CC BY
31
са Амурской области до 2010 года и на перспективу до 2030 года. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2008. 615 с. 6. Обосновывающие материалы к «Разработке стратегии
развития ТЭК Восточной Сибири и Дальнего Востока на период до 2030 г. в увязке с энергетической стратегией России». Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2007. 318 с.
УДК 622.831
ГЕОМЕХАНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ГОРНОГО МАССИВА МАЙСКОГО ЗОЛОТОРУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Е.Л.Сосновская1, В.А.Филонюк2, А.А.Жуков3, С.Л.Рубцов4
1,2,3Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 4ОАО «Бурятзолото»,
670034, Республика Бурятия, г. Улан-Удэ, ул. Цивилёва, 9.
Приведены результаты исследований геомеханических условий горного массива Майского золоторудного месторождения: физико-механические свойства пород, первоначальные напряжения и закономерности формирования тектонических структур. Данные геомеханических условий планируется использовать в обосновании параметров подземной геотехнологии строящегося рудника. Табл.6. Библиогр.6 назв.
Ключевые слова: параметры подземной геотехнологии; устойчивость массива горных пород.
GEOMECHANICAL CONDITIONS OF THE MOUNTAIN RANGE OF MAISKII GOLD ORE DEPOSIT E.L.Sosnovskaya, V.A.Filonyuk, A.A.Zhukov, S.L.Rubtsov
Irkutsk State Technical University 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074 Public Corporation "Buryatzoloto", 9 Tsivilev St., Ulan-Ude, Buryat Republic, 670034
The authors present the research results of geomechanical conditions of the mountain range of Maiskii gold ore deposit: physical and mechanical properties of rocks, primary stresses and regularities of tectonic structures formation. It is planned to use the data on geomechanical conditions in the justification of parameters of underground geotechnology of the mine being built. 6 tables. 6 sources.
Key words: underground geotechnology parameters; mountain range stability.
Для обоснования параметров безопасной и эффективной подземной геотехнологии рудных месторождений крайне необходимы знания геомеханических условий горных массивов. Поэтому вопросы исследований геомеханических условий являются актуальными и их необходимо решать своевременно, начиная со стадий проектирования и строительства рудников.
Авторами указанные исследования проводились на строящемся Майском руднике. Золоторудное месторождение Майское расположено на восточном фланге Паляваамской синклинальной зоны Чукотской мезозойской складчатой области. Рудные тела приурочены к двум системам рудовмещающих трещин
субмеридионального простирания: крутой (>60°) и пологой (<60°). Система пологих тел залегает субсогласно с вмещающими породами и согласно с дайками кварцевых и кварц-полевошпатовых порфиров. Контакты рудных тел, устанавливаемые по данным опробования, преимущественно прямолинейные и четкие, совпадают с тектоническими трещинами. Рудные тела представляют собой линейные минерализованные зоны плитообразной формы, осложненной плавными четковидными раздувами до 18,0 м и пережимами до 0,4 м по падению и простиранию. Основными вмещающими породами Майского месторождения являются алевролиты, алевропесчаники, песчаники и кварц-полевошпатовые порфиры. Коэффициент
1Сосновская Елена Леонидовна, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры общеинженерных дисциплин, тел.: (3952) 405216, e-mail: [email protected]
Sosnovskaya Elena Leonidovna, a candidate of geological and mineralogical sciences, an associate professor of the Chair of General Engineering Disciplines, tel.: (3952) 405216, e-mail: 1 [email protected]
2Филонюк Виталий Андреевич, доктор геолого-минералогических наук, профессор кафедры геологической съемки, поисков и разведки месторождений полезных ископаемых, тел.: (3952) 405114, e-mail: [email protected]
Filonyuk Vitalii Andreevich, a doctor of geological and mineralogical sciences, a professor of the Chair of Surveying, Search and Prospecting for Mineral Resources, tel.: (3952) 405114, e-mail: [email protected]
3Жуков Андрей Анатольевич, старший преподаватель кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, тел.: (3952) 405216, e-mail: [email protected]
Zhukov Andrey Anatoljevich, a senior lecturer of the Chair of Exploitation of Natural Resources Deposits, tel.:(3952) 405216, e-mail: 1 [email protected]
4Рубцов Сергей Львович, инженер-программист, тел. (3952)421891, e-mail: [email protected] Rubtsov Sergey Lvovich, an engineer-programmer, tel.: (3952)421891, e-mail: [email protected]
крепости руд по классификации проф. Протодьяконо-ва составляет 6-7, вмещающих пород - 7-10.
