Геоинформационная модель геомеханического состояния жильных золоторудных месторождений на основе выявления и использования дискретности свойств геологической среды

Сосновский Леонид Иннокентьевич; Филонюк Виталий Андреевич; Сосновская Елена Леонидовна

УДК 622.831

ГЕОИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ГЕОМЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ЖИЛЬНЫХ ЗОЛОТОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ НА ОСНОВЕ ВЫЯВЛЕНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДИСКРЕТНОСТИ СВОЙСТВ ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г.Иркутск, ул.Лермонтова, 83.

Изложена концепция составления геоинформационных моделей геомеханического состояния жильных месторождений на основе принципов синергетики и фрактального анализа тектонических структур. Приведена модель Дарасунского месторождения. Ил.2. Библиогр. 8 назв.

Ключевые слова: геоинформационная модель; тектонические структуры; геомеханическое состояние массива горных пород.

GEOINFORMATIONAL MODEL OF GEOMECHANICAL CONDITION OF VEIN GOLD DEPOSITS BASED ON IDENTIFICATION AND USE OF GEOLOGICAL ENVIRONMENT DISCRECITY PROPERTIES L.I. Sosnovsky, V.A. Filonyuk, E.L Sosnovskaya

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.

The paper develops the concept of deriving the geoinformational models of geomechanical condition of vein-type deposits based on the principles of synergy and fractal analysis of tectonic structures. A model of Darasunskoe deposit is provided.

2 figures. 8 sources.

Key words: geoinformational model; tectonic structures; geomechanical condition of a rock massif.

При разработке рудных месторождений для безопасной и эффективной эксплуатации важно своевременно определять параметры геотехнологий с учетом геологических и геомеханических условий горных массивов. Рудные месторождения имеют сложное геологическое строение, тектоническую нарушенность, разнообразие условий залегания рудных тел и физико-механических свойств пород, в массивах горных пород присутствуют высокие гравитационно-тектонические напряжения. Все это существенно влияет на устойчивость подрабатываемых массивов, напряженное состояние целиков и обнажений выемочных камер. Глубина горных работ рудных месторождений изменяется в широких пределах: от 100 до 800 м и более. Сохраняется тенденция к дальнейшему увеличению глубины разработки [1].

На больших глубинах возникают опасные проявления сдвижения горных пород, горного давления в статических и динамических формах. Эти негативные явления - следствие недостаточно надежных методов прогноза геомеханического состояния горного массива, расчета конструктивных элементов систем разработки и обоснования эффективности управления гео-

механическими процессами. Существующие методы прогноза и управления ими не в полной мере учитывают тектоническую нарушенность горного массива и, как правило, базируются на традиционной классической основе, построенной на механике сплошной среды. Назрела актуальная необходимость создания методов прогнозирования геомеханических условий разработки месторождений на основе изучения закономерностей формирования структур тектоники как ключевых факторов, определяющих распределение горного давления.

Авторы в процессе многолетних исследований геомеханических условий на золоторудных месторождениях Сибири и Крайнего Севера разработали новую концепцию изучения природных и техногенных напряжений в горных массивах на основе выявленных свойств фрактальности геологической среды.

Согласно синергетической концепции, признаковые подсистемы геологической среды иерархичны и системно объединяют дискретные элементы в последовательно входящие друг в друга разномасштабные, условно непрерывные элементы по принципу самоподобия или объёмной фрактальности. Параметры

1 Сосновский Леонид Иннокентьевич, доктор технических наук, профессор кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, тел.: (3952)405216, e-mail:1 .gor@istu.edu

Sosnovsky Leonid, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Exploitation of Mineral Deposits, tel.:(3952) 405216, e-mail:1.gor@istu.edu.

2Филонюк Виталий Андреевич, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры прикладной геологии, тел.: (3952)405349, e-mail:filonyuk@istu.edu

Filonyuk Vitaly, Doctor of Geological and Mineralogical Sciences, Professor of the Department of Applied Geology, tel.: (3952) 405349, e-mail:filonyuk@istu.edu.

