью. Направление линии простирания называют простиранием рудного тела. Линия падения – линия (ДС), лежащая в плоскости залежи, перпендикулярная к линии простирания, направленная в сторону большего уклона. Направление противоположное падению называют восстанием залежи. Угол, составленный поверхностью залежи (висячим боком или кровлей) и горизонтальной плоскостью называют углом падения. По характеру залегания тел полезные ископаемые делят: 1) горизонтальные (угол падения до 10о); 2) наклонные (от 10-30 о), 3) крутопадающие (более 45-90о). Мощность рудного тела – расстояние по нормали между висячим и лежачим боками залежи, пласта. Геологические нарушения. а – взброс; б – сброс; в – грабен; г – горст; д – надвиг; е – сдвиг. ВЗБРОС — смещение горной породы по разлому, связанное с поднятием одного блока земной коры относительно другого. СБРОС — разновидность разрывных тектонических нарушений земной коры, образующаяся в условиях еѐ растяжения и выраженная в опускании одного блока коры и (или) поднятия другого вдоль поверхности разрыва, вертикальной или наклонѐнной под относительно опущенный блок. Амплитуда сброса может достигать первых километров (в рифтах). Встречаются в самых различных структурных зонах земной коры (как на континентах, так и в океанах). ГРАБЕН — опущенный участок земной коры, отделѐнный сбросами, реже взбросами, от смежных, относительно приподнятых участков. ГОРСТ — участок земной коры, занимающий приподнятое положение по отношению к окружающим областям и ограниченный сбросами или взбросами. НАДВИГ — разрывное нарушениезалегания горной породы обычно с пологим (45-60°) наклоном плоскости смещения (сместителя), по которому висячий бок поднят относительно лежачего и надвинут на него. СДВИГ — один из видов разрывных тектонических нарушений земной коры, образующийся в обстановке еѐ горизонтального сжатия и проявленный смещением смежных блоков относительно друг друга в горизонтальном направлении по вертикальной плоскости. Встречаются преимущественно в складчатых областях, где амплитуда смещений вдоль них может измеряться сотнями километров (Таласо-Ферганский сдвиг в Тянь-Шане, сдвиг СанАндреас в Калифорнии и многие др.). 2. Горно-технологические свойства. Интегральный и дифференциальный подходы к определению свойств пород при использовании представлений об их иерархически-блочной структуре. Для решения отдельных вопросов геомеханики представляют интерес горнотехнологические свойства, которые являются откликом массива пород на технологические воздействия и потому отражают не только свойства, но и состояние пород. Число характеристик здесь может быть сколь угодно велико (коэффициент крепости, коэффициент разрыхления, коэффициент трения, угол естественного откоса, гранулометрический состав, показатель дробимости, показатель взрываемости и др.). Наиболее широкое применение в геомеханике находят следующие: Комплексный показатель свойств пород — коэффициент крепости fкр, введенный проф. М. М. Протодьяконовым для характеристики сопротивляемости пород механическим воздействиям. При этом была разработана шкала, в соответствии с которой все горные породы подразделены на 10 категорий. К первой из них отнесены породы с высшей степенью крепости (fкр = 20), к десятой — наиболее слабые плывучие породы (fкр = 0,3). Таким образом, пределы изменения коэффициента крепости — от 0,3 до 20. Другой, также общеупотребительной характеристикой является коэффициент разрыхления Кр, представляющий собой отношение объема Vp породы после ее разрыхления при обрушении или добычи к объему Vм в массиве, т. е. до разрыхления: Кр = Vр/ Vм. Наименьшую разрыхляемость при прочих равных условиях имеют песчаные и глинистые породы (Кр = 1,15—1,20), наибольшую—хрупкие скальные породы (Кр = 1,30— 1,40). С течением времени разрыхленные породы уплотняются, однако и после уплотнения они не достигают первоначальной плотности в массиве, имевшей место до разрыхления. Минимальные значения коэффициента разрыхления пород после их уплотнения Кр == 1,01— 1,15. Одной из существенных характеристик разрыхленных горных пород является также коэффициент трения fo характеризует условие перемещения отдельных блоков пород друг относительно друга, после того как нарушается сплошность массива. Значения коэффициентов трения колеблются в очень широких пределах, зависят от большого числа факторов, в частности от состава, строения, степени твердости пород, шероховатости трущихся поверхностей и составляют преимущественно 0,11—0,36. При больших давлениях могут иметь место пластические деформации и разрушения отдельных выступов на соприкасающихся поверхностях. Указанные сложности в определении влияния каждого фактора на характеристики перемещения пород побудили проф. В. В. Ржевского ввести в рассмотрение единый экспериментально определяемый коэффициент зацепления. Он представляет собой отношение суммы сил трения, сцепления и механического зацепления, развиваемых в определенное время по конкретной поверхности соприкосновения частей массива горных пород, к площади этой поверхности. 3. Государственный надзор за безопасным ведением горных работ, связанных с использованием недр. Методические указания по ведению государственного горного надзора за охраной недр предназначены для Госгортехнадзора России и его территориальных органов. Основной целью государственного горного надзора за охраной недр является обеспечение рационального и комплексного использования минерально-сырьевых ресурсов и охраны недр в интересах народов Российской Федерации и будущих поколений, соблюдение пользователями недр законодательства о недрах, качественное производство геологомаркшейдерских работ по обеспечению рационального использования и охраны недр, предотвращению аварий и несчастных случаев при ведении горных работ, предупреждение и устранение вредного влияния горных работ на население, окружающую природную среду, здания и сооружения. Организуют разработку и утверждение федеральных требований (правил и норм) по рациональному использованию и охране недр, переработке минерального сырья, производству маркшейдерских работ, охране зданий, сооружений и природных объектов от вредного воздействия горных разработок и безопасному ведению работ при пользовании недрами, устанавливают в необходимых случаях единство требований; Определяют технические требования по охране недр, предупреждению и устранению вредного влияния горных работ на население, окружающую природную среду, здания и сооружения при ликвидации и консервации опасных производственных объектов по добыче полезных ископаемых и подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых, а также порядок ликвидации и консервации указанных объектов и сооружений; В области лицензирования видов деятельности Госгортехнадзор России и его территориальные органы выдают лицензии на производство маркшейдерских работ. • государственный контроль за соблюдением норм и правил при составлении и реализации проектов по добыче и переработке полезных ископаемых, использованию недр в целях, не связанных с добычей полезных ископаемых, включая производство маркшейдерских работ; • прекращение самовольного пользования недрами и самовольной застройки площадей залегания полезных ископаемых; • надзор за соблюдением всеми пользователями недр законодательных и нормативных требований в области охраны зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния горных разработок, промышленной безопасности; • контроль за соблюдением установленных требований при геологическом изучении недр в пределах горного отвода; • контроль за правильностью разработки месторождений (включая гидроминеральные) в части выемки запасов и комплексного использования полезных ископаемых; • контроль за соблюдением ежегодных планов горных работ, а также установленных нормативов потерь полезных ископаемых при их добыче и переработке; • контроль за соблюдением условий лицензий на пользование недрами, а также за соблюдением требований (норм, правил) по безопасному ведению работ и охране недр при реализации соглашений о разделе продукции; • контроль за соблюдением установленного порядка ведения работ по ликвидации (консервации) объектов недропользования, требований по обеспечению охраны недр, а при консервации - также требований, обеспечивающих сохранность горных выработок на время консервации; • надзор за осуществлением производственного контроля в организациях, ведущих горные работы и работы в подземных условиях (в части геологического и маркшейдерского обеспечения горных работ); • контроль за соблюдением условий лицензий на производство маркшейдерских работ; • контроль за достоверностью геолого-маркшейдерских и горнотехнических исходных данных расчетов платежей за пользование недрами; • контроль за выполнением мер охраны зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния горных разработок; • контроль за правильностью установления опасных зон при ведении горных работ; • проверку знаний правил и норм охраны недр у специалистов и руководителей организаций по добыче полезных ископаемых и использующих недра в целях, не связанных с добычей полезных ископаемых. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 23 1. Сведения о запасах и потерях полезных ископаемых. Запасы ПИ – массовое или объемное количество ПИ и его полезных компонентов Балансовые запасы – разработка которых экономически целесообразна и удовлетворяют промышленным кондициям. Забалансовые запасы – разработка которых экономически нецелесообразна и не удовлетворяют промышленным кондициям, вследствие малого количества, малой мощности залежи, сложных условий эксплуатации и др. • Кондиции - совокупность требований промышленности к качеству минерального сырья и горно-геологическим параметрам месторождения при оконтуривании и подсчете запасов в недрах, соблюдением которых достигается правильное разделение запасов на балансовые и забалансовые. Основные показатели кондиции 1. Минимальное промышленное содержание полезного компонента в руде подсчетных блоков 2. Бортовое содержание полезного компонента в руде краевых проб, по которому производится оконтуривание месторождения 3. Минимальная мощность и максимальная глубина залегания рудного тела 4. Минимальное значение коэффициента рудности и максимальное значение коэффициента вскрыши 5. Максимальное содержание вредных компонентов 6. Минимальные запасы полезного ископаемого *Вскрыша – горные породы, которые надо удалить при открытой разработке полезного ископаемого Потери при разработке балансовых запасов Потери – часть подсчитанных запасов ПИ не извлеченная в процессе разработки месторождения. Потери (Р) - отношение потерянных балансовых запасов (Рв) к общему количеству отработанных балансовых запасов (В): Р = (Рв / В) × 100, % Проектные, плановые, фактические Обусловлены: сложной морфологией, строением и условиями залегания рудных тел; необходимостью оставления целиков; ошибки в разведке и проектировании разработки месторождения. Разубоживание – потеря качества полезного ископаемого при добыче или снижение содержания полезного компонента в добытой руде по сравнению с содержанием его в балансовых запасах за счет прихвата пустых пород. Разубоживание (R) - отношение прихваченной массы породы Qп при отбойке и выпуске руды к добытой рудной массе R = Qп / (В – Рв + Qп) × 100, %.. 2. Методы определения плотностных свойств, деформационных свойств, прочностных свойств горных пород. 1) Определение свойств горных пород с учѐтом структурных неоднородностей высших порядков. Методы определения свойств пород с учѐтом структурных неоднородностей высших порядков традиционно относят к лабораторным методам исследований Методы определения плотностных свойств. Наибольший интерес в геомеханике из плотностных свойств представляют объемный вес, объѐмная масса (плотность), удельный вес, и пористость. Общую пористость также определяют расчетным путем, используя полученные Для экспериментального определения объемного веса породы требуется знать вес и объем образца. Если определения ведут на образцах правильной геометрической формы, то вес устанавливают путем взвешивания на лабораторных весах, а объем - путем измерения линейных размеров. В случае испытания образцов неправильной геометрической формы для определения объемного веса используют метод гидростатического взвешивания. В последние годы для лабораторного определения плотности (и объемного веса) пород широко используют гамма-метод (в модификации узкого пучка). При этом испытуемый образец породы помещают между источником радиоактивного гамма-излучения и детектором. Зная гамма- активность источника, расстояние r между источником и детектором и толщину d образца и регистрируя интенсивность гамма-излучения, прошедшего через образец породы, определяют п -метод определения плотности отличается простотой и высокой производительностью измерений с применением несложной серийной аппаратуры и обеспечивает точность 1-3 %. определений объѐмного веса и плотности, но при этом необходимо обеспечить вскрытие всех пор и удаление газовой и жидкостной составляющих испытуемой породы. В некоторых задачах геомеханики, и особенно при физической интерпретации результатов наблюдений, в ряде случаев требуются сведения о влажности пород. Влажность выражают процентным отношением веса воды, содержавшейся в образце породы, к весу образца после его высушивания. Для определения влажности образец сначала взвешивают в естественном состоянии, а затем доводят до постоянного веса в эксикаторе или в сушильном шкафу при температуре 105-110°С. Сопоставляя вес влажного образца G1 и вес сухого образца G2, влажность вычисляют по формуле Методы определения деформационных и акустических свойств. Из деформационных свойств горных пород обычно определяют модуль деформации (для упругого участка деформирования - модуль упругости Е) и коэффициент поперечных подразделить на статические и динамические. Статические методы основаны на измерении деформаций образцов исследуемых пород под нагрузкой. Для измерения продольных и поперечных деформаций образцов при их нагружении применяют проволочные тензометры сопротивления, либо механические индикаторы часового типа. В процессе нагружения и разгрузки с помощью автоматической записывающей аппаратуры ведут непрерывную запись деформаций, либо фиксируют деформации через определенные ступени нагружения и разгрузки. Динамические методы определения деформационных (упругих) свойств пород основаны на измерении скоростей упругих колебаний, возбуждаемых в исследуемых образцах в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот, т.е. фактически являются в то же самое время методами определения акустических свойств пород. Эти методы разработаны значительно позднее, чем статические, но получают все большее распространение благодаря простоте, малой трудоемкости измерений и применению удобных в работе и надежных серийных измерительных приборов. Наибольшее распространение в практике исследования свойств горных пород получил импульсный динамический метод, в основе которого лежит пропускание через образец исследуемой породы повторяющихся импульсов ультразвуковых колебаний, по значениям скоростей распространения которых рассчитывают упругие характеристики. Следует заметить, что модуль упругости, определяемый динамическими методами, обычно бывает несколько выше, чем при статических измерениях. Это расхождение обусловлено неидеальной упругостью пород, оно минимально для весьма плотных разновидностей и возрастает по мере снижения плотности пород. Экспериментально определив модуль продольной упругости Е и коэффициент поперечных деформаций v, можно вычислить значения модуля сдвига G и модуля всестороннего сжатия К. Методы определения прочностных свойств. Наибольшее использование в задачах геомеханики имеют характеристики прочности при В своѐ время был разработан ГОСТ 21153.2-84, в соответствии с которым определение прочности пород при одноосном сжатии производится на цилиндрических образцах диаметром 4050 мм с отношением высоты к диаметру, равным 0,9-1,1. Допускается также проводить испытания на кубических образцах со стороной ра образцов шлифуют, их выпуклость (вогнутость) после шлифования не должна быть более 0,05 мм. Торцовые поверхности должны быть параллельны друг другу (отклонение не более 0,1 мм) и перпендикулярны к образующим цилиндра (отклонение 1,0 мм). Испытания проводят на прессе. Для строго центрированного нагружения образца между ним и одной из плит пресса помещают шариковое центрирующее устройство. Нагружение образца производят с равномерной скоростью в пределах 1-30 кгс/(см2.с), повышая нагрузку вплоть до разрушения образца и фиксируя значение разрушающей нагрузки. Цилиндрические образцы пород стандартных размеров могут быть использованы и для определения предела прочности при растяжении. Определение производят методом диаметрального сжатия (рис.), так называемым “бразильским методом”. Рис. Определение прочности пород при растяжении методом диаметрального сжатия. 1 испытуемый образец породы; 2 - плиты пресса. В результате диаметрального сжатия в образцах возникают растягивающие напряжения. При массовых определениях прочностных свойств горных пород весьма удобен метод комплексного определения пределов прочности при многократном раскалывании и сжатии. Из проб изготавливают породные пластины толщиной 20 мм со строго параллельными шлифованными гранями. Одну из граней расчерчивают на квадраты со стороной, равной толщине пластины. Затем пластину раскалывают по прочерченным линиям стальными клиньями, определяя прочность породы на растяжение. Получаемые в результате раскалывания кубовидные образцы используют для определения предела прочности на сжатие. При этом образцы нагружают по двум параллельным шлифованным граням. Прочность на срез (сдвиг) определяют в специальных стальных матрицах (рис.). Образец находится в условиях среза со сжатием. При испытаниях важно обеспечить равномерное распределение усилия пресса по сечению испытуемого образца. Испытания проводят на цилиндрических образцах указанных выше стандартных размеров. Зазор между разъемными половинами матрицы при вложенном в нее образце должен иметь постоянную ширину не более 2 мм. Рис. Схема определения прочности пород при срезе. 2) Определение свойств горных пород с учѐтом структурных неоднородностей низких порядков. Испытания пород с учѐтом низких порядков структурных неоднородностей традиционно относили всегда к испытаниям в натурных условиях массивов горных пород или их ещѐ иногда называли испытаниями в местах естественного залегания пород (in situ). Однако это не полностью соответствует современным представлениям и методам проведения испытаний и определения характеристик рассматриваемых неоднородностей, поскольку сами понятия “образец” и “массив” теперь утрачивают первоначальный смысл. Определение свойств пород с учѐтом структурных неоднородностей низких порядков представляет собой весьма сложную задачу, поскольку обычный путь испытаний представительных объѐмов пород здесь становится крайне трудоѐмким и зачастую мало реальным. Причѐм это определяется не только техническими или организационными трудностями постановки экспериментов, но и особенностями проявления свойств массива пород при тех или иных воздействиях. Практически только свойства, подчиняющиеся схеме “независимости - аддитивности” могут быть корректно определены на соответственно выбранных экспериментальных участках. Другие свойства требуют специальных подходов, совмещающих экспериментальные методы с расчѐтными. Методы определения плотностных свойств. Изучение плотностных характеристик - удельного веса присущего им свойства “аддитивности - независимости - равноправности”. Все компоненты действуют равноправно и независимо друг от друга, а интегральная характеристика агрегата является средневзвешенным значением из характеристик каждой компоненты, в данном случае структурных блоков и структурных неоднородностей. Исходя из этого, можно определять плотностные характеристики на специальных образцах для каждого из структурных элементов по отдельности, а затем рассчитать интегральную характеристику, но можно также определять плотностные характеристики и интегральным путѐм в натурных условиях массива пород, т.е. с учѐтом конкретных видов структурных неоднородностей. Плотность пород в массиве с достаточной степенью точности (с погрешностью 1-3%) можно определить с помощью гамма-метода, основанного на эффекте различной степени поглощения и рассеяния радиоактивного гамма-излучения в средах с различной плотностью. С этой целью в изучаемом участке массива пород бурят на расстоянии 20-70 см друг от друга параллельные шпуры или скважины. В одном из шпуров помещают закрытый источник гамма- излучения (обычно радиоактивный изотоп 60Со, 137Cs или 226Ra), имеющий активность 0,5-2,0 мг-экв радия. Работа с источниками такой малой активности вполне безопасна и не требует особых мер защиты. Во втором параллельном шпуре помещают регистрирующий зонд с детектором (счетчиком гамма-квантов). Перемещая зонды с источником и детектором вдоль скважин, фиксируют интенсивность гамма-излучения, прошедшего через толщу горной породы между скважинами, и по тарировочным графикам или номограммам устанавливают плотность пород на исследуемых участках. Методы определения деформационных свойств. Поскольку для деформационных и, в частности, упругих характеристик горных пород, в отличие от плотностных, справедлива схема “аддитивности - взаимозависимости равноправносги”, для этих свойств также приемлем первый (интегральный) путь определения, т.е. определение на соответствующих образцах или представительных участках массива пород. Однако при этом, в отличие от плотностных характеристик, в сферу экспериментов необходимо вовлекать объемы массива, где обеспечивается представительность интересующих порядков структурных неоднородностей. Деформационные и, в частности, упругие характеристики горных пород в последнее время определяют в большинстве случаев так называемым динамическим методом с применением ультразвуковых методов. Исходными величинами при этом, определяемыми непосредственно из экспериментов, являются скорости продольных и поперечных упругих колебаний. Скорости упругих волн в массиве могут быть измерены различными способами, из которых наиболее распространены следующие: а) ультразвуковой способ с использованием аппаратуры типа УКБ, УК-10П, УК-15 и т. д.; б) импульсный метод с использованием нагрузок единичного удара или взрыва для измерения времени распространения колебаний между заданными точками в массиве; в) сейсмический метод. Ультразвуковой метод может быть использован для определения скоростей упругих волн на сравнительно небольших базах (0,3-1,5 м), т.е. для определения деформационных свойств пород с учѐтом структурных неоднородностей не ниже III - го порядка. Сущность метода заключается в том, что в массиве пород пробуривают шпуры или скважины и затем, помещая в одни из них приемник, а в другие излучатель, определяют время прохождения импульсов по прозвучиваемому участку массива. Зная время прохождения импульса и измеряя расстояние между шпурами, вычисляют скорость упругих волн. Для измерений применяют комплект аппаратуры со специальными датчиками. Плотный контакт излучателя и приемника с породой обеспечивается механическим или (в последнее время) пневматическим способами. Для повышения качества акустического контакта применяют воду или масло, которые заливают в шпуры, либо используют прокладки из вакуумной резины. При импульсном методе в качестве возбудителя колебаний обычно используют механический удар или взрыв, а время пробега упругих волн измеряют какими-либо счетчиками времени. В качестве приемников применяют пьезодатчики, электрические импульсы от которых поступают на многоканальные осциллографы или могут быть записаны на магнитофонную ленту. Сейсмический метод находит применение при геофизических исследованиях больших участков массива горных пород (сотни метров) и позволяет, кроме определения скоростей упругих волн, также анализировать затухание колебаний по мере прохождения волной разных баз. Деформационные характеристики также могут быть определены с помощью методов искусственного нагружения участков массива. Обычная схема таких испытаний состоит в том, что испытуемый участок породного массива оконтуривают с нескольких сторон, сохраняя связь с остальным массивом лишь по одной или двум плоскостям. Затем с помощью гидравлических домкратов или иных нагрузочных устройств оконтуренный участок нагружают, фиксируя нагрузки и соответствующие им деформации пород и при необходимости доводя усилия вплоть до разрушения нагружаемого участка массива. Среди методов этой группы заслуживают внимания также методы определения деформационных характеристик участков массива, основанные на тензометрических дистанционных измерениях радиальных смещений пород в стенках буровых скважин при распирании скважин с помощью специального гидравлического устройства - прессиометра. Наконец, к этой же группе методов относятся и методы определения деформационных свойств пород на основе опытных горных работ. Эти методы связаны с применением "обратных расчетов". Сущность этих методов состоит в том, что с помощью горных работ исследуемый элемент массива (участок кровли выработки, целик или группа целиков и т. п.) подвергают деформированию, обычно вплоть до разрушения. В процессе опытных горных работ фиксируют происходящие при этом смещения, деформации, изменения напряжений в изучаемом участке массива и соответствующие им геометрические параметры целиков, обнажении кровли и т. п. Если прямые задачи геомеханики состоят в том, чтобы на основе известных механических свойств рассчитать возможные смещения, деформации и напряжения в участках массива при различных геометрических параметрах горных разработок, то в данном случае ставят обратную задачу: определить механические, в частности деформационные, свойства пород в массиве на основе фиксируемых геометрических параметров и наблюдаемых смещений, деформаций и изменения напряжений. Для правильного определения механических свойств пород в натурных условиях необходимо, чтобы аналитические зависимости, используемые в расчетах, надежно отражали действительный механизм процессов в изучаемом участке массива. В качестве одного из примеров рассматриваемой группы методов можно назвать опытное распирание гидростатическим давлением жидкости или газа стенок камеры или тоннеля и измерение при этом смещений с расчетом упругих характеристик пород в массиве. По своей сущности этот метод аналогичен методу прессиометрических измерений и отличается от последнего значительно большими размерами испытуемого участка массива. Применяют также опытное нагружение, вплоть до раздавливания, одного или группы междукамерных целиков при выемке смежных с ними целиков; опытное обнажение кровли выработок с установлением деформаций ее изгиба, определением предела прочности на изгиб и расчетом показателей деформационных характеристик пород кровли. По измерениям деформаций контура подземной выработки во времени, используя математический аппарат наследственной теории ползучести, можно определить реологические показатели массива пород. По сути дела во всех этих случаях также идѐт речь об определении характеристик некоторых объѐмов пород с учѐтом тех или иных видов структурных неоднородностей в зависимости от параметров испытуемого участка и конкретной структуры данного массива. Следует подчеркнуть, что методы определения механических свойств на основе опытных горных работ дороги, отличаются высокой трудоемкостью и сложностью организации работ, поэтому их применяют сравнительно редко. Поскольку возможное число таких опытов крайне ограничено, особое внимание необходимо обращать на соответствие участков опытных горных работ поставленным задачам эксперимента и степени общности получаемых при этом результатов. Методы определения прочностных свойств. Как уже говорилось, при изучении III - го, а тем более II - го и ниже порядка структурных неоднородностей интегральный путь определения прочностных характеристик, т. е. путь испытания образцов становится малоприемлемым и более целесообразно применять дифференциальный путь определения свойств, т.