CC BY
119
УДК 622.272
В.А. Еременко
МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-
деформированного состояния
ГОРНОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РУДНИКА ПРИ СООСНОЙ ОТРАБОТКЕ ТРЕХ ЭТАЖЕЙ
КАМЕРНОЙ СИСТЕМОЙ РАЗРАБОТКИ (В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ MAP3D)
Аннотация. Показаны результаты научно-исследовательской работы, посвященной моделированию напряженно-деформированного состояния (НДС) горнотехнической системы подземного рудника в программном комплексе Map3D при соосной отработке трех этажей камерной системой разработки. Представлены результаты исследований по количественной оценке состояния массива (по методу Бартона) отрабатываемого комбайнами и буровзрывным способом, а также результаты калибровки численной модели с использованием полученных данных в натурных условиях при картировании массива и программ Dips и RocData. Определение на стадии проектирования горных работ возможности совместной поэтапной отработки трех этажей камерной системой разработки с оставлением ленточных целиков МКЦ с большей степенью точности обеспечивается моделированием НДС горнотехнической системы подземного рудника в программном комплексе Map3D. Полученные результаты исследований по количественной оценке состояния массива (по методу Бартона) отрабатываемого комбайнами и буровзрывным способом используются для калибровки численной модели с использованием полученных данных в натурных условиях при картировании массива и программ Dips и RocData. Предлагаемый подход рекомендуется использовать для геотехнической оценки состояния массива горных пород в условиях применения систем разработки различного класса — с естественным и искусственным поддержанием очистного пространства, а также систем с обрушением руды и породы. В сложных горно-геологических условиях, в условиях повышенного горного давления, обильного притока воды, повышенной трещино-ватости пород модель калибруется с учетом проведения геотехнической оценки состояния массива и уточняется с использованием программ Rocscience — Dips и RocData.
Ключевые слова: камерная система разработки, численное моделирование, количественная оценка состояния массива горных пород, Q-индекс, система Бартона, камера, этаж, горизонт, междукамерный целик — МКЦ.
DOI: 10.25018/0236-1493-2018-11-0-5-17
Введение
Равномерное сдвижение налегающей толщи в условиях подземной разработки месторождений твердых полезных ископаемых обеспечивается применением обоснованных параметров камерной системы разработки с оставлением
ленточных целиков, оставлением достаточных размеров потолочного целика между добычными горизонтами, соос-ным расположением междукамерных целиков на смежных этажах, а также при необходимости закладкой участков, отработанных с оставлением междука-
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2018. № 11. С. 5-17. © В.А. Еременко. 2018.
мерных целиков, подверженных интенсивным деформациям [1—5].
Создание численной модели напряженно-деформированного состояния (НДС) горнотехнической системы подземного рудника при соосной отработке трех этажей камерной системой разработки проводилось в программном комплексе Map3D на примере отработки мощного крутопадающего соляного купола покрытого в верхней части рыхлыми песчано-галечниковыми отложениями [5, 6]. Применяемая система разработки камерная с оставлением ленточных целиков. Рассматривались два варианта отработки: первый — с применением буровзрывного способа проходки выработок и ведения очистных работ; второй — комбайновый. Верхняя граница горнотехнической системы рудника (кровля камер верхнего этажа) находилась на глубине 250 м от земной поверхности, нижняя на глубине 390 м (почва камер нижнего этажа). Размеры камер и целиков на верхнем этаже: высота камер и целиков — 30 м, ширина камер — 30 м, ширина МКЦ — 25 м; в среднем этаже: высота камер и целиков — 30 м, ширина камер — 29 м, ширина МКЦ — 26 м; на нижнем этаже: высота камер и целиков — 30 м, ширина камер — 28 м, ширина МКЦ — 27 м. Высота двух междуэтажных целиков — 25 м. Шахтное поле разделяется на пять участков: Юго-Западный, Северо-Западный, Центральный, Северо-Восточный и Южный. Участки между собой разделяются разгрузочными панельными целиками шириной — 80 м (верхний этаж); 81 м (средний этаж) и 82 м (нижний этаж).
В натурных условиях на месторождении каменной соли проводилась по методу Бартона количественная оценка состояния массива отрабатываемого комбайнами и буровзрывным способом, а также калибровка модели с использованием полученных данных при кар-
тировании массива и программ Dips и RocData [7-11].
