CC BY
42
УДК 622.272
Б.Р. Раимжанов, А.Т. Мухитдинов, А.Р. Хасанов
ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД МЕСТОРОЖДЕНИЯ ЧАРМИТАН, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ ЗАПАСОВ НИЖНИХ ГОРИЗОНТОВ
Представлена оценка напряженно-деформированного состояния массива горных пород вокруг полевых выработок, заложенных в основных вмещающих породах,определены предельные пролеты устойчивого обнажения висячего бока для условий месторождения Чармитан. Полученные результаты позволят определить основные направления по совершенствованию технологии горных работ в условиях отработки нижних горизонтов. Ключевые слова:напряженно-деформированное состояние, рудное тело, вмещающие породы, горная масса, запас прочности, устойчивость, крепление, предельный пролет.
Месторождение Чармитан приурочено к массиву кварце-во-слюдистых сланцев и роговиков, прорванных гра-носиенитами и сиенитами и представляет собой систему маломощных крутопадающих кварцевых рудных тел.
Промышленные рудные тела месторождения по морфологии делятся на четыре типа:
1. Жильные (преобладает в количественном отношении в объеме запасов);
2. Линейные минерализованные зоны;
3. Линейные штокверки;
4. Структурные залежи сульфидных руд.
Рудные тела, содержащие основную часть запасов месторождения типично-жильные, приурочены к протяженным кру-
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2016. № 5. С. 282-292. © 2016. Б.Р. Раимжанов, А.Т. Мухитдинов, А.Р. Хасанов.
топадающим (60—90°) линейным структурам. Характеризуются изменчивостью, как большое количество разрывных нарушений и неравномерное распределение полезного ископаемого.
Рудовмещающими породами всех типов рудных тел являются сиениты, граносиениты и ороговикованные песчано-сланце-вые породы.
Коэффициент крепости по шкале М.М. Протодьяконова 9—15.
В соответствии с этим делением можно выделить три типа инженерно-геологических участков:
Устойчивый — приурочен к породам, слагающим зарудную зону и находящийся вне зоны влияния очистных работ, к устойчивому типу относятся зона рудных тел 2, 2а, частично рудные тела 1, 1а, 8, 17, представленных в основном граносиенитами.
Относительно устойчивый — приурочен к породам, слагающим зону рудных тел 1, 1а, 11, 13, 14, 3, 5, 8, а также зону средней трещиноватости, представленными кварцево-слюдисты-ми сланцами, роговиками, граносиенитами. Породы сильно и среднетрещиноватые имеют избыточные напряжения. При пересечении выработками тектонических нарушений возможно разуплотнение, разрушение, расслоение, зависание пород с отдельными вывалами.
Неустойчивый — приурочен к породам,слагающими рудные тела 10, 10а, 7, 27, 15, 25, 26 в центральной и юго-восточной части месторождения и представленными кварцево-слюдистыми сланцами и реже сиенитами, приуроченными к зонам дробления и тектонических нарушений. Породы здесь повышенной трещиноватости и имеют избыточные нарушения.
В настоящее время глубина горных работ достигла 260 м, на горизонте +780 м месторождения участились случаи преждевременного разрушения рудных целиков, значительные отслоения боковых пород при отработке блоков и выпуске руды, вызванные развитием интенсивной трещиноватости вмещающих пород. На основании анализа геологической информации и результатов ведения горных работ в действующих эксплуатационных блоках, вмещающие породы Чармитанского месторождения разделены на три класса:
Слаботрещиноватые — среднее расстояние между видимыми трещинами различных систем 0,5—1,5 м, объем блоков породы отделяемых пересекающими трещинами 0,1—3 м3.
Среднетрещиноватые — среднее расстояние между видимыми трещинами различных систем 0,25—0,5 м, трещины разбивают массив на блоки объемом 0,02—0,1 м3.
Сильнотрещиноватые — расстояние между трещинами 0,1— 0,25 м, объем блоков пород 0,001—0,02 м3.