е. путь непосредственного определения прочностных характеристик по поверхностям структурных неоднородностей того или иного порядка. Это также является тем более оправданным, поскольку прочностные свойства подчиняются схеме "избирательности- независимости", разрушение происходит в наиболее слабом звене и не зависит от прочности других структурных элементов. Вообще необходимо признать, что определение прочностных характеристик непосредственно по поверхностям структурных неоднородностей низких порядков представляет собой до настоящего времени мало разработанную проблему геомеханики. Общепринятых методик проведения подобных испытаний нет, имеются лишь отдельные предложения и весьма небольшой опыт определения указанных характеристик. При этом основные трудности заключаются в подготовке специальных образцов для проведения испытаний, а также в выборе подходящих методик проведения экспериментов. К числу возможных методов, которые могут быть применены для непосредственного определения прочностных свойств структурных неоднородностей низких порядков можно отнести методы, которые носят название точечных испытаний пробниками. Эти методы получили развитие, главным образом, в связи с задачами оценки свойств пород, пересекаемых при бурении разведочных, нефтяных или газовых скважин. Они основаны, как правило, на определении усилий при статическом или динамическом внедрении специального индентора в массив на заданную глубину, либо на определении глубины и площади внедрения индентора при дозированном усилии внедрения. Известны также методы, основанные на определении геотехнологических свойств, в частности, показателей вращательного бурения (сверления) пород при стандартных режимах бурения. Все эти методы отличаются невысокой степенью точности определений, но позволяют экспрессно оценивать прочность непосредственно структурных неоднородностей низких порядков (как впрочем и для объѐмов пород с высшими порядками неоднородностей), а в некоторых случаях и деформационные свойства. Однако необходимо подчеркнуть, что на определяемые показатели в случае применении этих методов оказывает существенное влияние напряжѐнное состояние массива. Также находят применение и другие схемы испытаний и определения прочностных характеристик по поверхностям структурных неоднородностей низких порядков. В частности, сцепление оконтуриваемых в породном массиве. Породную призму в массиве оконтуривают таким образом, чтобы она сохранила связь с массивом лишь по тем поверхностям структурных неоднородностей, по которым надлежит установить сцепление. К этим поверхностям прикладываются нормальные и касательные напряжения, создаваемые специальными нагрузочными приспособлениями - гидравлическими домкратами или гидравлическими подушками (последние применяются в массивах слабых пород). При использовании указанных методов, также как и в предыдущем случае точечными испытаниями пробниками, большие погрешности в определяемые величины вносит напряжѐнное состояние массивов пород. Указнного влияния можно избежать, если испытания проводить на специальных образцах исследуемых структурных неоднородностей. раскалывания клиньями, при этом клинья могут устанавливаться точно на трещину, а образцы могут представлять собой пластины или призмы. Другими словами, практически без всяких изменений здесь применима методика определения прочности на растяжение для образцовобъѐмов с высшими порядками структурных неоднородностей. Иное положение с определением сцепления, угла внутреннего трения и коэффициента трения по поверхностям структурных неоднородностей. В настоящее время наибольшее применение для определения сцепления и угла внутреннего трения находят методы испытаний специально подготовленных образцов в условиях одновременного действия сжимающих и срезающих нагрузок (схемы подобны испытаниям на срез в матрицах для образцов-объѐмов с высшими порядками структурных неоднородностей). Необходимо отметить, что помимо основных трудностей подготовки и закрепления образцов с целью обеспечения среза именно по исследуемой поверхности структурных неоднородностей, в плоскости среза создаѐтся крайне неоднородное поле напряжений, достаточно сильно проявляется эффект дилатансии (увеличение объѐма образца вседствие его разрушения в момент среза) и по мере развития среза уменьшается площадь контакта сдвигающихся поверхностей. Всѐ это способствует возникновению существенных погрешностей В некоторой степени позволяет уменьшить возникающие погрешности методика испытаний, в основу которой положена схема кручения. При такой схеме в плоскости среза также создаѐтся неоднородное поле напряжений, однако оно поддаѐтся расчѐту и может быть учтено при вычисл статической нагрузки, а площадь контакта всѐ время остаѐтся постоянной для цилиндрических или близкой к постоянной для призматических образцов. Наконец, определение коэффициента трения производится в ходе тех же испытаний после разрушения образца по поверхности структурной неоднородности в процессе дальнейшего вращения и вычисляется по формуле где Мк - величина крутящего момента после разрушения образца по поверхности структурной неоднородности, кГ.см. Наконец, учитывая, что разрушение пород в массиве происходит по слабейшему звену и вне зависимости от прочностных характеристик других элементов, для определения прочностных характеристик структурных неоднородностей низких порядков могут применяться методы, основанные на применении маркшейдерской или стереофотограмметрической съемки площадей обрушения пород под землей или обрушений налегающей толщи на земной поверхности, обрушений и оползаний бортов карьеров и т.д. Эти методы позволяют методом обратных расчѐтов оценивать разрушающие напряжения, а по ним находить прочностные характеристики слабейшего элемента массива пород, определять характеристики сопротивления пород сдвигу для конкретного типа структурных неоднородностей, устанавливать для них значения коэффициентов структурного ослабления. 3. Организация маркшейдерских работ по обеспечению безопасности горных работ в зонах повышенного горного давления. К зонам ПГД относятся участки массива горных пород, расположенные под (над) целиками и краевыми частями, оставленными при разработке свиты пластов. При разработке сближенных пластов наличие зон ПГД приводит к потере устойчивости непосредственной и основной кровли и как следствие этого к резкому возрастанию интенсивности процесса образования вывалов, завалам лав, случаям групповой посадки «нажестко» гидростоек секций механизированных крепей. 2. Отнесение участков пласта к зонам, опасным по проявлениям горного давления, и построение границ этих зон осуществляются в соответствии с методикой, изложенной в Указаниях (пп. 9.5 и 9.8), на выкопировке из совмещенного плана горных выработок в масштабе не мельче 1:2000. В отдельных случаях при значительных размерах зон ПГД может быть допущено построение зон ПГД на планах масштаба 1:5000. Материалы построения зон ПГД подписываются главным технологом и главным маркшейдером шахты (ШСУ) и хранятся до погашения горных выработок, расположенных в зонах ПГД или до ликвидации зоны ПГД. 3. Границы зон ПГД должны изображаться в проектах вскрытия и подготовки выемочных участков, подготовки очистных забоев, на паспортах крепления очистного забоя, на обменных чертежах и рабочих планах горных выработок (масштаб 1:500, 1:1000) по мере их образования. Ответственным за построение и изображение на планах горных выработок границ зон ПГД является главный маркшейдер шахты (ШСУ). 4. Ведение горных работ в зонах ПГД должно осуществляться в соответствии с техническим паспортом, утвержденным главным инженером шахты и разработанным с учетом требований действующих Правил безопасности Указаний и Инструкции . 5. В проектах вскрытия и подготовки выемочных участков, подготовки очистных забоев, в паспортах крепления подготовительных выработок и очистных забоев службой главного технолога шахты (ШСУ) должны быть разработаны мероприятия по безопасному ведению горных работ в зонах ПГД, с указанием сроков и лиц, ответственных за выполнение этих мероприятий. С указанными мероприятиями главный технолог шахты (ШСУ) должен ознакомить должностных лиц, ответственных за их реализацию и контроль (см. табл.). .6. Если при работе очистного забоя в зоне ПГД фактические проявления горного давления не соответствуют степени опасности зоны по построению, то название зоны и разработанные ранее мероприятия по управлению кровлей могут быть скорректированы в проекте с обоснованием внесенных изменений. Решение об изменении названия зоны ПГД и о корректировке мероприятий по управлению кровлей принимается главным инженером шахты на основании наблюдений за состоянием кровли очистного 6. При подходе горных работ к границам зон ПГД главный маркшейдер шахты (ШСУ) в соответствии с п. 2.5 настоящего Положения уведомляет об этом главного инженера. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 24 1. Производственные комплексы при подземной и открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Карьерный комплекc 1-2 – верхний контур карьера; 3-4 – нижний контур карьера; 5-6 – рабочий борт карьера; 1-5 и 2-6 нерабочие борта; 7нерабочие уступы; 8 - рабочие уступы; 9 – площадки уступов; 10 – откос уступа; 11 - заходки; 12 - предохранительные пл.; 13 -транспортные площадки. Угольное предприятие (шахта) - это коллектив работающих, который под единым административным и техническим руководством, используя закрепленные за ним средства производства, осуществляет добычу угля подземным способом и связанные с этим другие работы. Каждая шахта состоит из производственных подразделений - участков (цехов), хозяйств и организаций по обслуживанию работников предприятия. В зависимости от участия в процессе производства участки (цехи) делятся на две группы: промышленнопроизводственные и непроизводственные. К промышленно-производственным относятся подземные участки, цехи и хозяйственные службы на поверхности, а к непроизводственным - жилищнокоммунальный отдел, столовые, детские ясли и сады, профилактории, учебно- курсовые комбинаты, культурно-бытовые учреждения. Совокупность подразделений, организаций и хозяйств, обслуживающих работников шахты и их функциональные взаимосвязи представляет общую структуру угольного предприятия. Основным структурным подразделением шахты является участок, цех. Производственный участок (цех) - это административно обособленная часть предприятия, в которой протекает законченный процесс основного или вспомогательного производства, осуществляемый отдельным коллективом под руководством единого начальника. Производственные участки и цехи угольной шахты подразделяются на: основные, вспомогательные, обслуживающие и подсобные. Основные участки осуществляют производственный процесс по подготовке к добыче и непосредственную добычу угля, а также подготовку угля к потреблению. Это участки горно-подготовительных работ, очистных работ, сортировки, обогащения и брикетирования угля. Вспомогательные участки (цехи, мастерские) обеспечивают основному производству и шахте в целом необходимые и достаточные условия для нормальной ритмичной работы. Они осуществляют ремонт оборудования, снабжение электроэнергией, сжатым воздухом, паром, обеспечивают вентиляцию, водоотлив, ремонт горных выработок и др. Обслуживающие участки и подсобные хозяйства включают внутришахтный транспорт, погрузку угля в железнодорожные вагоны (или другие транспортные средства), угольные, материальные и лесные склады. Число структурных подразделений зависит от производственной мощности шахты, района ее расположения и горно-геологических условий залегания пластов. На некоторых шахтах имеются подсобные цехи по производству материалов для нужд основного производства: карьеры закладочных материалов, приготовление инертной пыли, цехи предметов народного потребления и др. На других шахтах эти участки и цехи централизованы и структурно включены в производственные объедини чия. Для производства капитальных работ производственная структура угольного предприятия организуется обособленный структурный отдел капитального строительства или участок капитальных работ Он не относится к эксплуатационной деятельности и финансируется за счет специальных средств, предназначенных для капитальных работ (строительства). Структура угольного предприятия приведена на рис. 1.4. Подземные производственные участки организуются по производственному принципу (по видам выполняемых работ) - очистные, горно-подготовительные, внутришахтного транспорта и другие, по территориальному принципу - горизонты, этажи, крылья. 2. Основные понятия иерархически-блочной модели массива горных пород: элемент неоднородности, степень неоднородности, структурный блок, структурная неоднородность, эффективная структурная неоднородность. Характерным свойством горных пород является высокая степень их неоднородности, под которой понимают пространственную изменчивость их строения, состояния и свойств, обусловленную особенностями генезиса, историей развития и динамикой экзогенных процессов. высокая степень неоднородности наблюдается в массивах, сложенных различными горными породами. Кроме того, в массивах пород часто встречаются геологические нарушения и повсеместно развита естественная трещиноватость В результате расчленения поверхностями структурных неоднородностей различных видов массивы горных пород имеют ярко выраженную блочную структуру В свою очередь, степень распространения различных типов неоднородностей весьма различна. При этом необходимо отметить, что блочное строение характерно для любых массивов пород, однако для массивов пород, сложенных относительно слабыми осадочными породами оно выражается относительно слабее, чем для массивов прочных скальных пород. К неоднородностям нулевого порядка М.В. Рац отнѐс крупные тектонические разрывы, связанные с региональными полями тектонических напряжений, разбивающие массивы пород на блоки с линейными размерами свыше 10 км, это по своей сути региональные структурные неоднородности земной коры III - IV порядков. Далее выделяются структурные неоднородности, относящиеся собственно к массиву пород в масштабах отдельных месторождений. Неоднородности первого порядка обусловлены наличием в массиве различных по составу, структуре и текстуре пород, крупных геологических нарушений, тектонических разрывов и т. д. Эти неоднородности расчленяют массив на блоки размерами от сотен метров до километров. Более мелкие блоки размерами от десятков сантиметров до десятков метров связаны с неоднородностями второго порядка. Трещинами называют разрывы в горных породах, перемещения по которым совершенно отсутствуют или очень незначительны. Совокупность трещин, расчленяющих тот или иной участок земной коры, называют трещиноватостью. Детальный анализ развития трещиноватости массивов горных пород различных месторождений показывает, что по линейным размерам трещин и сцеплению пород на их контактах выделяются три группы трещиноватости: крупноблоковая, мелкоблоковая и микротрещиноватость. Последняя группа принадлежит к неоднородностям следующих, более мелких (третьего и четвертого) порядков. К неоднородностям третьего порядка, относятся контакты между отдельными минеральными образованиями, зернами и кристаллами. При этом размеры блоков, образуемых неоднородностями данного типа, варьируют в пределах от единиц до десятков сантиметров. Наконец, поскольку горные породы в большинстве своѐм представляют многокомпонентные поликристаллические агрегаты, выделяют четвертый порядок неоднородностей, связанный со структурными нарушениями межкристаллических областей, а также с дефектами структуры в решетках породообразующих минералов. Размеры структурных элементов в этом случае колеблются от долей миллиметра до нескольких сантиметров. Всѐ изложенное позволяет говорить об общих закономерностях структуры, характерных для верхней мантии и земной коры, и проявляющихся в едином иерархически - блочном строении, которое можно проследить от планетарных структур типа континентов до микроструктур на уровне кристаллов и отдельных минеральных зѐрен. Это чрезвычайно важное заключение позволяет с единых позиций рассматривать вопросы поведения и состояния различных объѐмов столь необычной физической среды, которой является земная кора и слагающие еѐ массивы горных пород. Детальное рассмотрение структурных особенностей массивов пород и выделение различных порядков структурных неоднородностей показывает, что массивы горных пород представляют собой специфическую, иерархично-блочную среду, которая в зависимости от конкретных условий и рассматриваемых объектов может проявлять как свойства сплошной однородной или неоднородной среды, так и свойства блочной среды, т. е. приближаться к дискретным средам. ВсяКий неоднородный объект характеризуется размерами элементов неоднородности и степенью неоднородности. Элементом неоднородности называют наибольший объѐм породы, который при данном масштабе исследований может рассматриваться «как внутренне однородный» по какому-либо признаку или по совокупности заданных признаков и отличающийся по этим признакам от смежных с ним объѐмов. Под степенью неоднородности понимается интенсивность и характер различия совокупности значений заданных признаков или одного из них в пределах исследуемой области. В частности, под «структурным блоком» будем понимать объѐм, ограниченный соседними поверхностями структурных неоднородностей одного порядка. Структурные блоки могут иметь формы параллелепипедов или более сложных многогранников и характеризуются линейными размерами рѐбер, которые представляют собой расстояния между ближайшими структурными неоднородностями одного и того же порядка. Физическую поверхность, ограничивающую структурный блок, будем называть «структурной неоднородностью», понимая под ней любой вид неоднородностей поверхности геологических нарушений, контактов различных пород, поверхностей напластования, поверхностей трещин и т.д. При таком представлении для описания свойств и состояния массивов пород наряду с моделями сплошной среды может быть применена двухкомпонентная модель «структурный блок - структурная неоднородность». Необходимо отметить, что, в принципе, подобная модель может быть применена для массивов, сложенных любыми породами, как скальными, так и нескальными. Но в последнем случае блочная среда может быть будет менее выражена, и необходимость еѐ использования для решения практических задач с точки зрения точности получаемых результатов будет менее очевидной. Специфичность массивов горных пород как физических сред в том и проявляется, что в зависимости от решаемых задач и конкретных размеров рассматриваемых объектов или, другими словами, от соотношения размеров элементов неоднородностей и области воздействия один и тот же массив пород может выступать как сплошная среда или как блочная среда с различными параметрами структурных блоков и структурных неоднородностей, а следовательно с различными плотностными и деформационнопрочностными характеристиками. При рассмотрении любых задач геомеханики необходимо в первую очередь выяснить, какие размеры имеют интересующие области деформирования, затем, исходя из размеров деформируемых областей проанализировать структурные особенности конкретного массива пород, и установить какие виды структурных неоднородностей и в какой степени будут влиять на состояние рассматриваемых объектов. В результате должен быть выявлен вид так называемой «эффективной структурной неоднородности». Все структурные неоднородности, которые меньше «эффективной структурной неоднородности» представляют собой ультранеоднородности, которые не препятствуют рассмотрению пород как сплошной среды и оказывают лишь интегральное влияние на еѐ характеристики. Объѐм элементов ультранеоднородностей (Wyн) на 2-3 порядка меньше области воздействия (Wв) т.е. Wун <. 0.01 - 0.001 Wв. Другими словами, таким образом определяются параметры модели сплошной среды для компонента «структурный блок». Сама «эффективная структурная неоднородность» обусловливает статистическое распределение любых характеристик и свойств пород массива. Соотношение еѐ размеров с размерами области воздействия составляет Wэн <. 0.1 Wв Наконец, все структурные неоднородности, размеры которых превышают размеры «эффективной структурной неоднородности» вызывают закономерную изменчивость свойств пород и должны специально учитываться в расчѐтах, они выступают как макронеоднородности по отношению к области воздействия и объѐмы этих элементов неоднородности Wмн >. Wв. Вообще свойства среды, отображаемой двухкомпонентной моделью «структурный блок - структурная неоднородность» принципиально могут определяться двумя путями. Один из них, интегральный, наиболее широко применяемый в настоящее время, заключается в отборе представительных проб или выборе опытных участков в зависимости от порядка (масштаба) изучаемых структурных неоднородностей) и определении для них некоторых средних, интегральных значений интересующих свойств. Т. е., другими словами, реальная среда заменяется при этом некоторой идеализированной, в которой неоднородности считаются распределенными равномерно и проявляются в снижении средних значений характеристик и повышенном коэффициенте их вариаций. Другой путь, дифференциальный, заключается в дифференцированном изучении характеристик для компонент, слагающих среду, - структурных блоков и структурных неоднородностей с последующим аналитическим учетом свойств отдельных компонент в процессах деформирования и разрушения пород. Второй путь позволяет избежать непреодолимых технических сложностей проведения крупномасштабных испытаний, особенно при изучении структурных неоднородностей низких порядков. В то же время выявляется необходимость дополнительных исследований закономерностей пространственного размещения неоднородностей, создания их классификаций, разработки метода отбора специальных образцов самих структурных неоднородностей и т. д. 3. Особенности съемок горных выработок при подходе к опасной зоне. При ведении горных работ вблизи утвержденных границ опасных зон, у затопленных и загазированных выработок, у выработок, опасных по выбросам газа и горным ударам, удаление пунктов полигонометрических ходов от забоев подготовительных выработок допускается не более 30 м при подходе выработок на расстояние 50 м к указанным границам и 150 м при проведении выработок вдоль границы зоны. На шахтах, опасных по выбросам газа или пыли, применяют приборы во взрывобезопасном исполнении в соответствии с установленными требованиями безопасности. При проведении выработки в направлении границы опасной зоны, вдоль нее или непосредственно в опасной зоне теодолитные ходы прокладывают по мере продвигания забоя с отставанием от него не более чем на 20 м. В этих случаях координаты пунктов определяют независимо дважды. При ведении горных работ вблизи и в пределах опасных зон и при ответственных сбойках выработок - непосредственно после выполнения маркшейдерских работ, журналы измерений, вычислительную и графическую документацию проверяет главный маркшейдер организации( с обязательной отметкой). Изображения подземных горных выработок, проводимых вблизи и в пределах границ опасных зон у затопленных и загазированных выработок, выработок, опасных по внезапным выбросам газа, горным ударам, барьерных и предохранительных целиков на планах закрепляют тушью в течение суток по завершении съемки. Также в течение суток пополняют цифровую модель (электронная копия) при ее наличии. Для съемки подземных горных выработок, не опасных по газу и пыли, возможно использование электронных тахеометров и систем лазерного сканирования. При производстве маркшейдерских работ обеспечиваются полнота и точность измерений и расчетов, достаточная для безопасного ведения горных работ и охраны недр. Обязательно указываются такие границы как; • искусственные и естественные водоемы, пересохшие русла ручьев и рек, если они могут представлять опасность для горных работ, с указанием отметок уреза воды и дна русла; • утвержденные границы опасных зон у постоянно затопленных выработок и выработок опасных по выбросам газа и горным ударам, барьерных и предохранительных целиков; • места прорыва плывунов, подземных и поверхностных вод, вывалов пород, пожаров и т.д.; ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 25 1. Элементы и функциональная характеристика подземных горных выработок и комплексов. Подземные горные выработки: Шахтный ствол – верт. или накл. выработка, имеющая выход на земную поверхность и предназначенная для обслуживания подземных работ в пределах шахтного поля. Слепой ствол не имеет выхода на земную поверхность. Главный ствол служит для подъема на поверхность ПИ, вспомогательный – для спуска, подъема людей, оборудования, материалов, вентиляции. Шурф – верт. (редко наклонная) выработка, пройденная с поверхности и служащая для выполнения геологоразведочных и эксплуатационных работ. На действующих не глубоких рудниках шурфы используются для спуска оборудования, материалов и в качестве запасного выхода на поверхность. Восстающий – верт. горная выработка, служащая для проветривания, передвижения людей, разведки, доставки материалов и т.д. Рудоспуск – для перепуска ПИ или пустой породы (породоспуск). Штольня – гориз. горная выработка, проведенная к месторождению с поверхности и служащая для тех же целей, что и шахтный ствол. Уклон – накл. горная выработка, предназначенная для вскрытия части шахтного поля или подготовки отдельного его участка к очистной выемке, передвижения самоходной техники, людей, доставки руды и породы. Околоствольный двор – совокупность камерных выработок, пройденных в районе ствола (штольни, уклона), предназначенных для обслуживания горных работ, приема и выдачи ПИ на поверхность. Бремсберг – накл. горная выработка, не имеющая выхода на земную поверхность, оборудованная механизированным подъемом и служащая для подъема или спуска ПИ, материалов и др. Квершлаг – гориз. горная выработка, пройденная по пустым породам вкрест простирания рудной залежи. Штрек – гориз. горная выработка, пройденная по простиранию залежи (по руде – рудный, по породе – полевой). В зависимости от назначения, штреки бывают откаточные (доставочные), вентиляционные, закладочные, этажные и подэтажные. Орт – гор. горная выработка, пройденная вкрест простирания рудной залежи, предназначена для доставки руды, людей, материалов и проветривания рабочих забоев. 1 – вертикальный ствол; 2 – слепой ствол; 3 – штольня; 4 – квершлаг; 5 – рудный штрек; 6 – полевой штрек; 7 – орт; 8 – рудоспуск; 9 – восстающий; 10 – шурф; 11 – зумпф. Околоствольный двор (ОД) представляет собой совокупность горных капитальных выработок, соединяющих ствол рудника с главными откаточными и вентиляционными выработками. Основное назначение ОД – прием грузов (руды, породы) и перегрузка их в подъемные сосуды, прием материалов и оборудования, а также для вентиляции и перемещения людей. По типу транспортных средств ОД делятся на локомотивные, конвейерные и автотранспортные. По схеме движения грузопотоков различают ОД круговые, петлевые, челноковые и тупиковые (рис. 12). Рис. Типы околоствольных дворов. а, б – круговой; в – петлевой. 1 – скиповой ствол; 2 – клетьевой ствол; 3 – главная откаточная выработка; 4, 5 – пункты разгрузки. По типу подъема и подъемного оборудования ОД подразделяются на клетьевые, скиповые, конвейерные и автотранспортные. Кроме протяженных транспортных выработок, в районе ОД предусматривается сооружение специальных камер: водоотлива, центральной подземной подстанции, противопожарного оборудования, электровозного и вагонного депо, медпункта, комплекса подземного дробления и др. 2. Основные факторы, определяющие напряженное состояние пород вокруг выработок. Распределение напряжений вокруг выработки в упругом изотропном массиве. Напряженное состояние пород в условиях взаимного влияния выработок. Геомеханическое состояние пород вокруг выработок зависит от геологических условий, в которых пройдены выработки, и горно-технических условий их проведения и эксплуатации, называемых обычно технологическими факторами. К геологическим условиям относятся глубина разработки, структура, физико-механические свойства горных пород, мощность и угол падения залежей ПИ. Технологическими факторами являются форма, размеры, расположение горных выработок, механическая характеристика крепи, скорость подвигания и время поддержания выработок. Глубина разработки существенно влияет на напряженное состояние массива и расположенных в нем выработок. С определенной глубины участки массива становятся угрожаемыми по горным ударам и внезапным выбросам, а с еще большей глубины - опасными по этим динамическим явлениям. Структура оказывает существенное влияние на характер деформирования горных пород вокруг выработок. Чем меньше размер структурных блоков, тем больше вероятность образования вывалов и заколов, вызываемых разрушением пород в форме сдвига и отрыва по контактам этих блоков или других структурных неоднородностей. Физико-механические свойства горных пород относятся к основным исходным данным, используемым при прогнозе характера поведения выработок, выборе вида и параметров крепи. В породах, обладающих способностью к проявлению значительных пластических деформаций, хрупкого разрушения пород не происходит. Мощность и угол падения залежей ПИ оказывают заметное влияние на состояние выработок в тех случаях, когда часть сечения выработки находится в ПИ, а часть - во вмещающих породах. В этом случае на контакте двух геологических сред, , могут возникать деформации сдвига и отрыва пород, существенно усложняющие проведение и поддержание выработок. Наибольший интерес для практики горного дела имеют технологические факторы, поскольку с их помощью можно управлять геомеханическими процессами в массиве горных пород, Рассмотрим эти факторы подробнее. Форма поперечного сечения выработок играет важную роль в их устойчивости. Чем меньше в сечении выработки углов и закруглений малого радиуса кривизны, , тем выработка устойчивее. Повышение устойчивости выработок достигается также подбором таких сечений выработок, которые соответствуют параметрам начального поля напряжений, что осуществляется изменением высоты подъема свода и соотношения ширины и высоты выработки. Размер выработки является одним из основных параметров, определяющих ее устойчивость. Выработка считается устойчивой, если в ее кровле отсутствуют растягивающие напряжения или они значительно меньше значений, при которых в породах кровли возникают секущие трещины. Проф. Н.С. Булычев по степени устойчивости кровли подразделяет обнажения на следующие пять категорий: 1. Вполне устойчивые - вывалы и обнажения отсутствуют. 2. Устойчивые- возможны отдельные отслоения. 3. Средней устойчивости- возможно образование вывалов после длительной эксплуатации выработки. 