Для минимизации риска незапланированного сдвижения налегающей толщи и потери устойчивости МКЦ необходимо обеспечить плавный характер деформирования массива каменной соли МКЦ с установившимися скоростями на весь период отработки рудника. Горизонтальные смещения контура и приконтур-ного массива каменной соли могут быть вызваны реологическими деформациями каменной соли без образования трещин отжима в стенках горных выработок и камер.
Количественная и качественная оценка состояния массива каменной соли. Исследование глубины деформирования краевой зоны МКЦ
Для создания численной модели напряженно-деформированного состояния (НДС) горнотехнической системы подземного рудника с оптимальными характеристиками приближенными по своим значениям к реальным условиям выполнена комплексная количественная и качественная оценка состояния массива на месторождении каменной соли при осмотре камер, целиков и выработок с помощью международной рейтинговой системы по методу Бартона [12, 13]. Определено качество массива каменной соли Q — индекс, учитывающий параметры: RQD — коэффициент, характеризующий качество массива каменной соли (показатель качества каменной соли); Jn — коэффициент, характеризующий число систем трещин; Jr — коэффициент, характеризующий шероховатость поверхности трещин; Ja — коэффициент, характеризующий измененность стенок трещин; Jw — коэффициент, характеризующий присутствие воды в трещинах; SRF — коэффициент, характеризующий разрушение породы вследствие избы-
точного горного давления или уменьшенного обжимающего напряжения вблизи поверхности.
Значение индекса О рассчитывалось на основе 6 установленных параметров по формуле:
л RQD 1, 1 1
1
SRF
(1).
Оценка качества массива каменной соли проводилась с определением коэффициента ЯОО на обнажениях выработок и камер в массивах разрабатываемом буровзрывным способом ЯОО'), а также в массивах, разрабатываемых комбайнами (ЯОО).
Коэффициент ЯОО рассчитывается по формуле:
RQD = 100%, (2)
где Ц — сумма длин расстояний более 10 см между трещинами на исследуемом участке обнажений длиной, м; I — общая длина исследуемого участка, м.
С учетом проведенных натурных наблюдений и измерений получены расчетные средние коэффициенты НОО = 95 и ЯО^ = 80. Согласно классификации значение коэффициента НОО = 95 характеризует массив каменной соли как очень высокопрочный и не трещиноватый; ЯОО' = 80 — высокопрочный и средне-трещиноватый (0—8 трещин на 1 пог. м).
Определен средний коэффициент, характеризующий число систем трещин в массивах, разрабатываемых комбайнами = 0,5; разрабатываемых буровзрывным способом Jn' = 3. Согласно классификации значение коэффициента Jn = 0,5, характеризует массив каменной соли как монолитный и без трещин; Jn' = 3 — массив имеющий одну систему трещин и дополнительно могут картироваться случайные трещины.
Рассчитан средний коэффициент, характеризующий шероховатость поверхности стенок трещинв массивах разра-
батываемых комбайнами Jr = 4; разрабатываемых буровзрывным способом Jr' = 3. Согласно классификации значение коэффициента Jr = 4 характеризует массив каменной соли как монолитный и без трещин, соответственно, шероховатость отсутствует; Jr' = 3 — массив имеет прерывистые поверхности трещин, разрывные или сложнопрофильные трещины.
Определен средний коэффициент, характеризующий измененность стенок трещин в массивах разрабатываемых комбайнами Ja = 0,75; разрабатываемых буровзрывным способом Ja' = 1. Согласно классификации значение коэффициента Ja = 0,75 характеризует массив каменной соли как монолитный и без трещин, непроницаемое заполнение; J ' = 1 — массив имеет неизменен' а
ные стенки трещин.
Рассчитан коэффициент, характеризующий отсутствие воды в массиве и трещинах в сухих выработках и камерах рассматриваемого месторождения J = J ' = 1.
w w
Установлен средний коэффициент БЯГ, учитывающий естественное напряженное состояние массива каменной соли. Для рассматриваемого месторождения каменной соли в условиях наличия выжимающих вертикальных нагрузок в упруго-пластичных массивах каменной соли, разрабатываемых комбайнами БИР = = 1; разрабатываемых буровзрывным способом БЯГ = 2. Согласно классификации значение коэффициента БИР = 1 характеризует действие в массиве средних сжимающих напряжений, имеются также надработанные массивы; БЯГ = = 2 — характеризует действие в массиве низких сжимающих напряжений и высоких вертикальных напряжений, имеются подработанные массивы, может оказывать и негативное влияние на устойчивость в зависимости от ориентации напряжений относительно направления
/ 2 Ю--- ___-in
-—^—s- 1Л --—
L—
rn --=
---2-—" _
ю
Рис. 1. Схема расположения трещин в целике на расстоянии « 5 м и « 10 м от обнажения Fig. 1. Pattern of fractures in pillar at a distance of 5 and 10 m from exposure
трещинообразования и плоскостей ослабления.