Месторождение находится в зоне сплошного распространения многолетнемерзлых пород. Мощность криогенной толщи изменяется от 190 до 320 м, достигая наибольших значений под водоразделами. Температура горных пород изменяется от минус 14,0°С на глубине 2 м от дневной поверхности (что обусловлено низкими значениями среднегодовой температуры воздуха) до минус 5,8°С на нижних горизонтах.
В процессе исследований определены физико-механические свойства пород и руд, выявлены закономерности формирования тектонических структур и натурными измерениями определены первоначальные напряжения горного массива.
Для испытания физико-механических свойств были отобраны керны малого диаметра, среднего диаметра, большого диаметра и монолиты. По каждой пробе проводились испытания на сжатие, растяжение,
срез (сдвиг), определение средней плотности, истинной плотности, влажности, пористости и модуля упругости. Испытания свойств пород проводились по известным методикам [1,2].
Результаты испытаний физико-механических свойств пород приведены в табл. 1.
Измерение первоначальных напряжений производилось по методике щелевой разгрузки [3,4] на штольне № 2 и штреке № 5 горизонта 300 м на глубине 120 м. Измерения проводились в июле 2008 года. Всего измерены напряжения в 21 щели.
Анализ результатов измерений позволяет отметить, что фактические значения напряжений примерно равны теоретическим согласно гипотезе гидростатического напряжения в горном массиве А. Гейма. Вертикальные напряжения примерно равны теоретическим. Напряжения, действующие по простиранию рудных тел, составляют 0.9 оВ, а поперечные напряжения - 1.0 Ов.
Таблица 1
Перечень результатов физико-механических свойств горных пород
Номер пробы Ориентировочное название породы (руды) Прочность на сжатие Прочность на растяжение Модуль упругости Р Рз Рс1 п е
Значение, МПа Коэффициент вариации, % Значение, МПа Коэффициент вариации, % Значение, МПа Коэффициент вариации, %
1 Среднезернистый (порфировый гранит) 134,24 20,2 23,26 33,7 10518,7 27,0 2,62 2,71 2,61 0,13 3,57 0,037
2 Крупно-порфировый гранит 94,17 5,8 11,63 42,6 9778,5 24,4 2,56 2,66 2,54 0,55 4,44 0,046
3 Сульфидизированный среднезернистый гранит-порфир 61,13 19,9 12,55 17,4 9837,1 18,5 2,65 2,74 2,64 0,53 3,70 0,038
4 Тонкозернистый кварц-полевошпатовый порфирит 70,04 11,0 13,88 26,3 9921,7 19,0 2,51 2,67 2,49 0,87 6,64 0,071
5 Тонкозернистая кварци-топодобная порода ок-варцованный песчаник 97,69 12,4 19,03 51,3 10249,5 32,4 2,81 2,86 2,81 0,12 1,86 0,019
6 Гидротермально измененный тонкозернистый песчаник (сульфидизированный) 159,80 10,6 25,42 26,8 10656,1 18,7 2,70 2,83 2,70 0,00 4,49 0,047
7 Мелкозернистый песчаник (сульфидизированный) 87,36 9,3 16,63 54,3 10096,7 31,8 2,70 2,77 2,70 0,34 2,68 0,028
8 Мелкозернистые песчаники с прослоями алевролитов (породы гидротермально изменены и сульфидизированы) 137,16 26,8 29,68 28,2 10927,3 27,5 2,68 2,74 2,68 0,00 2,25 0,023
9 Тонкозернистый углистый сланец (филлито-вый сланец) 27,90 32,6 4,91 10,6 9350,9 21,6 2,52 2,63 2,48 1,82 5,8 0,060
10 Окварцованный и сульфидизированный тонкозернистый филлитовый сланец 112,54 36,8 8,28 59,1 9565,3 43,0 2,78 2,81 2,78 0,00 0,89 0,009
11 Гидротермально измененный алевро-песчан-никтонкозернистый 140,51 21,8 29,79 6,9 10934,2 14,4 2,72 2,79 2,72 0,14 2,64 0,027
12 Сульфидизированный и слабоокварцованный тонкозернистый филли-товый сланец 139,80 9,5 30,26 27,4 10964,1 18,6 2,72 2,78 2,72 0,13 2,20 0,022
13 Золото-сульфидная руда из рудного тела 101,03 32,2 13,05 13,2 9868,9 27,7 2,78 2,83 2,78 0,30 1,94 0,020
14 Золото-сульфидная руда с кварцем и карбонатом 66,40 14,1 7,49 45,7 9515,1 29,6 2,88 2,88 2,85 1,08 0,80 0,008
15 Рудная брекчия 65,80 24,3 11.04 39,3 9741,0 31,8 2,54 2,63 2,53 0,32 3,70 0,038
Примечание: р - плотность породы, г/см ; рэ - плотность минеральной части (твердой части) породы, г/см ; рс| - плотность скелета породы, г/см3; W - весовая влажность, %; п - пористость, %; е - коэффициент пористости.
