Научная статья на тему 'Исследования потенциальной удароопасности массива горных пород на нижних горизонтах месторождения Шануч'

Исследования потенциальной удароопасности массива горных пород на нижних горизонтах месторождения Шануч Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
93
16
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГОРНЫЕ УДАРЫ / УДАРООПАСНОСТЬ МЕСТОРОЖДЕНИЯ / НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ / ГОРНЫЙ МАССИВ / ГОРНЫЙ УДАР / КОМБИНИРОВАННЫЕ ГЕОТЕХНОЛОГИИ / СИСТЕМА РАЗРАБОТКИ / ОБРУШЕНИЕ С ПОДЭТАЖНОЙ ОТБОЙКОЙ / ТОРЦЕВОЙ ВЫПУСК ПОД РУДНОЙ "ПОДУШКОЙ" / ROCK BURSTS / ROCKBURST HAZARD OF MINERAL DEPOSIT / STRESS-STRAIN BEHAVIOR / ROCK MASS / HYBRID GEOTECHNOLOGY / MINING SYSTEM / SUBLEVEL CAVING UNDER ORE CUSHION

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Айнбиндер И. И., Овчаренко О. В., Пацкевич П. Г.

Приведены результаты анализа геологического строения, физико-механических свойств горного массива, изменения его напряженно-деформированного состояния (НДС) при выемке подкарьерных запасов сульфидных медно-никелевых руд месторождения Шануч подземным способом, что связано с необходимостью вовлечения в отработку запасов, залегающих на нижних горизонтах (глубина от дневной поверхности до 500 м). Выявлены вмещающие породы месторождения (гнейсограниты, габбро), склонные к горным ударам. С учетом исходного поля напряжений, относящегося к гравитационно-тектоническому типу с главными субгоризонтальными напряжениями, превышающими гравитационную составляющую, проведено математическое моделирование изменения НДС массива при выемке запасов месторождения системой разработки с обрушением с подэтажной отбойкой и торцевым выпуском под рудной «подушкой». Показано, что в данных условиях вертикальные нагрузки на отрабатываемый массив в зоне ведения подземных горных работ невелики, и геомеханическая ситуация здесь определяется исключительного горизонтальной составляющей естественного поля напряжений. Показано, что при ведении горных работ на глубинах до 500 м максимальные напряжения, возникающие в массиве склонных к горным ударам вмещающих пород, не превышают 0,4 от предела их прочности на одноосное сжатие. Установлено отсутствие удароопасности на месторождении до глубины от поверхности 500 м, проявления горного давления в динамических формах не прогнозируются. Сделан вывод о том, что массив горных пород месторождения Шануч до глубины от поверхности 500 м при соблюдении принятой в проекте технологии отработки системой разработки с обрушением с подэтажной отбойкой и торцевым выпуском под рудной «подушкой» может быть отнесен к неопасным по горным ударам.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Айнбиндер И. И., Овчаренко О. В., Пацкевич П. Г.

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

Potential rockburst hazard on lower levels of the Shanuch deposit

The geological structure, physical and mechanical properties as well as variation in the stress-strain behavior of rock mass in the course of extraction of copper-nickel sulfide ore reserves from the bottom of opencast mine by the underground method at the Shanuch deposit is analyzed in order to access and mine lower level reserves (depth to 500 m below ground surface). Rockbursthazardous enclosing rocks (bastard granite and gabbro) are identified. Considering the initial gravitational-tectonic stress field, with principal subhorizontal stresses higher than the gravitational stresses, the mathematical modeling of the stress-strain behavior in rock mass in the course of mining with sublevel caving under an ore cushion is performed. It is shown that in the give conditions, the vertical loads on rock mass in the zone of underground mining are low, and the local geomechanical situation is exclusively governed by the horizontal component of the natural stress field. During mining operations at the depth to 500 m, the maximal stresses in rockburst-hazardous rock mass are not higher than 0.4 of their uniaxial compression strength. No rockurst hazard is detected in the deposit down to the depth of 500 m below ground surface, and no dynamic phenomena of rock pressure are predicted. It is concluded that the Shanuch deposit rock mass to the depth of 500 m below ground surface, given adhesion to the project technology of mining with sublevel caving under an ore cushion is rockburst-nonhazardous.