После проведенных расчетов рейтинг массива каменной соли, разрабатываемого комбайнами на рассматриваемом месторождении, составил 0 = 1000, что является максимальным значением индекса 0, который изменяется в диапазоне от 0,001 до 1000 — характеризует его как максимально ненарушенный и устойчивый массив каменной соли.
Рейтинг массива каменной соли, разрабатываемого буровзрывным способом, составил 0 = 39,9, что характеризует его как ненарушенный и устойчивый, кровля камер устойчивая (в т.ч., которые отработаны 40—50 лет назад), наблюдаются отслоения отдельных кусков породы в нижней части междукамерных целиков на высоту 8—10 м от подошвы камеры и выработок, локальные разрушения сопровождаются обрушением отдельных кусков породы, допускается стояние обнажений без крепления. В условиях пластичного течения горных по-
род возникает большое количество переменных факторов. Необходимо учитывать срок эксплуатации выработок и камер, ожидаемую конвергенцию и др. Как показали многолетние наблюдения и результаты измерений разгрузочные целики как правило сохраняют свою устойчивость. Для сохранения устойчивости и несущей способности МКЦ также может применяться консолидированная закладка из дробленой каменной соли. В МКЦ между камерами отработанными буровзрывным способом регистрируются крупные трещины (рис. 1, 2), на контуре камер и выработок наблюдается отжим массива каменной соли на глубину до 0,5 м от обнажения с характерным образованием трещин по направлению параллельно и субпараллельно плоскости обнажения (рис. 3). После проведенных расчетов рейтинга массива каменной соли, разрабатываемого комбайнами и буровзрывным способом, полученные данные по рейтингу, деформированию массива и развитию тре-
Рис. 2. Наблюдаемые трещины в МКЦ Fig. 2. Observable joints in RP
Рис. 3. Отжим массива каменной соли на контуре камер и выработок на глубину до 0,5 м от обнажения с характерным образованием разрывных трещин
Fig. 3. Rock salt squeezing at the boundary of stopes to a depth up to 0.5 m from the exposure with the typical initiation of tensile fractures
щиноватости использовались для калибровки численной модели, построенной в программном комплексе Map3D.
Численное моделирование напряженно-деформированного состояния горнотехнической системы рудника и калибровка численной модели. Определение минимального коэффициента запаса прочности МКЦ
Численное моделирование проводилось методом граничных интегральных уравнений с использованием программного комплекса Map3D [5, 6, 14—19].
Результаты моделирования позволили определить минимальный коэффициент запаса прочности в МКЦ в процессе поэтапной отработки запасов камер.
Для расчетов и анализа использовался программный пакет Map3D, встроенный САПР для построения сложных трехмерных моделей, анализ и визуализация горного давления и упругих деформаций на контуре выработок (камер) и в целиках, при различных критериях нарушен-ности массива каменной соли.
Для оценки степени нарушенности целиков в результате действия избыточного напряжения (т.е. напряжения, превышающего предельное) при упругом анализе использовался критерий прочности Хука-
Брауна, который является функцией максимального и минимального главных напряжений, а также прочностных свойств массива каменной соли. Этот критерий особенно хорошо подходит для оценки устойчивости гомогенного массива, которым является каменная соль.
В качестве критерия нарушенности междукамерных целиков применяется коэффициент запаса прочности КЗП ^А — английская версия аббревиатуры КЗП, программная), определяемый следующим образом:
Прочность = (стс + даз) ,
Давление а1
где ас — предел прочности каменной соли на одноосное сжатие в массиве, МПа; а1 — главное максимальное напряжение, МПа; а„ — главное минимальное
напряжение, МПа;
q =
1 + sin ф 1 - sinф
где ф — угол внутреннего трения породы в массиве, град.