На основе выявленных закономерностей определены первоначальные напряжения горного массива для расчёта параметров конструктивных элементов систем разработки (табл. 2).
Расчетные первоначальные напряжения горного массива для определения параметров конструктивных элементов систем разработки для глубин 250-600 м приведены в табл. 4.
Таблица 2
Результаты натурных измерений напряжений массива горных пород
Напряжение Глубина разработки, м Теоретическое напряжение по гипотезе А.Гейма Результаты натурных измерений
Число единичных определений напряжения Величина напряжения, МПа Отношение продольного напряжения к вертикальному Опр / Ов Отношение поперечного напряжения к вертикальному Оп / Ов
Вертикальное 120 -3,2 55 -4,3±0,3 0,9 1,0
Продольное 120 -3,2 35 -3,7±0,4
Поперечное 120 -3,2 35 -4,3±0,5
На основе выявленных закономерностей определены первоначальные напряжения горного массива для расчёта параметров конструктивных элементов систем разработки для глубин 100-200 м (табл. 3).
Таблица 3
Данные первоначальных напряжений горного массива для расчёта параметров конструктивных элементов систем разработки для глубин
Следует отметить, что на глубинах свыше 120 -200 м горные работы будут производиться ниже подошвы горы. В этом случае напряжения в горном массиве должны изменить пространственное направление и величину вследствие влияния общего горного давления окружающего гору массива. Для оценки величин напряжений на глубинах 200-600 м воспользуемся установленными Иргиредметом закономерностями распределения напряжений [4]. Установлено, что средние величины вертикальных напряжений аппроксимируются формулой
°в =УИ, (1)
где Y - плотность пород и руд, МН/м ; Н - глубина горных работ, м.
Продольные напряжения определяются из выражения Опр =КгОв.
Поперечные напряжения вычисляются из уравнения
Оп =К2'Ов.
Средние значения коэффициентов: К1=1,0; К2=1,6 [4].
Таблица 4
Данные первоначальных напряжений горного массива для расчёта параметров конструктивных элементов систем разработки для глубин
250-600 м
Глубина разработки от поверхности, м Значения напряжений, МПа
Вертикальное Ов Продольное Опр Поперечное Оп
250 -6.8 -6.8 -10.8
300 -8.1 -8.1 -13.0
350 -9.5 -9.5 -15.1
400 -10.8 -10.8 -17.3
450 -12.2 -12.2 -19.4
500 -13.5 -13.5 -21.6
550 -14.9 -14.9 -23.8
600 -16.2 -16.2 -25.9
Закономерности формирования тектонических структур проводились по методике ИрГТУ, позволяющей изучать тектонические структуры с позиций синергетики [5,6]. В пределах месторождения установлены 15 иерархических уровней тектонических структур (табл.5).