Текст научной работы на тему «Исследования потенциальной удароопасности массива горных пород на нижних горизонтах месторождения Шануч»

ГИАБ. Горный информационно-аналитический бюллетень / MIAB. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2019;(12):30-40

УДК 622.272:622.274 DOI: 10.25018/0236-1493-2019-12-0-30-40

ИССЛЕДОВАНИЯ ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ УДАРООПАСНОСТИ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД НА НИЖНИХ ГОРИЗОНТАХ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

ШАНУЧ

И.И. Айнбиндер1, О.В. Овчаренко1, П.Г. Пацкевич1

1 Институт проблем комплексного освоения недр РАН, Москва, Россия, e mail: [email protected]

Аннотация: Приведены результаты анализа геологического строения, физико-механических свойств горного массива, изменения его напряженно-деформированного состояния (НДС) при выемке подкарьерных запасов сульфидных медно-никелевых руд месторождения Шануч подземным способом, что связано с необходимостью вовлечения в отработку запасов, залегающих на нижних горизонтах (глубина от дневной поверхности до 500 м). Выявлены вмещающие породы месторождения (гнейсограниты, габбро), склонные к горным ударам. С учетом исходного поля напряжений, относящегося к гравитационно-тектоническому типу с главными субгоризонтальными напряжениями, превышающими гравитационную составляющую, проведено математическое моделирование изменения НДС массива при выемке запасов месторождения системой разработки с обрушением с подэтажной отбойкой и торцевым выпуском под рудной «подушкой». Показано, что в данных условиях вертикальные нагрузки на отрабатываемый массив в зоне ведения подземных горных работ невелики, и геомеханическая ситуация здесь определяется исключительного горизонтальной составляющей естественного поля напряжений. Показано, что при ведении горных работ на глубинах до 500 м максимальные напряжения, возникающие в массиве склонных к горным ударам вмещающих пород, не превышают 0,4 от предела их прочности на одноосное сжатие. Установлено отсутствие удароопасности на месторождении до глубины от поверхности 500 м, проявления горного давления в динамических формах не прогнозируются. Сделан вывод о том, что массив горных пород месторождения Шануч до глубины от поверхности 500 м при соблюдении принятой в проекте технологии отработки системой разработки с обрушением с подэтажной отбойкой и торцевым выпуском под рудной «подушкой» может быть отнесен к неопасным по горным ударам. Ключевые слова: горные удары, удароопасность месторождения, напряженно-деформированное состояние, горный массив, горный удар, комбинированные геотехнологии, система разработки, обрушение с подэтажной отбойкой, торцевой выпуск под рудной «подушкой». Для цитирования: Айнбиндер И. И., Овчаренко О. В., Пацкевич П. Г. Исследования потенциальной удароопасности массива горных пород на нижних горизонтах месторождения Шануч // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2019. - № 12. - С. 30-40. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-12-0-30-40.

Potential rockburst hazard on lower levels of the Shanuch deposit

I.I. Aynbinder1, O.V. Ovcharenko1, P.G. Patskevich1

1 Institute of Problems of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources of Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia, e-mail: [email protected]

© H.H. AMH6MHflep, O.B. OBMapeHKO, n.r. nau,KeBMM. 2019.

Abstract: The geological structure, physical and mechanical properties as well as variation in the stress-strain behavior of rock mass in the course of extraction of copper-nickel sulfide ore reserves from the bottom of opencast mine by the underground method at the Shanuch deposit is analyzed in order to access and mine lower level reserves (depth to 500 m below ground surface). Rockburst-hazardous enclosing rocks (bastard granite and gabbro) are identified. Considering the initial gravitational-tectonic stress field, with principal subhorizontal stresses higher than the gravitational stresses, the mathematical modeling of the stress-strain behavior in rock mass in the course of mining with sublevel caving under an ore cushion is performed. It is shown that in the give conditions, the vertical loads on rock mass in the zone of underground mining are low, and the local geomechanical situation is exclusively governed by the horizontal component of the natural stress field. During mining operations at the depth to 500 m, the maximal stresses in rockburst-hazardous rock mass are not higher than 0.4 of their uniaxial compression strength. No rockurst hazard is detected in the deposit down to the depth of 500 m below ground surface, and no dynamic phenomena of rock pressure are predicted. It is concluded that the Shanuch deposit rock mass to the depth of 500 m below ground surface, given adhesion to the project technology of mining with sublevel caving under an ore cushion is rockburst-nonhazardous.

Key words: rock bursts, rockburst hazard of mineral deposit, stress-strain behavior, rock mass, hybrid geotechnology, mining system, sublevel caving under ore cushion.

For citation: Aynbinder 1.1., Ovcharenko O. V., Patskevich P. G. Potential rockburst hazard on lower levels of the Shanuch deposit. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2019;(12):30-40. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236-1493-2019-12-0-30-40.

Введение

Месторождение сульфидных медно-никелевых руд Шануч, входящее в состав Быстринского района Камчатского края, находится в междуречье рек Ичи и Шануч [1-3].

Месторождение протяженностью 2 км, шириной от первых десятков метров до 300 м, площадью 0,6 км2 расположено на северо-западе Шанучского рудного поля и относится к месторождениям нагорного типа.