Исходные параметры модели, построенной в программном комплексе Map3D представлены в табл. 1 и на рис. 4.
Прочность массива каменной соли была определена по обобщенному критерию Хука-Брауна с использованием
Таблица 1
Исходные параметры первоначальной модели Input parameters of initial model
Параметр В образце В массиве
Предел прочности на сжатие, МПа 35 20
GSI (индекс геологической прочности) 90 —
Структурный индекс m. = 10 mh = 7
Модуль деформации (Юнга), ГПа 30 28,8
Коэффициент Пуассона 0,35 0,35
Сцепление, МПа — 4,5
Угол внутреннего трения, ° — 41,3
Плотность соли, кг/м3 2134 2134
Режим природных напряжений литостатический
Отметка земной поверхности, м +118
Природные напряжения на отметке -160 м, МПа 5,64
Градиент роста напряжений с глубиной 0,0209
программы RocData (рис. 5) [7, 15]. При расчетах задавался исходный параметр вЭ/ (индекс геологической прочности массива, диапазон значений которого в классификации изменяется от 0 до 100). вЭ/ = 90 характеризует массив каменной соли как максимально ненарушенный и устойчивый (0 = 1000). При расчетах задавался также исходный пара-
метр О (индекс нарушенности массива). О = 0 — для условия применения комбайнов.
С учетом проведенных натурных наблюдений и расчетов рейтинга массива каменной соли численная модель калибровалась. Так как в массивах отрабатываемых буровзрывным способом наблюдаются крупные трещины и пред-
Material Properties
Material Name |Salt
Material # |1 zl
Material Type llHoek Brown (FF) t]
Peak Residual
Tension Cutoff |0 -ZJ r Zl
SigmaiC (lab scale |35 d|35 Zl
m Hoek-Brown |? zip zl
s Hoek-Brown |0.330 |0.330
I dl zl
Young's Modulus |3000C jrJ|30000 jJ
Poisson's Ratio |o.350 |0.350 j^J
Standard Dev |o t | <• Elastic only
Viscous Mod (Gn) |0 Viscous Mod (Gs) |ü -C Elasto-Plastic — C Inactive
Expansion Coef |l <r | Parameters |
Conductivity |i v | Dump to File |
?| Copyfrommatl... |P Stress State | Close
Pre-mining Stress State Ш
Datum ||-160.000000
GHmax COHStant |5.640
OHmin constant |B-640 -
OVei! constant |5.640
AOHmaa VariatiOf |-0.020900
AoHmin variation |-0.020900 ■r
Aove,> variation [-0.020900 -
OHmax trend |o -
ww plunge |30 -
ov.,, trend |2?o -
t/h constant |o
At/h variation -
? | Copyfrom... | Cartesian | Close
Рис. 4. Исходные параметры для моделирования в программе Map3D: свойства массива каменной соли и тензор природных напряжений
Fig. 4. Input parameters for modeling in Map3D: properties of salt rock mass and tensor of natural stresses
RocLab - [Iletsk saltrlb]
File Edit View Analysis Window Help
ГШ
□ ö и i a * I ц за [ ш 151« I g щ ч Q.I&I ^ в и||выЕ|ш|а%
r Hoek-Brown Classification —
sigci 35 ¿jMPa dB I
GSI |Э0
mi |10 и
D ¡O ~э ей]
(7 Ei I30000
О MR I ±3
i-Hoek-Brown Criterio
-Failure Envelope Range -Application: General
sig3max |в.7500 ^ MPa
Mohr-Coulomb Fit— с pliÖ
phi Ml .31
MPa
=iock Mass Parameters -sigt |-1.647
MPa ' MPa ' MPa ' MPa
Analysis of Rock Strength using RocLab
Minor principal stress (MPa)
Hoek-Brown Classification
intact uniaxial comp, strength (sigci) = 35 MPa GSI = 90 mi = 10 Disturbance factor (D) = 0 intact modulus (Ei) = 30000 MPa Hoek-Brown Criterion
mb = 6.997 s = 0.3292 a = 0.500 Mohr-Coulomb Fit
cohesion = 4.490 MPa friction angle = 41.31 deg Rock Mass Parameters
tensile strength = -1.647 MPa uniaxial compressive strength = 20.077 MPa global strength = 19.845 MPa deformation modulus = 28758.51 MPa
Рис. 5. Паспорт прочности массива каменной соли Илецкого месторождения Fig. 5. Strength chart for salt rock mass at the Ilets deposit
положительно, прослеживаются на всю высоту МКЦ, были изменены некоторые исходные параметры модели (табл. 2).