3Сосновская Елена Леонидовна, кандидат геолого-минералогических наук, тел.:(3952)405216,e-mail:1 .gor@istu.edu Sosnovskaya Elena, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, tel.:(3952) 405216, e-mail: 1 .gor@istu.edu

структурных матриц, контролирующих дискретность распределения обогащённых золотом участков на различных масштабных уровнях, последовательно убывают от «месторождения» к «локальному срезу рудного тела» по нелинейному закону с коэффициентом, колеблющимся в пределах 2,0-2,5. Данное свойство характерно для многих, изученных нами ранее рудных месторождений золота [2-8].

Это фундаментальные свойства всех монопризнаковых подсистем, связанные с режимом естественного саморазвития геологической среды. Они присутствуют на всех осваиваемых объектах и носят латентный характер. При наличии необходимой исходной информации и использовании специальной методики такие свойства могут быть выявлены и в дальнейшем применены.

Природа фрактальной прерывистости тесно связана с процессом естественной самодеструкции в условиях энергетической неустойчивости горного массива. Чтобы сохранить пространственную устойчивость и относительную сплошность, массив вынужден образовывать периодическую структуру. Это приводит к перестройке структуры массива и формированию ячеистых или сетчатых структур, отображающих концентрационную неоднородность удельной концентрации деструктивных элементов в пространстве.

В протекающих во времени процессах осуществляются сразу две до определенной степени противоположные тенденции: стремление к минимуму свободной энергии и стремление к наибольшей быстроте завершения процесса. Упорядоченная структура решётчатого (квазикристаллического) типа может достичь минимума поверхностной энергии только в условиях равновесия, то есть при бесконечно медленном росте, а наибольшей быстроты образования - при бесконечно развитой поверхности. В реальных условиях всегда наблюдаются комплексные (компромиссные) формы, то есть сетчатые и решётчатые структуры (фрактальные кластеры).

Таким образом, наличие фрактальных структур в любых признаковых подсистемах геологической среды свидетельствует об относительно высокой и нелинейно меняющейся скорости протекания естественных процессов при их формировании в иерархически упорядоченном пространстве.

Безусловно, подобная фрактальная кластеризация свойств объекта - это признак его сложности, неучёт которого негативно сказывается на эффективности применяемых геотехнологий. Проблема заключается в том, что математический аппарат, используемый в практике расчётных обоснований, предусматривает непрерывный характер распределения свойств среды. Поэтому вопросу корректного (то есть адресного или конкретно привязанного в пространстве) перевода структурированных (дискретных) полей, описывающих свойства среды, в условно непрерывные в такой закономерно прерывистой среде должно уделяться особое внимание. Решение этого весьма важного вопроса возможно лишь на основе выявления данных структурных закономерностей. Это касается как распределения промышленных концентраций по-

лезного ископаемого в пространстве, так и всех других интересующих нас свойств среды, наиболее важными из которых являются геомеханические.

Таким образом, новые представления о структурном состоянии геологической среды отдают предпочтение «дискретному» над «непрерывным», что в большей мере соответствует действительности, поскольку результаты выполненных за последнее время специальных исследований достаточно объективно подтверждают это [2-8].

Данное обстоятельство входит в существенное противоречие с традиционными представлениями, которые постулировали непрерывность во всём. Это касается внутреннего строения рудных тел относительно распределения полезного ископаемого, физико-механических свойств пород и руд, напряжений в горном массиве и др. Поэтому оптимальное сочетание «дискретного» и «непрерывного» при формировании представлений о сложности внутреннего строения месторождений - методологическая основа принятия эффективных технологических решений при их освоении.

Качественная характеристика природных напряжений изучается по данным цифровых фотографий забоев (рис. 1), погоризонтных планов горных работ, геологических карт шахтных полей (рис. 2).