Рудные залежи Шанучского месторождения имеют сложную форму, обусловленную приуроченностью орудене-ния к узлам пересечения субширотных и северо-западных дорудных разломов с никеленосными гипербазитовыми интрузивами, и представлены столбообразными и плитообразными телами почти вертикального падения.

На месторождении выделены шесть рудных залежей сульфидных медно-ни-келевых руд, из них в настоящее время подземным способом разрабатывается

только рудная залежь № 1, простирающаяся в восток-северо-восточном направлении и падающая почти вертикально (рис. 1). Рудное тело № 1 сложной серповидной формы в плане, в вертикальном разрезе линзообразной формы с раздувом в центральной части имеет выход на дневную поверхность, где перекрыто небольшой по мощности «железной шляпой», сложенной окисленными рудами.

Основные усредненные морфологические характеристики рудной залежи № 1:

• размеры по простиранию — 115— 120 м,

• размеры по падению — 350 м,

• мощность залежи — 2,0—54,0 м (в среднем 16,7 м),

• угол падения — 75—90°.

Исходное поле напряжений на месторождении гравитационно-тектонического типа с главными субгоризонтальными, ориентированными на юго-восток напряжениями, превышающими гравитацион-

Рис. 1. Геологический разрез рудного тела № 1 Fig. 1. Geological section of the ore body No 1

ную составляющую. Исходная сейсмичность территории района месторождения 9 баллов. Однако, согласно данным Камчатского филиала Геофизической службы РАН, зарегистрировавшего с 1962 г. более 300 землетрясений с магнитудой М > 3,0 (энергетический класс землетрясения Ks > 8,5), в районе месторождения «Шануч» ни одно из них не ощущалось.

На месторождении повсеместно развита разрывная тектоника, наиболее протяженные разломы юго-западного падения: Восточный, Центральный и Западный. Разрывные нарушения сопровождаются зонами дробления пород, незначительным окварцеванием, пиритизацией и ли-монитизацией пород.

Руды и породы месторождения в основном относятся к категории средней устойчивости, кроме приповерхностных зон, где устойчивость пород понижена.

Центральным и Западным разломами рудная залежь № 1 разделена на три геологических блока, сложенных медно-ни-келевыми рудами, различными по морфологии и текстурным особенностям.

Основные запасы руды сосредоточены в Центральном блоке протяженностью 50—60 м, где оруденение прослежено до отметки 210 м. Эта часть залежи на горизонтах 300—400 м представляет собой трубообразное тело мощностью 30—54 м. Выше и ниже этих отметок залежь уменьшается (соответственно до 12—17 м и до 6—12 м).

Руды залежи №1 представлены тремя основными текстурными типами:

• сплошными (массивные и брекчие-видные), наиболее богатыми, с содержанием никеля 2—7%;

• прожилково-вкрапленными, менее богатыми, с содержанием никеля 1—3%;

• вкрапленными, наиболее бедными разностями с содержанием никеля 1—3%.

В основном залежь № 1 сложена сплошными рудами (около 80%), массивные и брекчиевидные разности присутствуют примерно в равных пропорциях.

Рудные минералы (сульфиды) — пирротин (основной рудный минерал, его содержание составляет 60—70%), пент-ландит (10—15%), халькопирит (5—10%).

Основные вмещающие породы месторождения — гнейсограниты, граниты, габбро, диориты. Контакты сплошных руд с вмещающими породами — четкие и резкие. Переход от прожилкого-вкраплен-ных руд к вкрапленным или породам постепенный.

Рудная залежь № 1, имеющая выход на дневную поверхность протяженностью около 180 м при ширине в центральной части до 55—60 м, на верхних горизонтах уже отработана карьером с отметкой дна +460 м.

На месторождениях, где рудные тела выходят на поверхность или залегают на небольшой глубине, а значительная часть запасов, содержащих ценное сырье, сосредоточена на больших глубинах, успешно применяются комбинированные технологии, сочетающие открытый и подземный способы выемки [4—7].

Переход от открытых к подземным горным работам позволил вовлечь в отработку запасы месторождения до гор. 300 м. На верхних горизонтах массив горных пород месторождения «Шануч» отнесен к неопасным по горным ударам при соблюдении принятой в проекте технологии отработки системой разработки с обрушением с подэтажной отбойкой и торцевым выпуском под рудной «подушкой», показанной на рис. 2.

В дальнейшем планируется вовлечение в отработку по этой же технологии дополнительных запасов, залегающих на нижних горизонтах с отметками +300/+177 м, т.е. ведение горных работ предполагается на глубинах до 500 м.

В соответствии с Федеральными нормами и правилами в области промышленной безопасности [8] на всех разве-дуемых и разрабатываемых месторождениях, проектируемых и строящихся рудниках должны быть выполнены работы по своевременному выявлению склонности горных пород к горным ударам.