4. Неустойчивые - вывалы образуются вскоре после обнажения. 5. Весьма неустойчивые - обрушение происходит вслед за обнажением. Расположение горных выработок оказывает влияние на их устойчивость при наличии в толще тектонических напряжений или старых и действующих горных выработок. В первом случае повышение устойчивости выработок достигается правильным выбором пространственной ориентации сечения относительно компонент начального поля напряжений и структурных неоднородностей, во втором - расположением выработок за пределами вредного влияния смежных горных работ. Расположение выработок в зонах разгрузки улучшает состояние выработок, в зонах повышенного горного давления - ухудшает. Механическая характеристика крепи является основным фактором, при правильном выборе которого можно предотвратить чрезмерное развитие зоны неупругих деформаций и обрушение пород. При достаточно большой жесткости крепи она работает в режиме заданной или взаимовлияющей деформации, и горное давление возникает вследствие того, что крепь принимает прирост смещений с момента ее установки, который зависит от давления р. При малой жесткости крепи ее смещения велики, и поэтому породы зоны неупругих деформаций отслаиваются от окружающих пород, нагружая крепь собственным весом (режим заданной нагрузки). В режиме заданной или взаимовлияющей деформации давление будет тем меньше, чем меньше жесткость крепи. Этой возможностью снижения нагрузки пользуются на практике, создавая в крепи различные узлы и элементы податливости. Однако, чем меньше реакция крепи, тем больше размеры зоны неупругих деформаций, породы которой воздействуют на крепь своим весом. Таким образом, снижение жесткости крепи имеет естественный предел оптимальную жесткость, обеспечивающую минимальное давление в данных горногеологических условиях. При невозможности (или затруднительности) регулировки жесткости постоянной крепи давление на нее снижают, возводя крепь на достаточном расстоянии от забоя и (или) спустя достаточное время после обнажения. В период от момента образования обнажения до возведения постоянной крепи соответствующие участки выработки поддерживаются временной крепью. Влияние очистных работ приводит к увеличению смещений контура выработки. Если выработка непосредственно примыкает к лаве, например, откаточный и вентиляционный штреки, то смещения достигают половины вынимаемой мощности пласта. С целью уменьшения этого влияния применяют специальные виды крепи в сочетании с различными способами охраны горных выработок. Скорость подвигания и время поддержания выработок оказывают существенное влияние на устойчивость и состояние выработок. Увеличение скорости подвигания забоя смягчает вредное влияние горного давления. Уменьшение времени поддержания выработки, т.е. продолжительности действия нагрузки, снижает деформации вмещающих пород, поскольку установлено, что деформации горных пород, не подчиняющиеся линейному закону Гука, проявляют запаздывание в своем развитии. Напряжѐнно-деформированное состояние вокруг очистной выработки. Зоны опорного давления и разгрузки. По мере извлечения полезного ископаемого и перемещения забоя поле напряжений вокруг очистной выработки изменяется. Область массива, в пределах которой происходят эти изменения, называют зоной влияния очистной выработки. В отличие от подготовительных выработок зоны влияния вокруг очистных пространств охватывают значительно большие области массива. Нередко процессы захватывают всю толщу вышележащих пород вплоть до дневной поверхности. Значительные области массива вовлекаются в процессы деформирования также и со стороны почвы очистной выработки. По степени и характеру процессов деформирования и перемещения пород в пределах влияния очистной выработки в массиве могут быть выделены несколько различных зон: зона обрушений, зона трещин, зона плавного прогиба, зона сдвижений. С точки зрения напряженного состояния в массиве пород вокруг очистной выработки выделяют две характерные зоны: зону разгрузки и зону опорного давления (рис.). Рис. 13.1. Схема деформирования пород вокруг очистной выработки при крутом падении пласта. 1 — зона опорного давления; 2 — пласт угля; 3 — зона разгрузки; 4 — эпюры напряжений; 5 — граница области влияния выработки. Первая (зона разгрузки) характеризуется тем, что в ее пределах породы испытывают меньшие напряжения, чем существовавшие до проведения очистной выработки. Область, где напряжения превышают уровень первоначального поля напряжений, носит название зоны опорного давления и по существу представляет собой зону концентрации напряжений вокруг очистной выработки. Необходимо отметить, что поскольку границы очистной выработки все время перемещаются в пространстве, выделенные зоны также находятся в непрерывном движении, так что породы массива, претерпевая изменения состояния, постепенно переходят из одной зоны в другую. Ввиду непрерывного подвигания забоя очистной выработки в практике горного дела принято выделять временное или эксплуатационное опорное давление, возникающее вблизи перемещающихся границ очистного пространства. В противоположность этому, зону концентрации напряжений возле неподвижной границы очистной выработки называют зоной остаточного или стационарного давления. Параметры зоны опорного давления определяются многими факторами. В первую очередь, к ним следует отнести параметры начального поля напряжений, размеры и конфигурацию очистных пространств, деформационно-прочностные свойства массива вмещающих пород, а также способ воздействия на угольный пласт или рудное тело. Взаимное влияние очистных выработок при разработке обособленных и сближенных пластов и жил. В реальных условиях случаи, когда пласт или рудное тело отрабатывают одним забоем, а породы окружающего массива испытывают влияние лишь одной очистной выработки, встречаются редко. Гораздо чаще очистные работы ведут в непосредственной близости от ранее выработанных пространств, одновременно по нескольким пластам или жилам, или же на нескольких соседних участках одного и того же пласта (рудного тела). В этих случаях окружающие породы подвергаются одновременному воздействию нескольких очистных выработок, поле статических напряжений в массиве пород вокруг очистных пространств формируется в результате наложения областей влияния каждой выработки и может иметь весьма сложную структуру. Вследствие этого количественно охарактеризовать взаимное влияние очистных выработок в настоящее время весьма сложно, поэтому ограничимся рассмотрением лишь качественной стороны вопроса. Рассмотрим два наиболее характерных случая взаимного расположения очистных выработок: * очистные выработки располагаются в одной горизонтальной плоскости; * взаимовлияющие выработанные пространства находятся на различной глубине от поверхности. В первом случае в результате взаимного влияния выработанных пространств в областях массива, примыкающих к границам очистных выработок, происходит наложение зон опорного давления и породы испытывают повышенные нагрузки. Подобная ситуация, например, имеет место, когда осуществляют отработку рудного тела или пласта без оставления целиков и фронт отработки непосредственно соприкасается в плане с ранее выработанным пространством или обрушенными породами (рис.). Рис. Взаимное наложение зон опорного давления при различных схемах развития очистных работ. а - при ведении работ без оставления целиков между вновь образуемым и ранее образованным очистным пространством; б - при отработке ранее оставленных целиков; в - при ступенчатой форме лавы. Стрелками показано направление движения забоев. 1 - область вне пределов зоны опорного давления; 2 - зона опорного давления протяженностью l; 3 - участки взаимного наложения зон опорного давления; 4 - отработанное пространство. Наложение зон опорного давления может происходить при отработке ранее оставленных целиков, а также при ступенчатой конфигурации фронта очистных забоев (рис. б,в).. Во втором случае (когда разрабатывают свиту пластов или жил) величины деформаций пород обусловливаются прежде всего порядком и очередностью отработки отдельных пластов (жил) в свите, их мощностью, условиями залегания и способом управления горным давлением. Различают пласты независимые и сближенные. Пласты в свите считают независимыми, если разработка их возможна в любом порядке и очередности. Под сближенными понимают обычно такие пласты, одновременная разработка которых затруднена или невозможна или когда разработка одного из них осложняет дальнейшую разработку другого. В процессе подработки верхний пласт последовательно проходит через следующие стадии деформирования: а) нагрузка и уплотнение в зоне опорного давления, возникающей впереди очистного забоя нижнего пласта; б) разгрузка, опускание и разломы над породами, нависающими над выработанным пространством подрабатывающего пласта; в) повторная нагрузка и уплотнение в зоне опорного давления, возникающей позади нависающих пород (т. е. в той части выработанного пространства, где эти породы получают опору); г) частичное восстановление первоначальных напряжений в зоне полных сдвижений. При отработке верхнего пласта раньше нижнего (т. е. при надработке) последний подвергается сложному процессу нагружения и разгрузки на площади, превышающей размеры отрабатываемой площади верхнего пласта. Надработка вызывает уплотнение надрабатываемого пласта в зонах опорного давления и разрыхление его в зонах разгрузки. При расположении очистных выработок на разной глубине состояние пород в областях массива, испытывающих влияние обеих выработок, может характеризоваться как ростом действующих напряжений (при наложении зон опорного давления), так и их снижением (при расположении одной из выработок в зоне разгрузки другой выработки). Необходимо подчеркнуть при этом, что взаимное влияние даже одинаковых по размерам очистных выработок неравноценно, верхняя выработка оказывает на нижележащую, как правило, гораздо меньшее влияние, чем нижняя - на вышерасположенную. В соответствии с этим горные работы стараются чаще вести в условиях надработки пластов или жил и реже в условиях подработки. 3. Организация производственного контроля при производстве геологических и маркшейдерских работ. Главный маркшейдер и главный геолог организации соответственно обеспечивают: ежегодное планирование работы маркшейдерских и геологических служб в соответствии с годовым планом развития горных работ (годовой программой работ) и установленными требованиями; проведение в пределах своей компетенции проверок соответствия фактического и планового ведения горных работ, соблюдения технических проектов и технологической дисциплины, параметров горных выработок и состояния целиков, выполнения указаний работников служб; участие служб в разработке планов мероприятий по обеспечению промышленной безопасности и охраны недр и техническом расследовании причин аварий, инцидентов и несчастных случаев; приемку маркшейдерских, топографо-геодезических, землеустроительных и геологических работ, выполняемых сторонними организациями на договорной основе; передачу маркшейдерской, топографо-геодезической, землеустроительной и геологической документации соответствующим организациям, являющимся правопреемниками реорганизуемых организаций по добыче полезных ископаемых, а при ликвидации и консервации организаций - в соответствующий государственный архив субъекта Российской Федерации. Руководители маркшейдерской и геологической служб организаций осуществляют в системе производственного контроля следующие функции: доведение до руководителей участков, цехов и других подразделений организации обязательных для исполнения указаний по вопросам маркшейдерского и геологического обеспечения горных работ, а также по устранению нарушений требований законодательства о недрах, промышленной безопасности, охране недр и окружающей природной среды, проектной и технологической документации, годовых планов развития горных работ (годовых программ работ) в целях предотвращения случаев аварий и травматизма, сверхнормативных потерь полезных ископаемых, выборочной отработки богатых участков месторождений, приводящей к необоснованным потерям запасов полезных ископаемых, и недопущения других нарушений законодательных требований; внесение предложений руководителю организации по приостановке работ по строительству, реконструкции, эксплуатации, консервации или ликвидации объектов по добыче полезных ископаемых и подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых, если проведение этих работ может повлечь за собой порчу месторождений полезных ископаемых, прорыв в горные выработки воды и вредных газов, возникновение опасных деформаций горных выработок, охраняемых объектов поверхности и других аварийных ситуаций, а также в случае отступлений и нарушений требований проекта и установленных норм и правил, незамедлительно ставя об этом в известность руководителя организации и работников, ответственных за осуществление производственного контроля; браковку работ, выполненных с отступлениями от утвержденных годовых планов развития горных работ (годовых программ работ), проектной и технической документации; организацию подготовки и аттестации работников служб в области промышленной безопасности и охраны недр; внедрение в производство геологических и маркшейдерских работ новейших достижений науки и техники; доведение до сведения работников служб информации об изменении требований нормативно-технических документов в области геологического и маркшейдерского обеспечения горных работ, промышленной безопасности, охраны недр, их обеспечение нормативными документами; совершенствование организации и методов ведения геологических и маркшейдерских работ на основе широкого внедрения новейших достижений науки и техники, передового отечественного и зарубежного опыта на базе развития и освоения геофизической аппаратуры, оптико-электронной, гравиметрической техники, систем глобального позицирования, лазерных, гироскопических, инерциальных систем, геоинформационных и иных компьютерных технологий обработки геологической и маркшейдерской информации; ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 26 1. Способы действия на горные породы с целью отделения их от массива. Буровзрывные работы, паспорт БВР, безопасность при БВР. ОТБОЙКА - отделение горных пород от массива под действием ударных нагрузок. Различают способы отбойки: взрывной — с использованием взрывчатых веществ или патронов беспламенного взрывания кардокс, эрдокс, гидрокс, хемикол; гидравлический — гидромониторными, импульсными и пульсирующими струями воды; гидровзрывной (взрыв гидравлический) — с использованием взрывчатых веществ в скважинах с водойпод высоким давлением; механический — с помощью отбойных молотков или горных машин с исполнительными органами ударного действия. Отбойка — наиболее распространённый вид разрушения крепких горных пород (ПИ) при подземной и открытой разработках твёрдых Пи. Взрывной способ разрушения горных пород универсален. Он может применяться при любой крепости угля и пород, как в очистных, так и в подготовительных выработках. Буровзрывные работы — совокупность производственных процессов по отделению от массива взрывом части горной породы с одновременным её раздроблением и перемещением. Буровзрывные работы применяются в горном деле в различных технологических процессах подземной и открытой добычи полезных ископаемых. Качество буровзрывных работ определяется равномерностью дробления скальных пород, хорошей проработкой контура отбиваемой от массива части горной массы, низким процентом выхода негабарита, шириной развала горной массы Применяют следующие способы ведения взрывных работ: шпуровой, скважинный, камерный и накладными зарядами. Шпуровой метод применяют при проведении выработок. Шпуром называется продольное цилиндрическое углубление глубиной до 5 м и диаметром до 75 мм, пробуриваемое в разрушаемом массиве бурильными машинами. При шпуровом методе ведения взрывных работ применяют сплошной заряд. На шахтах, опасных по газу и пыли, применяют предохранительные ВВ и сплошные заряды. • При поДземных горных работах буровзрывные работы применяются как при проходке горных выработок, так и при добыче ПИ. При проходке горных выработок буровзрывным способом вначале в забое вначале бурятся шпуры с помощью буровых станков, затем заряжаются и производится взрыв с отбивной горных пород на выработанной пространство. После отгрузки отбитой горной массы начинается новый цикл проходки: бурение, заряжание и взрыв. Дальше цикл повторяется. При добыче ПИ с помощью буровзрывных работ технология зависит от системы разработки рудных месторождений. • На открытых горных работах работы ведутся уступами. Поэтому буровзрывные работы ведутся путём поэтапного взрыва уступов карьера. На подготавливаемом к взрыву части уступа (блоке) вначале бурятся скважины в соответствии с паспортом ведения буровзрывных работ, затем заряжаются и готовятся к взрыву. На время взрыва все работы в карьере прекращаются. После массового взрыва производится погрузка отбитой горной массы в транспортные В настоящее время универсальным и практическим единственным высокоэффективным способом подготовки горных пород к выемке с коэффициентом крепости выше шести по классификации проф. Протодьяконова М.М., является разрушение пород энергией взрыва. По условиям применения взрывчатые вещества (ВВ) подразделяются на три группы: • непредохранительные - для взрывных работ на поверхности и в шахтах, не опасных по газу и пыли (скальные аммониты, гранулиты, аммоналы, аммонит); • предохранительные - для шахт, опасных по газу и пыли (аммонит АП-5ЖВ, ПЖВ-20 и др.); • повышенной предохранительности для взрывных работ по углю (угленит Э-6, П-12ЦБ, патроны СП-1). При проходке подземных горных выработок применяют ВВ только в патронированном виде. Различают огневое, электроогневое и электрическое взрывание зарядов. На шахтах, опасных по газу и пыли, применяют электрический способ. В качестве средств инициирования (СИ) используют электродетонаторы короткозамедленного действия типа ЭДКЗ-ПК и ЭДКЗ-ПКМ. Проведение горных выработок буровзрывным способом в обязательном порядке производится на основании технической документации - паспорта БВР. Паспорта должны утверждаться руководителем той организации, которая ведет взрывные работы. Паспорта составляются на основании и с учетом результатов не менее трех опытных взрываний. По разрешению руководителя взрывных работ организации допускается вместо опытных взрываний использовать результаты взрывов, проведенных в аналогичных условиях. Паспорт должен включать: а) схему расположения шпуров, наименования взрывчатых материалов, число шпуров, их глубину и диаметр, массу и конструкцию зарядов и боевиков, последовательность и количество приемов взрывания зарядов, материал забойки и ее длину, схему монтажа электровзрывной сети с указанием длины (сопротивления), замедлений, схему и время проветривания забоев; б) размер радиуса опасной зоны; в) схему мест укрытия мастера-взрывника и рабочих на время производства взрывных работ, которые должны располагаться за пределами опасной зоны. Кроме того, для шахт, опасных по газу или пыли, в паспорте должны быть указаны количество и схема расположения специальных средств по предотвращению взрывов газа (пыли). МЕРЫ БЕЗОПАСНОСТИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТ В УГОЛЬНЫХ ШАХТАХ Основными причинами травматизма при взрывных работах являются: • вспышки и взрывы метана или угольной пыли при производстве взрывных работ; • преждевременное срабатывание электродетонаторов; • механические воздействия на отказавшие заряды взрывчатых материалов при работе горнорабочих и механизмов; • случайное попадание людей в опасную зону взрыва из-за отсутствия постов охраны. С целью исключения вышеуказанных причин травматизма и аварийных ситуаций при производстве взрывных работ, необходимо руководствоваться требованиями «Единых правил безопасности при взрывных работах» [1]. 1. Условия применения взрывчатых материалов должны соответствовать классификационным требованиям (3-6 классы) 2. При производстве взрывных работ необходимо проводить мероприятия по обеспечению безопасности персонала взрывных работ, предупреждению отравлений людей пылью взрывчатых веществ и ядовитыми продуктами взрывов 3. Взрывные работы должны выполняться взрывниками под руководством лица технического надзора, по письменным нарядам с ознакомлением под роспись Взрывник во время работы обязан быть в соответствующей спецодежде, иметь при себе выданные организацией часы, необходимые приборы и принадлежности для взрывных работ. 4. Каждая организация, ведущая взрывные работы должна иметь техническую документацию, оформленную в установленном порядке (проекты, паспорта). 5. При производстве взрывных работ обязательна подача звуковых сигналов для оповещения людей а) первый сигнал - предупредительный (один продолжительный). Сигнал подается при вводе опасной зоны; б) второй сигнал - боевой (два продолжительных). По этому сигналу проводится взрыв; в) третий сигнал - отбой (три коротких). Он означает окончание взрывных работ. 6. Перед началом заряжания шпуров при ведении взрывных работ в подземных выработках необходимо обеспечить проветривание забоя, убрать ранее взорванную в забое горную массу, вывести людей, не связанных с выполнением взрывных работ, за пределы опасной зоны, в места, определенные паспортом буровзрывных работ, при этом должны быть обеспечены безопасные условия работы взрывника. А в угольных шахтах при осмотре забоя после взрывания мастер-взрывник обязан проводить замер концентрации метана по всему сечению забоя, 8. Места укрытия мастера-взрывника, расположения поста охраны, других людей во всех случаях следует определять в проектах, паспортах или схемах буровзрывных работ с учетом того, что расстояние от места укрытия мастера-взрывника до постов охраны, не менее 10 м и от места расположения постов охраны до места нахождения остальных людей - не менее 10 м. 11. Минимальная глубина шпуров при взрывании по углю и породе должна быть 0,6 м. 12. В качестве забойки должны применяться глина, смесь глины с песком, гидрозабойка в шпурах в сочетании с запирающей забойкой из глины или смеси глины с песком или иные материалы, допущенные Ростехнадзором. 13. При взрывании по углю и по породе минимальная величина забойки для всех забоечных материалов должна составлять: а) при глубине шпуров 0,6-1,0 м - половину глубину шпура; б) при глубине шпуров более 1 м - 0,5 м; в) при взрывании зарядов в скважинах - 1 м. 14. Расстояние от заряда взрывчатых веществ до ближайшей поверхности должно быть не менее 0,5 м по углю и не менее 0,3 м по породе, в том числе и при взрывании зарядов в породном негабарите. В случае применения взрывчатых веществ VI класса при взрывании по углю это расстояние допускается уменьшать до 0.3 м. 15. На пластах, опасных по пыли, перед каждым взрыванием в забоях, проводимых по углю или по углю с подрывкой боковых пород, необходимо проводить осланцевание или орошение осевшей угольной пыли водой с добавлением смачивателя как у забоя, так и в выработке, примыкающей к забою, на протяжении не зарядов. менее 20 м от взрываемых 2. Основные принципы определения размеров устойчивых целиков и обнажений пород в очистных выработках. На основе общих представлений механики устойчивость какой-либо системы может быть охарактеризована условиями, обеспечивающими сохранение ее состояния в течение заданного времени. Применительно к горным выработкам устойчивость можно определить как способность сохранения, вопервых, формы и, во-вторых, размеров выработки, обеспечивающих ее эксплуатацию в течение необходимого периода. Для каждого сочетания горно-геологических условий существуют определенные (критические) размеры обнажений пород в выработках, при превышении которых выработки приходят в неустойчивое состояние и их эксплуатация становится небезопасной. С целью регулирования размеров обнажений пород в выработанных пространствах часто оставляют целики, т. е. нетронутые участки рудного тела, пласта или вмещающих пород. При этом в зависимости от применяемой технологии целики или извлекают после отработки основной части полезного ископаемого, или же оставляют в недрах, что, естественно, приводит к увеличению потерь полезных ископаемых. Извлечение целиков, как правило, сопровождается трудностями в организации и обеспечении работ, а иногда требует применения специфических систем разработки. Назначением целиков является предотвращение развития недопустимых деформаций в массиве окружающих пород и предотвращение увеличения размеров зон разрушения. В зависимости от того, для охраны каких объектов они предназначены и каковы сроки их существования, целики подразделяют на несколько видов. Целики, предназначенные для охраны сооружений поверхностного комплекса шахт и рудников от вредного влияния очистных работ, называют предохранительными, срок их службы составляет обычно несколько десятилетий и часто совпадает с общим сроком эксплуатации горнорудного предприятия. Для охраны капитальных вскрывающих выработок (стволов, штолен, штреков или квершлагов) оставляют соответствующие охранные целики (околоствольные, околоштольневые и т. д.). Срок их службы также весьма длителен и, как и в первом случае, может достигать нескольких десятков лет. Для поддержания очистных пространств, предохранения подготовительных выработок, а также для исключения влияния очистных работ на соседних участках оставляют временные целики. Это наиболее массовый вид целиков, срок их существования обычно составляет несколько лет, т. е. соизмерим с периодом отработки отдельных участков, блоков или камер. В случаях, если оставляют целики излишне больших размеров, это приводит к неоправданным потерям, если же размеры целиков недостаточны, то происходит их разрушение, которое влечет за собой перераспределение напряжений в окружающем массиве пород, часто в обширных областях. При этом разрушение целиков на одном участке может вызвать лавинообразное разрушение целиков на соседних участках. Все многообразие пространственных схем расположения целиков, встречающихся при разработке пластовых и рудных месторождений, может быть сведено к следующим основным случаям: а) неограниченная периодическая последовательность одинаковых по своим размерам и формам междукамерных, околоштрековых и других целиков; б) неограниченная периодическая последовательность целиков различных размеров и формы; в) бессистемное расположение целиков различных размеров и конфигурации; г) одиночные целики различных параметров. При этом по конфигурации горизонтальных сечений различают целики ленточные и столбчатые (рис.). С точки зрения геомеханики условия работы этих целиков различны: * - ленточные целики находятся в условиях плоской деформации; * - столбчатые целики - в условиях одноосного напряжённого состояния. Рис.. Схемы поддержания очистных пространств с помощью ленточных (а) и столбчатых (б) целиков. Поскольку выработанное пространство и целики образуют единую систему в массиве горных пород, их оптимальные параметры во всех случаях должны быть взаимосвязаны и взаимообусловленыПоэтому для обоснованного определения оптимальных параметров систем разработки, в том числе размеров очистных выработок и целиков, в общем случае необходимо рассматривать напряженнодеформированное состояние всей системы дневная поверхность — толща вышележащих пород — кровля очистной выработки—целик — почва очистной выработки. наилучшим способом исследования подобных систем являются аналитические методы и методы математического моделирования. При этом возможна оценка как состояния всей системы в целом, так и отдельных её элементов, практически, с любой степенью детальности. Однако в практике горных работ весьма часто возникают потребности оценить состояние и выбрать оптимальные параметры каких-либо локальных элементов, не прибегая к исследованию всей указанной взаимосвязанной системы. Для подобных случаев весьма широко применяется подход, когда в каждом конкретном случае стремятся выявить наиболее слабое звено—лимитирующий элемент, устойчивое состояние которого предопределяет состояние всех остальных звеньев, и исходя из параметров этого элемента устанавливают остальные параметры элементов всей системы разработки. Часто подобными лимитирующими элементами является кровля камер или целики, реже — почва выработок. Для последнего случая характерны явления вдавливания целиков в почву, в результате чего происходили завалы выработок на больших площадях. Лимитирующим элементом может быть вышележащая толща пород. Это характерно для условий применения комбинированных систем разработки рудных тел открытым и подземным способом, а также для условий добычи легкорастворимых полезных ископаемых (например, солей) и при ведении горных работ под водоемами, когда необходимо обеспечивать устойчивость пород во избежание трещин, провалов, прорывов воды и пр. Наконец, лимитирующим элементом может являться и дневная поверхность в случаях, когда необходимо обеспечить устойчивость наземных зданий и сооружений. Большое влияние на характер деформирования отдельных элементов и в целом всей указанной системы оказывают соотношения деформационно-прочностных свойств пород, слагающих целики, кровлю и почву очистных выработок, а также вышележащую толщу. Весьма существенны также характер и свойства контактов целиков с кровлей и почвой выработок. Для расчета оптимальных параметров очистных выработок и целиков необходимо: а) установить характеристики нагрузок (величины напряжений в массиве пород), действующих на элементы системы разработки, размеры которых подлежат определению; б) на основании характеристик напряженно-деформированного состояния и сравнения их с деформационно-прочностными параметрами пород, слагающих кровлю и целики, оценить несущую способность и устойчивость этих элементов. Первый пункт указанной последовательности операций может быть выполнен с привлечением различных методов (теоретических и экспериментальных), о которых речь шла выше. Он является необходимым при оценке несущей способности целиков и обнажений пород, но принципиальных отличий от методов определения напряженного состояния массива пород вокруг выработок не имеет. Второй пункт составляет сущность расчета оптимальных параметров целиков и обнажений пород в очистных выработках. Он в обязательном порядке включает проверку указанных элементов систем разработки на прочность и устойчивость. 