CC BY
70
УДК 539.3.01:622.834
ПРОГНОЗНАЯ ОЦЕНКА УСЛОВИЙ ОТРАБОТКИ ПОДКАРЬЕРНЫХ ЗАПАСОВ НА РУДНИКЕ «АЙХАЛ» ПРИ ПОНИЖЕНИИ ГОРНЫХ РАБОТ
Василий Дмитриевич Барышников
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук, 630091, г. Новосибирск,
Красный проспект, 54, кандидат технических наук, заведующий лабораторией ДМСМГП, тел. (383) 217-05-41, e-mail:vbar@misd.nsc.ru
Лидия Николаевна Гахова
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела им.
Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук, 630091, г. Новосибирск,
Красный проспект, 54, старший научный сотрудник лаборатории ДМСМГП, тел. (383) 21703-37
Рассмотрены условия отработки подкарьерных запасов рудника «Айхал» при нисходящем порядке выемки слоев. По результатам численного моделирования выполнена прогнозная оценка состояния нарезных и очистных выработок и обоснован порядок их отработки в слое, обеспечивающий безопасность горных работ.
Ключевые слова: численное моделирование, прогнозная оценка, слоевая система разработки, подкарьерные запасы.
PREDICTION ESTIMATE OF DEEP MINING CONDITIONS BELOW THE BOTTOM OF THE «AIKHAL» OPPN PIT MINE
Vasily D. Baryshnikov
N.A. Chinakal Institute of Mining Siberian Branch, Russian Academy of Sciences 54 Krasny prospect, Novosibirsk, 630091 Russia, PhD in Engineering, Head of the Rock’s Mechanical Condition Diagnostics Laboratory, e-mail:vbar@misd.nsc.ru
ЫМа N. Gakhova
N.A. Chinakal Institute of Mining Siberian Branch, Russian Academy of Sciences 54 Krasny prospect, Novosibirsk, 630091 Russia, PhD in Physics and Mathematics, Senior Researcher of the Rock’s Mechanical Condition Diagnostics Laboratory, e-mail:vbar@misd.nsc.ru
The conditions for deep top-down mining under the bottom of the “Aikhal” Open Pit Mine using the slicing method are analyzed in the article. Based on the numerical modeling results, the authors estimate conditions of temporary workings and stopes and substantiate their mining sequence in a layer, such that to ensure the mining safety.
Key words: numerical modeling, prediction estimate, slicing method, open pit subbottom reserves.
Подкарьерные запасы месторождения трубки «Айхал» (АК «АЛРОСА») отрабатываются с применением слоевой системы разработки с твердеющей закладкой и камерно-целиковым порядком выемки запасов в слое (рис.1). Безопасная глубина ведения очистных работ под отработанным карьером
принята равной 25 м. Из-за сложной горно-геологической и гидрогеомеханической ситуации в подкарьерной рудной толще (изрезанность подготовительно-нарез-ными выработками, наличие зумпфа и обводненных илов на дне карьера, влияние взрывных работ на состояние подкарьерного массива) очистные работы начаты с первоочередной отработки разрезного слоя 3; затем в восходящем порядке был отработан слой 2. При этом была сформирована рудная потолочина, для прогнозной оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) которой в процессе дальнейшего развития очистных работ (отработке слоев 4, 5) проведены численные расчеты с использованием метода граничных интегральных уравнений [1-4].
Прочностные и упругие свойства кимберлита приняты по результатам
лабораторных испытаний керна: &ссрж » 12МПа, Ор » 1 МПа, модуль упругости
рудного массива Е = 7 ГПа. Исходное напряженное состояние массива горных пород в расчетной модели принято следующее: вертикальные напряжения о г = уН , горизонтальные ох = ЛуН для Л = 0.5.
Рис. 1. Вертикальный разрез по простиранию СВРТ
Анализ изменения геомеханической ситуации при отработке подсечного слоя 3 проводился по результатам численных расчетов и визуальных наблюдений, позволивших оценить допустимые значения величин напряжений в кровле ВЗШ и использовать их в качестве критериальных оценок в анализе условий отработки слоев 2, 1. На рис. 2 показана картина изолиний горизонтальных (ох) и вертикальных (оу) напряжений рудной потолочины по вертикальному сечению вдоль измерительного орта N2 на отм. +165 м после полной отработки слоя N3 с учетом реальной геометрии дна карьера в СВ его части. Следует отметить, что в сформированной рудной потолочине в условиях практически полной разгрузки рудного подкарьерного массива от вертикальных напряжений [2, 4], величина которых в нетронутом массиве на глубине ведения очистных работ достигает 7МПа, горизонтальные напряжения являются определяющими.