В связи с этим необходимы дополнительные исследования потенциальной удароопасности массива горных пород на нижних горизонтах месторождения Шануч (на глубинах 300—500 м).

Основные определения, факторы, влияющие на формирование удароопас-ных ситуаций, критерии возникновения горных ударов, используемые методики представлены в выполненных ранее работах [9].

Для выяснения потенциальной удароопасности месторождения «Шануч» необходимо оценить [10—11]:

• способность массива горных пород к упругому деформированию и накоплению потенциальной энергии упругих деформаций;

• склонность руд (пород) к хрупкому разрушению;

• уровень действующих вблизи горных выработок напряжений(природных

и техногенных, вызванных перераспределением напряжений в массиве в результате ведения горных работ), близких к пределу прочности горных пород и достаточных для провоцирования горного удара.

Результаты оценки потенциальной удароопасности основных типов руд и пород месторождения Шануч

В лаборатории ИПКОН РАН на серво-управляемом прессе ^^оп 8802, в режиме одноосного сжатия со скоростью деформирования 10-3 с-1 проведены испытания образцов керна горных пород диаметром от 47 до 50 мм и высотой, равной двум диаметрам. Получены деформационно-прочностные характеристики пород месторождения Шануч (предел прочности на одноосное сжатие, общий модуль продольной деформации), построены полные диаграммы «напряжение-деформация» (ст~е), определены позволяющие оценить удароопасность горных пород коэффициенты хрупкости К и К2 (табл. 1), равные:

К = Е/M, К2 = 8У /8общ,

где Е — модуль деформации, МПа; М — модуль спада запредельной ветви диаграммы «напряжение-деформация», МПа; еобщ, еу, еп, ез — соответственно, общие (полные), упругие деформации образца, остаточные деформации на пределе прочности, необратимые деформации в запредельной области;

8 , = 8+ 8+ 8 . общ у п з

В качестве критерия удароопасности приняты значения коэффициентов хрупкости: К = 1, К2 = 0,7 [10—11].

При К1 < 1 порода считается ударо-опасной; при К1 > 1 — неудароопасной. При К2 > 0,7 по рода считается удароо-пасной; при К2 < 0,7 — неудароопасной. Горная порода считается удароопасной, если хотя бы один из коэффициентов подтверждает ее удароопасность.

Прочностные и деформационные характеристики руд и вмещающих пород месторождения Шануч

Strength and deformation characteristics of ores and enclosing rocks of the deposit Shanuch

№ п/п Наименование литотипа Предел прочности на одноосное сжатие, ст , МПа ' с' Модуль упругости E ■ 10-4, МПа у ' Модуль спада M ■ 10-4, МПа K1 = E/M К2 = е /е б 2 у ' общ

1 3 5 6 7 8 9

1 гнейсогранит 72,4 6,4 7,1 0,90 0,84

2 гнейсогранит 110,0 6,9 7,2 0,96 0,87

3 гнейсогранит 62,1 5,9 6,6 0,89 0,82

4 габбро 46,2 5,2 4,8 1,08 0,69

5 габбро 51,4 5,2 5,2 1,00 0,72

6 габбро 62,1 5,4 5,1 1,06 0,81

7 массивная руда 59,9 4,1 3,9 1,05 0,69

8 массивная руда 57.9 4,0 3,3 1,21 0,69

9 массивная руда 35,8 3,8 3,4 1,12 0,65

10 массивная руда 57,6 4,2 3,9 1,08 0,7

11 габбро 47,4 5,1 5,4 0,94 0,72

12 гнейсогранит 129,8 7,1 8,2 0,87 0,84

13 гнейсогранит 72,6 6,0 7,9 0,76 0,79

14 массивная руда 44,0 4,0 3,8 1,05 0,69

Результаты испытаний образцов основных литотипов месторождения Шануч (табл. 2) показали, что однозначно к уда-роопасным относятся гнейсограниты, для которых оба коэффициента подтверждают их удароопасность. Они же являются наиболее прочными (средняя прочность на одноосное сжатие 81 МПа). Практически все испытанные образцы характеризуются прочностными свойствами, превышающими значения, принятые в проекте.

Образцы габбро в большинстве также можно отнести к потенциально уда-роопасным. Коэффициент К1 в среднем составляет 0,73. Вместе с тем, в ряде образцов габбро заметны следы метаморфизма, приводящего к проявлению пластических деформаций уже при нагрузках 40—50% от предела прочности, что препятствует накоплению энергии упругого сжатия.

Образцы массивных руд обладают достаточной прочностью, превышающей прочность, указанную в техническом проекте. Однако, пластические деформации в них проявляются уже при действии напряжений, составляющих около 40% от предельных, что не позволяет этим рудам накапливать потенциальную энергию хрупкого сжатия. Поэтому массивные руды можно считать неудароопас-ными.