3. Расчет и построение границы безопасного ведения горных работ у затопленных выработок. Опасные по прорывам воды зоны устанавливают у затопленных выработок, пройденных по угольным пластам или по вмещающим породам, у затопленных шахтных стволов, шурфов и скважин, у разрывных тектонических нарушений, пересекающих затопленные выработки, а также в толщах, залегающих под и над затопленными выработками. Параметры междушахтных целиков также следует оценивать по условиям предотвращения прорыва через них шахтных вод. Горные и буровые работы в опасных по прорывам воды зонах можно вести только с выполнением инженерных мероприятий, которые обеспечивают их безопасность. Контуры затопленных выработок могут быть достоверными и недостоверными. Контур можно считать достоверным, если он зафиксирован в горной графической документации по результатам маркшейдерских съемок, выполненных после остановки забоев выработок с соблюдением требований инструкции по производству маркшейдерских работ; правильность нанесения контура выработок может быть проверена по материалам этих съемок. Если эти условия не соблюдаются, то контур затопленных выработок следует считать недостоверным. Ширину опасных по прорыву воды зон (барьерных целиков) у затопленных выработок с достоверным контуром, пройденных в одиночных пластах мощностью до 3,5 м при углах падения a < 30°, следует определять по формуле: d = 0,05 H + 5 m + Д/ где d - ширина опасной зоны (барьерного целика) по пласту при отсутствии в ней тектонических нарушений, м; Н - расстояние по вертикали от земной поверхности до пласта в опасной зоне, м m - вынимаемая мощность пласта, м; Al - погрешность положения затопленной выработки (определяется маркшейдером шахты. Ширину опасной зоны принимают равной 20 м, если по формуле (1) она получилась менее 20 м. При давлении воды в затопленной выработке менее 0,1 МПа (1 кгс/см2) ширину барьерного целика принимают равной 20 ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 28 1. Понятие о горном давлении. Горные удары. Горное Давление - силы, возникающие в массиве горных пород в результате действия гравитации (силы тяжести, веса) и тектонических напряжений, существующих в земной коре из-за современных тектонических процессов Проявления горного давления - механические процессы (смещения, деформации, разрушения массива, нагрузки на крепь, давление на целики), происходящие в массиве горных пород, как реакция массива на нарушение исходного (природного, существовавшего до начала горных работ) напряженного состояния при ведении работ. О п о р н о е д а в л е н и е - это повышенное (по сравнению с исходным, существовавшим до проведения выработки) горное давление, возникающее в близи горных выработок вследствие перераспределения исходных напряжений. Высокая концентрация полей напряжений при сооружении горной выработки, как правило, формируется за счет упругих характеристик пород. В результате окружающие выработку породы начинают воспринимать объемный вес вышележащей толщи пород. Существуют две формы проявления горного давления: статическая - деформирование, разрушение и смещения массива пород с постепенной потерей его устойчивости, и динамическая - разрушение протекает с большой скоростью подобно взрыву. Динамические проявления горного давления по мощности, интенсивности, характеру проявления и последствиям подразделяются на: ■ горно-тектонические удары; ■ горные удары; ■ микроудары; ■ толчки;^ стреляния. Им обязательно предшествуют более слабые по выделению энергии внешние признаки динамического проявления горного давления: ■ интенсивное заколообразование, ■ шелушение руд (пород) на контурах выработок и целиков. Визуально горное давление в подготовительных выработках проявляется в виде вывалов пород со стороны кровли, пучения почвы, осыпания боков выработки, деформации элементов крепи. На величину горного давления оказывают влияние горно-геологические факторы: • глубина ведения горных работ; • физико-механические свойства горных пород; • форма и размеры поперечного сечения выработки; • способ проведения выработки; • влияние других выработок. 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. 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. Стреляние - отскакивание от массива линзовидных пластин руды (породы) различных размеров с острыми краями с резким звуком, напоминающим выстрел. 2. Основные пути решения проблем по предупреждению динамических проявлений горного давления. Способы предупреждения горных ударов и внезапных выбросов пород и газа Выделяются региональные меры предупреждения горных ударов и внезапных выбросов, охватывающие обширные пространства добычных участков или пластов, и локальные меры, относящиеся к отдельным горным выработкам. К региональным мерам относятся: -опережающая отработка защитных пластов (слоев, залежей); -предварительная дегазация массива скважинами; -профилактическое увлажнение или рыхление пласта впереди очистных выработок или на подготавливаемом горизонте. Кроме этого, к профилактическим мероприятиям регионального масштаба можно отнести применение соответствующих технологических схем и приёмов ведения горных работ, при которых существенно снижается вероятность горных ударов и внезапных выбросов. Локальными мерами являются: -бурение опережающих разгружающе-дегазирующих скважин из действующих выработок; -обработка опасного массива нагнетанием воды в пласт под давлением в режимах гидрорыхления, гидроотжима и гидроразрыва; гидровымыв полостей и щелей; -взрывное рыхление: -применение разгрузочных щелей и опережающей крепи. Принципы ведения горных работ в условиях возможного проявления горных ударов и внезапных выбросов. — нарезка месторождения на шахтные поля и их отработка без образования участков с большой концентрацией напряжений; — исключение встречных и догоняющих фронтов очистных работ; — уменьшение количества горных выработок впереди фронта очистных работ в отрабатываемых удароопасных пластах (залежах); — сокращение камерных систем разработки; — предупреждение зависания кровли над выработанным пространством.Соблюдение этих принципов снижает вероятность динамических проявлений горного давления, но при этом накладывает определённые ограничения на применяемые системы и методы ведения горных работ. Опасность динамических проявлений горного давления для людей, работающих в шахте, состоит: в травмировании и засыпании их отбрасываемой и обрушающейся массой добываемого полезного ископаемого и вмещающих пород; * в травмировании разрушаемой крепью выработок при нахождении в непосредственной близости от места горного удара или внезапного выброса; в травмировании под действием сильной воздушной волны при горных ударах; в образовании взрывчатой газовоздушной смеси при внезапных выбросах; в заполнении газом горных выработок вблизи места внезапного выброса и образовании бедной кислородом газовоздушной смеси; * * * * в нарушении нормальных условий вентиляции рабочих мест вследствие их завала при горных ударах и внезапных выбросах. В зависимости от масштаба горного удара или внезапного выброса опасность может угрожать людям, находящимся в непосредственной близости от забоя, находящимся в пределах всего добычного участка, либо даже находящимся под землей в пределах всей шахты или рудника. Одной из основных мер защиты людей от горных ударов и выбросов является организация службы прогноза динамических проявлений горного давления и своевременное предупреждение людей о надвигающейся опасности с переводом шахты на специальный режим ведения горных работ, исключающий присутствие людей в опасных местах. Важное значение имеет тщательный инструктаж горнорабочих о визуальных признаках ударо- и выбросоопасности, предвестниках горных ударов и внезапных выбросов, мерах самоспасения, предусматриваемых планом ликвидации аварий. Для возможной механической защиты работающих следует предусматривать специальные крепи, щиты, защитные козырьки и другие конструктивные меры, которые могут быть вполне достаточными и весьма эффективными, например, при стрелянии горных пород, толчках, микроударах и небольших выбросах. В особо ударо- и выбросоопасных условиях управление горными машинами и механизмами очистных работ и проходки выработок. необходимо предусматривать дистанционное и При отработке целиков буровзрывным способом применение безлюдных способов ведения течение 0.5 - 1 часа после него также не допускается. Люди присутствие людей во время взрывания и в должны находиться не ближе 200 м от места взрыва, как правило, в выработках, пройденных по породе. При внезапных выбросах наиболее опасны условия в очистных выработках маломощных крутых пластов: работающие ниже участка выброса подвергаются опасности травмирования, работающие выше этого участка— опасности удушения газом. В таких условиях предусматривают запасные выходы через выработанное пространство по специальным ходкам, защищенным бутовыми полосами. Противогазовая защита предусматривает специальные мероприятия по быстрому восстановлению нормальных условий вентиляции, подаче свежего воздуха в изолированные обрушением или выбросом участки и применение индивидуальных средств защиты. 3. Роль маркшейдерской службы в обеспечении эффективности и безопасности ведения горных работ. Важными задачами, решаемыми маркшейдерской наукой, являются изучение пространственных форм месторождений, залегающих в недрах, и изображение их на специальных горно-геометрических графиках; определение оптимальных режимов добычи полезного ископаемого для получения конечного продукта с необходимым наперед заданным содержанием полезных и вредных компонентов. Фундаментальное направление в маркшейдерской науке связано с изучением особенностей протекания механических процессов в массивах горных пород и в элементах систем разработки при извлечении ПИ (горнаягеомеханика). Маркшейдер участвует во всех этапах работы горного предприятия, начиная с разведки месторождений и кончая ликвидацией предприятия. Причем каждый этап требует своей специфики производства маркшейдерских работ. Разведка месторождений ПИ. При разведке маркшейдер участвует в съемке земной поверхности; согласно проекту геологоразведочных работ определяет и задает в натуре положение разведочных выработок (шурфов, канав, штолен и т. п.); производит съемку разведочных выработок, мест взятия проб, обнажений горных выработок, элементов залегания пластов ПИ и вмещающих пород; совместно с геологом составляет на основе съемок графическую документацию, отражающую форму и условия залегания месторождения. Существенное значение для оценки месторождений имеют работы маркшейдеров по составлению различных горногеометрических графиков, отражающих качественные свойства полезного ископаемого. Маркшейдерские планы и разрезы, построенные по данным геологической разведки, используются для подсчета запасов и проектирования горного предприятия. Проектирование и строительство горного предприятия. При проектировании горных предприятий маркшейдер участвует в проектно-изыскательских работах: в оформлении границ шахтных полей в соответствии с действующими положениями о горных и земельных отводах; в проектировании системы разработки и сооружений на поверхности; в разработке мер охраны сооружений (поверхностных и под земных) от вредного влияния подземных разработок; в составлении графиков организации и планов горных работ в процессе строительства и эксплуатации месторождения; в подсчете потерь и промышленных запасов полезных ископаемых. При строительстве горных предприятий маркшейдер выполняет широкий круг задач, связанных с перенесением проекта в натуру (планировка промышленной площадки, разбивка центра и осей ствола, разбивка осей шахтного комплекса, трассировка подъездных путей и т.д.). Он осуществляет контроль строительства подъемного комплекса, проходки и армирования ствола и проведения капитальных выработок, выполнения проекта специальных методов строительства стволов шахт. Эксплуатация месторождения :маркшейдер производит съемки выработок; задает направления горным выработкам; по результатам съемок составляет планы; осуществляет контроль ведения горных работ в соответствии с проектами и правилами безопасности; выполняет соединительные съемки, обеспечивающие связь поверхностных и подземных маркшейдерских опорных сетей; производит постоянный контроль полноты извлечения полезного ископаемого; осуществляет наблюдения за сдвижением и давлением горных пород; участвует в составлении мер охраны сооружений, природных объектов, горных выработок от вредного влияния подземных разработок и реализует направления рекультивации нарушенных горными работами земель, принимает участие в планировании как очистных, так и подготовительных работ, составляет квартальные, годовые и перспективные планы развития горных работ; предоставляет данные объемов добычи и потерь для учета движения балансовых запасов. При ликвидации и консервации горного предприятия маркшейдер определяет полноту выемки ПИ, а также наряду со съемкой горных выработок и пополнением планов горных работ готовит журналы вычислений подземных съемок и ориентировок шахт для передачи на хранение в архив ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 29 1. Способы управления горным давлением при ведении очистных работ. Управление горным давлением или поддержание выработанного пространства в безопасном состоянии сводятся к четырем основным способам (: • естественное поддержание опорами (целиками) (рис. а); • закладкой выработанного пространства (рис.б); • обрушением руды и вмещающих пород (рис. в); комбинированное поддержание выработанного пространства закладкой и обрушением (рис. . 3г). а- естественное поддержание опорами б- закладкой выработанного пространства в обрушением руды и вмещающих пород; г- комбинированное поддержание выработанного пространства закладкой и обрушением 1 - часть залежи, отрабатываемая системами разработки с закладкой выработанного пространства (камерами или слоями); 2 - часть залежи отрабатываемая системами с обрушением; стрелка - направление фронта очистных работ. При естественном поддержании выработанное пространство остается открытым. Регулирование горного давления производится выбором размеров и параметров расположения постоянных рудных (породных) целиков. Такой способ поддержания кровли применяется при отработке пологих и наклонных залежей сплошной и камерно-столбовой системой разработки. Добыча руды с п о д д е р ж а н и е м в ы р а б о т а н н о г о п р о с т р а н с т в а з а п о л н е н и е м з а к л а д к о й занимает ведущее место при необходимости сохранять налегающий массив и земную поверхность в условиях больших глубин, а также при выемке ценного полезного ископаемого. Управление горным давлением з а п о л н е н и е м в ы р а б о т а н н о г о п р о с т р а н с т в а о б р у ш е н н ы м и в м е щ а ю щ и м и п о р о д а м и применяется для отработки мощных и весьма мощных залежей любого падения с малой и средней ценностью полезного ископаемого. Обрушение пород производится на отбитую руду принудительным взрыванием скважинных зарядов ВВ. В неустойчивых и весьма неустойчивых налегающих породах и достаточном пролете или площади обнажения происходит их самообрушение. К о м б и н и р о в а н н ы й с п о с о б поддержания кровли включает выемку пластообразных обширных залежей чередующимися участками с твердеющей закладкой и с обрушением кровли в форме устойчивого свода. Устойчивость налегающего массива обеспечивается обоснованием необходимой прочности и ширины участка, заложенного твердеющей смесью. 2. Деформационные способы определения параметров напряженного состояния массива пород. В основе деформационных способов определения параметров напряженного состояния массива пород лежит измерение деформаций пород с последующим вычислением действующих напряжений. Наиболее распространенным деформационным способом определения абсолютных значений напряжений является метод разгрузки. Он основан на измерении упругих деформаций восстановления при отделении некоторого элемента от породного массива и разгрузке его от действовавших в нем напряжений. По измеренным деформациям, зная упругие константы пород (модуль продольной упругости Е и коэффициент поперечных деформаций v), вычисляют действовавшие в массиве напряжения, используя математический аппарат теории упругости. Применяют метод в двух основных вариантах: в варианте торцевых измерений; в варианте соосных скважин. Вариант торцевых измерений получил в странах бывшего СССР наибольшее распространение. Применительно к этому варианту, для условий скальных пород, были разработаны и серийно выпускались унифицированные комплекты измерительной аппаратуры и оборудования. Для измерений бурят из горной выработки в заданном направлении скважину диаметром 76-80 мм. В выбранной для измерений точке массива коронкой специальной конструкции шлифуют забой (торец) скважины. Затем с помощью прижимного и ориентирующего устройств к торцу скважины в строго ориентированном положении приклеивают розетку из четырех или трех электротензометрических датчиков. После полной полимеризации клея, обеспечивающего совместность деформаций пород и тензодатчиков, кольцевой коронкой производят обуривание торца скважины. При этом обуриваемый элемент породного массива освобождается от действовавших в нем напряжений и испытывает деформации, фиксируемые тензодатчиками. Используя формулы теории упругости, связывающие измеренные деформации и соответствующие им напряжения, определяют напряжения в плоскости торца скважины. При вычислении напряжений необходимые упругие константы пород Е и v определяют по породному керну, который получают при обуривании торца скважины в точке измерения. Это позволяет исключить погрешность, обусловленную вариациями упругих констант в различных точках массива. Описанный цикл измерений дает значения главных (квазиглавных) напряжений в плоскости торца скважины в одной выбранной точке массива. Продолжая бурение скважины и повторяя аналогичные измерения в других намеченных точках, получают серию измерений, которые подвергают затем математической обработке и анализу. Вариант соосных скважин отличается от описанного тем, что бурят опережающую центральную скважину малого диаметра (около 40 мм). В ней устанавливают деформометры (схема Н. Хаста) либо на ее стенки с помощью специальных приспособлений наклеивают тензодатчики (схема Е. Лимана, рис.). Рис. Схема наклейки электротензометрических датчиков на стенки скважины малого диаметра при измерениях напряжений в массиве пород методом разгрузки в варианте соосных скважин (схема Е. Лимана). а - расположение измерительной и разгрузочной скважин, б - размещение тензодатчиков на стенках скважины малого диаметра, в - расположение датчиков в розетке 1 - скважина диаметром 110-120 мм или больше, 2 - измерительная скважина диаметром 40 мм В первом случае фиксируют изменение диаметра центральной скважины по различным направлениям. При этом для перехода от измеренных перемещений (изменений диаметров центральной скважины) к напряжениям используют данные лабораторной градуировки датчиков деформометра в специально вырезанных породных призмах с модулем упругости, равным модулю упругости исследуемого массива. Во втором случае, при расположении датчиков по схеме, приведенной на рис. в, напряжения вычисляют по результатам измерения деформаций si, s2, е3. В случаях, когда в напряженных породных массивах при разгрузке наряду с мгновенными упругими деформациями проявляются деформации упругого последействия, вычисленные напряжения будут отличаться в большую сторону по сравнению с фактическими, При определении напряжений в таких породах с использованием формул теории упругости в результаты измерений вводят поправки, либо применяют формулы, непосредственно учитывающие неупругие свойства пород, устанавливаемые по данным лабораторных испытаний. Наряду с определением абсолютных значений действующих напряжений часто требуется проследить за их изменениями во времени по мере развития горных работ. Применять для этого метод разгрузки, повторяя каждый раз полный комплекс трудоемких измерений, нецелесообразно. Для определения изменений напряженного состояния пород во времени обычно применяют различные деформометры, размещаемые в буровых скважинах и фиксирующие изменения диаметра скважин по различным направлениям, поперечные и продольные деформации стенок скважины, либо суммарный эффект деформаций скважины. Применяют при этом два типа деформометров. Первый тип - это так называемые податливые включения (иногда их называют "мягкими") - деформометры, фиксирующие деформации стенок скважины, практически не оказывая воздействия на массив пород. Второй тип - упругие включения (жёсткие включения), оказывающие активное сопротивление деформациям горных пород. Разработано и применяется большое количество различных деформометров. Наиболее широко используют скважинные гидравлические датчики, применение которых основано на методе разности давлений. В скважину помещают гидравлический датчик - цилиндрический домкрат с резиновой оболочкой и создают на контакте с горной породой исходное давление. Изменение давления в гидросистеме, фиксируемое манометром, является исходным для расчета изменения напряжений в рассматриваемой точке массива. Различные по конструкциям поперечные и продольные деформометры позволяют фиксировать изменения диаметров скважин и продольные деформации по скважинам с помощью проволочных тензодатчиков сопротивления, индукционных, емкостных, магнитострикционных и других датчиков. Широкое распространение получили также фотоупругие покрытия, определение напряжений в которых ведут путем наблюдения интерференционной картины в поляризованном свете и измерения оптической разности хода с помощью полярископов. Значительно распространены фотоупругие (оптически чувствительные) датчики. Датчик в виде упругого включения из оптически чувствительного стекла - сплошной или полый цилиндр - помещают в скважине, обеспечивая его надежное сцепление с породным массивом посредством цементирования. Применение полых цилиндров позволяет изменять чувствительность датчиков путем подбора необходимых соотношений их внешнего и внутреннего диаметров. 3. Виды опасных зон при подземной разработке месторождений полезных ископаемых. Опасная зона - участок недр, в пределах которого при ведении горных работ требуется осуществлять дополнительные меры безопасности, предусматриваемые проектом на отработку месторождения, а также проектом мероприятий на ведение горных работ в опасной зоне. При подземной разработке угля могут образовываться следующие опасные зоны: Зоны, возникающие под воздействием геомеханических процессов: - опасные по горным ударам; - опасные по внезапным выбросам угля и газа; - повышенного горного давления от целиков или краевых частей; Зоны, обусловленные геологическими факторами: - у геологических нарушений, в том числе у выходов пластов под наносы; - опасные по прорыву плывунных пород; - опасные по суфлярным выделениям метана геологического происхождения. Зоны, опасные по прорыву воды: - расположенные под водными объектами на земной поверхности; - расположенные вблизи затопленных выработок, в том числе у незатампонированных разведочных и технических скважин различного назначения; - барьерные целики, в том числе между открытыми и подземными горными выработками. Зоны, обусловленные горнотехническими факторами: - опасные по прорыву глины и пульпы; - пожарные участки; - загазированные выработки; - участки ведения горных работ, находящихся в зоне влияния действующих открытых горных работ (при совместной отработке участка открытым и подземным способом). ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 30 1. Строение карьерного комплекса Земельным отводом называется участок земной поверхности, выделенный предприятию (организации) для своих нужд. Для горных предприятий земельные отводы выдаются под здания, сооружения, коммуникации, отвалы, жилые поселки. Карье р совокупность горных выработок, образованных при добыче ПИ открытым способом; горное предприятие по добыче ПИ открытым способом Отва л — размещение на поверхности пустых (вскрышных) пород или некондиционного минерального сырья, а также хвостов обогатительных фабрик, отходов или шлаков от различных производств и сжигания твёрдого топлива. Виды проекций при геометризации недр. Аксонометрические проекции. Аксонометрические проекции позволяют получать объемное изображение объекта, что требуется в ряде случаев при документации сложных узлов геологических структур и горных выработок, а также при составлении схем вентиляции, размещения оборудования в выработках и при решении других задач. Для достижения необходимой наглядности и лучших метрических свойств чертежа задаются условными прямоугольными пространственными осями координат, совпадающими или параллельными с основными размерами изображаемого объекта, положением плоскости проекций относительно указанных осей и направлением проецирующих лучей относительно плоскости проекции. По последнему, признаку аксонометрические проекции делятся на прямоугольные (проецирующие лучи перпендикулярны к плоскости проекций) и косоугольные. Косоугольные аксонометрические проекции являются общим видом проекций. Условные прямоугольные пространственные оси координат (и параллельные им основные размеры изображаемого объекта) при аксонометрическом проектировании искажаются в определенных отношениях, называемых показателями искажения вдоль координатных осей. Проекции, у которых все три показателя искажения равны между собой, называются и з о м е т р и ч е с к и м и . Проекции с двумя одинаковыми показателями искажения из трех называются д и м е т р и ч е с к и м и . Проекции с тремя разными показателями искажения называются т р и м е т р и ч е с к и м н . Аффинные проекции. При построении объемных изображений сложных геологических структур и комплексов горных выработок иногда применяются аффинные преобразования, основанные, как и аксонометрические проекции, на использовании параллельных проецирующих лучей. Здесь при построении объемных изображений объекта в качестве системы пространственных координат используются: ось родства (линия пересечения горизонтальной плоскости с плоскостью проекций) и перпендикулярные к ней горизонтальная и отвесная линии. Указанные линии при параллельном проецировании на плоскости проекций преобразуются в так называемые а ф ф и н н ы е к о о р д и н а т н ы е оси. Векторные проекции Если исходными графиками изображаемого объекта являются параллельные 2. сечения, представленные в виде вертикальных сечений по разведочным линиям, или погоризонтные планы горных выработок и горизонтальные геологические сечения, или изосечения (гипсометрические планы) поверхностей тел сложной формы, то построение изображения объекта, отвечающего условиям наглядности, метричности и динамичности наиболее просто производится с помощью векторных проекций. В основе метода приняты параллельные векторы, т. е. отрезки определенной величины и направления. Каждой точке пространства может соответствовать система векторов любых длин и направлений Практически изображение методом векторных проекций осуществляется следующим образом. В пространстве выбирается некоторая горизонтальная плоскость, мысленно совмещаемая с плоскостью листа. Эта плоскость принимается за нулевую, ибо все векторы ее точек равны нулю. К каждой характерной точке объекта на плане проводят векторы, которые определяют своей величиной расстоянияв принятом масштабе точек от нулевого горизонта. Направление векторов в плоскости чертежа может быть любым. В каждом конкретном случае его выбирают с учетом получения наибольшей наглядности изображения. Таким образом, ортогональная проекция данной в пространстве наклонной АВ в векторной проекции изображается двумя прямыми, проходящими одна — через начала, а другая через концы векторов. По взаимному расположению прямых можно судить о положении (угле наклона) прямой относительно нулевого горизонта. 