Повышенная концентрация напряжений отмечается под дном карьера в юго-восточной (ЮВ) части рудного тела (размер зоны запредельного деформирования в рудной потолочине по условиям прочности на сжатие (ох > 12 МПа) составляет 5 - 6 м ниже дна карьера). Наиболее сложная ситуация возникает на участке кровли вблизи контактов рудного тела (в пятиметровой зоне от контактов рудного тела, где величины напряжений сравнимы с осж = 7 ^12 МПа). По мере последовательной отработки слоев 3®2®4 (рис. 3) ох в
потолочине меняется незначительно, т.е. отработка слоя N4 не приведет к формированию общего предельного состояния в потолочине.
а) б)
Рис. 2. Горизонтальные (а), вертикальные (б) напряжения (МПа) в районе орта N2 (левый) при отработанных слоях 3 ® 2
Для оценки условий размещения разрезного штрека по фактору устойчивости в слое N4 проведены расчеты НДС в его окрестности на начальном этапе проходки и заключительной стадии отработки запасов в слое (рис. 4). Анализ результатов показывает:
- При расположении штрека вдоль контакта рудного тела в его борту во вмещающих породах формируется зона повышенных вертикальных напряжений (рис. 4б), размеры которой возрастут на заключительном этапе доработки слоя (рис. 7 б). Учитывая
-50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40
Рис. 3. Горизонтальные напряжения в СВ части рудного массива при отработанных слоях 3 ® 2 ® 4
нарушенность пород в приконтактной зоне и длительное время эксплуатации штрека (на время полного завершения отработки слоя), следует ожидать развития зоны разрушения борта, что эквивалентно увеличению пролета подработки вышележащего слоя;
а) б)
Д) е)
Рис. 4. Горизонтальные (а, в, д) и вертикальные (б, г, е) напряжения (МПа) в массиве при проходке рудного штрека вдоль контакта с вмещающими породами (а,б), «вписечку» (в,г) и на завершающем этапе отработки слоя N5
- Размещение штрека «вприсечку» с ранее пройденной по контакту рудного тела и заложенной выработкой создает более благоприятные геомеханические условия его поддержания как в процессе проведения штрека (рис. 5), так и на завершающем этапе отработки слоя (рис. 7): борт из твердеющей закладки менее нагружен и сохранит устойчивость (а следовательно, не увеличит пролет обнажения искусственной кровли) на время отработки слоя;
- Размещение штрека «вприсечку» с ранее пройденной по контакту выработкой уменьшает длину очистных заходок, сокращает время их «стояния» до момента закладки, снижая при этом деформации прогиба подрабатываемого слоя, что особенно важно при подработки «проблемных» зон закладочного массива в слое N3.
а) б)
Рис. 5. Горизонтальные (а) и вертикальные (б) напряжения (МПа) в массиве при проходке рудного штрека «вприсечку» с выработкой, предварительно пройденной по границе рудного тела
Геомеханический анализ условий отработки слоя N5, выполненный по результатам численных расчетов, показал, что закономерности формирования НДС заходок аналогичны слою N4 (рис. 5).
Выводы
По результатам численного анализа установлены закономерности формирования НДС подкарьерного массива рудника «Айхал» при переходе на нисходящий порядок выемки запасов. Полученная информация может служить основой для организации наблюдений за состоянием потолочины инструментальными методами.
Показано, что размещение штрека в слоях N 4, 5 «вприсечку» с ранее пройденной по контакту рудного тела и заложенной выработкой создает более благоприятные геомеханические условия его поддержания как в процессе проведения штрека, так и на завершающем этапе отработки слоя.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Г ахова Л.Н. Программа расчета напряженно-деформированного состояния массива блочной структуры методом граничных интегральных уравнений (ELB2D). РосАПО. Свид. об офиц. регистр. № 960814 от 17.12.2004.
2. Барышников В.Д. НДС подкарьерного массива в условиях слоевой отработки запасов ниже дна карьера [Текст] / В.Д. Барышников, Л.Н. Гахова / Труды междунар. конф. «Геодинамика и напряженное состояние недр земли». - Новосибирск: ИГД СО РАН, 2006. -C.150 - 155.
3. V. D. Baryshnikov/ Peculiarities of stress state formation near working in the transient zone from the open to underground deposit mining [Текст] / V. D. Baryshnikov, L. N. Gakhova //
Underground space and rock mechanics. - TA INGENEERING. - Moscow. - 2005. - С. 177 -180.
4. Барышников В.Д/ Геомеханическое обоснование выемки запасов в слое при восходящей отработке подкарьерных запасов рудника «Айхал» [Текст]/ В.Д. Барышников, Л.Н. Гахова, А.П. Филатов, Н.А. Черепнов // Горный информационно-аналитический бюллетень. - М. - №11. - 2007. - С. 191-195.
© В.Д. Барышников, Л.Н. Гахова, 2012