Таким образом, анализ полученных результатов позволил выявить вмещающие породы месторождения Шануч (гнейсограниты, габбро), склонные к горным ударам.

Математическое моделирование изменения НДС отрабатываемого горного массива при применении системы разработки с обрушением с подэтажной отбойкой и торцевым выпуском под рудной «подушкой».

Оценка склонности руд и пород месторождения Шануч к горным ударам The Shanuch deposit rocks tendency toward rock bursts

№ п/п Наименование литотипа Предел прочности при одноосном сжатии, а , МПа с Модуль упругости E ■ 10-4, УМПа Модуль спада M ■ 10-4, МПа K = E/Mc К = 8 /8 , 2 у' общ Степень удароопасности пород

1 2 3 4 5 6 7 8

1 массивная руда 44,0—59,9 51,1 3,8-4,2 4,0 3,3-3,9 3,7 1,05-1,21 1,08 K1 > 1,0 0,65-0,7 0,68 K2 < 0,7 не склонные к горным ударам

2 габбро 46,2—62,1 51,8 5,1-5,4 5,2 4,8-5,4 5,1 0,94-1,08 1.02 K1 > 1,0 0,69-0,81 0,74 K2 > 0,7 склонные к горным ударам

3 гнейсо-гранит 62,1—129,8 89,4 5,9-7,1 6,5 6,6-8,2 7,4 0,76-0,96 0,88 K1 < 1,0 0,79-0,87 0,83 K2 > 0,7 склонные к горным ударам

Выемка подкарьерных запасов рудной залежи № 1, начиная с гор. 410— 440 м осуществляется, подземным способом системой разработки с обрушением с подэтажной отбойкой и торцевым выпуском под рудной «подушкой». Очистные работы ведутся одновременно на нескольких подэтажах в общем направлении сверху вниз и от висячего бока — к лежачему.

Опережение верхнего подэтажа по отношению к нижнему — не менее 25 м, в результате чего рудный массив приобретает форму уступов. Общий вид системы подэтажного обрушения приведен на рис. 2.

При ведении очистных работ рудная залежь разделяется по простиранию на блоки длиной 80—120 м, а по вертикали — на подэтажи высотой 15 м.

Выпуск руды производится под обрушенными породами — под предохранительной рудной или породной «подушкой» толщиной не менее 12—15 м, назначение которой — защита подземных выработок от динамических воздействий и ударной воздушной волны при возможном обрушении бортов обнажений.

Принятые в проекте параметры конструктивных элементов системы разра-

ботки обеспечивают их устойчивость и безопасность ведения горных работ.

В соответствии с требованиями нормативных документов [8], оценка уда-роопасности должна осуществляться на наиболее нагруженных участках рудного и породного массивов, в частности, в зоне опорного давления от очистных работ.

Массив пород, склонных к горным ударам, считается опасным по горным ударам, если действующие в нем максимальные напряжения (сттах) составляют сттах > 0,8 а , где ст — предел прочности

сж сж

пород на одноосное сжатие [12].

Тогда критерий удароопасности массива:

К = атах/ асж >0,8, где К — коэффициент, характеризующий удароопасность массива.

Для выяснения опасности провоцирования горных ударов напряжениями, действующими вблизи горных выработок и обусловленными как природным полем напряжений, так и ведением очистных работ на нижних горизонтах месторождения Шануч, математически моделировалась геомеханическая ситуация, складывающаяся при отработке горного массива принятой в проекте геотехнологией. В частности, рассматривался вари-

Рис. 2. Общий вид системы разработки с обрушением с подэтажной отбойкой и торцевым выпуском под рудной «подушкой»

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Fig. 2. General view of sublevel caving system with the end release under the ore «cushion»

ант отработки трех подэтажей с параметрами:

• высота подэтажа — 15 м;

• длина очистного блока по простиранию рудного тела — 100 м;

• ширина блока вкрест простирания — 15 м;

• мощность рудного тела — 15 м;

• угол падения рудного тела — 75°;

• опережение фронта работ на подэтажах — 25 м;

• глубина ведения очистных работ — в интервале 255—500 м (что соответствует, например, горизонтам 420—175 м при отметке дневной поверхности 675 м).

Физико-механические характеристики горного массива, принятые в расчетах, приведены в табл. 3.

Вследствие неглубокого залегания запасов рудной залежи № 1, подлежащих выемке подземным способом, наличия

отработанного карьера над рудным телом крутого падения, принятой геотехнологии выемки вертикальные нагрузки на отрабатываемый массив в зоне ведения горных работ невелики.