Анализ структурных параметров горного массива позволяет отметить следующее. Основные значения масштабных коэффициентов между обобщёнными размерами ячеек смежных уровней общей структурной матрицы по тектоническим нарушениям находятся в пределах 1,8 - 2,9. Согласно концепции саморазрушения массивов при коэффициенте масштабного подобия от 1.6 до 2,0 горный массив должен характеризоваться устойчивым состоянием, при котором процессы саморазрушения происходят в течение длительного времени в виде трещинообразования. При величинах коэффициента от 2,0 до 2,5 и более мас-
100-200 м
Глубина разработки от поверхности, м Значения напряжений, МПа
Верти -кальное Ов Продольное Опр Поперечное Оп
100 -2,7 -2,7 -2,7
150 -4,0 -4,0 -4,0
200 -5,4 -5,4 -5,4
сив характеризуется неустойчивым состоянием с возможными проявлениями процессов саморазрушения [5,6].
Таблица 5
Параметры структурной организации поля удельной концентрации трещин и разрывов в
Согласно установленным фактическим параметрам структур месторождение Майское характеризуется неустойчивым состоянием. Значение масштабного коэффициента между тектоническими структурами находится вблизи или выше критического. На основании этого можно сделать вывод о том, что в горном массиве действуют высокие гравитационно-тектонические напряжения. На верхних горизонтах до глубины 200 м, как показали результаты измерений, пока действуют небольшие напряжения (см. табл. 3). С увеличением глубины разработки до 400-600 м не исключается возможность появления участков с высоким напряженным состоянием (см. табл.4).
Авторами произведена оценка трещиноватости горного массива на основе анализа кернового мате-
риала по методике ВНИМИ (табл.6). Установлено, что среднестатистическое значение интенсивности проявления трещиноватости в горном массиве месторождения, по крайней мере, до глубины 350 м составляет 10,5 трещин на 1 пог. метр, в том числе в 38,4% объёма массива интенсивность трещиноватости выше средней. Последний показатель свидетельствует о том, что горный массив месторождения можно классифицировать как среднеустойчивый и что примерно в 38,4% объёма проходки подземных горных выработок, если не учитывать влияние многолетней мерзлоты, необходимо предусматривать их обязательное крепление. При этом следует учитывать, что многолетняя мерзлота, которая распространяется до глубин 190320 м, будет оказывать благоприятное воздействие на устойчивость массива. Однако в переходных зонах от талых пород к мёрзлым и в самих талых породах выявленные закономерности будут влиять в полной мере.
Таблица 6
Распределение удельной трещиноватости в горном массиве по скважине 145 (длина более 300 м)
Классы интенсивности трещиноватости, кол. трещин на 1 пог. метр Средняя интенсивность по классу, кол. трещин на 1 пог. метр Распределение по классам, %
1 - 5 2,5 26,7
6 - 10 8 35,0
11 - 15 13 13,6
16 -20 17 11,7
более 20 25 13,1
Средневзвешенное по массиву 10,5
Основные выводы и результаты выявленных закономерностей геомеханического состояния горного массива планируется использовать для определения параметров подземной геотехнологии до глубины 200 м. При достижении глубины разработки более 200 м необходимо геомеханические условия уточнить.
Библиографический список
1. Свойства горных пород и методы их определения / Е.И.Ильницкая [и др.]. М.: Недра, 1969. 394 с.
2. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. Изд-во 2,3, перераб. М. Недра, 1978.
3. Влох Н.П. Управление горным давлением на подземных рудниках. М.: Недра, 1994. 208 с.
4. Технология разработки золоторудных месторождений /
B.П.Неганов [и др.]; под ред. В.П.Неганова М. Недра, 1995. 336 с.
5. Сосновская Е.Л. Об универсальном характере фрактальных свойств полей локализации рудных жил и элементов естественной деструкции в пределах золоторудных месторождений // Проблемы развития минеральной базы Восточной Сибири: сб. научн. тр. Иркутск: Изд-во ИрГТУ. 2003.
C.221-229.
6. 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.
горном массиве Майского месторождения
Иерархические Параметры
уровни Размер ячейки матрицы, м Масштабный коэффициент
I 0.6+0,06
2,0
II 1,2±0,16
2,1
III 2.5+0,6
2,0
IV 5.0+0,4
2,0
V 10+2,0
2,0
VI 20+5,3
2,2
VII 45+2,7
2,9
VIII 130+7,5
2,8
IX 360+31,3
1,8
X 700+32,5
2,1
XI 1500+86,0
2,0
XII 3000+140,0
2,3
XIII 7000+513,0
XIV 12000+641,0 2,4
2,0
XV 25000+1923,0