3. Стандартизация и классификация маркшейдерско-геодезических приборов. Стандартизация геодезических приборов строится на основе- классификации и типизации приборов с учетом потребностей- народного хозяйства Стандартизация решает следующие основные задачи: а) установление необходимой номенклатуры приборов с современными параметрами; б) своевременная замена морально устаревших, малопроизводительных и ненадежных приборов; в) обеспечение контроля качества приборов на различных этапах их жизненного цикла. В настоящее время в зависимости от решаемых задач выпускаются различные классы геодезических приборов: нивелиры, теодолиты, светодальномеры, тахеометры и др. приспособления (рейки, штативы, вешки). Согласно ГОСТ теодолиты выполняются 3х классов: высокоточные (Т05), точные (Т5), технические (Т30). Т- теоДолит, 05 - ошибка измерения угла оДним приемом Должна быть не более 0,5 сек. Высокоточные приборы иногда выполняются стационарными, с большим весом нивелиры, также выполняются 3х классов (В, Т, Тех) - Н05, Н3, Н10. Н - нивелир, 0,5 - ошибка опреДеления превышения 0,5 мм на 1 км Двойного хоДа. ф 2Т30 4Т30КПМ 2 это модификация П - труба с прямым изображением, К - компенсатор, М - маркшейдерские работы, Л лимб. Геодезические приборы можно классифицировать по различным признакам: назначению, точности, конструктивным особенностям, степени автоматизации какойлибо отдельной операции или комплекса операций, характеру выдаваемой информации.и т.д. С точки зрения метрологии среди геодезических приборов можно выделить средства измерений и приборы, не являющие- ся измерительными. Измерительные геодезические приборы характеризуются комплексом метрологических характеристик и подлежат повер- ке и метрологической аттестации. При изготовлении приборов на заводе производится метрологическая аттестация их основных параметров. Метрология - прикладная наука, занимающаяся обеспечением единства измерений. Метрология вышла из геодезии. Появилась в начале 20 века и занимается измерением длин от 0 до 2 м с точностью порядка 0,5 - 1 микрометра. Микрометр (мкм) - тысячная доля мм. А геодезия занимается измерениями от 0 - от. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ №31 1. СТАДИИ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ Совокупность горных работ, заключающихся в выемке пород верхней части земной коры непосредственно с поверхности земли, для добычи ПИ или создания котлованов другого назначения называют открытыми горными работами. Открытые горные работы, выполняемые с целью добычи Пи, называют открытым способом разработки или открытой разработкой месторождений ПИ. Разработка месторождений Пи открытым способом включает в себя следующие стадии: a. подготовительную, в течение которой освобождают поверхность земельного отвода карьера, т.е. вырубают леса, осушают болота и озера, отводят реки, переносят дороги, коммуникации; производят предварительное осушение месторождения; ограждают карьер от стоков поверхностных вод; снимают и складируют плодородный почвенный слой земли и т.п.; b. строительную, которая заключается в выполнении комплекса горнокапитальных работ, создающих начальный фронт вскрышных и добычных работ и возможность осуществления эксплуатационных работ; на этой стадии строят здания и сооружения поверхностного комплекса, предприятия, горные выработки и транспортные коммуникации, обеспечивающие доступ к рабочим горизонтамкарьера; c. эксплуатационную, в течение которой производят вскрышные работы, т.е. выемку, перемещение и размещение в отвалах вскрышных пород, и добычные работы, включающие в себя выемку, перемещение, разгрузку или складирование ПИ; в результате вскрышных работ происходит систематическое удаление пустых пород для создания доступа к ПИ, поэтому по своему назначению, они являются подготовительными, а добычные работы, в результате которых извлекают ПИ из массива пород, — очистными; d. восстановительную, которая заключается в рекультивации земель, нарушенных горными работами. Все стадии открытой отработки карьерного поля, т.е. месторождения или его части, выполняют на участке поверхности земли, представляющем собой земельный отвод карьера, в пределах которого размещают также отвалы вскрышных пород, промышленную площадку и другие производственные сооружения. 2. СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ПРЯМЫМИ. МЕТОД СОВМЕЩЕНИЯ ПЛОСКОСТЕЙ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛА МЕЖДУ ПРЯМЫМИ, КРАТЧАЙШЕЕ РАССТОЯНИЕ ОТ ПРЯМОЙ ДО ПЛОСКОСТИ, УГОЛ МЕЖДУ ПРЯМОЙ И ПЛОСКОСТЬЮ. СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ ПЛОСКОСТЯМИ. Метод совмещения. Для получения неискаженных величин элементов фигур (углов и сторон), лежащих в заданной плоскости, пользуются методом совмещения. При этом данная плоскость вращается около одной из своих горизонталей до положения, параллельного плоскости плана. Определение угла между прямыми Определение угла м е ж д у н а п р а в л е н и я м и , например, угла между осью секущей выработки и нормалью к напластованию при переходе от разреза пород по выработке к нормальному их разрезу или при переходе от нормальной колонки пород к разрезу их вдоль проектируемой выработки. На рис. 1.7 по исходным данным построены наклонные прямые abи ас и горизонтальная прямая ad. Требуется найти истинную величину угла между наклонными прямыми ab и ас. Для проведения на плане (рис. 1.7, а) горизонтали 10—h плоскости, в которой лежат прямые ab и ас, строятся по ним профили (рис. 1.7, б) и на прямых находятся точки 1 к 2, имеющие одинаковые (10—h) отметки. Вращением около этой горизонтали угла 2—а—1 до положения, параллельного плоскости плана, находится совмещенное положение а0вершины с этого угла. Точка, а$ соединяется с неподвижными точками 1 и 2. Угол есть искомый угол между прямыми аb и ас. 3. ВИДЫ ИСКАЖЕНИЙ В ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ И ИХ УСТРАНЕНИЕ. На практике мы всегда имеем пучек лучей различных в зависимости от оптической системы. Белый свет состоит из следующих цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Поэтому при прохождении оптических деталей или среды (стекло, вода, снег) белый свет разлагается на его составляющие. Это явление называется дисперсией. В оптических системах явление дисперсия света оказывает негативное влияние. Рассмотрим основные виды искажений в оптических системах. 1. Дисторсия – нарушение геометрического подобия, оригинала. Если зрительная труба не исправила за дисторсию, то рассматриваемое изображение будет в виде подушки или бочки. Устранение дисторсии осуществляется путем применения различных сортов стекла (крон, флинт). Позволяет устранить искажение на 98%. Если окажется так, что в зрительной трубе имеется дисторсия, то наблюдение необходимо выполнять центром объектива. В центре объектива искажение минимальное. 2. Сферическая аберрация. Обусловлена тем, что центральные лучи и крайние лучи проходя оптическую систему пересекаются не в одной точке: крайние лучи пересекаются ближе к линзе, чем центральные. Явление сферической аберрации приводит к тому, что изображение предмета становится размытым. Устранение этого искажения также устраняется путем применения различного сорта стекла. 3. Хроматическая аберрация. Вызвана явлением дисперсии света и если пучок света пройдет оптическую деталь, то он разлагается на составляющие и получаемое изображение будет окрашенным. Разложение света и пересечение различных цветов в различных фокусах обусловлено тем, что каждый цвет имеет свою длину волны. Устраняется применением различных сортов стекла. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 32 1. ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ В ПЕРИОД ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ. Состав и объемы изыскательских работ следует устанавливать в программе изысканий или в предписании на их выполнение в соответствии с техническим заданием заказчика, с учетом результатов документации строительных котлованов и положений настоящего Свода правил. 9.2. Техническое задание на И-Г изыскания должно содержать: a. данные об этапах и сроках выполнения строительных работ, -о применяемых технических средствах, b. задачах и требуемой последовательности ведения контроля на каждом этапе строительства, -порядке представления изыскательской продукции и оперативного решения вопросов, c. порядке согласования, экспертизы и утверждения актов приемки работ, d. участия в их составлении. 9.3. И-Г изыскания в период строительства должны предусматриваться, в соответствующей проектной документации и выполняться в случаях: -строительства зданий и сооружений I уровня ответственности ,а в сложных инженерно- геологических условиях - и при строительстве зданий и сооружений II уровня ответственности; -осуществления мероприятий по технической мелиорации грунтов оснований; e. необходимости продолжения стационарных наблюдений за режимом подземных вод; -длительных перерывов во времени между окончанием изысканий и началом строительства объектов,; -непредвиденных осложнений при строительстве объектов -изменения генеральных планов объектов, в пределах которых выполнялись изыскания; -строительства объектов в зонах повышенного риска. 9.4. При изысканиях в период строительства следует устанавливать соответствие инженерно- геологических условий, принятых в проектной документации, фактическим - на основе проведения обследования и инженерно-геологической документации котлованов, туннелей, прорезей и других выемок по результатам изучения характера напластования, состава грунтов, высачивания подземных вод, состояния и свойств грунтов в этих выемках. При установлении существенных расхождений с принятыми в проекте и-Г данными, которые могут обусловить изменение принятых проектных решений, следует выполнять дополнительные изыскательские работы в объемах, обеспечивающих корректировку проекта. 9.5. При И-Г изысканиях в период строительства и проведении геотехнического контроля за качеством возведения земляного сооружения и инженерной подготовки основания намывных и насыпных грунтов, следует осуществлять оценку их качества на основе сопоставления фактически полученных значений плотности сухого грунта со значениями предусмотренными проектом, а также фактические значения влажности отсыпаемых (уплотняемых) грунтов со значениями оптимальной влажности. Для определения плотности грунтов следует использовать полевые экспресс-методы: виброзондирование, малогабаритные зонды , геофизические, в том числе ядерные методы определения плотности-влажности, вращательный срез крыльчаткой и прямой метод определения плотности-влажности - с помощью режущего цилиндра или шурфика 9.6. Специальные И-Г исследования (наблюдения) в период строительства объектов следует проводить для решения следующих задач: -определения скорости выветривания грунтов в откосах котлованов (выемок) и их устойчивости на основе осуществления систематических наблюдений за их поведением (интенсивностью разрушения) во времени; -определения изменений параметров массивов горных пород от техногенного воздействия на основе выполнения в туннелях и котлованах геофизических, в том числе сейсмоакустических исследований и др.; -наблюдения за развитием склоновых и суффозионных процессов, выдавливанием и выплыванием грунтов в откосах котлованов; -проведения испытаний на фрагменте опытного намыва земляного сооружения, если грунты не полностью отвечают установленным требованиям; -проведения инженерной подготовки оснований зданий и сооружений методами глубинного уплотнения, закрепления грунтов и др. 9.7. При изысканиях в период строительства и эксплуатации объектов в необходимых случаях в соответствии с заданием заказчика следует проводить обследование грунтов оснований фундаментов существующих зданий и сооружений с целью решения задач в соответствии с требованиями п. 5.12. Конструкция, материал и состояние фундаментов во вскрытых шурфах должны устанавливаться по поручению заказчика строительной или проектной организацией. При проходке горных выработок должны быть выполнены мероприятия по предохранению грунтов основания существующих фундаментов от нарушения их структуры и состояния (замачивание, промерзание, вымывание, разрыхление и др.). 9.8. В техническом отчете о результатах обследования грунтов оснований фундаментов дополнительно необходимо приводить сведения об изменениях геологической среды за период строительства и эксплуатации зданий (сооружений) и их соответствии прогнозу. 9.9. Стационарные наблюдения (локальный мониторинг) за отдельными компонентами геологической среды в период эксплуатации зданий и сооружений следует осуществлять на основе сети наблюдательных пунктов (скважин, постов, точек). Стационарные наблюдения следует осуществлять с помощью геодезических и геофизических методов, зондирования, лабораторных испытаний и контрольно-измерительной аппаратуры, установленной в основании зданий и сооружений, а также на участках развития геологических и инженерно-геологических процессов. Плотность наблюдательной сети, методы и периодичность наблюдений следует определять в программе изысканий, исходя из особенностей сооружения, инженерно-геологических и гидрогеологических условий и скорости (интенсивности) протекания процессов. 9.10. Достоверность количественного прогноза, составленного при изысканиях для разработки проектной документации, следует проверять и уточнять при изысканиях в процессе строительства и эксплуатации зданий и сооружений. 9.11. И-Г изыскания в период ликвидации предприятий, зданий и сооружений должны обеспечивать в соответствии с требованиями п. 4.21 СНиП 11-02-96 получение материалов и данных для обоснования проектных решений по санации (оздоровлению) и рекультивации (восстановлению почв, земель) территорий, а также представление по результатам изысканий технического отчета в соответствии с требованиями п. 6.30 СНиП 11-02-96. Состав и объемы изыскательских работ следует устанавливать в программе изысканий на основании технического задания заказчика. При изысканиях необходимо выявлять наличие загрязняющих веществ в геологической среде, опасных для здоровья населения, и осуществлять разработку предложений по утилизации и нейтрализации этих веществ, проводить обследование состояния почвенного покрова и приводить рекомендации по замене грунтов и почв на отдельных участках территории, оценку опасности и риска от ликвидации объекта и др. 2. СУЩНОСТЬ СТЕРЕОГРАФИЧЕСКИХ ПРОЕКЦИЙ. СВОЙСТВА СТЕРЕОГРАФИЧЕСКИХ ПРОЕКЦИЙ. ПРОЕКЦИИ ПРЯМЫХ И ПЛОСКОСТЕЙ. РЕШЕНИЕ ЗАДАЧ. Стереографическая проекция — центральная проекция, отображающая двумерную сферу (с одной выколотой точкой) на плоскость. Плоскость касается сферы в некоторой точке (на приведённом рисунке это южный полюс сферы), центром проекции является точка , диаметрально противоположная (на рисунке точка — северный полюс сферы). Через каждую точку сферы проходит единственная прямая, соедининяющая и . Эта прямая пересекает плоскость в единственной точке , которая, таким образом, является образом точки при стереографической проекции. В результате получается взаимно однозначное отображение сферы с выколотой точкой на плоскость. Для того, чтобы получить взаимно однозначное отображение целой сферы, нужно дополнить плоскость элементом, являющимся образом выколотой точки . Этот элемент — так называемая бесконечно удалённая точка, обозначаемая символом . Плоскость, дополненная элементом , называется расширенной плоскостью. Стереографическая проекция целой сферы на расширенную плоскость является гомеоморфным отображением, при стремлении прообраза его образ . Свойства Стереографическая проекция является конформным отображением — она сохраняет углы между кривыми и форму бесконечно малых фигур. Стереографическая проекция переводит окружности на плоскости в окружности на сфере, а прямые на плоскости — в окружности, проходящие через центр проекции. Стереографическая проекция отображает сопряжённые пучки меридианов и параллелей на сфере в сопряжённые эллиптический и гиперболический пучки окружностей на плоскости. Стереографическая проекция осуществляет гомеоморфизм комплексной проективной прямой на двумерную сферу: для этого нужно рассмотреть двумерную (над полем ) вещественную плоскость с координатами как одномерную (над полем ) прямую комплексного переменного . Движения сферы стереографической проекции порождают преобразования Мёбиуса на комплексной плоскости, подобно тому как Гномоническая проекция порождает проективные преобразования на плоскости. 3. УСТРОЙСТВО ЗРИТЕЛЬНОЙ ПАРАМЕТРЫЗРИТЕЛЬНОЙ ТРУБЫ. ТРУБЫ. ОСНОВНЫЕ Объектив предназначен для формирования изображения в фокальной плоскости. Он является наиболее ответственной частью зрительной трубы. От его качества на 90% зависит качествоизображения предмета. В зависимости от назначения зрительной трубы диаметр объектива колеблется от 25 мм (2Т30) до 3 м (телескопы). Фокусирующая линза предназначена для перефокусирования с целью формирования изображения, даваемого объективом в плоскости сетки нитей. Сетка нитей предназначена для точного визирования на предмет. Центр объектива и цент сетки нитей образуют визирную ось. Окуляр предназначен для рассматривания изображения, сформированного в плоскости сетки нитей. Корпус зрительной трубы предназначен для обеспечения сохранности взаимного расположения оптических деталей в заданном положении и для предотвращения попадания влаги вовнутрь. Основные параметры зрительной трубы К основным параметрам зрительной трубы относятся: разрешающая способность зрительной трубы, угол поля зрения зрительной трубы и увеличение. В зависимости от назначения прибора эти параметры могут изменяться. Например, если прибор предназначен для высокоточных геодезических измерений, то основным условием такого прибора является обеспечение высокой разрешающей способности и качества изображения наблюдаемого объекта. Разрешающая способность зрительной трубы Под разрешающей способностью зрительной трубы понимается способность этой трубы разделять 2 точки: А и В под тип наименьшим углом r, т.е. разрешающая способность – это такое качество зрительной трубы, которое позволяет более детально рассматривать какое-то изображение. Чем больше увеличение зрительной трубы, тем больше ее разрешающая способность и тем меньше величина угла r. Поле зрения зрительной трубы Угол поля зрения зрительной трубы – угол, под которым видно изображение всего пространства в зрительной трубе. Человеческий глаз также имеет поле зрения, примерно 160°. Увеличение зрительной трубы Увеличение зрительной трубы – способность зрительной трубы увеличивать какое-либо изображение в n – число крат. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 33 1. Рекультивация карьерного комплекса Карьерные выемки и отвалы образуются при добыче полезных ископаемых и строительных материалов открытым способом, глубина карьера выемок зависит от мощности, расположения и глубины залегания пласта. Рекультивация карьера – это необходимые действия по восстановлению экологического баланса на месте разработок. Заброшенные карьеры наносят существенный ущерб окружающей природной среде – на их месте, как правило, наблюдаются ландшафтные изменения, изменяются гидрологический и гидрогеологический режимы, нарушается геоморфология, происходит загрязнение подземных горизонтов. Рекультивация карьера включается в технологическую схему разработки месторождения, и комплекс мероприятий по рекультивации выполняется постоянно, по мере сработки пласта. Процесс рекультивация карьеров выполняется в несколько этапов. Первый этап рекультивации карьера, подготовительный – это обследование территорий и составление проекта рекультивации, разработка технико-экономического обоснования и технологических схем. На втором этапе рекультивации карьера проект согласуется с государственными надзорными органами. Третьим этапом рекультивации карьеров является непосредственно технологическое производство работ, которые могут осуществляться различными методами в зависимости от типа карьера и его местоположения. Наиболее распространенная технология рекультивация карьеров – это их засыпка промышленными отходами, которые представляют малую опасность для окружающей среды. Порядок мероприятий засыпки и устройства защитных сооружений определяется проектом рекультивации карьера. 2. Методы построения блок-диаграмм участков месторождений. К чертежам наглядности и возможности измерения своуств изображаемых элементов геологического строения Блок-диаграмма представляет собой аксонометрическое, реже перспективное изображение месторождения, тела полезного ископаемого или их отдельных частей. Блокдиаграммы дают объемное отображение геологического строения месторождения и способствуют правильной увязке планов и разрезов. В зависимости от геометрического каркаса блок-диаграммы могут состоять только из планов (Рис. 3.1.3), только из разрезов или совокупности тех и других. Для более наглядного изображения отдельные части блокдиаграммы раздвигают, смещают или вырезают. 3. Основные механические части маркшейдерско-геодезических приборов. К основным механическим частям относятся осевые системы и микрометреннозажимные и наводящие устройства. С помощью этих механических устройств осуществляется сохранение взаимного расположения частей приборов и возможность производить наведение на визирную цель. Осевые системы бывают: -конические; -цилиндрические. В настоящее время применяются цилиндрические системы 1 – ось; 2 – втулка; 3 – разгрузочный винт; 4- шарикоподшипники. Первоначально в истории геодезического приборостроения выпускались геодезические приборы с коническими осями. А примерно с 30х годов нынешнего столетия применяются только цилиндрические оси. Зазор ∆ между осью и втулкой должен быть равен 0,005-0,01 мм. Оборудование для изготовления осей в 17 - начале 20 века позволяло обрабатывать поверхность с точностью 0,1 мм, и при повороте оси внутри этой втулки ось вибрировала, поэтому чтобы обеспечить зазор = 0,005 мм применялся способ притирки. Раньше ось делали из бронзы. Если в течение какого-то времени беспрерывно вращать ось во втулке, то неровности на втулке взаимостираются и в конечном итоге получается гладкая отполированная поверхность и на оси и на втулке. Недостатки конических осевых систем: Т.к. применялась бронза, а она тяжелый сплав, то конические оси были тяжелыми. 2. При колебании t° воздуха от +30-40°С происходило изменение зазора ∆, а иногда в зимнее время ось заклинивало. Для предотвращения заклинивания осей в зимнее время применялся разгрузочный винт (3). При ввинчивании он приподнимал ось и мет самым увеличивал зазор ∆. В настоящее время применяемые цилиндрические оси имеют следующие достоинства: 1. Их вес легче в 3-4 раза. 2. Т.к. между осью и втулкой находится шарикоподшипник (4), то ось легко вращается во втулке. К микрометренно-зажимным наводящим устройствам относятся: 1. Зажимной винт. 2. Наводящий винт (для плавного наведения на точку). 3. Подъемные винты (для приведения прибора в рабочее положение). 4. Элевационный винт нивелира (устанавливает цилиндрический винт в «0»). 1. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 34 1. Задачи маркшейдерской службы при разведке месторождений, проектировании и строительстве горных предприятий, при разработке месторождений. При детальнойразведке месторождений полезных ископаемых в задачи ма ркшейдерской службы входит построениеопорной сети, съёмка земной поверхности, перенесение пр оекта расположения разведочных выработок в натуру, съёмка всех пройденных разведочных выработ ок, а также естественных и искусственных обнаженийгорных пород. Совместно с геологами маркшей деры на основе съёмок составляют чертежи горнойграфической документации, отражающие объём выполненных разведочных работ, ситуацию земной поверхности, форму и размеры тел полезного иско паемого, его качество, свойства вмещающих пород, а также участвуют в подсчёте геологических запа сов. При проектировании горных предприятий маркшейдеры участвуют в проектно изыскательских ра ботах, в проектировании границ горных предприятий и систем разработки месторождения, размещен ии зданий и сооружений, подлежащих строительству на площадяхзалегания полезных ископаемых, в установлении мер охраны сооружений от вредного влияния горных разработок, составлении календар ных планов развития горных работ; проверяют правильность запроектированных соотношений геоме трических элементов генерального плана поверхности, производят подсчёт промышленных запасов. При эксплуатации месторождений маркшейдерской службой регистрируется динамика произво дственного процесса горного предприятия и составляются чертежи горной графической документаци и; по мере подвигания горных выработок уточняются условия залегания месторождения и форма тел полезного ископаемого, а также динамику процесса сдвижения горных пород и другие явления; задаются направления горным выр аботкам, разрабатываются мероприятия по безопасному ведению горных работ вблизи опасных зон и осуществляется контроль за их выполнением; производятся наблюдения за сдвижением горных поро д ипроявлениями горного давления, разрабатываются меры охраны зданий, сооружений, природных объектов игорных выработок от вредного влияния горных разработок; производится учёт движения п ромышленных запасов, потерь и разубоживания полезного ископаемого. 2. Поверхности топографического порядка, их свойства. Математические действия с поверхностями топографического порядка. Т о п о г р а фи ч е с к о й п о в е р х н о с т ь ю называется кривая поверхность, при обобщениях обычно выражаемая графически изолиниями, прототипом которой является поверхность земли. Топографическая поверхность является удобным средством для характеристики многих природных показателей, в том числе и складчатой поверхности пластов. Условие непрерывности гласит, что бесконечно малому перемещению точки в горизонтальной плоскости (приращению координат х и у) соответствует бесконечно малое приращение функции (координаты z). Условие плавности означает, что кривые различных плоских сечений поверхности (горизонтали, профильные линии) являются плавными. В виде топографической поверхности может быть представлена в графическом виде характеристика мощностей залежи. В этом случае последняя изображается линиями равных мощностей (изомощностями). Практически математические действия (сложение, вычитание, умножение и др.) производятся разными способами. Если в результате наложения двух топографических поверхностей получается достаточное и более или менее равномерно распределенное по площади число точек пересечения горизонталей исходных поверхностей, то этими точками пересечения ограничиваются и переносят их на чистый лист. Отметки исходных поверхностей в указанных точках пересечения складывают, вычитают, умножают или производят другие действия с ними, в результате чего получают отметки для вычерчивания результативной поверхности. Если указанных точек пересечения получается мало, то необходимые действия с исходными данными производят в точках, равномерно (например", по квадратной сетке). По полученным результатам вычерчивается искомая поверхность. 3. Устройство теодолита. Теодолит предназначен для измерения горизонтальных и вертикальных углов, а также расстояний и определения превышений. Он состоит из механических и оптических деталей: В зависимости от точности прибора применяют различные отсчетные устройства от 30 сек до 0,1 сек. Теодолит имеет следующие составные части: горизонтальный круг, состоящий из двух самостоятельных кругов - лимба с нанесенными по краю делениями и алидады, несущей отсчетные устройства; зрительную трубу, вращающуюся в вертикальной плоскости вокруг оси, на одном из концов которой жестко скреплен с ней вертикальный круг для измерения вертикальных углов. Для приведения оси вращения алидады (ось вращения теодолита) в отвесное положение, а плоскости лимба в горизонтальное положение, служит цилиндрический уровень и три подъемных винта. В теодолите имеются закрепительные (зажимные) и микрометренные (наводящие) винты. Теодолит Т30: 1 – основание; 2 – исправительный винт цилиндрического уровня; 3, 4 – закрепительный и наводящий винты алидады; 5 – цилиндрический уровень; 6 – наводящий винт зрительной трубы; 7 – кремальера; 8 – закрепительный винт зрительной трубы; 9 – визир; 10 – окуляр зрительной трубы; 11 – окуляр отсчетного микроскопа; 12 – колонка; 13 – подставка; 14 – закрепительный винт лимба; 15 – подъемный винт ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ №35 1Организация маркшейдерской службы в горной промышленности, при строительстве городских подземных сооружений, тоннелестроении. 5.1.1. Подземные маркшейдерские опорные сети являются главной геометрической основой для выполнения съемок горных выработок и решения различных горно-геометрических задач, связанных с обеспечением правильного и безопасного ведения подземных горных работ. Построение подземной маркшейдерской опорной сети осуществляют по техническому проекту, составленному с учетом перспективного плана проведения горных выработок. 5.1.2. Исходными пунктами для развития подземных опорных сетей служат подходные пункты, удовлетворяющие требованиям триангуляции (полигонометрии) 1-го разряда или опорных сетей более высокого класса точности, когда проведение горных выработок осуществляется из штолен или наклонных стволов. Если горные выработки ведутся из вертикальных стволов, то исходными пунктами опорных сетей являются пункты центрирования и ориентирования сети, заложенные в околоствольных выработках. 5.1.3. Подземные опорные сети состоят из полигонометрических ходов, прокладываемых по главным выработкам. Построение опорных сетей выполняют с разделением полигонометрических ходов на секции гироскопически ориентированными сторонами (гиросторонами). Опорные сети создают в виде систем замкнутых, разомкнутых и висячих ходов. Висячие ходы должны быть проложены дважды или примыкать к гиросторонам. Разомкнутые ходы прокладывают между исходными сторонами сети. Высоты пунктов определяют геометрическим или тригонометрическим нивелированием. 