Геомеханическая ситуация здесь будет определяться исключительного горизонтальной составляющей естественного поля напряжений, величину которой (Ргор) можно оценить, используя соотношение [13]:

Ргор = /уН + (10*12), МПа, где Н — глубина залегания пород, м; /уН — гравитационная составляющая исходного поля,

/ = Ц /(1 — Ц), ц — коэффициент Пуассона пород.

При моделировании значения горизонтальных составляющих исходного поля напряжения в зависимости от глубины изменялись в интервалах:

Физико-механические свойства руд и пород нижних горизонтов месторождения Шануч

Physical and mechanical properties of ores and rocks of the lower horizons of the deposit Shanuch

N Породы Модуль деформации, E • 10-4, МПа Коэффициент Пуассона,ц Удельный вес, r, г/см3 Предел прочности на одноосное сжатие, МПа

1 руда 4,0 0,3 3,0 60,0

2 вмещающие породы 6,0 0,3 2,7 90,0

Р = Р = 12,9 — 16,3 МПа;

х гор

Ру = 1уИ = 2,9 — 6,3 МПа.

Схема для расчета напряженного состояния отрабатываемого массива и результаты моделирования с использованием метода конечных элементов [14— 16] и программного комплекса ANSYS [17] показаны на рис. 3.

Результаты моделирования показали, что главные напряжения а1 практически совпадают с вертикальными напряжениями (а2), а а3 — с горизонтальными (ах), причем характер распределения напряжений и их величина практически не меняются в рассматриваемом интервале глубин, а удароопасность массива в зоне ведения подземных горных работ определяется лишь величиной преобладающих главных напряжений а3.

На рис. 3 показан пример рассчитанного распределения коэффициента К, характеризующего удароопасность массива в склонных к горным ударам вмещающих породах. Из рисунка видно, что во вмещающих породах, склонных к горным ударам, коэффициент К не превышает 0,4, т.е. меньше критического значения, равного 0,8. Такие же результаты характерны для всего интервала рассматриваемых глубин, т.е. до 500 м, что отражено в табл. 4.

Следовательно, уровень максимальных напряжений, действующих вблизи горных выработок месторождения Шануч и обусловленных как исходным полем напряжений, так и отработкой запасов на рассматриваемых глубинах (до 500 м),

не достаточен для провоцирования динамических проявлений горного давления. Поэтому на глубинах до 500 м участки горного массива в зоне ведения очистных работ можно отнести к категории

Рис. 3. Моделирование НДС горного массива на нижних горизонтах месторождения Шануч: схема участка и распределение коэффициента К, характеризующего удароопасность горного массива: гор. 275 м; H = 400 м; H, м — глубина отработки

Fig. 3. Modeling of stress-strain state of rock mass of the lower horizons of the deposit Shanuch: site diagram and distribution of coefficient K, characterizing the rockburst hazard of the rock mass: Horizons 275 m; H = 400 m; H, m — depth of mining

Результаты исследования удароопасности месторождения Шануч в интервале глубин до 500 м

Results of the study of the rockburst hazard of the Shanuch Deposit in the depth range up to 500 m

№ п/п Порода Степень удароопасности пород ст , МПа сж К = сттах/ ст сж Степень удароопасности месторождения

оценка по ст1 оценка по ст3

1 2 3 4 5 6 7

1 гнейсогра-ниты, габбро склонные к горным ударам 90,0 0,05 0,4 неопасное К = amax/ ст < 0,8 ' сж '

«Неопасно», соответствующей неударо-опасному состоянию и не требующей проведения противоударных мероприятий.

Таким образом, массив горных пород месторождения Шануч при применении геотехнологии, принятой в проекте, до глубины 500 м может быть отнесен к неопасным по горным ударам.

Выводы

Анализ геологического строения, физико-механических свойств горных пород, напряженно-деформированного состояния горного массива, изменяющегося при отработке запасов месторождения Шануч системой разработки с обрушением с подэтажной отбойкой и торцевым выпуском под рудной «подушкой», показал:

1. Руды и некоторые типы вмещающих пород месторождения Шануч, упругие и хрупкие, не способные к накоплению потенциальной энергии упругих деформаций, классифицированы как не склонные к горным ударам.

Исключение составляют гнейсограни-ты и габбро, проявляющие такую способность и характеризующиеся как склонные к горным ударам.

2. Для всех типов склонных к горным ударам пород месторождения и во всем интервале рассматриваемых глу-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

бин отработки значения коэффициента К = сттах/стсж, характеризующего ударо-опасность массива, не превышают 0,4, т.е. существенно меньше критического значения, равного 0,8.

3. Максимальные напряжения в массиве вблизи горных выработок месторождения Шануч, обусловленные отработкой запасов на глубинах до 500 м системой разработки с обрушением с подэтажной отбойкой и торцевым выпуском под рудной «подушкой», не достаточны для провоцирования горных ударов.