При расчетах задавался исходный параметр GSI = 78, характеризующий массив каменной соли как ненарушен-
Таблица 2
Исходные параметры с учетом калибровки модели Input parameters after model calibration
ный и устойчивый (при картировании регистрировалась только одна система трещин и случайные трещины, 0 = 39,9) (рис. 6).
При расчетах задавался также исходный параметр О = 0,5 — нарушенность
Параметр В образце В массиве
Предел прочности на сжатие, МПа 33 7,6
GSI (индекс геологической прочности) 78 —
Структурный индекс m = 9 mh = 3,2
Модуль деформации (Юнга), ГПа 25 14
Коэффициент Пуассона 0,35 0,35
Сцепление, МПа - 2,5
Угол внутреннего трения, ° — 35,4
Плотность соли, кг/м3 2134 2134
Режим природных напряжений литостатический
Отметка земной поверхности, м +118
Природные напряжения на отметке -160 м, МПа 5,64
Градиент роста напряжений с глубиной 0,0209
массива для условий применения буровзрывного способа.
На рис. 7 представлена построенная горнотехническая система рудника состоящая из трех этажей отрабатываемых камер с их соосным расположением.
С учетом полученных результатов численного моделирования напряженно-деформированного состояния массива каменной соли при условии отработки трех этажей, получены следующие результаты:
• Исходные входные параметры численной модели достоверные, следовательно, степень точности полученных результатов численного моделирования можно считать высокой.
• Допустимым коэффициентом запаса прочности МКЦ при условии высокой
степени достоверности исходных входных параметров считается КЗП > 1,5.
• Рассчитан минимальный коэффициент запаса прочности КЗП > 1,7 МКЦ после полной отработки камер (с учетом этапов отработки) (рис. 8).
• Максимальное главное напряжение (а1) в МКЦ не превышает 14 МПа, что говорит о том, что напряжения не превысят предельно допустимых значений для массива каменной соли (рис. 9).
• Минимальное главное напряжение (ст3) в бортах камер находятся в диапазоне от 2 до 10 МПа, что говорит о том, что релаксации (возможного расслоения массива в бортах камер) не прогнозируется.
На основе полученных при моделировании в программном комплексе МарЗР
Рис. 6. Определение индекса геологической прочности GSI массива каменной соли, разрабатываемого буровзрывным способом
Fig. 6. Determination of Geological Strength Index GSI for salt rock mass under drilling-and-blasting
Рис. 7. Горнотехническая система рудника состоящая из трех этажей отрабатываемых камер с их соосным расположением
Fig. 7. Mine-geotechnical system of coaxial stoping on three levels
Рис. 8. Минимальный коэффициент запаса прочности КЗП > 1,7 МКЦ после полной отработки камер
Fig. 8. Minimum Safety Factor SF > 1.6 for RP after complete mining-out of stopes
Рис. 9. Максимальное главное напряжение (a J в МКЦ
Fig. 9. Maximum principal stress (a ) in RP
1
3
2
2 -s 1 0 1
Минимальные главные напряжения, а3 (МПа)
Рис. 10. График распределения действующих главных максимальных (oj и минимальных (о3) напряжений (кривая 2), паспорт прочности массива каменной соли (кривая 1) и линия Можи (линия 3) Fig. 10. Diagram of strength (curve 1), actual maximum o1 and minimum c3 principal stresses (curve 2) and Mogi's line (curve 3) in salt rock mass under analysis
значении действующих главных максимальных (ст1) и минимальных (а3) напряжений и паспорта прочности массива каменой соли установлено, что значения действующих напряжений (рис. 10, кривая 2 на графике) не превышают предела прочности массива каменной соли (рис. 10, кривая 1 на графике) и не приводят к его разрушению на всех этапах отработки, так как установленные значения действующих напряжений (кривая 2) находятся ниже кривой 1. Для определения прочностных характеристик массива использовалась программа RocDa-1а [7]. Определено также, что значения действующих напряжений (рис. 10, кривая 2 на графике) находятся ниже линии Можи (рис. 10, линия 3 на графике), которая характеризует массив каменной соли как упруго-пластичный (выше линии Можи — массив с упругими свойствами, ниже — упруго-пластичными).
