Научная статья на тему 'Геомеханическая оценка вариантов ведения очистных работ под рекой на Шерегешевском месторождении'

Геомеханическая оценка вариантов ведения очистных работ под рекой на Шерегешевском месторождении Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
58
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
РУДНОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ / ВАРИАНТЫ ОТРАБОТКИ / МОДЕЛИРОВАНИЕ / НАПРЯЖЕНИЯ / ДЕФОРМАЦИИ / РУДНЫЙ ЦЕЛИК

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Серяков Виктор Михайлович, Еременко Андрей Андреевич, Монингер Гарри Гейнрихович, Филиппов Владимир Николаевич

С помощью математического моделирования выполнена оценка перераспределения полей напряжений в массиве горных пород при развитии очистных работ на одном из участков Шерегешевского рудного месторождения, расположенного под рекой. Даны рекомендации по выбору порядка отработки и размерам рудных целиков, обеспечивающих устойчивое состояние подработанного массива

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Серяков Виктор Михайлович, Еременко Андрей Андреевич, Монингер Гарри Гейнрихович, Филиппов Владимир Николаевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Геомеханическая оценка вариантов ведения очистных работ под рекой на Шерегешевском месторождении»

- © В.М. Ссряков, A.A. Еременко,

Г.Г. Монингср, В.Н. Филиппов, 2012

УДК 622.831

В.М. Серяков, А.А. Еременко, Г.Г. Монингер, В.Н. Филиппов

ГЕОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ВАРИАНТОВ ВЕДЕНИЯ ОЧИСТНЫХ РАБОТ ПОД РЕКОЙ НА ШЕРЕГЕШЕВСКОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ

С помощью математического моделирования выполнена оценка перераспределения полей напряжений в массиве горных пород при развитии очистных работ на одном из участков Шерегешевского рудного месторождения, расположенного под рекой. Даны рекомендации по выбору порядка отработки и размерам рудных целиков, обеспечивающих устойчивое состояние подработанного массива. Ключевые слова: рудное месторождение, варианты отработки, моделирование, напряжения, деформации, рудный целик.

Шерегешевское железорудное месторождение расположено в сейсмически активном районе Алтае-Саянской складчатой области, где наблюдаются современные тектонические движения земной коры. Разрабатывается оно подземным способом, глубина ведения горных работ колеблется от 300 до 600 м. Руды и породы Шерегешевского месторождения высокомодульные среды, хрупко разрушаются под нагрузкой и способны накапливать значительную энергию упругих деформаций. Проявления горного давления в динамической форме отмечены с глубины 300 м в формах интенсивного заколообразова-ния и стреляния горных пород, а с увеличением глубины — внезапного обрушения, толчков и микроударов. Рудное поле месторождения представляет собой мощную рудно-скарновую зону субширотного простирания длиной более 2 км. Вмещающие породы состоят из скарнов, альбитофиров, порфиритов, сиенитов, мраморизо-ванных известняков и гранитов. Рудные тела линзообразные, крутого падения, мощностью от 2 до 100 м [1].

В рудной зоне находится семь участков. Горные работы проводятся на

шести горизонтах (гор. +525 --н115

м), причем очистные работы достигли глубины 470 м, горно-капитальные -600 м. В течение года на месторождении проходится свыше 2000 м подготовительных и более 12500 м нарезных выработок, добывается от 2 до 4,5 млн т руды.

Значительные запасы богатых руд участка Подрусловый Шерегешевско-го месторождения сосредоточены в охранном целике под рекой Большая речка. В настоящее время на этом участке вне охранного целика отработаны 3 рудных блока в этаже (+255

--1-325) м и 3 рудных блока в этаже

(+185 — +255) м. За границей охранного целика находится и планируемый к отбойке четвертый рудный

блок в этаже (+185--1-255) м. Все

остальные блоки этого этажа находятся в охранном целике. Предполагаемая технология отработки запасов руды с закладкой отработанного пространства в ближайшее время не может быть реализована по техническим и экономическим причинам.

Технические службы ОАО «Евраз-руда» и Горно-Шорского филиала ОАО «Евразруда» на период подготовки и запуска закладочного комплекса разработали ряд схем ведения горных работ в этажах (+185 — +255) и (+115 — + 185) м, которые могут обеспечить планируемый объем добычи руды на участке Подрусловый и не нарушить устойчивость пород в охранном целике. Вместе с тем их применение требует проведения дополнительных исследований поведения окружающего породного массива при развитии очистных работ. С этой целью выполнена оценка геомеханического состояния массива горных пород при отработке рудных запасов в охранном целике под реку Большая речка. Исследования выполнены с помощью математического моделирования — методом конечных элементов [2, 3].

Исходное напряженное состояние массива было принято соответствующим данным натурных наблюдений: на глубине Н вертикальное напряжение ст у = уН, где у — объемный вес налегающих пород, Н — расстояние до земной поверхности; горизонтальное напряжение в плоскости рассматриваемого сечения -ст х = 2уН . Задача решалась для условий плоской деформации, предполагающей значительность размеров рудного тела в направлении, перпендикулярном плоскости рассматриваемого сечения. Рассчитанные в таком приближении величины напряжений в зонах их концентрации будут максимально возможными, что делает полученную оценку наиболее «жесткой». Механические свойства рудного тела и вмещающих пород при моделировании были приняты следующими: модуль Юнга Е = 90000 и 75000 МПа, коэффициент Пуассона V = 0,29 и 0,25, соответственно. Все данные отвечают результа-

там экспериментальных исследований пород Шерегешевского месторождения [4]. Объемный вес налегающей толщи составлял 0,03 кН/м3. Напряженное состояние рассматривалось в вертикальном сечении по простиранию месторождения (СЗ-ЮВ).