Учитывая ухудшение горно-геологических и горнотехнических условий, с понижением глубины разработки на месторождениях Зармитанской золоторудной зоны, стал актуальным вопрос поиска возможных путей позволяющих повысить качество добываемого полезного компонента и создания безопасных условий труда горнорабочих. В связи с этим в статье произведена оценка напряженного состояния массива горных пород на контуре незакрепленной выработки для полевых выработок
Таблица 1
Исходные данные для проведения оценки наряженного состояния массива горных пород
Исходные данные Ед. Параметр Вмещающие породы
изм. грано-сиениты кварцево-слю-дистые сланцы
- крепость пород / 16 12
Коэффициенты:
- структурного ослабления: вмещающих пород К с 0,40 0,25
- пород рудной зоны К 0,40 0,20
- Пуассона 0,21 0,25
- длительной прочности 0,80 0,65
- бокового распора Х=Й/(1-Й) 0,27 0,33
- средняя плотность пород кг/м3 У 2650 2650
- средний размер структурного блока м в 0,50 0,15
Среднее значение предела прочности:
- на одноосное сжатие МПа ст 110,0 111,2
- в зонах тектонических нарушений МПа ст сж 32,0 32,0
- на одноосное растяжение МПа ст 11,2 11,3
- в зонах тектонических нарушений МПа ст рас 3,27 3,27
Глубина заложения выработок:
- на горизонте 720 м м h 200,0 200,0
- расчетная на горизонте 720 м м h -р- 240,0 240,0
Оценка напряженно-деформированного состояния и показатели устойчивости вмещающих пород на контуре выработки
Горизонт Глубина заложения выработки Н, м Расчетная глубина заложения Н =1,2Н р ' Пределы прочности Напряжение на контуре Запас прочности Показатель устойчивости П=(10у-Д)/а у 4 ' р' сж
е иа йр о ф jj^ о 8 2 b * II ® 8 <а сц н на одноосное растяжение Др=стр^с^106Па а G а ® В Су s К . К Е t> а Ф Ü? § ° % и & = t> в боках выработки n=R /а б сж' max в кровле выработки n =R /а . к р' min
Полевые выработки вне зоны влияния очистных работ в граносиенитах
+720 м 200 240 3,52 3,58 1,27 0,68 2,77 5,30 0,058
+600 м 320 384 3,52 3,59 2,04 1,08 1,73 3,32 0,093
+480 м 440 528 3,52 3,59 2,80 1,49 1,26 2,41 0,127
+360 м 560 672 3,52 3,59 3,56 1,89 0,99 1,90 0,162
+240 м 680 816 3,52 3,59 4,32 2,30 0,81 1,56 0,197
+ 120 м 800 960 3,52 3,59 5,09 2,71 0,69 1,33 0,231
0 м 920 1104 3,52 3,59 5,85 3,11 0,60 1,15 0,266
Полевые выработки вне зоны влияния очистных работ в кварцево-слюдистых сланцах
+720 м 200 240 1,81 1,84 1,27 0,85 1,42 2,17 0,06
+600 м 320 384 1,81 1,84 2,04 1,36 0,89 1,36 0,09
+480 м 440 528 1,81 1,84 2,80 1,87 0,65 0,99 0,13
+360 м 560 672 1,81 1,84 3,56 2,37 0,51 0,78 0,16
+240 м 680 816 1,81 1,84 4,32 2,88 0,42 0,64 0,19
+ 120 м 800 960 1,81 1,84 5,09 3,39 0,36 0,54 0,23
0 м 920 1104 1,81 1,84 5,85 3,90 0,31 0,47 0,26
проходимых в основных рудовмещающих породах и приводятся результаты расчета предельного размера обнажений в зависимости от глубины ведения горных работ.
Оценка напряженно-деформированного состояния массива горных пород на контуре незакрепленной выработки произведена для основных полевых выработок проходимых в граносие-нитах и кварцево-слюдистых сланцах (табл. 1 и 2).