Выявлены следующие закономерности формирования тектонических структур горных массивов золоторудных месторождений. Структуру геологической среды можно оценивать соотношением пространств, в которых сосредоточены более плотное вещество (рудная составляющая) и менее плотное, связанное тектонической нарушенностью массива. Поля концентрации рудных тел и тектонических структур обладают одинаковыми фрактальными свойствами. Структуры этих полей являются самоподобными и иерархическими. В пределах шахтных полей (от 3 см до 3600 м) выявляется 21 уровень структур рудных элементов с масштабным коэффициентом 1,45-2,6. В диапазоне от 3 до 2040 м выделяются 17 иерархических уровней подобных структур деструктивных элементов с масштабными коэффициентами 1,43-4,04. Максимумы концентраций трещин и рудных тел близки друг к другу, но не совпадают. На каждом иерархическом уровне выделяются участки их сближения - аномальные зоны. В этих зонах отмечаются повышенная рудонос-ность и повышенное напряженное состояние горного массива.

Впервые разработаны геоинформационные модели структур поля деструктивных элементов и поля золоторудных элементов. Установлено, что критерием скорости фрактального роста структур золоторудных месторождений является коэффициент масштабного подобия между элементами их структурных уровней. В пределах шахтных полей выделяются две неустойчивые области. Первая имеет размеры 0,14-0,6 м, вторая - 6,2-88 м. Структуры дизъюнктивов и рудных тел подобны, взаимосвязаны и формировались одновременно.

Установлены основные признаки для прогноза средненапряженных и высоконапряженных зон: про-

цессы саморазрушения горных пород могут проявляться в аномальных участках - участках максимальных концентраций трещин и рудных тел; участки саморазрушения горного массива в виде трещинообра-зования (средненапряженные зоны) можно оценивать величиной коэффициента масштабного подобия, равной 1,6-1,9; участки саморазрушения в форме лавинообразного трещинообразования (высоконапряженные зоны) следует оценивать коэффициентом масштабного подобия структур 2,2-2,5.

Предлагаемый подход к прогнозу геомеханического состояния горных массивов позволил составить

прогнозные карты районирования месторождения на высоко- и средненапряженные зоны на Дарасунском, Березовском, Зун-Холбинском, Ново-Широкинском, Майском, Коневинском месторождениях.

На исследуемых рудниках методом щелевой разгрузки по методике ИГД УрО РАН определены величины напряжений в средненапряженных зонах. Величины напряжений в высоконапряженных участках установлены на основе решения обратных геомеханических задач по данным выявленных проявлений горного давления [3-8].

а)

б)

в)

J ггЕ □ 1 ,2-1 ,5 □ 0,9-1 ,2 □ 0,6-0 ,9 □ 0,3-0 ,6 □ 0-0 3 см/см2 ячейка 25 см2

-- Т >- -к

/ 15 Е

1-- -1 н -

— -{ -■С ъ- _

!т— V- П К

-Л -Л -Л

к- Г ->- Г * -f -

£ га

Ц- Ч р=, ±- / Т' Я -л / V

Рис. 1. Стадии анализа тектонических структур на месторождении Дарасунское: а - цифровая фотография; б - пространственное распределение трещиноватости; в - диаграмма распределения

интенсивности трещиноватости

.Январрв?

V

их I ^ентральйак V ■ШЁ 5 те йаЗ э

:.3 апад ная т

а е.] 1С в ср а

№

я ЩмУнУ Т

о

1000 м

□ 0-10 □ 10-20 □ 20-30 □ 30^0 ■ более 40 м/иг х 10 Рис. 2. Карта распределения удельных концентраций трещин и разрывов Дарасунского рудного поля. Треугольниками показаны проекции местоположений точек, в которых были зафиксированы проявления геодинамических процессов

Такие закономерности формирования природных полей напряжений использованы в качестве граничных условий при определении параметров подземных геотехнологий золоторудных месторождений инженерными методами [1] и с применением компьютерных технологий методами граничных сингулярных уравнений (программа Е1АБТ-2, ИГД СО РАН) и ко-

нечных элементов (программный комплекс FEM, ИГД УрО РАН).

Основные выводы и рекомендации исследований использованы при разработке нормативных документов по управлению геомеханическими процессами при подземной разработке золоторудных месторождений.