Выводы
Определение на стадии проектирования горных работ возможности совместной поэтапной отработки трех этажей камерной системой разработки с оставлением ленточных целиков МКЦ с
большей степенью точности обеспечивается моделированием НДС горнотехнической системы подземного рудника в программном комплексе Map3D [15]. Полученные результаты исследований по количественной оценке состояния массива (по методу Бартона) отрабатываемого комбайнами и буровзрывным способом используются для калибровки численной модели с использованием полученных данных в натурных условиях при картировании массива и программ Dips и RocData.
Предлагаемый подход рекомендуется использовать для геотехнической оценки состояния массива горных пород в условиях применения систем разработки различного класса — с естественным и искусственным поддержанием очистного пространства, а также систем с обрушением руды и породы. В сложных горногеологических условиях, в условиях повышенного горного давления, обильного притока воды, повышенной трещинова-тости пород модель калибруется с учетом проведения геотехнической оценки состояния массива и уточняется с использованием программ Rocscience — Dips и RocData [15].
список ЛИТЕРАТУРЫ
1. Меры охраны шахты от затопления и объектов на земной поверхности от вредного влияния горных работ. — Пермь: Галургия, 2007. — 85 с.
2. Сытник Е.В., Злебова А.Е. Прогнозная оценка влияния разработки месторождений калийных солей на состояние поверхностных и подземных вод // Горный журнал. — 2014. — № 2. — С. 97—101.
3. Протосеня А. Г., Вербило П.Э. Оценка прочности блочного массива методом численного моделирования // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2016. — № 4. — С. 47—54.
4. Ермашов А.О. Численное моделирование деформирования и разрушения образцов соляных пород // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. — 2014. — № 7. — С. 74—81.
5. Захаров В. Н., Еременко В. А., Федоров Е. В., Лагутин Д. В. Геомеханическое обеспечение проектирования отработки запасов каменной соли на Илецком месторождении // Горный журнал. — 2018. — № 2. — С. 41—47.
6. Map3D. Available at: http://www.vap3d.com/
7. Rocscience. Available at: https://www.rocscience.com/
8. Barton N., Lien R., Lunde J. Engineering classification of rock massec for the design of tunnel support, Rock Mechanics, 1974, 6(4): pp. 183—236.
9. Barton N. Application of Q-System and Index Tests to Estimate Shear Strength and Deformability of Rock Masses. Workshop on Norwegian Method of Tunneling. New Delhi, 1993. pp. 66—84.
10. Laubscher D. H. A geomechanics classification system for the rating of rock mass in mine design. Trans. S. Afr. Inst. Min. Metal., 9(10). 1990.
11. Terzaghi K., Peck R. B. Soil mechanics in engineering practice. Wiley, New York. 1967.
12. Еременко В. А., Айнбиндер И. И., Пацкевич П. Г., Бабкин Е. А. Оценка состояния массива горных пород на рудниках ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2017. — № 1. — С. 5—17.
13. Лушников В. Н., Сэнди М. П., Еременко В. А., Коваленко А. А., Иванов И. А. Методика определения зоны распространения повреждения породного массива вокруг горных выработок и камер с помощью численного моделирования // Горный журнал. — 2013. — № 12. — С. 11—16.
14. Козырев А. А., Семенов И. Э., Земцовский А. В. Определение безопасных параметров приповерхностного целика при подземной выемке запасов перспективного месторождения Партомчорр в Хибинском массиве // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2013. — № 5. — С. 30—39.
15. Еременко В.А. Курсы подготовки геомехаников (геотехников), геологов и горных инженеров по программам Map3D и Rocscience (Dips, RocData, Unwedge) // Горный журнал. — 2018. — № 2. — 2 с.
16. Bahrani N., Hadjigeorgiou J. Influence of Stope Excavation on Drift Convergence and Support Behavior: Insights from 3D Continuum and Discontinuum Models // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2018. pp. 1—19.
17. Paul A., Murthy V. M. S. R., Prakash A., Singh A. K. Estimation of rock load in development workings of underground coal mines. A modified RMR approach // Current Science, 114(10), 2018. pp. 2167—2174.