Рис. 1. График изменения запаса прочности кровли и боков выработки с изменением глубины заложения выработок в кварцево-слюдистых сланцах
По результатам оценки напряженно-деформированного состояния и показателей устойчивости вмещающих пород на контуре выработки,построены графики изменения запаса прочности кровли и боков выработки в зависимости от глубины их заложения (рис. 1 и 2).
Как видно из произведенной оценки напряженно-деформированного состояния и показателя устойчивости вмещающих пород на контуре выработки, запасы прочности в кровле и боках полевых выработок с увеличением глубины заложения снижаются. В соответствии с Типовыми паспортами крепления выработок для рудников цветной металлургии и полученным значениям показателя устойчивости (табл. 3), при увеличении глубины разработки следует проводить следующие мероприятия.
Показатель устойчивости на контуре незакрепленной части выработок на горизонте +720 м составляет 0,058—0,06, что позволяет проходить значительную часть выработок без крепи
= й.ии 1 5,00 5 4,00 = 3,00 1 2,00 П 1.00 = 0,00 т рЧ^-
+720 м +600 м +480 и +360 м +240 м + 120 м +0,и
■ * ■ в ииках выработки 2,77 1,73 1,26 0,99 0,69 0,60
—•—в кроете выработки пк=Е1р/отт 5,30 3,32 2,41 1,90 1.56 1,33 1,15
Рис. 2. График изменения запаса прочности кровли и боков выработки с изменением глубины заложения выработок в граносиенитах
Параметры устойчивости пород и рекомендуемые типы крепи в соответствии с Типовыми паспортами крепления выработок для рудников цветной металлургии
Значение показателя устойчивости Рекомендуемая крепь
не более 0,05 Крепь не требуется
от 0,05 до 0,1 Без крепи, когда породы устойчивы, или набрызг-бетонная, толщиной 3—5 см, когда породы склонны к выветриванию
от 0,1 до 0,3 Анкерная или комбинированная
более 0,3 до 0,45 Без обратного свода: монолитная бетонная, деревянная, металлическая податливая. Возможна комбинированная: анкерная в сочетании с монолитной бетонной или металлической
или с применением набрызг-бетонной крепи толщиной 3—5 см, когда породы склонны к выветриванию или при креплении сопряжений выработок.
Ниже горизонта +720 м до горизонта +600 м показатель устойчивости снижается до предельной величины, при которой можно часть выработок проходить без крепления в устойчивых породах. Объем применения набрызг-бетонной крепи для крепления кровли и боков выработок следует существенно увеличить, при этом крепление сопряжений должно производиться комбинированной крепью (штанговое крепление плюс сетка с набрызг-бетоном).
Ниже горизонта +600 м показатель устойчивости снижается до уровня 0,127—0,266, что предусматривает использование комбинированной крепи на всем протяжении выработок. Рекомендуемый тип крепления анкерами, с расстоянием между анкерами 0,7—1,1 м, толщина набрызг-бетонного покрытия 3—5 см. При использовании анкерной крепи, бурение шпуров под установку анкеров следует включать в состав проходческого цикла, а установку железобетонных анкеров следует производить с отставанием не менее 10 м от груди забоя, чтобы уменьшить влияние взрывных работ при затвердевании цементно-песчаной смеси. Нанесение набрызг-бетонного покрытия производится с отставанием от груди забоя не менее 30 м и должно учитываться при составлении проектов организации работ в забое.
Существующие методы расчета обнажений камер с использованием некоторых положений строительной механики и механики сплошной среды обычно не охватывают всего многообразия горнотехнических условий и являются приемлемыми только для каких-либо конкретных условий.
Величина устойчивого обнажения камеры обычно устанавливается в процессе разработки месторождения.
В связи с этим при установлении устойчивого обнажения камер часто применяется метод аналогии. Обычно в этом случае для определения эквивалентного пролета пользуются методикой В.Д. Слесарева. Значение этого пролета определяется по формулам:
1экв
или
I
I * I
п пр 1п + 1пр
I * I
п пр
экв [Рй2
(1)
где 1п — длина обнажения по падению, м; I — длина обнажения по простиранию, м.