5.1.4. Пункты подземных маркшейдерских опорных сетей в зависимости от срока их существования и способа закрепления разделяют на постоянные и временные (приложение 5). Постоянные пункты закладывают группами в местах, обеспечивающих их неподвижность и длительную сохранность. В каждой группе должно быть не менее трех пунктов, а в околоствольном дворе при исходном ориентировании - не менее четырех. При неустойчивых породах постоянные пункты закладывают по мере возможности. 5.1.5. Точность измерений в полигонометрических ходах характеризуется следующими показателями: -- средние квадратические погрешности измерения горизонтальных углов - 20", вертикальных - 30"; -- средняя квадратическая погрешность гироскопического ориентирования не более 1′; расхождение между двумя измерениями линии светодальномерами - не более 3 см, стальными рулетками - 1:3000 длины стороны. 5.1.6. По мере подвигания горных выработок подземную опорную сеть периодически пополняют. Пункты полигонометрических ходов не должны отставать от забоев выработок больше чем на 500 м, если исходные планы горных выработок составляют в масштабе 1:2000, и на 300 м, если планы составляют в масштабе 1:1000. При ведении горных работ вблизи утвержденных границ опасных зон, у затопленных и загазированных выработок удаление пунктов полигонометрических ходов от забоев выработок не должно превышать 30 м при подходе выработок на расстояние 50 м к указанным границам и 150 м при проведении выработок вдоль границы зоны. 5.2. Ориентирование и центрирование опорной сети 5.2.1. Ориентирование подземной маркшейдерской опорной сети должно производиться независимо дважды (одним или разными методами). Расхождение в результатах ориентирования одной и той же стороны не должно превышать 3'. За окончательное значение дирекционного угла принимают среднее взвешенное значение. 5.2.2. Гироскопический способ ориентирования подземных маркшейдерских опорных сетей необходимо применять во всех случаях. Геометрическое ориентирование через один вертикальный шахтный ствол применяется при глубине ствола не более 500 м. 5.2.3. Центрирование сети осуществляется примыканием к отвесам, опущенным в вертикальные горные выработки. Координаты отвесов определяются проложением от подходных пунктов полигонометрических ходов 2-го разряда с количеством сторон не более трех. Расхождение в положении пункта, определенного по двум независимым проектированиям через одну вертикальную выработку, не должно превышать 5 см при Н < 500 м и величины 0,01Н (см) при Н > 500 м, где Н - глубина ствола. Гироскопическое ориентирование 5.2.4. Для определения дирекционных углов сторон подземной опорной сети следует применять маркшейдерские гироскопические приборы, позволяющие выполнять ориентирование со средней квадратической погрешностью не более 1′. 5.2.5. Гироскопические измерения, их обработка и вычисления выполняются в соответствии с требованиями руководства по эксплуатации прибора. 5.2.6. Длина ориентируемых сторон подземной маркшейдерской сети должна быть не менее 50 м. Гироскопический азимут каждой ориентируемой стороны определяется дважды. Геометрическое ориентирование 5.2.7. Геометрическое ориентирование подземной маркшейдерской опорной сети выполняется через вертикальные горные выработки. При ориентировании через один ствол расхождение измеренных расстояний между отвесами на поверхности и в шахте не должно превышать 2 мм. 5.2.8. Примыкание к створу отвесов при ориентировании через один шахтный ствол выполняют способом соединительного треугольника. При этом средние квадратические погрешности передачи дирекционного угла не должны превышать 30". Разность между измеренным и вычисленным значением расстояния между отвесами не должна превышать 3 мм. 5.2.9. При ориентировании сети через два вертикальных ствола средняя квадратическая погрешность дирекционного угла линии, соединяющей отвесы, не должна превышать 20". 5.3. Угловые измерения 5.3.1. Углы в подземных полигонометрических ходах измеряются теодолитами, обеспечивающими необходимую точность, при этом применяются следующие способы центрирования: автоматический, оптический и шнуровым отвесом. 5.3.2. В полигонометрических ходах, прокладываемых в горизонтальных выработках и наклонных с углом наклона менее 30°, углы измеряют одним повторением или приемом. При измерении углов способом повторений разность между одинарным и окончательным (средним) значением угла не должна превышать 45". При измерении углов способом приемов расхождение углов между полуприемами не должно превышать 1′. 5.3.3. Перед использованием постоянных пунктов сети измеряется контрольный угол; разность между предыдущим значением угла и контрольным не должна превышать 1′. 5.4. Линейные измерения 5.4.1. Длину сторон в полигонометрических ходах измеряют стальными компарированными рулетками, светодальномерами и другими приборами, обеспечивающими необходимую точность. Стальные рулетки (ленты) должны быть прокомпарированы с относительной погрешностью не более 1:15000. 5.4.2. Стороны полигонометрических ходов измеряют дважды - в прямом и обратном направлениях. Разрешается измерять линии в одном направлении со смещением промежуточных отвесов или со смещением рулетки при повторном измерении. Отсчеты берутся до миллиметров, каждый интервал измеряется не менее двух раз. В висячих ходах, примыкающих к гиросторонам, длина стороны обязательно измеряется в прямом и обратном направлениях. 5.5. Обработка подземных опорных сетей 5.5.1. Обработка подземных опорных сетей включает: контроль вычислений в журналах измерений, введение поправок в измеренные длины, вычисление невязок, уравнивание сетей, оценку точности положения удаленных пунктов и вычисление координат пунктов полигонометрического хода. 5.6. Определение высот пунктов опорной сети 5.6.1. Высоты в горные выработки на пункты опорной сети передаются независимо дважды через вертикальные, наклонные или горизонтальные горные выработки. 5.6.2. Передачу высот через вертикальные горные выработки рекомендуется выполнять длинной шахтной лентой, длиномером или другими приборами, обеспечивающими необходимую точность. 5.6.3. Расхождение между двумя независимыми передачами высот по вертикальным выработкам, мм, не должно превышать Δh = (10 + 0,2H), где Н - глубина шахтного ствола, м. 5.6.4. Техническое нивелирование выполняется, как правило, по выработкам с углов наклона менее 5°. Тригонометрическое нивелирование по наклонным выработкам рекомендуется производить одновременно с проложением полигонометрического хода. 5.6.5. При техническом нивелировании прокладываются замкнутые ходы или висячие в прямом и обратном направлениях. Расстояние между нивелиром и рейками не должно превышать 100 м. Невязки ходов технического нивелирования не должны превышать 50 , мм, где L - длина хода, км. 5.6.6. При тригонометрическом нивелировании разность превышения для одной и той же линии не должна превышать 0,4l, мм, где l - длина линии, м. Для всего хода расхождение в превышениях не должно быть более 100, мм, где L - длина хода, км. 2. Плоскостная форма залегания залежей. Геометрические параметры и элементы залегания залежей. Способы определения элементов залегания. Из всего многообразия форм и условий залегания полезных ископаемых наиболее простыми являются пластовые месторождения, которые на участках одинакового залегания дают плоскостные формы. Плоскостные формы залегания на отдельных участках представляют распространенный вид геологических тел - пластов и жил, носящих общее название плитообразных. Для них характерны значительные размеры по простиранию (длина) и падению (ширина) по сравнению с третьим измерением— мощностью (толщиной). Форма пласта может быть более сложной по сравнению с плоскостной, но при еѐ изучений приходится выделять участки таких размеров, которые можно принимать плоскостными. Следовательно, плоскостная форма является обязательным элементом при изучении месторождений любой сложной формы. При таком подходе кривая поверхность заменяется поверхностью многогранника. Каждая плоская площадка многогранника — касательная плоскость в данной точке поверхности. Представление о сложной поверхности залежи составляется из суммы представлений об отдельных плоских площадках. Умение подучить измерительные, вычислительные, графические данные о плоском залегании пласта является неизбежным этапом изучения любой формы залежи и материалом для последующего обобщения. Размер, форма и пространственное размещение залежи — первая основа для задания выработок, инженерных расчетов и их оценок. Совокупность операций, позволяющих получить для этих целей значения необходимых показателей, составляет содержание горно-геометрических задач применительно к плоскостным формам залегания, решение которых постоянно сопутствует разведке и разработке месторождений полезных ископаемых. Размер, форма и положение пласта в недрах определяются совокупностью линейных и угловых величин, называемых геометрическими параметрами. К ним относятся: 1) координаты точек на контактах пласта с вмещающими породами, в которых устанавливаются другие геометрические параметры; 2) простирание и угол падения поверхности (контакта) пласта; 3) мощность залежи; 4) глубина залегания; 5) положение в пространстве элементов симметрии изучаемой геологической структуры. Координаты х, у, z точек на поверхности залежи определяются по результатам маркшейдерских съемок, замеров и инклинометрической съемки скважин. Положение п л а с т а в п р о с т р а н с т в е хорошо характеризуется двумя направлениями в плоскости пласта—линией простирания и линией падения, относимыми к определенной точке висячего или лежачего бока залежи и называемыми элементами залегания.. Линией п р о с т и р а н и я пласта называется горизонтальная линия в плоскости того или иного бока пласта. Совокупность линий простирания позволяет изображать форму пласта изолиниями равных высот — изогипсами и решать с их помощью ряд практических задач. Линия п а д е н и я пласта перпендикулярна к линии простирания и фиксирует собой направление наибольшего ската в плоскости висячего Или лежачего: бока пласта. Ее наклон к горизонту называется углом падения пласта. Азимут линии падения и угол падения в данной точке пласта вполне определяют его положение. Для однозначности за направление линии простирания пласта берется такое направление, от которого падение пласта располагается вправо. Это направление в плане определяется углом, отсчитываемым от положительного направления оси х по ходу часовой стрелки, называемым п р о с т и р а н и е м пласта и обозначаемым буквой ά. Простирание линии падения обозначается символом άп. Угол падения пласта принято в горной геометрии обозначать буквой δ. Важной характеристикой залежи является ее мощность, т. е. расстояние между кровлей и почвой пласта по заданному направлению. Если не оговаривается направление, па которому берется мощность, то подразумевается расстояние между кровлей и почвой залежи по нормали. В этом случае мощность на- зывается нормальной и обозначается буквой т. Положение пласта или отдельных его частей в недрах относительно земной поверхности определяется глубиной залегания. Последняя чаще всего берется как расстояние пласта от земной поверхности по вертикали и обозначается в этом случае буквой Н. Иногда при характеристике положения горных вы- работок, пройденных по залежи, пользуются наклонной глубиной, понимая под ней расстояния от земной поверхности; по направлению линии- падения залежи. Линия, во всех точках которой глубина залегания Н пласта равна нулю или мощности наносов, называется соответственно линией выхода п л а с т а на земную поверхность или под наносы. Определение элементов залегания пласта, жилы или геологического контакта является наиболее, встречающейся горно-геометрической задачей решаемой на всех стадиях разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. В практике работы прочно утвердились три способа решения этой задачи. • Непосредственное измерение. В условиях геологического изучения естественных обнажений и в очистных забоях элементы залегания пласта или геологического контакта обычно измеряются непосредственно горным компасом. • Более точно элементы залегания пласта могут быть непосредственно измерены подвесной буссолью и полукругом при обнажении пласта (или контакта) в секущих горных выработках. • Косвенное определение элементов залегания пласта по двум направлениям. Этот способ используется при определении элементов залегания пласта в. секущих горных выработках, когда в плоскости обнажения измеряются простирания и падения двух произвольных направлений. 3. Устройство нивелира. Нивелир предназначен для измерения превышений с точностью от 5 мм до 0,05 мм на станции. Он состоит из зрительной трубы, осевой системы, уровней (круглого и цилиндрического), микрометренно-зажимные устройств, подставка, цилиндрический винт В настоящее время выполняют нивелиры двух конструкций: с цилиндрическим уровнем и с компенсатором, причем последние составляют примерно 90% от общего выпуска. Компенсатор – подвижный элемент внутри прибора, который сам устанавливает визирную ось в положение горизонта. Нивелир Н-3 1- цилиндрический уровень, 2 — мушка, 3,8 — уровни, 4 — наводящий винт, 5 — упругая пластинка, 6 — подъѐмные винты, 7 — подставка, 9 — элевационный винт, 10 — опорная площадка, 11 — винт кремальеры, 12 — окуляр, 13 — зрительная труба ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ №36 1. Роль маркшейдерской службы в вопросах охраны недр и рационального ведения горных работ, техники безопасности и охраны труда. - Руководители маркшейдерской и геологической служб организаций осуществляют в системе производственного контроля следующие функции: доведение до руководителей участков, цехов и других подразделений организации обязательных для исполнения указаний по вопросам маркшейдерского и геологического обеспечения горных работ, а также по устранению нарушений требований законодательства о недрах, промышленной безопасности, охране недр и окружающей природной среды, проектной и технологической документации, годовых планов развития горных работ (годовых программ работ) в целях предотвращения случаев аварий и травматизма, сверхнормативных потерь полезных ископаемых, выборочной отработки богатых участков месторождений, приводящей к необоснованным потерям запасов полезных ископаемых, и недопущения других нарушений законодательных требований; -внесение предложений руководителю организации по приостановке работ по строительству, реконструкции, эксплуатации, консервации или ликвидации объектов по добыче полезных ископаемых и подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых, если проведение этих работ может повлечь за собой порчу месторождений полезных ископаемых, прорыв в горные выработки воды и вредных газов, возникновение опасных деформаций горных выработок, охраняемых объектов поверхности и других аварийных ситуаций, а также в случае отступлений и нарушений требований проекта и установленных норм и правил, незамедлительно ставя об этом в известность руководителя организации и работников, ответственных за осуществление производственного контроля; -браковка работ, выполненных с отступлениями от утвержденных годовых планов развития горных работ (годовых программ работ), проектной и технической документации; -организация подготовки и аттестации работников служб в области промышленной безопасности и охраны недр; -внедрение в производство геологических и маркшейдерских работ новейших достижений науки и техники; -доведение до сведения работников служб информации об изменении требований нормативно технических документов в области геологического и маркшейдерского обеспечения горных работ, промышленной безопасности, охраны недр, их обеспечение нормативными документами; -совершенствование организации и методов ведения геологических и маркшейдерских работ на основе широкого внедрения новейших достижений науки и техники, передового отечественного и зарубежного опыта на базе развития и освоения геофизической аппаратуры, оптико - электронной, гравиметрической техники, систем глобального позицирования, лазерных, гироскопических, инерциальных систем, геоинформационных и иных компьютерных технологий обработки геологической и маркшейдерской информации; -внесение руководителю организации предложений: о проведении мероприятий по обеспечению охраны недр и промышленной безопасности, выполнению условий лицензий на пользование недрами и видов деятельности; -об устранении нарушений установленных требований по охране недр и промышленной безопасности согласно указаниям работников служб; -о поощрении за рациональное использование недр и высокое качество выполнения геологических и маркшейдерских работ сотрудников служб, а также о наложении на них взысканий за нарушение требований законодательства о недрах и утвержденной проектной и технической документации; -о привлечении к ответственности лиц, нарушивших установленные требования и уклоняющихся от выполнения указаний служб. 2. Инклинометрическая съемка скважин. Построение проекции оси скважины на плоскость геологического разреза. Видимая мощность. Переход от видимой мощности к вертикальной, горизонтальной и нормальной мощностям. ИНКЛИНОМЕТРИЯ — определение пространственного положения ствола буровой скважины путём непрерывного измерения инклинометрами. По данным замеров угла и азимута скважины, а также глубины ствола в точке замера строится план (инклинограмма) — проекция оси скважины на горизонтальную плоскость и профиль — вертикальная проекция на плоскости магнитного меридиана, геологическогоразреза по месторождению, проходящего через исследуемую скважину. Наличие фактических координат бурящихся скважин даёт основание судить о качестве проводки скважины и точно определять точки пересечения скважиной различных участков геологического разреза, т.е. установить правильность бурения в заданном направлении, что позволяет правильно оценивать запасы месторождений по данным буровой разведки и выбирать рациональную систему их разработки. Суть метода: бурится скважина. Затем зонд инклинометра опускается в скважину и в процессе опускания в заданных точках производятся измерения наклона обсадных труб (ствола скважины). Далее, на основе измеренных углов наклонов и азимутов с привязкой к глубине погружения, рассчитывается траектория движения зонда – то есть скважины. Этот метод предполагает что нижний конец трубы неподвижен (находится ниже плоскости скольжения оползня), поэтому для правильного подбора глубины скважин нужны данные предварительных изысканий. Инклинометрические измерения предназначены для получения основных параметров, характеризующих степень искривления различных буровых скважин. Такими параметрами являются зенитный угол и азимут искривления скважины, которые замеряются специальными приборами – инклинометрами. На основании полученных замеров определяются фактические координаты бурящейся скважины. Для этого зенитный угол, азимут и глубина точки замера наносятся на план (инклинограмму), представляющий собой горизонтальную плоскую проекцию ствола скважины. При наложении этих же данных на вертикальную плоскость геологического разреза месторождения получают профиль, т.е. вертикальную проекцию скважины. По инклинограмме и профилю устанавливается правильность бурения по заданному направлению. Положение скважин в пространстве определяется с целью получения действительной картины расположения пересекаемых ею горных пород: их глубины, падения и простирания. Плановый контроль искривления скважины. Так как пространственное положение скважины измеряют в точках, которые отстоят друг от друга на определенных расстояниях, т.е. дискретно, то важное значение приобретаетплановый контроль искривления скважин. Планом задается время проведения каждого инклинометрического измерения, которое зависит от общей сложности месторождения, скорости бурения, количества, твердости и толщины пластов различных горных пород, а также интенсивности, с которой происходит естественное искривление скважины. Разработка плана и контроль за его выполнением возлагаются на геологическую службу. Неисполнение плана в большинстве случаев приводит к отклонению скважины, зачастую значительному, от проектной трассы, что, в свою очередь, ведет к невыполнению задач, возложенных на скважину проектным геологическим заданием. Плановый контроль искривления скважин применяется при решении следующих задач: - контроль правильности направления бурения; - необходимость выполнить искусственное искривление скважины (например, чтобы обойти выступ твердо породы); - исправление незапланированного искривления скважины. Во втором и третьем случаях инклинометрические измерения производят перед, во время и после выполнения работ по искривлению либо исправлению пространственного положения скважины. Инклинометрические приборы Для проведения оперативных измерений применяются автономные инклинометрические приборы (магнитные и гироскопические). Магнитные применяют в необсаженных скважинах для точечных и непрерывных измерений. Гироскопические – как в необсаженных, так и в обсаженных скважинах. И те и другие инклинометры выпускаются в различных модификациях. В состав стандартного набора для инклинометрических измерений входят: инклинометрический зонд (предназначение - ручное измерение отклонений от оси труб, которые смонтированы в скважину); специализированный измерительный кабель; портативное считывающее устройство. Существует два типа инклинометров: гироскопический; электрический. Гироскопические инклинометры используют при исследовании обсаженных скважин. Данный инклинометр работает на основе свойств гироскопа, а именно - сохранении оси вращения неподвижной. Инклинометр имеет два гироскопа, один из которых предназначен для измерения азимутов, а второй - для измерения угла наклона. Электрические инклинометры применяются при обследовании необсаженных металлическими трубами скважин. Основой данного прибора является рамка, которая подвешена в корпусе и расположена горизонтально относительно отвеса. На рамке расположены стрелка буссоли и указатель угла наклона. Они поочередно подключены к источнику тока и отвечают за обеспечение передачи с реохордов необходимого напряжения . Применение инклинометрии незаменимо при измерении скважин наклонного бурения, так как точность измерения углов около 30 градусов. При бурении вертикально расположенных скважин инклинометрия вычисляет ось наклона с 0.3 градуса. Особым преимуществом оборудования современного образца является возможность их приспосабливания и интеграции в другие виды техники. К примеру, вполне возможно использовать гироскопический инклинометр в составе любой каротажной станции. Это позволяет эффективно проводить исследования любых типов скважин: вертикальных, наклонных, с включениями из ферромагнетиков, обсаженных и так далее. Таким образом можно сделать вывод, что инклинометрия включает в себя все современные разработки и оборудование из областей гироскопического приборостроения, электроники, обработки цифровых сигналов и так далее. 3.Отчетные устройства теодолитов типа Т30, Т5, Т2. В теодолите типа Т30 применяется в качестве отечественного устройства - штриховой микроскоп. Штриховой микроскоп – представляет собой неподвижный штрих и подвижное градусное устройство и наоборот. Лимб разделен на 360 частей, каждое градусное деление подписано. Отсчеты берутся по штриху с точностью до 1 мин. Одновременно в поле зрения отсчетного устройства видно 2 круга – вертикальный и горизонтальный. В теодолите типа 2Т30 – цена наименьшего деления = 5 , а точность отсчета = 1 . Рассмотрим отсчетное устройство теодолита 2Т5. В этом теодолите применен шкаловый микроскоп. Длина шкалы = 1° и шкала поделена на 60 частей, т.е. цена наименьшего деления = 1 . Отсчет производится с точностью до 0,1 наименьшего деления. Общим недостатком указанных отсчетных систем является взятие отсчета по 1ой стороне лимба. Это приводит к тому, что в этом случае имеет место влияние эксцентриситета. Это влияние приводит к ошибке в измерении угла порядка 3-5 , поэтому в высокоточных теодолитах применяется двухсторонняя система отсчитывания, т.е. отсчет по лимбу производится с двух противоположных сторон лимба. Такую систему имеет теодолит 2Т2. Отсчетным устройством теодолита Т5 является отсчетный микроскоп, окуляр 15 которого располагается рядом с окуляром зрительной трубы. Отсчеты производятся по одной стороне горизонтального и вертикального кругов. Круги освещаются через иллюминатор с помощью зеркала 14. В поле зрения отсчетного микроскопа наблюдаются одновременно изображения обоих кругов и двух отсчетных шкал (рисунок 36), одна для отсчетов по горизонтальному кругу, другая – по вертикальному. Одно деление шкалы соответствует перемещению алидады на 1'. Оценка доли деления шкалы производится на глаз до 0',1 деления, т. е. до 6'' Отсчетным устройством теодолита Т2является оптический микрометр, который находится в правой колонке, а окуляр отсчетного микроскопа 15 – рядом с окуляром зрительной трубы. В отсчетный микроскоп одновременно можно наблюдать изображение диаметрально противоположных штрихов горизонтального (двойные штрихи) или вертикального (одинарные штрихи) кругов и часть шкалы оптического микрометра с горизонтальным индексом (рисунок 34). Для снятия отсчета по горизонтальному кругу алидаду закрепляют винтом 4 и вращением барабана оптического микрометра 14 совмещают изображения противоположных штрихов круга. Отсчет снимается следующим образом: - число градусов соответствует первому (слева от центра поля зрения) подписанному числу на верхнем изображении круга; - число десятков минут соответствует числу, делении между верхним штрихом, по которому отсчитывались градусы, и нижним, значение которого отличается от верхнего на 180°; - единицы минут и секунды отсчитываются по шкале оптического микрометра против горизонтального индекса. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 37 1. Основные факторы, определяющие разработку перспективных и текущих планов развития горных работ. Совокупность горных выработок - карьер (рабочая зона), представляющая масштаб открытых разработок, характеризует проектный контур рабочей зоны карьера, параметры техногенного рельефа района разработок и режим нарушения и восстановления земель, которые взаимно влияют друг на друга и зависят от горногеологических условий разработки, морфометрических параметров техногенного рельефа, параметров схем комплексной механизации, способов и параметров вскрывающих выработок. Последние, которые по структуре нарушаемых площадей земель относятся к остаточным горным выработкам и имеющие технологическую связь между системой разработки и способами вскрытия, что также в свою очередь предопределяют степень воздействия на окружающую среду и уровень основных технико-экономических показателей достигаемых в карьере. С другой стороны, основные параметры техногенного рельефа (границы открытых разработок - площадь и глубина формировании) характеризуют производственную мощность, срок существования и промышленные запасы, а также предопределяют характер воздействия на природную среду (земля, вода, воздух) в районе горных работ. В общем виде принципы определения параметров рабочей зоны карьера можно разделить на группы. К первой группе относятся, те по которым параметры определяют и оценивают непосредственно по экономическим показателям: прибыли, рентабельности, соотношение финансовых затрат и результатов, обеспечивающих требуемую норму доходности. Вторая группа представляет принципы определения параметров по коэффициентам вскрыши, параметрам оборудования, системам вскрытия и разработки месторождений. При разработке месторождений значительных размеров в плане важной задачей является определение параметров рабочей зоны карьера. Различают конечные, перспективные и промежуточные контуры рабочей зоны карьера. Наиболее общим критерием эффективности определения границ карьера по экономическим показателям является чистый дисконтированный доход как сумма текущих эффектов за весь расчетный период и индекс доходности представляющий отношение суммы приведенных эффектов к величине приведенных капиталовложений. При определении контуров карьера по коэффициентам вскрыши, осуществляются сравнение среднего (для горизонтальных месторождений) и контурного (для пологих залежей) коэффициентов вскрыши с граничными. При открытой разработке комплексных месторождений границы открытых разработок определяют сравнением коэффициентов вскрыши с учетом суммарного товарного продукта, получаемого из основного и попутных Пи При открыто-подземной (комбинированной) разработке в период расширения или поддержания производственной мощности предприятия границы открытых и подземных работ устанавливают по граничному коэффициенту вскрыши, который представляет собой разницу между себестоимостью 1 м3 полезного ископаемого при открытоподземной разработке и себестоимостью при открытой разработке без учета затрат на природоохранные мероприятия к затратам на проведение этих работ. На величину производственной мощности карьера влияет большое число техникоэкономических и экологических факторов: потребность в полезном ископаемом, себестоимость 1 т добычи с учетом погашения затрат на вскрышные и ландшафтно- восстановительные работы, промышленные запасы в контурах карьерного поля, способ вскрытия и система разработки и т.