Контроль и управление горным давлением на рудниках Дальневосточного региона

Основой всей научной работы 
служит убеждение, что мир 
представляет собой упорядоченную 
и познаваемую сущность. 

А. Эйнштейн 

РЕДАКЦИОННЫЙ 
СОВЕТ 

Председатель 

Л. А. 
ПУЧКОВ 

Зам. председателя 

Л.Х. 
ГИТИС 

Члены 
редсовета 

ИВ. 
ДЕМЕНТЬЕВ 

A. П. ДМИТРИЕВ 

Б.А. КАРТОЗИЯ 

A. В. КОРЧАК 

М.В. КУРЛЕНЯ 

B. И. ОСИПОВ 

В.Л. ПЕТРОВ 

э.м. 
СОКОЛОВ 

КН. 
ТРУБЕЦКОЙ 

B. А. ЧАНТУРИЯ 

Е.И. ШЕМЯКИН 

президент 
МГГУ, 
чл.-корр. 
РАН 

директор 
Издательства 
МГГУ 

академик 
РАЕН 

академик 
РАЕН 

академик 
РАЕН 

академик 
МАН 
ВIII 

академик 
РАН 

академик 
РАН 

академик 
МАН 
ВШ 

академик 
МАН 
ВШ 

академик 
РАН 

академик 
РАН 

академик 
РАН 

И.Ю. Рассказов 

КОНТРОЛЬ 
И УПРАВЛЕНИЕ 
ГОРНЫМ 
ДАВЛЕНИЕМ 
НА РУДНИКАХ 
ДАЛЬНЕВОСТОЧНОГО 
РЕГИОНА 

Научный 
редактор 

д-р техн. наук, 
профессор 

Ю.А. 
Мамаев 

МОСКВА 
• 
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ГОРНАЯ КНИГА». 
• 
2008 

УДК 622.83 
ББК 33.14 
Р24 

Книга соответствует «Гигиеническим требованиям к изданиям книжным для 
взрослых. СанПиН 1.2.1253—03», утвержденным Главным государственным 
санитарным врачом России 30 марта 2003 г. (ОСТ 29.124—94). Санитарноэпидемиологическое заключение Федеральной службы по надзору в сфере 
защиты прав потребителей № 77.99.60.953.Д.008501.07.07 

Рецензенты: 

• д-р физ.-мат. наук Ю.И. Болотин (Институт горного дела ДВО РАН); 

• д-р техн. наук, проф. В.В. Макаров (Дальневосточный государственный 
технический университет) 

Рассказов И.Ю. 

Р24 
Контроль и управление горным давлением на рудниках Дальневосточного региона / Науч. ред. д-р техн. наук, проф. Ю.А. Мамаев. 
— М.: Издательство «Горная книга», 2008. — 329 с: ил. (Горная 
книга — ДАЛЬНИЙ ВОСТОК) 

ISBN 978-5-98672-103-3 (в пер.) 

Изложены результаты научных исследований по прогнозу и предотвращению опасных динамических проявлений горного давления на рудниках Дальневосточного региона. Рассмотрены горно-геологические и геомеханические условия разработки месторождений и особенности проявления 
удароопасности. Приведены перспективные методы и средства оценки геомеханического состояния массива горных пород и результаты их применения на удароопасных рудниках. 

Особое внимание уделено вопросам развития научно-методической базы геоакустического метода контроля горного давления, позволяющего установить закономерности поведения тектонически напряженного массива 
горных пород. Дано геомеханическое обоснование комплекса методов контроля и предотвращения горных ударов. 

Для ученых и специалистов научно-исследовательских и проектных 
организаций, вузов горного профиля, инженерно-технических работников 
горно-добывающих предприятий, студентов горных вузов и факультетов. 

ISBN 978-5-98672-103-3 

УДК 622.83 
ББК 33.14 

© И.Ю. Рассказов, 2008 
© Издательство «Горная книга», 2008 
© Дизайн книги. Издательство «Горная 
книга», 2008 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

Проблема повышения безопасности и эффективности 
подземной разработки ударооЬасных рудных месторождений 
занимает важное место в дальнейшем развитии горно-добывающей промышленности многих стран и регионов. Неизбежное при подземных работах горное давление, особенно в 
условиях глубоких горизонтов, развитого фронта 
очистных 
работ, высокой тектонической напряженности массива пород 
и сложности его геологической структуры, проявляется на 
рудниках в динамической форме и приводит к таким опасным последствиям как внезапное разрушение участков разрабатываемого массива горных пород, горные и горно-тектонические удары. 