На месторождении Чармитан были проанализированы данные по имеющимся случаям обрушения пород и целиков. По полученным данным было произведено компьютерное моделирование массива горных пород, с использованием метода конечных элементов. По результатам моделирования определены предельные пролеты обнажения висячего бока на горизонте +720 м, во вмещающих породах второго и третьего класса по степени трещиноватости позволяющие снизить количество от-
Таблица 4
Зависимость фактических предельных размеров обнажения висячего бока от размеров выработанного пространства и интенсивности трещиноватости
Интенсивность трещиноватости пород Размер блока, м
по падению по простиранию
Слабо трещиноватые породы 60 50-60
Средне развитая трещиноватость пород 30-40 50
Сильно развитая трещиноватость пород 20-25 25-30
При наличии тектонических трещин с развитой трещиноватостью 10-12 10-15
слоений при отработке рудных тел в сложных горно-геологических условиях.
По результатам анализа отработки эксплуатационных блоков на месторождении Чармитан выявлена следующая зависимость фактических предельных размеров обнажения висячего бока от размеров выработанного пространства и интенсивности трещиноватости (табл. 4).
Многочисленные исследования, произведенные на ряде месторождений, показали, что значения предельных эквивалентных пролетов находятся в определенной зависимости от глубины разработки:
l23Ke * H = const. (2)
Значение ¡lKe * H определенное для каждого типа горных пород является постоянным и называется константой месторождения.
Используя данные табл. 4 можно определить размеры предельных обнажений по простиранию и падению в зависимости от глубины ведения горных работ (табл. 5—7). На рис. 3 пред-ставленазависимость предельного размера обнажения по простиранию от глубины заложения выработки.
Таблица 5
Размеры предельных обнажений по простиранию и падению в зависимости от глубины ведения горных работ
Интенсивность трещиноватости пород Размер выработки, м Эквивалентный пролет по В.Д. Сле-сареву, l г экв Средняя глубина заложения Н, м Величина С= =Р Н103 экв
по падению по простиранию
Слабо трещиноватые породы 60 60 30,0 200 180
Среднеразвитая трещиноватость пород 40 50 22,2 200 99
Сильноразвитая трещиноватость пород 25 30 13,6 200 37
При наличии тектонических трещин с развитой трещиноватостью 12 15 6,7 200 9
Зависимость ожидаемого эквивалентного пролета от глубины и интенсивности терщиноватости
Интенсивность трещиноватости пород Ожидаемый эквивалентный пролет /экв = V(С/fl), при глубинах:
200 м 320 м 440 м 560 м 680 м 800 м 920 м
Слаботрещиноватые породы 30,00 23,72 20,23 17,93 16,27 15,00 13,99
Среднетрещиноватые породы 22,22 17,57 14,98 13,28 12,05 11,11 10,36
Сильнотрещиноватые породы 13,64 10,78 9,19 8,15 7,40 6,82 6,36
При наличии тектонических трещин с развитой трещиноватостью 6,67 5,27 4,49 3,98 3,62 3,33 3,11
Полученные расчетные параметры обнажения следует учитывать при установлении параметров систем разработки при проектировании горных работ на нижних горизонтах.
При принятом шаге вскрытия месторождения (высота этажа 60 м), ниже горизонта +720 м, применяемые на руднике Чар-митан размеры по простиранию очистных камер от 50 и более метров, не обеспечивают сохранность висячего бока очистной камеры, что приводит при отработке к значительному разубо-живанию товарной руды.