Библиографический список

1. Неганов В.П., Коваленко В.И., Зайцев Б.М., Сосновский Л.И. [и др.] Технология разработки золоторудных месторождений / под ред. В.П. Неганова. М.: Недра, 1995. 336 с.

2. Филонюк В.А., Сосновский Л.И., Сосновская Е.Л. Механизм возникновения и закономерности пространственного распределения участков с относительно высокой и невысокой степенью естественной напряженности в горном массиве // Вестник ИрГТУ. 2006. № 2. С. 93-97.

3. Сосновский Л.И. Геоинформационная модель напряженного состояния горного массива Дарасунского золоторудного месторождения // Маркшейдерия и недропользование. 2007. № 4. С. 61-64.

4. Сосновская Е.Л., Ясыченко В.Б. Обоснование параметров геотехнологий крутопадающих жил Ново-Широкинского месторождения // Горный журнал. Известия Вузов. 2010. №

5. С. 52-57.

5. Павлов А.М., Мильшин Е.А., Сосновская Е.Л., Зотеев О.В., Сосновский Л.И., Филонюк В.А. Параметры геотехнологии отработки крутопадающих жил в условиях крайне не-

равномерного распределения запасов металла в недрах на больших глубинах Зун-Холбинского золоторудного месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009. № 5. С. 22-27.

6. Сосновская Е.Л. Оценка потенциальной удароопасности Майского золоторудного месторождения // Вестник ИрГТУ. 2010. № 5. С. 76-81.

7. Павлов А.М., Семенов Ю.М., Сосновский Л.И. Определение параметров устойчивых целиков и обнажений камер при разработке наклонных жил в криогенных зонах в условиях Ирокиндинского золоторудного месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2008. № 5. С. 142-147.

8. Сосновская Е.Л. Обоснование видов крепи горных выработок по выявленным закономерностям формирования тектонических структур / Е.Л. Сосновская, В.Е. Боликов, В.А. Вицинский, Л.И. Сосновский, А.М. Павлов, Л.Г. Рубцов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009. № 5. С. 15-21.

УДК 622.1:528

ГЕОДЕЗИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ КАРЬЕРА НЮРБИНСКОГО ГОКа

1Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 2Нюрбинский ГОК,

678170, Республика Саха (Якутия), г. Мирный, Ленинградский проспект, 20 «Б».

На примере Нюрбинского горно-обогатительного комбината рассмотрены вопросы организации и проведения маркшейдерско-геодезического мониторинга эксплуатации алмазоносного карьера в сложных геологических и климатических условиях. Особое внимание уделено контролю деформаций бортов карьера вследствие буровзрывных и эксплуатационных работ. Даны методические рекомендации по проведению мониторинговых работ. Рассмотрены также перспективы геодезического мониторинга горных работ на ближайшее будущее. Библиогр. 3 назв.

Ключевые слова: открытые горные работы; маркшейдерско-геодезический мониторинг; деформации бортов карьеров.

GEODETIC MONITORING OF NYURBA MINING AND PROCESSING ENTERPRISE OPEN PIT V.P. Stupin, K.I. Antipina

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074. Nyurbinsky GOK,

20B, Leningradsky St, Mirny, Republic of Sakha (Yakutia), 678170.

By the example of Nyurba mining and processing enterprise the article discusses the problems of the organization and conducting of the surveying geodetic monitoring of diamond open pit exploitation in difficult geological and climatic conditions. Particular attention is paid to controlling open pit walls deformation as a result of drilling and blasting operations

1Ступин Владимир Павлович, кандидат географических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел.: 89647482242, e-mail: Stupinigu@mail.ru

Stupin Vladimir, Candidate of Geography, Associate Professor of the Department of Mine Surveying and Geodesy, tel.: 89647482242, e-mail: Stupinigu@mail.ru

2Антипина Кристина Игоревна, инженер, тел.: 89149362969, e-mail: antixtina1990@rambler.ru Antipina Kristina, engineer, tel.: 89149362969, e-mail: antixtina1990@rambler.ru