На подземных рудниках Дальнего Востока России проблема удароопасности существует уже несколько десятилетий. 
Горное давление здесь проявляется в динамических формах и 
приводит к тяжелым последствиям. С увеличением глубины 
горных работ проблема предотвращения горных и горно-тектонических ударов приобретает особую актуальность. 

Прогнозирование характера и масштаба опасных динамических явлений, представляющих собой угрозу жизни работающим и одну из причин снижения эффективности горного производства, до настоящего времени является трудноразрешимой задачей из-за большого количества природных и 
техногенных факторов, а также условий формирования удароопасных ситуаций. 

Для эффективного управления горным давлением необходимо применение методов и средств оценки и контроля 
геомеханического состоянии массива горных пород, в полной 
мере учитывающих особенности геодинамики и условий отработки месторождений в пределах конкретных рудных районов, подобных Дальневосточному региону, 
характеризующемуся рядом особенностей и специфичной 
геотектонической позицией. Надежность прогноза горных ударов во многом зависит от достоверности и оперативности выявления в 

5 

разрабатываемом массиве горных пород потенциально удароопасных зон. Такая возможность появляется при непрерывном 
мониторинге происходящих в горном массиве геомеханических и геодинамических процессов. Точный учет геомеханического состояния массива горных пород и закономерностей 
формирования удароопасных зон позволяет научно обосновать комплекс 
мероприятий 
по предотвращению 
опасных 
проявлений горного давления при планировании и ведении 
горных работ в удароопасных условиях. 

В настоящей работе обобщены результаты исследований 
по проблеме горных ударов на рудниках Дальнего Востока, 
выполненных в Институте горного дела ДВО РАН при непосредственном участии и под руководством автора. В процессе 
работ был проведен детальный анализ разнообразных горногеологических и геомеханических условий разработки месторождений региона и особенностей проявления на них удароопасности при ведении подземных горных работ. Рассмотрены 
перспективные методы и средства оценки геомеханического 
состояния массива горных пород и результаты их применения на удароопасных рудниках. 

Значительное внимание уделено вопросам развития научно-методической базы геоакустического метода контроля 
горного давления, позволяющего установить важные закономерности поведения тектонически напряженного массива 
горных пород. По результатам исследований выполнено геомеханическое обоснование комплекса методов контроля и 
управления горным давлением для условий удароопасных месторождений Дальнего Востока. 

Автор выражает благодарность д-ру техн. наук Г.А. Курсакину, д-ру геол.-минер, наук Б.Г. Саксину, д-ру физ.-мат. 
наук Ю.А. Болотину, канд. техн. наук В.И. Мирошникову и 
другим коллегам из ИГД ДВО РАН за ценные советы и помощь при подготовке работы к изданию, а также инженернотехническим работникам и специалистам служб прогноза и 
предотвращения 
горных ударов ОАО «ГМК 
«Дальполиметалл», ОАО «Хинганское олово» й ОАО «ППГХО» за содействие в проведении экспериментальных исследований и внедрении полученных результатов и рекомендаций. 

6 

Глава 1 

СОВРЕМЕННОЕ 
СОСТОЯНИЕ 
ПРОБЛЕМЫ КОНТРОЛЯ 
УДАРООПАСНОСТИ 
НА РУДНИКАХ 

1.1. 
СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ 
О ПРИРОДЕ И МЕХАНИЗМЕ 
ГОРНЫХ УДАРОВ 

Разработка 
месторождений 
полезных 
ископаемых 
и 
подземное строительство в сложных горно-геологических условиях и на больших глубинах сопровождаются повышенным 
горным давлением. Оно проявляется в таких формах 
как 
сдвижение и обрушение участков массива, внезапные выбросы пород и газа, стреляние пород, горные и горно-тектонические удары, нередко приводящих к катастрофическим последствиям. Отличительные черты динамических проявлений 
горного давления, особенно горных и горно-тектонических 
ударов, — их внезапность и большая разрушительная сила. 
Они наносят большой материальный и социальный урон горно-добывающим предприятиям, а также приводят к длительным (несколько месяцев) остановкам добычи полезного ископаемого из-за необходимости вести масштабные восстановительные работы на больших площадях шахтного поля. 