Слабо трещиноватые породы
■ В-Среди с развитая трещи но »тость пород
■ - Сильно развитая трещиновэтость пород
—•—При наличии тектонических трещин с разв^ттой трещин о ватастыо
Рис. 3. График зависимости предельного размера обнажения по простиранию от глубины заложения выработки
Расчетный ожидаемый предельный размер обнажений по простиранию в зависимости от глубины производства горных работ и интенсивности трещиноватости
Интенсивность трещиноватости пород Ожидаемый предельный размер обнажений по простиранию, в зависимости от глубины, м
200 м 320 м 440 м 560 м 680 м 800 м 920 м
Слаботрещиноватые породы 60,0 39,2 30,5 25,6 22,3 20,0 18,2
Среднеразвитая трещиноватость пород 35,3 24,8 20,0 17,1 15,1 13,6 12,5
Сильноразвитая трещиноватость пород 17,6 13,1 10,9 9,4 8,4 7,7 7,1
При наличии тектонических трещин с развитой трещиноватостью 7,5 5,8 4,9 4,3 3,8 3,5 3,3
Применение системы с магазинированием руды, возможно, при сокращении длины блока до 25 м (отработка короткими магазинами) или разделении этажа на два, три подэтажа, в зависимости от степени трещиноватости илинарушенности вмещающих пород.
При вскрытии и отработке нижних горизонтов следует ориентироваться на более широкое применение систем с подэтаж-ной отбойкой руды с высотой подэтажа до 15—20 м,при размере блока по простиранию до 60 м.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дьяковский В. Б., Шампаров Г. Г. Предельные пролеты устойчивых обнажений в условиях Кочкарского золоторудного месторождения // Горный журнал. - 1972. - № 4. - С. 53-55.
2. Слесарев В. Д. Механика горных пород и рудничное крепление. -М.: Углетехиздат, 1948. ii^
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Раимжанов Баходир Раимжанович1 - доктор технических наук, профессор, заместитель директора по науке, e-mail: [email protected],
Мухитдинов Алишер Таджимбаевич1 - главный специалист, e-mail: [email protected],
Хасанов Алексей Рашидович1 - ведущий инженер, e-mail: [email protected], 1 ГУП «УзГЕОРАНГМЕТЛИТИ», Узбекистан.
UDC 621.3.07
Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2016. No. 5, pp. 282-292. B.R. Raimzhanov, A.T. Muhitdinov, A.R. Khasanov RESEARCH OF THE IS INTENSE-DEFORMED CONDITION OF A FILE OF ROCKS OF A DEPOSIT CHARMITAN, TECHNOLOGISTS OF WORKING OFF OF STOCKS OF THE BOTTOM HORIZONS INFLUENCING A CHOICE
In article the estimation of the is intense-deformed condition of a file of rocks around of the field developments incorporated in the basic containing breeds is presented, limiting flights of a steady exposure of a trailing side for conditions of deposit Charmitanare certain. The received results will allow to define the basic directions on perfection of technology of mountain works in conditions of working off of the bottom horizons.
Key words: the is intense-deformed condition, the ore body, containing breeds, mountain weight, safety factor, stability, fastening, limiting flight.
AUTHORS
Raimzhanov B.R.1, Doctor of Technical Sciences, Professor, Deputy Director on Science, e-mail: [email protected], MuhitdinovА.Т}, Chief Specialist, e-mail: [email protected], Khasanov A.R.1, Leading Engineer, e-mail: [email protected], 1 State Unitary Enterprise O'zGEORANGMETLITI, 100070, Tashkent, Uzbekistan.
REFERENCES
1. D'yakovskiy V. B., Shamparov G. G. Gornyy zhurnal. 1972, no 4, pp. 53—55.
2. Slesarev V. D. Mekhanika gornykh porod i rudnichnoe kreplenie (Rock mechanics and mining mount), Moscow, Ugletekhizdat, 1948.
I МЫСЛИ О РОЛИ КНИГИ В ОБЩЕСТВЕННЫХ ПРОЦЕССАХ
В XXI веке на учебную литературу ведут последовательное и беспощадное наступление интернет, ТВ, «говорящая книга», шоу-бизнес и другие интеллектуальные суррогаты и соблазны. Но книга, имеющая многовековую историю, органичную встроенность в общественное сознание и сильные позиции в образовании, культуре и формировании думающего человека, не собирается уступать свои позиции.