д. Факторы, ограничивающие производственную мощность карьера, можно разделить на горнотехнические и эколого-экономические. Основными горнотехническими факторами, определяющими производственную мощность карьера, является: пропускная способность транспортных коммуникаций, количество и производительность добычных экскаваторов, необходимость обеспечения подготовленными запасами в указанном объеме, протяженность добычного фронта. К экономическим фактором, определяющим производственную мощность карьера, относят величину максимальной эффективности капитальных вложений на строительство и размер предотвращенного ущерба окружающей природной среде. 2. Геометризация плоскостных форм залегания. Построение гипсометрических планов кровли и почвы, планов изомощностей. Определение линии выхода пласта под наносы (или на поверхность). Построение планов изоглубин. Плоскостные формы залегания на отдельных участках дают распространенный вид геологических тел - пластов и жил, носящих общее название плитообразных. Пласт представляет собой плитообразное тело осадочного происхождения, отделенное от других пород плоскостями напластования. Жилой принято называть минеральную массу, заполнившую трещину в какихлибо горных породах. Гипсометрический план. Поверхность залежи или геологической структуры можно изобразить как топографическую поверхность при помощи линий равных высот, называемых изогипсами. План залежи в изогипсах называется гипсометрическим планом. Расстояние между одноименными изогипсами висячего и лежачего боков залежи по тому или иному направлению представляет собой горизонтальную мощность залежи по этому направлению. Разность отметок, полученных по изогипсам кровли и почвы залежи в некоторой точке плана, характеризует вертикальную мощность залежи в этой точке. С помощью изогипс висячего и лежачего боков залежи можно легко получить мощность ее по любому направлению. Дирекционный угол линии, касательной к изогипсе в любой ее точке, характеризует простирание бока залежи в этой точке. Направление, перпендикулярное к указанной линии в той или иной точке, является направлением падения поверхности залежи в этой точке. График изомощностей залежи. Эти планы дают наглядное представление об изменении мощности и позволяют производить определение ее в любой точке без дополнительных построений. При построении плана залежи в изомощностях дело сводится к замене тела, ограниченного со стороны висячего и лежачего боков топографическими поверхностями, более простым телом, ограниченным со стороны висячего бока условной топографической поверхностью, а со стороны лежачего бока — плоскостью. План залежи в изомощностях можно рассматривать как гипсометрический план поверхности залежи, «осажденной» на горизонтальную плоскость. План залежи в изомощностях позволяет подсчитывать его запас в объемной мере и определять объем проектируемых или выполненных работ и устанавливать нулевой контур или, контур промышленной мощности залежи. График изоглубин. При помощи изолиний можно характеризовать глубину залегания рудного тела в любой точке. Линии равных глубин называются изоглубинами, а сам график — планом изоглубин. Построение плана изоглубин, как и всякой топографической поверхности, производится по ряду точек, в которых глубина залегания известна непосредственно из разведки или из предварительно построенных разрезов. План изоглубин одновременно является планом изомощностей покрывающих пород и используется при решении ряда технических задач. Отношение мощности покрывающих пород к мощности залежи позволяет определить в разных точках коэффициент вскрыши. 3. Центриры, их устройство. Центрирование теодолита. При выполнении измерения угла α° нам необходимо установить теодолит в точке А. Причем таким образом, чтобы ось вращения теодолита совпадала с точкой А. Установка над вершиной измеряемого угла называется центрирование, т.е. вертикальные линии проходящие через точку А и через ось вращения теодолита должны совпадать. Способы центрирования: 1. Визуальный (30-50 мм) 2. С помощью нитевого отвеса (1-3 мм) 3. Оптический способ (0,05-0,5 мм) Наиболее простым, удобным и понятным способом является «способ с помощью нитевого отвеса». С его применением наглядно видно, куда смещать негатив, чтобы отвес совместить с точкой А. Недостатком является влияние центра на его положение. Ошибка из-а влияния центра достигает 5-15 мм, а иногда центрирование невозможно выполнить. В таких случаях используют оптический отвес. Недостатком оптического центрирования является сравнительно долгий процесс центрирования и отсутствие наглядности в процессе центрирования. Ось вращения теодолита должна совпадать с осью центрира. Это совпадение складывается из двух поверок. 1. Ось вращения теодолита должна быть параллельна ось центрира. 2. Ось центрира должна совпадать с осью вращения теодолита. Для того, чтобы узнать какова неисправность центрира выполняется поверка. Поверка На ровной поверхности укладывается белый лист бумаги. Теодолит по уровню приводится в рабочее положение. Наблюдатель, отфокусировав центрир, смотрит в его окуляр и видит белый лист бумаги. Помощник по команде наблюдателя на белом листе бумаги отмечает точку. Затем наблюдатель поворачивает теодолит на 180°. Помощник намечает точку 2. В следствии поворота теодолита на 180° образуется круг, после этого помощник поднимает лист повыше и производит аналогичные операции. Очевидно, что если в оптическомцентрире имеет место неисправность 1, то круги будут одинаковые. Если имеет место 2ое нарушение, то следующий круг будет меньше. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 38 1. Функции крепи горных выработок, виды крепи. Функции крепи горных выработок. , виды крепи. КРЕПЬ ГОРНАЯ — горнотехническое сооружение (конструкция), возводимое в подземных горных выработках для обеспечения их устойчивости, технологической сохранности, а также управления горным давлением. При этом крепь горная выполняет одну или совокупность следующих функций: охрана подземного сооружения от обвалов и вывалов горной породы; обеспечение проектных размеров поперечного сечения подземных сооружений на весь срок их эксплуатации; восприятие внешних и внутренних (в частности, давления воды в гидротехнических тоннелях) нагрузок и их перераспределение для вовлечения в работу окружающего породного массива; предотвращение разрушения, разупрочнения породы от выветривания, размокания и других воздействий воздуха и воды; уменьшение шероховатости поверхности и вследствие этого снижение потерь напора воздуха и воды (в гидротехнических тоннелях) на трение. Современные крепи горные подразделяют: по назначению и виду выработок, где крепь применяют, — на крепи капитальных, подготовительных и очистных выработок, крепи горизонтальных, наклонных и вертикальных выработок, крепи сопряжений и пересечений выработок; по основному (преобладающему) материалу, из которого изготовлена крепь горная — на металлическую крепь, деревянную крепь, каменную крепь, железобетонную, бетонную, полимерную. Выделяют также смешанные крепи горные — изготовленные из двух и более разнородных материалов, без значительного преобладания одного из них (например, рама из деревянных или железобетонных стоек с металлическим верхняком). По рабочей характеристике различают жёсткие крепи и податливые крепи; по характеру взаимодействия с окружающими породами — поддерживающую крепь, подпорную крепь, ограждающую крепь, изолирующую, упрочняющую, а также комбинированную крепь, обладающую свойствами нескольких перечисленных типов крепи горной. В свою очередь, крепи горные капитальных и подготовительных выработок подразделяют: по сроку службы — на временные крепи и постоянные крепи (постоянную крепь тоннелей различного назначения и подземных помещений камерного типа принято называть обделкой); по форме очертания — на прямоугольную, трапециевидную, полигональную, бочкообразную, сводчатую, круговую; по степени перекрытия периметра сечения выработки — на замкнутую и незамкнутую; по конструктивному исполнению — на сплошную крепь, рамную крепь и анкерную крепь. Рамную и анкерную крепи горные обычно применяют в сочетании с межрамным ограждением. По способу изготовления и возведения различают сборную и монолитную крепь горную. Крепи горные очистных забоев делятся: по конструктивному исполнению — на индивидуальную крепь, механизированную крепь и щитовую крепь; по выполняемой функции — на призабойную крепь и посадочную крепь. Основные требования, предъявляемые к конструкциям крепи горной: податливость системы "порода-крепь" при поддержании горных выработок в неустойчивых породах; криволинейность очертания, обеспечивающая высокое сопротивление конструкции за счёт уменьшения изгибающих моментов и растягивающих напряжений. Кроме того, крепь горная подземных помещений камерного типа (в т.ч. тоннелей) должна воспринимать внешние и внутренние нагрузки и по возможности в наибольшей степени включать в работу породный массив (причём деформации крепи горной не должны превышать заранее заданные достаточно малые величины); иметь конструктивно-минимальную толщину (выравнивающая монолитная крепь горная); рассчитываться на весь срок службы сооружения (постоянная крепь), поскольку перекрепление в условиях эксплуатации подземного сооружения крайне затруднительно. К крепям капитальных горных выработок, учитывая длительный срок их службы, предъявляются повышенные требования надёжности и долговечности. В связи с этим основные крепёжные материалы, из которых они изготовляются, — монолитный бетон и железобетон. В сложных горно-геологических условиях применяют сборные крепи горные из бетонных и железобетонных блоков и тюбингов. В благоприятных для поддержания условиях иногда используют более лёгкие крепи (из набрызг-бетона, анкерную и др.). 2 Деформационные способы определения параметров напряженного состояния массива пород. В основе деформационных способов определения параметров напряженного состояния массива пород лежит измерение деформаций пород с последующим вычислением действующих напряжений. Наиболее распространенным деформационным способом определения абсолютных значений напряжений является метод разгрузки. Он основан на измерении упругих деформаций восстановления при отделении некоторого элемента от породного массива и разгрузке его от действовавших в нем напряжений. По измеренным деформациям, зная упругие константы пород (модуль продольной упругости Е и коэффициент поперечных деформаций ), вычисляют действовавшие в массиве напряжения, используя математический аппарат теории упругости. Применяют метод в двух основных вариантах: * в варианте торцевых измерений; * в варианте соосных скважин. Вариант торцевых измерений получил в странах бывшего СССР наибольшее распространение. Применительно к этому варианту, для условий скальных пород, были разработаны и серийно выпускались унифицированные комплекты измерительной аппаратуры и оборудования. Для измерений бурят из горной выработки в заданном направлении скважину диаметром 76-80 мм. В выбранной для измерений точке массива коронкой специальной конструкции шлифуют забой (торец) скважины. Затем с помощью прижимного и ориентирующего устройств к торцу скважины в строго ориентированном положении приклеивают розетку из четырех или трех электротензометрических датчиков. После полной полимеризации клея, обеспечивающего совместность деформаций пород и тензодатчиков, кольцевой коронкой производят обуривание торца скважины. При этом обуриваемый элемент породного массива освобождается от действовавших в нем напряжений и испытывает деформации, фиксируемые тензодатчиками. Используя формулы теории упругости, связывающие измеренные деформации и соответствующие им напряжения, определяют напряжения в плоскости торца скважины. При вычислении напряжений необходимые упругие константы пород Е и определяют по породному керну, который получают при обуривании торца скважины в точке измерения. Это позволяет исключить погрешность, обусловленную вариациями упругих констант в различных точках массива. Описанный цикл измерений дает значения главных (квазиглавных) напряжений в плоскости торца скважины в одной выбранной точке массива. Продолжая бурение скважины и повторяя аналогичные измерения в других намеченных точках, получают серию измерений, которые подвергают затем математической обработке и анализу. Вариант соосных скважин отличается от описанного тем, что бурят опережающую центральную скважину малого диаметра (около 40 мм). В ней устанавливают деформометры (схема Н. Хаста) либо на ее стенки с помощью специальных приспособлений наклеивают тензодатчики (схема Е. Лимана, рис.). Рис. Схема наклейки электротензометрических датчиков на стенки скважины малого диаметра при измерениях напряжений в массиве пород методом разгрузки в варианте соосных скважин (схема Е. Лимана). а - расположение измерительной и разгрузочной скважин, б - размещение тензодатчиков на стенках скважины малого диаметра, в - расположение датчиков в розетке 1 - скважина диаметром 110-120 мм или больше, 2 - измерительная скважина диаметром 40 мм В первом случае фиксируют изменение диаметра центральной скважины по различным направлениям. При этом для перехода от измеренных перемещений (изменений диаметров центральной скважины) к напряжениям используют данные лабораторной градуировки датчиков деформометра в специально вырезанных породных призмах с модулем упругости, равным модулю упругости исследуемого массива. Во втором случае, при расположении датчиков по схеме, приведенной на рис. в, напряжения вычисляют по результатам измерения деформаций 1, 2, 3. В случаях, когда в напряженных породных массивах при разгрузке наряду с мгновенными упругими деформациями проявляются деформации упругого последействия, вычисленные напряжения будут отличаться в большую сторону по сравнению с фактическими, При определении напряжений в таких породах с использованием формул теории упругости в результаты измерений вводят поправки, либо применяют формулы, непосредственно учитывающие неупругие свойства пород, устанавливаемые по данным лабораторных испытаний. Наряду с определением абсолютных значений действующих напряжений часто требуется проследить за их изменениями во времени по мере развития горных работ. Применять для этого метод разгрузки, повторяя каждый раз полный комплекс трудоемких измерений, нецелесообразно. Для определения изменений напряженного состояния пород во времени обычно применяют различные деформометры, размещаемые в буровых скважинах и фиксирующие изменения диаметра скважин по различным направлениям, поперечные и продольные деформации стенок скважины, либо суммарный эффект деформаций скважины. Применяют при этом два типа деформометров. Первый тип - это так называемые податливые включения (иногда их называют "мягкими") - деформометры, фиксирующие деформации стенок скважины, практически не оказывая воздействия на массив пород. Второй тип - упругие включения (жёсткие включения), оказывающие активное сопротивление деформациям горных пород. Разработано и применяется большое количество различных деформометров. Наиболее широко используют скважинные гидравлические датчики, применение которых основано на методе разности давлений. В скважину помещают гидравлический датчик - цилиндрический домкрат с резиновой оболочкой и создают на контакте с горной породой исходное давление. Изменение давления в гидросистеме, фиксируемое манометром, является исходным для расчета изменения напряжений в рассматриваемой точке массива. Различные по конструкциям поперечные и продольные деформометры позволяют фиксировать изменения диаметров скважин и продольные деформации по скважинам с помощью проволочных тензодатчиков сопротивления, индукционных, емкостных, магнитострикционных и других датчиков. Широкое распространение получили также фотоупругие покрытия, определение напряжений в которых ведут путем наблюдения интерференционной картины в поляризованном свете и измерения оптической разности хода с помощью полярископов. Значительно распространены фотоупругие (оптически чувствительные) датчики. Датчик в виде упругого включения из оптически чувствительного стекла - сплошной или полый цилиндр - помещают в скважине, обеспечивая его надежное сцепление с породным массивом посредством цементирования. Применение полых цилиндров позволяет изменять чувствительность датчиков путем подбора необходимых соотношений их внешнего и внутреннего диаметров. 3 Роль маркшейдерской службы в обеспечении эффективности и безопасности ведения горных работ. Важными задачами, решаемыми маркшейдерской наукой, являются изучение пространственных форм месторождений, залегающих в недрах, и изображение их на специальных горно-геометрических графиках; определение оптимальных режимов добычи полезного ископаемого для получения конечного продукта с необходимым наперед заданным содержанием полезных и вредных компонентов. Фундаментальное направление в маркшейдерской науке связано с изучением особенностей протекания механических процессов в массивах горных пород и в элементах систем разработки при извлечении ПИ (горнаягеомеханика). Маркшейдер участвует во всех этапах работы горного предприятия, начиная с разведки месторождений и кончая ликвидацией предприятия. Причем каждый этап требует своей специфики производства маркшейдерских работ. Разведка месторождений ПИ. При разведке маркшейдер участвует в съемке земной поверхности; согласно проекту геологоразведочных работ определяет и задает в натуре положение разведочных выработок (шурфов, канав, штолен и т. п.); производит съемку разведочных выработок, мест взятия проб, обнажений горных выработок, элементов залегания пластов ПИ и вмещающих пород; совместно с геологом составляет на основе съемок графическую документацию, отражающую форму и условия залегания месторождения. Существенное значение для оценки месторождений имеют работы маркшейдеров по составлению различных горногеометрических графиков, отражающих качественные свойства полезного ископаемого. Маркшейдерские планы и разрезы, построенные по данным геологической разведки, используются для подсчета запасов и проектирования горного предприятия. Проектирование и строительство горного предприятия. При проектировании горных предприятий маркшейдер участвует в проектноизыскательских работах: в оформлении границ шахтных полей в соответствии с действующими положениями о горных и земельных отводах; в проектировании системы разработки и сооружений на поверхности; в разработке мер охраны сооружений (поверхностных и под земных) от вредного влияния подземных разработок; в составлении графиков организации и планов горных работ в процессе строительства и эксплуатации месторождения; в подсчете потерь и промышленных запасов полезных ископаемых. При строительстве горных предприятий маркшейдер выполняет широкий круг задач, связанных с перенесением проекта в натуру (планировка промышленной площадки, разбивка центра и осей ствола, разбивка осей шахтного комплекса, трассировка подъездных путей и т.д.). Он осуществляет контроль строительства подъемного комплекса, проходки и армирования ствола и проведения капитальных выработок, выполнения проекта специальных методов строительства стволов шахт. Эксплуатация месторождения :маркшейдер производит съемки выработок; задает направления горным выработкам; по результатам съемок составляет планы; осуществляет контроль ведения горных работ в соответствии с проектами и правилами безопасности; выполняет соединительные съемки, обеспечивающие связь поверхностных и подземных маркшейдерских опорных сетей; производит постоянный контроль полноты извлечения полезного ископаемого; осуществляет наблюдения за сдвижением и давлением горных пород; участвует в составлении мер охраны сооружений, природных объектов, горных выработок от вредного влияния подземных разработок и реализует направления рекультивации нарушенных горными работами земель, принимает участие в планировании как очистных, так и подготовительных работ, составляет квартальные, годовые и перспективные планы развития горных работ; предоставляет данные объемов добычи и потерь для учета движения балансовых запасов. При ликвидации и консервации горного предприятия маркшейдер определяет полноту выемки ПИ, а также наряду со съемкой горных выработок и пополнением планов горных работ готовит журналы вычислений подземных съемок и ориентировок шахт для передачи на хранение в архив ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 39 a. Способы управления горным давлением при ведении очистных работ. Управление горным давлением или поддержание выработанного пространства в безопасном состоянии сводятся к четырем основным способам (: i. естественное поддержание опорами (целиками) (рис. а); ii. закладкой выработанного пространства (рис.б); iii. обрушением руды и вмещающих пород (рис. в); комбинированное поддержание выработанного пространства закладкой и обрушением а)- естественное поддержание опорами (целиками б)- закладкой выработанного пространства В)-обрушением руды и вмещающих пород; рудная залежь закладка обрушенные породы Г)- комбинированное поддержание выработанного пространства закладкой и обрушением 1 – часть залежи, отрабатываемая системами разработки с закладкой выработанного пространства (камерами или слоями); 2 – часть залежи отрабатываемая системами с обрушением; стрелка – направление фронта очистных работ. При естественном поддержании выработанное пространство остается открытым. Регулирование горного давления производится выбором размеров и параметров расположения постоянных рудных (породных) целиков. Такой способ поддержания кровли применяется при отработке пологих и наклонных залежей сплошной и камерно-столбовой системой разработки. Добыча руды с п о д д е р ж а н и е м в ы р а б о т а н н о г о п р о с т р а н с т в а заполнением з а к л а д к о й занимает ведущее место при необходимости сохранять налегающий массив и земную поверхность в условиях больших глубин, а также при выемке ценного полезного ископаемого. Управление горным давлением запо лнением вырабо т анно го п ро ст р а н ст в а о б р у ш е н н ы м и в м е щ а ю щ и м и п о р о д а м и применяется для отработки мощных и весьма мощных залежей любого падения с малой и средней ценностью полезного ископаемого. Обрушение пород производится на отбитую руду принудительным взрыванием скважинных зарядов ВВ. В неустойчивых и весьма неустойчивых налегающих породах и достаточном пролете или площади обнажения происходит их самообрушение. Комбиниро ванный способ поддержания кровли включает выемку пластообразных обширных залежей чередующимися участками с твердеющей закладкой и с обрушением кровли в форме устойчивого свода. Устойчивость налегающего массива обеспечивается обоснованием необходимой прочности и ширины участка, заложенного твердеющей b. Деформационные способы определения параметров напряженного состояния массива пород. В основе деформационных способов определения параметров напряженного состояния массива пород лежит измерение деформаций пород с последующим вычислением действующих напряжений. Наиболее распространенным деформационным способом определения абсолютных значений напряжений является метод разгрузки. Он основан на измерении упругих деформаций восстановления при отделении некоторого элемента от породного массива и разгрузке его от действовавших в нем напряжений. По измеренным деформациям, зная упругие константы пород (модуль продольной упругости Е и коэффициент поперечных деформаций ), вычисляют действовавшие в массиве напряжения, используя математический аппарат теории упругости. Применяют метод в двух основных вариантах: * в варианте торцевых измерений; * в варианте соосных скважин. Вариант торцевых измерений получил в странах бывшего СССР наибольшее распространение. Применительно к этому варианту, для условий скальных пород, были разработаны и серийно выпускались унифицированные комплекты измерительной аппаратуры и оборудования. Для измерений бурят из горной выработки в заданном направлении скважину диаметром 76-80 мм. В выбранной для измерений точке массива коронкой специальной конструкции шлифуют забой (торец) скважины. Затем с помощью прижимного и ориентирующего устройств к торцу скважины в строго ориентированном положении приклеивают розетку из четырех или трех электротензометрических датчиков. После полной полимеризации клея, обеспечивающего совместность деформаций пород и тензодатчиков, кольцевой коронкой производят обуривание торца скважины. При этом обуриваемый элемент породного массива освобождается от действовавших в нем напряжений и испытывает деформации, фиксируемые тензодатчиками. Используя формулы теории упругости, связывающие измеренные деформации и соответствующие им напряжения, определяют напряжения в плоскости торца скважины. При вычислении напряжений необходимые упругие константы пород Е и определяют по породному керну, который получают при обуривании торца скважины в точке измерения. Это позволяет исключить погрешность, обусловленную вариациями упругих констант в различных точках массива. Описанный цикл измерений дает значения главных (квазиглавных) напряжений в плоскости торца скважины в одной выбранной точке массива. Продолжая бурение скважины и повторяя аналогичные измерения в других намеченных точках, получают серию измерений, которые подвергают затем математической обработке и анализу. Вариант соосных скважин отличается от описанного тем, что бурят опережающую центральную скважину малого диаметра (около 40 мм). В ней устанавливают деформометры (схема Н. Хаста) либо на ее стенки с помощью специальных приспособлений наклеивают тензодатчики (схема Е. Лимана, рис.). Рис. Схема наклейки электротензометрических датчиков на стенки скважины малого диаметра при измерениях напряжений в массиве пород методом разгрузки в варианте соосных скважин (схема Е. Лимана). а - расположение измерительной и разгрузочной скважин, б - размещение тензодатчиков на стенках скважины малого диаметра, в - расположение датчиков в розетке 1 - скважина диаметром 110-120 мм или больше, 2 - измерительная скважина диаметром 40 мм В первом случае фиксируют изменение диаметра центральной скважины по различным направлениям. При этом для перехода от измеренных перемещений (изменений диаметров центральной скважины) к напряжениям используют данные лабораторной градуировки датчиков деформометра в специально вырезанных породных призмах с модулем упругости, равным модулю упругости исследуемого массива. Во втором случае, при расположении датчиков по схеме, приведенной на рис. в, напряжения вычисляют по результатам измерения деформаций 1, 2, 3. В случаях, когда в напряженных породных массивах при разгрузке наряду с мгновенными упругими деформациями проявляются деформации упругого последействия, вычисленные напряжения будут отличаться в большую сторону по сравнению с фактическими, При определении напряжений в таких породах с использованием формул теории упругости в результаты измерений вводят поправки, либо применяют формулы, непосредственно учитывающие неупругие свойства пород, устанавливаемые по данным лабораторных испытаний. Наряду с определением абсолютных значений действующих напряжений часто требуется проследить за их изменениями во времени по мере развития горных работ. Применять для этого метод разгрузки, повторяя каждый раз полный комплекс трудоемких измерений, нецелесообразно. Для определения изменений напряженного состояния пород во времени обычно применяют различные деформометры, размещаемые в буровых скважинах и фиксирующие изменения диаметра скважин по различным направлениям, поперечные и продольные деформации стенок скважины, либо суммарный эффект деформаций скважины. Применяют при этом два типа деформометров. Первый тип - это так называемые податливые включения (иногда их называют "мягкими") - деформометры, фиксирующие деформации стенок скважины, практически не оказывая воздействия на массив пород. Второй тип - упругие включения (жёсткие включения), оказывающие активное сопротивление деформациям горных пород. Разработано и применяется большое количество различных деформометров. Наиболее широко используют скважинные гидравлические датчики, применение которых основано на методе разности давлений. В скважину помещают гидравлический датчик - цилиндрический домкрат с резиновой оболочкой и создают на контакте с горной породой исходное давление. Изменение давления в гидросистеме, фиксируемое манометром, является исходным для расчета изменения напряжений в рассматриваемой точке массива. Различные по конструкциям поперечные и продольные деформометры позволяют фиксировать изменения диаметров скважин и продольные деформации по скважинам с помощью проволочных тензодатчиков сопротивления, индукционных, емкостных, магнитострикционных и других датчиков. Широкое распространение получили также фотоупругие покрытия, определение напряжений в которых ведут путем наблюдения интерференционной картины в поляризованном свете и измерения оптической разности хода с помощью полярископов. Значительно распространены фотоупругие (оптически чувствительные) датчики. Датчик в виде упругого включения из оптически чувствительного стекла - сплошной или полый цилиндр - помещают в скважине, обеспечивая его надежное сцепление с породным массивом посредством цементирования. Применение полых цилиндров позволяет изменять чувствительность датчиков путем подбора необходимых соотношений их внешнего и внутреннего диаметров c. Виды опасных зон при подземной разработке месторождений полезных ископаемых. Опасная зона – участок недр, в пределах которого при ведении горных работ требуется осуществлять дополнительные меры безопасности, предусматриваемые проектом на отработку месторождения, а также проектом мероприятий