Проблема горных ударов в мировой горной практике 
существует уже более 100 лет. Опасные динамические проявления горного давления имели место в шахтах и рудниках 
ЮАР, США, Канады, Индии, Германии, Швеции, Чехии, 
Китая и других стран мира. В России первые горные удары 
были зарегистрированы 
в 40-е гг. XX в. в 
Кизеловском 
угольном бассейне. Несколько позже, в 60-е гг. горные удары были зарегистрированы при разработке рудных месторождений (Таштагольское, Октябрьское, Североуральское бокситовое и др.). С конца 70-х гг. XX в. проблема прогноза и 
предотвращения 
горно-динамических 
явлений стала 
актуальна для целого ряда подземных рудников Дальневосточного региона. 

Многолетний опыт отработки удароопасных месторождений и определенные успехи, достигнутые в предотвращении опасных динамических проявлений горного давления на 
шахтах и рудниках отдельных горно-промышленных районов 

9 

мира, пока не дают оснований считать проблему горных ударов близкой к ее окончательному решению. Во многом это 
связано со сложностью геолого-тектонического строения и 
большим разнообразием условий разработки месторождений, 
что особенно характерно для рудных залежей. 

Горные удары, представляющие собой процесс хрупкого 
разрушения целиков или краевых частей массива, происходят при определенном сочетании геологических и горнотехнических условий [1, 14, 92, 94, 195, 200, 2081. Их большое разнообразие и различия во внешних проявлениях длительное время не позволяли получить общепризнанное объяснение причин и механизма этого опасного динамического 
процесса. 

Одним из первых обобщающих исследований по проблеме борьбы с горными ударами была работа С.Г. Авершина 
11], в которой сформулирована следующая рабочая гипотеза о 
причине этих явлений: горные удары представляют собой результат хрупкого разрушения угольного массива под действием высокого опорного давления, возникающего при ведении 
горных работ; при этом происходит взрывоподобное высвобождение упругой энергии, которая и служит 
источником 
разрушения горных выработок. 

По мнению Кука [201, 202], одной из причин зарождения горных ударов является неустойчивое 
высвобождение 
части притока энергии, образующегося за счет уменьшения 
потенциальной энергии горных пород вокруг выработок. Изменения, возникающие в породном массиве под влиянием 
горных 
работ, 
провоцируют 
активизацию 
скрытого 
очага 
сейсмического события, сформированного главным образом 
за счет энергии деформаций, порожденных природной неравномерностью поля напряжений. 

В работе Саламона [208] отмечается, что для динамических проявлений горного давления необходимо выполнение 
ряда условий, а именно: 

• данная область массива горных пород должна быть на 
грани неустойчивого равновесия; 

• в рассматриваемой области должны действовать определенные напряжения, формирующиеся 
в результате 

10 

горных работ, причем, как бы малы ни были изменения этих напряжений, они должны быть достаточными 
для нарушения равновесия; 

• для инициации процесса распространения 
сейсмических волн необходим внезапный скачок напряжений со 
значительной амплитудой; 

• для образования очага кинетической или сейсмической 
энергии необходимо, чтобы вокруг зоны неустойчивого 
равновесия в массиве горных пород накопилось достаточно энергии; ее источником является работа, совершаемая как гравитационными и тектоническими силами, так и техногенными напряжениями. 

Согласно гипотезе о механизме горных ударов И.М. Петухова [94], представляющейся наиболее обоснованной, механическая система «разрушающийся объем пород — окружающие 
горные 
породы» после достижения 
максимально 
возможной нагрузки теряет устойчивое состояние из-за превышения притока энергии из окружающих пород над силами, 
препятствующими ее разрушению. Избыток энергии идет на 
приобретение 
разлетающимися 
кусками породы 
кинетической энергии, а также на сейсмические колебания массива и 
образование 
воздушной 
волны. 
Главными 
условиями 
при 
этом являются способность горных пород накапливать значительную потенциальную энергию упругого деформирования, 
а также высокий уровень действующих в массиве напряжений, достигающих предела прочности геоматериала. 

Анализ литературных данных показывает, что в любой 
современной гипотезе о причинах и механизме горного удара центральное ее ядро — понятие о накоплении и внезапном высвобождении упругой энергии горного массива. Всеми специалистами признается, что упругая энергия накапливается в горном массиве в зонах опорного давления, возникающих под воздействием подземных выработок. Существенные 
различия 
в трактовке 
механизма 
возникновения 
горного удара у разных авторов сводятся, в основном, к вопросам о том, какие главные факторы приводят к хрупким 
формам разрушения пород, каково взаимодействие между ними и какова роль каждого из них в тех или иных горно-гео
11