4. Анализ основных факторов, определяющих возможность возникновения удароопасных ситуаций при выемке запасов месторождения Шануч системой разработки с обрушением с подэтажной отбойкой и торцевым выпуском под рудной «подушкой» до глубины 500 м показал отсутствие удароопасности на месторождении, т.е. отсутствуют основания и необходимость отнесения месторождения Шануч к опасным по горным ударам.

Таким образом, массив горных пород месторождения Шануч до глубины 500 м от поверхности при соблюдении принятой в проекте технологии отработки системой разработки с обрушением с подэтажной отбойкой и торцевым выпуском под рудной «подушкой» глубины может быть отнесен к неопасным по горным ударам.

1. Кунгурова В. Е., Трухин Ю. П., Алискеров А.А. Струтурно-текстурные и минералогтче-ские особенности зоны окисления рудного тела № 1 месторождения Шануч (Камчатка) // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2016. — № S31. — С. 56—71.

2. Трухин Ю. П., Степанов В.А., Сидоров М.Д., Кунгурова В. Е. Шанучское медно-никеле-вое месторождение: геолого-геофизическая модель, состав и геохимия руд // Руды и металлы. - 2009. - № 5. - С. 75-81.

3. Дюдин Ю.К., Денисов М.Э., Фурсов Е.Г., Цибулько В.В. Проект вскрытия и отработки месторождения медно-никелевых руд Шануч // Горный журнал. - 2008. - № 6. - С. 52-55.

4. Каплунов Д. Р., Рыльникова М. В. Геотехнологические и геомеханические особенности перехода от открытых к подземным работам на больших глубинах // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2015. - № S56. - С. 67-79.

5. Каплунов Д. Р., Рыльникова М. В. Проектирование формирования и развития горнотехнических систем при комбинированной геотехнологии // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2015. - № S45-1. - С. 229-240.

6. Zehirov S., Kaykov D., Koprev I. А review of combining open-pit and underground mining methods around the world // Journal of Mining and Geological Sciences. 2017;60:17-20.

7. Olavarria S., Adriasola P., Karzulovic A. Transition from open pit to underground mining at Chuquicamata, Antofagasta, Chile / International Symposium on Stability of Rock Slopes in Open Pit Mining and Civil Engineering. Cape Town, South Africa, 3-6 April 2006. The South African Institute of Mining and Metallurgy, 2006.

8. Федеральные нормы и правила в области промышленной безопасности «Положение по безопасному ведению горных работ на месторождениях, склонных и опасных по горным ударам». Приказ Ростехнадзора от 02.12.2013 № 576. Зарегистрировано в Минюсте России 04.04.2014 № 31822.

9. Овчаренко О. В., Айнбиндер И. И., Пацкевич П. Г. Исследование удароопасности массива горных пород месторождения Морошка, отрабатываемого системой разработки с закладкой выработанного пространства // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2018. - № 8. - С. 5-15. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-8-0-5-15.

10. Петухов И. М., Линьков А. М. Механика горных ударов и выбросов. - М.: Недра, 1983.

11.Ставрогин А. Н., Протосеня А. Г. Прочность горных пород и устойчивость выработок на больших глубинах. - М.: Недра, 1985.

12. Замесов Н. Ф., Айнбиндер И. И., Бурцев Л. И., Родионов Ю. И., Овчаренко О. В., Аршав-ский В.В. Развитие интенсивных методов добычи руд на больших глубинах. - М.: ИПКОН АН СССР, 1990.

13. Замесов Н. Ф., Айнбиндер И. И. Горные удары и стратегия разработки рудных месторождений на больших глубинах. - М.: ИПКОН АН СССР, 1984.

14. Jalbout A., Simser B. Rock mechanics tools for mining in high stress ground conditions at Nickel Rim South Mine / Proceedings of the Seventh International Conference on Deep and High Stress Mining, Australian Centre for Geomechanics, 2014.

15. Seccombe K. R. Numerical modeling of mining subsidence / Bachelor Thesis. 2014.

16. Zienkiewicz O. C., Taylor R. L., Fox D. D. The finite element method for solid and structural mechanics. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2013. 672 p.

17. ANSYS Release 11.0. Documentation. Structural Analysis Guide. December 2006. ii^

REFERENCES

1. Kungurova V. E., Trukhin Yu. P., Aliskerov A. A. Structural, textural and mineralogical features of oxidation zone in ore body No. 1 of the Shanuch deposit, Kamchatka Peninsula. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2016, no S31, pp. 56-71. [In Russ].

2. Trukhin Yu. P., Stepanov V. A., Sidorov M. D., Kungurova V. E. Shanuch copper-nickel deposit: geological-and-geophysical model, composition and geochemistry. Rudy i metally. 2009, no 5, pp. 75-81. [In Russ].