Геомеханическая ситуация была рассмотрена для ряда наиболее характерных этапов развития очистных работ на участке Подрусловый: а) отработаны три блока в этаже (+255 — +325) м и три блока в этаже (+185 — +255) м (рис. 1); б) в дополнение к отработанным блокам погашен четвертый блок в этаже (+185--1-255)

м; в) отработан разрезной блок в этаже (+185 — +255) м; г) отработано по одному блоку от разрезного в северо-западном и юго-восточном направлениях; е) отработано по два блока от разрезного в северозападном и юго-восточном направлениях; ж) отработаны три рудных блока на юго-восточном фланге рудного тела в этаже (+115--1-185) м.

Для представления об особенностях геомеханического состояния породного массива в районе ведения очистных работ на каждом анализируемом этапе отработки рудного тела приведены распределения первого, второго главных ст1 и ст 2 и максимальных касательных напряжений т тах .

Ситуация, показанная на рис. 1, соответствует состоянию очистных работ до момента начала отработки рудных блоков в охранном целике под реку. Обращает на себя внимание образование обширных зон действия растягивающих напряжений вблизи вертикальных границ отработанного пространства и формирование областей концентрации сжимающих и максимальных касательных напряжений в днище отработанного пространства в районе последующей выемки руды этажа (+115--1-185) м.

1 4

5

3

1

Рис. 1. Состояние очистных работ на участке Подрусловый и характер распределения напряжений в рудном и вмещающем массивах на рассматриваемый момент времени: а: 1 — вмещающие породы, 2 — рудное тело в этаже

(+185--н255) м, 3 — рудное тело в этаже

(+115--1-185) м, 4 — отработанные блоки

в этаже (+255 --н325) м, 5 — отработанные блоки в этаже (+185--н255) м; б —

первое главное напряжение ст^ в) второе главное напряжение ст2; г — максимальные касательные напряжения ттах; -80 — 30 — изолинии напряжений в МПа

На рис. 2 дано распределение напряжений для варианта образования разрезного блока в этаже (+185 — +255) м. Наиболее характерные особенности геомеханического состояния рудного тела и вмещающего массива состоят в следующем: низкий уровень сжимающих и касательных напряжений

в рудном целике этажа (+185--1-255)

м между разрезным блоком и сформированном ранее очистным пространством; перераспределение напряжений сжатия и максимальных касательных напряжений в днищах отработанных блоков со снижением их уровня в почве ранее погашенных блоков.

При развитии очистных работ от разрезного блока в обоих направлениях в центральной части рудного целика происходит формирование области растягивающих напряжений. Кроме того, при ширине рудного целика равной или превышающей ширину двух рудных блоков, концентрация сжимающих и максимальных касательных напряжений в нем незначительна. Существенный рост вертикальных сжимающих и максимальных касательных напряжений с образованием значительной области действия растягивающих напряжений в рудном целике происходит, когда его ширина становится равной ширине одного блока. Создаются условия разрушения рудного целика (рис. 3).

а

Рис. 2. Напряженное состояние рудного и вмещающего массивов после отработки разрезного блока в этаже (+185 — +255) м: а — первое главное напряжение ст^ б — второе главное напряжение ст2; в — максимальные касательные напряжения ттах

Рис. 3. Характер напряженного состояния породного массива после отработки в районе разрезного блока двух блоков в северо-западном и двух блоков в юго-восточном направлениях: а — первое главное напряжение ст^ б — второе главное напряжение ст2; в — максимальные касательные напряжения ттах

а

а

в

в

Моделирование отработки участка Подрусловый в нижележащем этаже с сохранением рудного целика в этаже (+185 — +255) м показывает, что здесь его ширина должна быть более чем ширина двух рудных блоков. Такой вывод можно сделать при анализе

Рис. 4. Характер распределения напряжений в рудном и вмещающем массивах после отработки четырех блоков в этаже (+115 — +185) м: а — первое главное напряжение ст1; б — второе главное напряжение ст2; в — максимальные касательные напряжения т,^

напряженного состояния массива в районе отработки после выемки четырех блоков в этаже (+115--1-185)

м (рис. 4).

Таким образом, безопасная, с точки зрения разрушения, ширина предохранительного целика в рудном теле в

этаже (+185--1-255) м должна быть

не менее ширины двух технологических блоков. При отработке рудных запасов в этаже (+115 — +185) м ширину предохранительного рудного целика необходимо увеличить до ширины трех рудных блоков.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Курленя М.Б., Еременко A.A., Шрепп Б.В. Геомеханические проблемы разработки железорудных месторождений Сибири. -Новосибирск: Наука, 2001.

2. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975.

3. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов в геомеханике. - М.: Недра, 1987. — 224 с.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

4. Еременко A.A., Серяков В.М. Геомеханическое обоснование порядка отработки сближенных участков Шерегешевского месторождения. Труды международной конференции «Геодинамика и напряженное состояние недр Земли» — Новосибирск: Институт горного дела Сибирское отделение РАН, 2004. ЕЕ

Серяков Виктор Михайлович — доктор технических наук, профессор, гл. научный сотрудник, Еременко Андрей Андреевич — доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией, Институт горного дела СО РАН, yge@ngs.ru Монингер Гарри Гейнрихович — директор,

Филиппов Владимир Николаевич — заместитель главного инженера, Горно-Шорский филиал ОАО «Евразруда», +7(38473) 3-30-23.

в

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.