на ведение горных работ в опасной зоне. При подземной разработке угля могут образовываться следующие опасные зоны: Зоны, возникающие под воздействием геомеханических процессов: – опасные по горным ударам; – опасные по внезапным выбросам угля и газа; – повышенного горного давления от целиков или краевых частей; Зоны, обусловленные геологическими факторами: – у геологических нарушений, в том числе у выходов пластов под наносы; – опасные по прорыву плывунных пород; – опасные по суфлярным выделениям метана геологического происхождения. Зоны, опасные по прорыву воды: – расположенные под водными объектами на земной поверхности; – расположенные вблизи затопленных выработок, в том числе у незатампонированных разведочных и технических скважин различного назначения; – барьерные целики, в том числе между открытыми и подземными горными выработками. Зоны, обусловленные горнотехническими факторами: – опасные по прорыву глины и пульпы; – пожарные участки; – загазированные выработки; – участки ведения горных работ, находящихся в зоне влияния действующих открытых горных работ (при совместной отработке участка открытым и подземным способом). Экзаменационный билет № 40 1. Формы залегания месторождений. Виды нарушений в залегании горных пород. Формы рудных тел: а – пласт; б – линза; в –- шток; г – жила. Пласт – геологическое тело имеющее: • плоскую форму; • мощность во много раз меньше размеров площади его распространения; • имеет подошву и кровлю, отделяющую от подстилающих и покрывающих пластов; • однородный состав, но может иметь и прослои (пласт угля с прослоями песка); Эта форма тел наиболее типична для осадочных месторождений. Несколько пластов ПИ называются свитой Шток – (нем. палка, ствол) интрузивное тело, обычно цилиндрической формы, крутопадающее Штокверк - изометрический объём горной породы, пронизанный различно ориентированными прожилками и насыщенный вкрапленностью минерального вещества. По строению различают простые, сложные и рассредоточенные залежи. Простые залежи имеют однородное строение. Сложные залежи содержат прослойки пустых пород и некондиционного полезного ископаемого. Рассредоточенные залежи содержат прослойки полезного ископаемого в виде тел, распределенных в массиве вмещающих пород. Линия простирания – линия (АВ), образующаяся при пересечении поверхности залежи с горизонтальной плоскостью. Направление линии простирания называют простиранием рудного тела. Линия падения – линия (ДС), лежащая в плоскости залежи, перпендикулярная к линии простирания, направленная в сторону большего уклона. Направление противоположное падению называют восстанием залежи. Угол, составленный поверхностью залежи (висячим боком или кровлей) и горизонтальной плоскостью называют углом падения. По характеру залегания тел полезные ископаемые делят: 1) горизонтальные (угол падения до 10о); 2) наклонные (от 10-30 о), 3) крутопадающие (более 45-90о). Мощность рудного тела – расстояние по нормали между висячим и лежачим боками залежи, пласта. Геологические нарушения. А-вброс Б-сброс В-грабен Д-надвиг Е-сдвинг ВЗБРОС — смещение горной породы по разлому, связанное с поднятием одного блока земной коры относительно другого. СБРОС — разновидность разрывных тектонических нарушений земной коры, образующаяся в условиях её растяжения и выраженная в опускании одного блока коры и (или) поднятия другого вдоль поверхности разрыва, вертикальной или наклонённой под относительно опущенный блок. Амплитуда сброса может достигать первых километров (в рифтах). Встречаются в самых различных структурных зонах земной коры (как на континентах, так и в океанах). ГРАБЕН — опущенный участок земной коры, отделённый сбросами, реже взбросами, от смежных, относительно приподнятых участков. ГОРСТ — участок земной коры, занимающий приподнятое положение по отношению к окружающим областям и ограниченный сбросами или взбросами. НАДВИГ — разрывное нарушениезалегания горной породы обычно с пологим (45-60°) наклоном плоскости смещения (сместителя), по которому висячий бок поднят относительно лежачего и надвинут на него. СДВИГ — один из видов разрывных тектонических нарушений земной коры, образующийся в обстановке её горизонтального сжатия и проявленный смещением смежных блоков относительно друг друга в горизонтальном направлении по вертикальной плоскости. Встречаются преимущественно в складчатых областях, где амплитуда смещений вдоль них может измеряться сотнями километров (Таласо-Ферганский сдвиг в Тянь-Шане, сдвиг Сан-Андреас в Калифорнии и многие др.). ВЗБРОС — смещение горной породы по разлому, связанное с поднятием одного блока земной коры относительно другого. СБРОС — разновидность разрывных тектонических нарушений земной коры, образующаяся в условиях её растяжения и выраженная в опускании одного блока коры и (или) поднятия другого вдоль поверхности разрыва, вертикальной или наклонённой под относительно опущенный блок. Амплитуда сброса может достигать первых километров (в рифтах). Встречаются в самых различных структурных зонах земной коры (как на континентах, так и в океанах). ГРАБЕН — опущенный участок земной коры, отделённый сбросами, реже взбросами, от смежных, относительно приподнятых участков. ГОРСТ — участок земной коры, занимающий приподнятое положение по отношению к окружающим областям и ограниченный сбросами или взбросами. НАДВИГ — разрывное нарушениезалегания горной породы обычно с пологим (45-60°) наклоном плоскости смещения (сместителя), по которому висячий бок поднят относительно лежачего и надвинут на него. СДВИГ — один из видов разрывных тектонических нарушений земной коры, образующийся в обстановке её горизонтального сжатия и проявленный смещением смежных блоков относительно друг друга в горизонтальном направлении по вертикальной плоскости. Встречаются преимущественно в складчатых областях, где амплитуда смещений вдоль них может измеряться сотнями километров (Таласо-Ферганский сдвиг в Тянь-Шане, сдвиг Сан-Андреас в Калифорнии и многие др.). 2. Горно-технологические свойства. Интегральный и дифференциальный подходы к определению свойств пород при использовании представлений об их иерархически-блочной структуре. Для решения отдельных вопросов геомеханики представляют интерес горнотехнологические свойства, которые являются откликом массива пород на технологические воздействия и потому отражают не только свойства, но и состояние пород. Число характеристик здесь может быть сколь угодно велико (коэффициент крепости, коэффициент разрыхления, коэффициент трения, угол естественного откоса, гранулометрический состав, показатель дробимости, показатель взрываемости и др.). Наиболее широкое применение в геомеханике находят следующие: Комплексный показатель свойств пород — коэффициент крепости fкр, введенный проф. М. М. Протодьяконовым для характеристики сопротивляемости пород механическим воздействиям. При этом была разработана шкала, в соответствии с которой все горные породы подразделены на 10 категорий. К первой из них отнесены породы с высшей степенью крепости (f кр = 20), к десятой — наиболее слабые плывучие породы (fкр = 0,3). Таким образом, пределы изменения коэффициента крепости — от 0,3 до 20. Другой, также общеупотребительной характеристикой является коэффициент разрыхления Кр, представляющий собой отношение объема Vp породы после ее разрыхления при обрушении или добычи к объему Vм в массиве, т. е. до разрыхления: Кр = V р/ Vм. Наименьшую разрыхляемость при прочих равных условиях имеют песчаные и глинистые породы (Кр = 1,15—1,20), наибольшую—хрупкие скальные породы (Кр = 1,30—1,40). С течением времени разрыхленные породы уплотняются, однако и после уплотнения они не достигают первоначальной плотности в массиве, имевшей место до разрыхления. Минимальные значения коэффициента разрыхления пород после их уплотнения Кр == 1,01—1,15. Одной из существенных характеристик разрыхленных горных пород является также коэффициент трения fo, который в отличие от коэффициента внутреннего трения tg характеризует условие перемещения отдельных блоков пород друг относительно друга, после того как нарушается сплошность массива. Значения коэффициентов трения колеблются в очень широких пределах, зависят от большого числа факторов, в частности от состава, строения, степени твердости пород, шероховатости трущихся поверхностей и составляют преимущественно 0,11—0,36. При больших давлениях могут иметь место пластические деформации и разрушения отдельных выступов на соприкасающихся поверхностях. Указанные сложности в определении влияния каждого фактора на характеристики перемещения пород побудили проф. В. В. Ржевского ввести в рассмотрение единый экспериментально определяемый коэффициент зацепления. Он представляет собой отношение суммы сил трения, сцепления и механического зацепления, развиваемых в определенное время по конкретной поверхности соприкосновения частей массива горных пород, к площади этой поверхности. 3. Государственный надзор за безопасным ведением горных работ, связанных с использованием недр. Методические указания по ведению государственного горного надзора за охраной недр предназначены для Госгортехнадзора России и его территориальных органов. Основной целью государственного горного надзора за охраной недр является обеспечение рационального и комплексного использования минерально-сырьевых ресурсов и охраны недр в интересах народов Российской Федерации и будущих поколений, соблюдение пользователями недр законодательства о недрах, качественное производство геолого- маркшейдерских работ по обеспечению рационального использования и охраны недр, предотвращению аварий и несчастных случаев при ведении горных работ, предупреждение и устранение вредного влияния горных работ на население, окружающую природную среду, здания и сооружения. Организуют разработку и утверждение федеральных требований (правил и норм) по рациональному использованию и охране недр, переработке минерального сырья, производству маркшейдерских работ, охране зданий, сооружений и природных объектов от вредного воздействия горных разработок и безопасному ведению работ при пользовании недрами, устанавливают в необходимых случаях единство требований; Определяют технические требования по охране недр, предупреждению и устранению вредного влияния горных работ на население, окружающую природную среду, здания и сооружения при ликвидации и консервации опасных производственных объектов по добыче полезных ископаемых и подземных сооружений, не связанных с добычей полезных ископаемых, а также порядок ликвидации и консервации указанных объектов и сооружений; В области лицензирования видов деятельности Госгортехнадзор России и его территориальные органы выдают лицензии на производство маркшейдерских работ. государственный контроль за соблюдением норм и правил при составлении и реализации проектов по добыче и переработке полезных ископаемых, использованию недр в целях, не связанных с добычей полезных ископаемых, включая производство маркшейдерских работ; прекращение самовольного пользования недрами и самовольной застройки площадей залегания полезных ископаемых; надзор за соблюдением всеми пользователями недр законодательных и нормативных требований в области охраны зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния горных разработок, промышленной безопасности; контроль за соблюдением установленных требований при геологическом изучении недр в пределах горного отвода; контроль за правильностью разработки месторождений (включая гидроминеральные) в части выемки запасов и комплексного использования полезных ископаемых; контроль за соблюдением ежегодных планов горных работ, а также установленных нормативов потерь полезных ископаемых при их добыче и переработке; контроль за соблюдением условий лицензий на пользование недрами, а также за соблюдением требований (норм, правил) по безопасному ведению работ и охране недр при реализации соглашений о разделе продукции; контроль за соблюдением установленного порядка ведения работ по ликвидации (консервации) объектов недропользования, требований по обеспечению охраны недр, а при консервации - также требований, обеспечивающих сохранность горных выработок на время консервации; надзор за осуществлением производственного контроля в организациях, ведущих горные работы и работы в подземных условиях (в части геологического и маркшейдерского обеспечения горных работ); контроль за соблюдением условий лицензий на производство маркшейдерских работ; контроль за достоверностью геолого-маркшейдерских и горнотехнических исходных данных расчетов платежей за пользование недрами; контроль за выполнением мер охраны зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния горных разработок; контроль за правильностью установления опасных зон при ведении горных работ; проверку знаний правил и норм охраны недр у специалистов и руководителей организаций по добыче полезных ископаемых и использующих недра в целях, не связанных с добычей полезных ископаемых. 1. Технология ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 41 разработки месторождений полезных ископаемых открытым способом. Открытый способ разработки ПИ является наиболее перспективным в технологическом, экономическом отношениях, благодаря развитой индустриальной базе и значительным запасам ПИ, расположенных близко к дневной поверхности. Этим способом в настоящее время добывается примерно ¾ общего объёма твердого минерального сырья, потребляемого народным хозяйством страны. Прогрессивный открытый способ разработки месторождений ПИ получает развитие при значительном улучшении экономических показателей на основе совершенствования техники, технологии и организации горного производства, внедрения передового отечественного и зарубежного опыта, природоохранных и ресурсосберегающих технологий. Основные понятия и определения Карьер – выемка в земной коре, ограниченная искусственно созданной поверхностью, являющаяся результатом работ по добыче ПИ открытым способом. В практике открытой разработки угольных и россыпных месторождений термин карьер принято заменять соответственно терминами разрез и прииск. Вскрыша – выемка пород, покрывающих ПИ, для обеспечения к нему полного доступа. Вскрыша осуществляется горизонтальными или слабонаклонными слоями, при этом боковая поверхность карьера приобретает уступную форму. для вскрыши чаще всего применяются экскаваторный или гидравлический способы. Уступ – часть боковой поверхности карьера, имеющая форму ступени. Рисунок 1 – основные элементы уступа: 1 – верхняя площадка уступа. 2 – нижняя площадка уступа. 3 – откос уступа. 4 – верхняя бровка уступа. 5 – нижняя бровка уступа. 6 – забой уступа. h – высота уступа. - угол откоса уступа. Рабочая площадка уступа – площадка уступа, на которой размещается основное оборудование для его отработки Ширина рабочей площадки уступа превышает его высоту в 2 –4 раза. Берма – площадка, на которой работа не производится. Различают предохранительные и транспортные (соединительные) бермы. Откос уступа - наклонная поверхность, ограничивающая уступ со стороны выработанного пространства. Угол откоса – угол, образуемый плоскостью уступа и горизонтальной плоскостью. Забой уступа – часть уступа, служащая объектом воздействия горного оборудования. Особенности открытого способа: необходимость удаления из карьера значительных объемов вкрышных пород, затраты на разработку которых составляют основную часть общих затрат на добычу полезного ископаемого; необходимость соблюдения определенного порядка отработки слоев – выемку нижних слоев можно начинать только после отработки (выемки) вышележащих слоев; неограниченная возможность использования крупногабаритного высокопроизводительного специального горного оборудования, обеспечивающего комплексную механизацию и автоматизацию всех производственных процессов. Преимущества открытого способа: возможность обеспечения высокого уровня автоматизации и механизации горных работ; высокая производительность труда; низкая себестоимость полезного ископаемого; более безопасные условия труда; более полное извлечение полезного ископаемого; меньшие капитальные затраты. Недостатки открытого способа: зависимость некоторых параметров технологии от климатических условий; значительный экологический ущерб при ведении горных работ. Основные показатели открытых горных работ: годовая производительность карьера по полезному ископаемому и вскрыше; коэффициент вскрыши; месячная производительность труда рабочего по полезному ископаемому; затраты на 1 м3 вскрыши; производственная и полная себестоимость полезного ископаемого; капитальные затраты на 1т (1 м3) полезного ископаемого; годовая прибыль и рентабельность карьера. 2. Основные принципы выбора способа управления горным давлением при ведении очистных работ. Особое внимание при выборе способа управления горным давлением в очистных выработках уделяют поведению пород в пределах призабойного пространства. При этом учитывают способность пород кровли к обрушению, высоту зоны обрушения, размеры и длительность сохранения устойчивых обнажений, свойства пород почвы (прочность, способность к пучению, сопротивляемость вдавливанию в нее стоек крепи и др.), применяемые системы разработки и виды крепи, скорость подвигания очистных забоев, количество и степень выбросоопасности разрабатываемых пластов, расстояние между ними, сроки и порядок их отработки, наличие на земной поверхности объектов, подлежащих защите от влияния горных работ, оснащенность забоев машинами и механизмами, их габаритные размеры и т. д. Степень значимости каждого из перечисленных факторов часто зависит от конкретных условий: второстепенные факторы в одних условиях могут оказаться определяющими, и, наоборот, определяющие факторы в других условиях могут оказаться второстепенными. Так, при отработке запасов полезного ископаемого под ответственными сооружениями, плотно застроенными территориями, крупными водными объектами нередко приходится применять системы разработки с закладкой выработанного пространства, тогда как по прочим факторам было бы вполне возможно применить в этих условиях другие, более производительные и экономичные системы разработки и способы управления горным давлением. При отработке защитных пластов, наоборот, предпочтительнее полное обрушение кровли, так как при этом способе управления горным давлением достигается наибольшая разгрузка пластов, опасных по выбросам угля и газа. Наибольшее распространение при разработке угольных и ряда рудных месторождений получил способ управления горным давлением, носящий название полное обрушение кровли. Применение этого способа позволяет перенести обрушение пород за пределы призабойного пространства. Осуществляют его периодическими обрушениями (посадками) кровли путем выбивки или передвижения крепи, установленной на определенном расстоянии от забоя. Для регулирования обрушения основной кровли применяют специальную крепь, выдерживающую большую нагрузку, чем обычная призабойная крепь. В качестве специальной крепи используют органные стенки, металлические костры, кусты из деревянных или металлических стоек, посадочные элементы механизированных крепей и т. д. Способ частичного обрушения кровли менее эффективен, чем полного обрушения, и потому его применяют в настоящее время редко. При этом способе управления горным давлением обрушение кровли производят между бутовыми полосами, возводимыми в выработанном пространстве параллельно простиранию пласта. Частичная закладка выработанного пространства является эффективным способом управления горным давлением в условиях резкого изменения мощности пласта, очень слабой почвы, весьма прочных или, наоборот, весьма слабых пород непосредственной кровли, т. е. преимущественно в условиях, когда процесс обрушения является труднорегулируемым. Это достигают путем возведения бутовых полос по простиранию пласта. При разработке пластов мощностью до 1 м и тонких жил, в непосредственной кровле которых залегают породы, обладающие способностью прогибаться без видимых нарушений сплошности, целесообразно управлять горным давлением способом плавного опускания (особенно, если почва пласта склонна к пучению) Это один из наиболее простых и экономичных способов К числу самых дорогостоящих способов управления горным давлением относится полная закладка выработанного пространства. Применяется в случаях, когда другие способы не обеспечивают безопасности работ, технически неосуществимы или не отвечают дополнительным требованиям, предъявляемым к горным работам в рассматриваемых конкретных условиях. Такие требования могут возникнуть при послойной отработке пластов и рудных тел, при отработке мощных сближенных пластов или рудных тел в восходящем порядке, при необходимости сохранить вышележащие горные выработки или ответственные сооружения, расположенные на земной поверхности, и в других случаях. В частности, целесообразно отрабатывать с полной закладкой выработанного пространства мощные крутопадающие пласты угля, склонного к самовозгоранию. В условиях разработки маломощных угольных пластов крутого падения значительное распространение получил способ удержания призабойного пространства на кострах. При этом способе управления горным давлением в условиях пластичных пород преобладают явления плавного опускания кровли, а в условиях прочных пород—процессы обрушения. 3. Особенности построения зон повышенного горного давления на пластах опасных по горным ударам и внезапным выбросам. Горный удар - хрупкое разрушение угольного целика, краевой части пласта или боковых пород, находящихся в предельно напряженном состоянии, проявляющееся в виде отброса или выдавливания угля (породы) в горные выработки и приводящее к повреждению горной крепи, смещению машин, оборудования и нарушению технологического процесса. Опасная зона - участок недр, в пределах которого при ведении горных работ требуется осуществлять дополнительные меры безопасности, предусматриваемые, как правило, специальными проектами. Зоны, возникающие под воздействием геомеханических процессов подразделяются:-опасные по горным ударам;-опасные по внезапным выбросам угля и газа;-повышенного горного давления от целиков или краевых частей. Построение границ опасных зон производится маркшейдерской службой шахты в соответствии с методикой, изложенной в Инструкция по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным ударам. Л.: ВНИМИ, 1988. Границы опасных зон по мере их образования должны быть изображены в проектах ведения горных работ в опасных зонах, на обменных и рабочих планах. Ответственным за изображение на обменных и рабочих планах горных выработок границ опасных зон и учет этих зон является главный маркшейдер шахты, шахто-строительного управления (ШСУ), а по зонам у геологических нарушений - главный геолог (геолог) шахты (ШСУ). Порядок расчета и построения защищенных, незащищенных зон и зон ПГД, определение параметров локальной выемки защитных пластов регламентируются Инструкцией по безопасному ведению горных работ на шахтах, разрабатывающих пласты, склонные к горным ударам (СПб., 1999). Главным маркшейдером шахты наносятся границы указанных на планы горных работ и на рабочие эскизы участка; представляется соответствующим службам шахты маркшейдерская документация, необходимая для составления проектов ведения горных работ; разрабатываются мероприятия по маркшейдерскому обеспечению ведения горных работ вблизи и в пределах границ зон ПГД; не позднее чем за месяц до подхода горных выработок к границам незащищенной зоны и зоны ПГД письменно в «Книге указаний и уведомлений маркшейдерской службы» уведомляется об этом технический руководитель шахты и начальник соответствующего участка, а также знакомится с содержанием этого уведомления горно-технический инспектор, закрепленный за шахтой; не позднее чем за трое суток до подхода горных выработок к границе зоны ПГД на расстояние не менее 20 м выдается начальнику участка под расписку эскиз выработок с указанием на нем границ входа и выхода из зон ПГД, а также расстояний до них от маркшейдерских пунктов или от характерных элементов горных выработок. Оценка и учет использования защитного действия пластов ведется согласно разработанным МЕРОПРИЯТИЯм ПО ОБЕСПЕЧЕНИЮ БЕЗОПАСНОСТИ РАБОТАЮЩИХ Все работы по прогнозу опасных зон и мер по предотвращению горных ударов в почве выработок организует технический руководитель - главный инженер шахты. На эксплуатационном участке должна находиться необходимая документация с нанесенными опасными зонами. В службе прогноза и борьбы с горными ударами должен быть журнал с результатами прогноза и контроля эффективности локальных мер борьбы с горными ударами в почве выработок Горные удары на угольных пластах по силе проявления подразделяются на стреляния, микроудары, горные удары, горно-тектонические удары и удары с разрушением пород почвы. Предварительными признаками опасности возникновения горных ударов являются толчки, стреляния и микроудары при работе выемочных машин, отбойных молотков, при бурении и взрывании шпуров. Интенсивность их возрастает с ростом глубины разработки, увеличением мощности труднообрушаемой кровли и наложением нескольких зон опорного давления. Удар возникает внезапно, сопровождается резким звуком, сотрясением горного массива, образованием большого количества пыли и воздушной волной. На газоносных угольных пластах удар приводит к повышенномугазовыделению, а на крутых пластах может вызвать обрушение или высыпание угля. ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ ВОПРОС № 42 1. Кто такой маркшейдер? Роль маркшейдера на горнодобывающем предприятии. В наше время маркшейдер – это горный инженер или техник, который является специалистом по проведению пространственно-геометрических измерений в недрах земли и на соответствующих участках ее поверхности с последующим отображением результатов измерений на планах, картах и разрезах при горных и геологоразведочных работах. Роль: При строительстве горных предприятий маркшейдер выполняет широкий круг задач, связанных с перенесением проекта в натуру (планировка промышленной площадки, разбивка центра и осей ствола, разбивка осей шахтного комплекса, трассировка подъездных путей и т.д.). Он осуществляет контроль строительства подъемного комплекса, проходки и армирования ствола и проведения капитальных выработок, выполнения проекта специальных методов строительства стволов шахт. 2. Какими маркшейдерско-геодезическими приборами пользуются маркшейдера (дать развернутый ответ) Приборы, применяемые маркшейдерами. Теодолиты, тахеометры, нивелиры. Основные рабочие инструменты маркшейдера - измерительные приборы, к которым относятся, в первую очередь, нивелир, теодолит и тахеометр. Все эти приборы предназначены для измерения углов и расстояний, иногда - для измерения азимута (угла между плоскостью меридиана Земли и направлением). Нивелир- измерительный инструмент, с помощью которого можно определить угол наклона, относительную высоту объекта, сделать разметку. Теодолитизмерительный прибор для определения горизонтальных и вертикальных углов при топографических съёмках, геодезических и маркшейдерских работах, в строительстве и т. п. Основной рабочей мерой в теодолите являются лимбы с градусными и минутными делениями (горизонтальный и вертикальный). Теодолит может быть использован для измерения расстояний нитяным дальномером[1] и для определения магнитных азимутов с помощью буссоли. Тахеометр- Геодезический инструмент для измерения расстояний, горизонтальных и вертикальных углов. Близок к классу неповторительных теодолитов, используется для определения координат и высот точек местности при топографической съёмке местности, при разбивочных работах, выносе на местность высот и координат проектных точек, прямых и обратных засечек, тригонометрического нивелирования и так далее. 3. Какое единое специализированное программное обеспечение можно использовать на горнодобывающем предприятии. Изначально МАЙКРОМАЙН занималась разработкой одноименного программного продукта Micromine, который впоследствии стал полноценной горно-геологической информационной системой (ГГИС). Горно-геологическая информационная система – это программное обеспечение, которое позволяет решать множество задач, начиная от обработки первичных геологоразведочных данных и создания геологической модели месторождения для оценки запасов, заканчивая проектированием и планированием открытых и подземных горных работ. Однако со временем, помимо ГГИС, в линейке программных продуктов компании появились система диспетчеризации Pitram и система управления базами данных Geobank. Системы управления базами данных – это системы для централизованного хранения и работы с базами горно-геологической информации, данных опережающей и эксплуатационной разведки, а также любых других данных, полученных на этапе разведки и разработки месторождения. Системы диспетчеризации позволяют в режиме реального времени контролировать все технологические процессы повседневной работы горнодобывающего предприятия при открытом и подземном способе разработки месторождения. Диспетчерская программа с помощью данных, получаемых с соответствующих датчиков, отображает всю информацию о работе основного и вспомогательного оборудования, местоположении персонала и техники, совершаемых операциях, перемещении материалов. Из единого центра управления с использованием специализированного программного обеспечения осуществляется оперативная корректировка производственной программы для достижения необходимых показателей добычи, снижения операционных и материальных затрат, повышения уровня безопасности.