3. Dyudin Yu. K., Denisov M. E., Fursov E. G., Tsibul'ko V. V. Project of access and mining of the Shanuch copper-nickel deposit. Gornyy zhurnal. 2008, no 6, pp. 52-55. [In Russ].

4. Kaplunov D. R., Ryl'nikova M. V. Geomechanical and geotechnical features of transition from opencast to underground mining at great depths. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2015, no S56, pp. 67-79. [In Russ].

5. Kaplunov D. R., Ryl'nikova M. V. Planning formation and development of geotechnical systems in hybrid geotechnology. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2015, no S45-1, pp. 229-240. [In Russ].

6. Zehirov S., Kaykov D., Koprev I. А review of combining open-pit and underground mining methods around the world. Journal of Mining and Geological Sciences. 2017;60:17-20.

7. Olavarria S., Adriasola P., Karzulovic A. Transition from open pit to underground mining at Chuquicamata, Antofagasta, Chile. International Symposium on Stability of Rock Slopes in Open Pit Mining and Civil Engineering. Cape Town, South Africa, 3-6 April 2006. The South African Institute of Mining and Metallurgy, 2006.

8. Federal'nye normy i pravila v oblasti promyshlennoy bezopasnosti «Polozhenie po be-zopasnomu vedeniyu gornykh rabot na mestorozhdeniyakh, sklonnykh i opasnykh po gornym udaram». Prikaz Rostekhnadzora ot 02.12.2013 № 576. Zaregistrirovano v Minyuste Rossii 04.04.2014 № 31822 [Federal Industry Safety Code: Regulations on safe mining at rockburst-hazardous mineral deposits. Rostekhnadzor Order No. 576 as of Dec 12, 2013. Registered in Ministry of Justice of Russia 04.04.2014 No. 31822]. [In Russ].

9. Ovcharenko O. V., Aynbinder I. I., Patskevich P. G. Rockburst hazard at the Moroshka deposit under mining with backfill. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2018, no 8, pp. 5-15. DOI: 10.25018/0236-1493-2018-8-0-5-15. [In Russ].

10. Petukhov I. M., Lin'kov A. M. Mekhanika gornykh udarov i vybrosov [Mechanics of rock bursts and outbursts], Moscow, Nedra, 1983.

11. Stavrogin A. N., Protosenya A. G. Prochnost' gornykh porod i ustoychivost' vyrabotok na bol'shikh glubinakh [Strength of rocks and stability of excavations at great depths], Moscow, Nedra, 1985.

12. Zamesov N. F., Aynbinder I. I., Burtsev L. I., Rodionov Yu. I., Ovcharenko O. V., Arshavskiy V. V. Razvitie intensivnykh metodov dobychi rud na bol'shikh glubinakh [Intensive methods for deep-level ore mining], Moscow, IPKON AN SSSR, 1990.

13. Zamesov N. F., Aynbinder I. I. Gornye udary i strategiya razrabotki rudnykh mestorozh-deniy na bol'shikh glubinakh [Rock bursts and deep-level ore mining strategy], Moscow, IPKON AN SSSR, 1984.

14. Jalbout A., Simser B. Rock mechanics tools for mining in high stress ground conditions at Nickel Rim South Mine. Proceedings of the Seventh International Conference on Deep and High Stress Mining, Australian Centre for Geomechanics, 2014.

15. Seccombe K. R. Numerical modeling of mining subsidence. Bachelor Thesis. 2014.

16. Zienkiewicz O. C., Taylor R. L., Fox D. D. The finite element method for solid and structural mechanics. Oxford: Butterworth—Heinemann, 2013. 672 p.

17. ANSYS Release 11.0. Documentation. Structural Analysis Guide. December 2006.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Айнбиндер Игорь Израилевич1 — д-р техн. наук, профессор, заведующий отделом, e-mail: [email protected], Овчаренко Оксана Васильевна1 — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, e-mail: [email protected], Пацкевич Петр Геннадьевич1 — канд. техн. наук, старший научный сотрудник, e-mail: [email protected], 1 Институт проблем комплексного освоения недр. Для контактов: Овчаренко О.В., e-mail: geoexpert@ yandex.ru.

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

I.I. Aynbinder1, Dr. Sci. (Eng.), Professor, Head of Department, e-mail: [email protected],

O.V. Ovcharenko1, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher, e-mail: [email protected],

P.G. Patskevich1, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher, e-mail: [email protected]

1 Institute of Problems of Comprehensive Exploitation of Mineral Resources of Russian Academy of Sciences, 111020, Moscow, Russia Corresponding author: O.V. Ovcharenko, e-mail: [email protected].

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.