18. Souley M., Renaud V., Al Heib M., Lahaie F., Nystrom A. Numerical investigation of the development of the excavation damaged zone around a deep polymetallic ore mine // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 106, 2018. pp. 165—175&
19. ChengG., Chen C., Li L., Dai F., Ren B. Numerical modelling of strata movement at footwall induced by underground mining // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 108, 2018. pp. 142—156. ЕЛЭ
коротко ОБ АВТОРЕ
Еременко Виталий Андреевич — доктор технических наук, профессор РАН, директор научно-исследовательского центра «Прикладной геомеханики и конвергентных горных технологий» МГИ НИТУ «МИСиС», e-mail: [email protected].
ISSN 0236-1493. Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2018. No. 11, pp. 5-17.
Stress state modeling of coaxial three-level open stoping in Map3D
Eremenko V.A., Doctor of Technical Sciences, Professor of Russian Academy of Sciences, Director of the Research Center
«Application of Geomechanics and Mining of Convergent Technologies», Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS», 119049, Moscow, Russia, e-mail: [email protected].
Abstract. The article describes the research results of stress state modeling in the geotechnical system composed of an underground mine and adjacent rock mass in Map3D in case of coaxial concurrent stoping on three mine levels. The rock mass quality rating (by Barton) is determined for the methods of mining with shearing and drilling-and-blasting. The numerical model is calibrated using the data of actual in-situ rock mass mapping and outcomes of Dips and RocData software. Feasibility of concurrent stage-by-stage stoping with rib pillars on three mine levels is sufficiently accurately determined at the mine planning and design stage by numerical modeling of stress state in the rock mass-and-mine system in Map3D. The determined Q-index of rock mass (by Barton) under shearing and drilling-and-blasting is used in calibration of the developed numerical model together with the data of in-situ rock mass mapping and outcomes of software Dips and RocData. The proposed approach is recommended for the geotechnical assessment of rock mass subjected to mining using different methods—with artificial and natural support of mined-out stopes, as well as with caving. Under difficult ground conditions, higher rock pressure, rush of water and high-density jointing, the model is calibrated based on the data of geotechnical assessment and then is refined using Rocscience software—Dips and RocData.
Key words: stoping, numerical modeling, rock mass quality rating, Q-index, Barton's system, room, level, horizon, rib pillar—RP.
DOI: 10.25018/0236-1493-2018-11-0-5-17
REFERENCES
1. Mery okhrany shakhty ot zatopleniya i ob"ektov na zemnoy poverkhnosti ot vrednogo vliyaniya gornykh rabot [Mine flood prevention and protection of ground surface objects from impact of mining], Perm, Galur-giya, 2007, 85 p.
2. Sytnik E. V., Zlebova A. E. Prognoznaya otsenka vliyaniya razrabotki mestorozhdeniy kaliynykh soley na sostoyanie poverkhnostnykh i podzemnykh vod [Predictive estimate of influence of potash salt mining on surface and ground water], Gornyyzhurnal. 2014, no 2, pp. 97—101. [In Russ].
3. Protosenya A. G., Verbilo P. E. Otsenka prochnosti blochnogo massiva metodom chislennogo modeli-rovaniya [Strength assessment of jointed rock mass by numerical modeling]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Gornyy zhurnal. 2016, no 4, pp. 47—54. [In Russ].
4. Ermashov A. O. Chislennoe modelirovanie deformirovaniya i razrusheniya obraztsov solyanykh porod [Numerical modeling of deformation and failure of salt rock specimens]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Gornyy zhurnal. 2014, no 7, pp. 74—81. [In Russ].
5. Zakharov V. N., Eremenko V. A., Fedorov E. V., Lagutin D. V. Geomekhanicheskoe obespechenie proek-tirovaniya otrabotki zapasov kamennoy soli na Iletskom mestorozhdenii [Geomechanical support of salt rock mine planning and design at the Ilets deposit], Gornyy zhurnal. 2018, no 2, pp. 41—47. [In Russ].
6. Map3D. Available at: http://www.vap3d.com/
7. Rocscience. Available at: https://www.rocscience.com/
8. Barton N., Lien R., Lunde J. Engineering classification of rock massec for the design of tunnel support, Rock Mechanics, 1974, 6(4): pp. 183—236.
9. Barton N. Application of Q-System and Index Tests to Estimate Shear Strength and Deformability of Rock Masses. Workshop on Norwegian Method of Tunneling. New Delhi, 1993. pp. 66—84.
10. Laubscher D. H. A geomechanics classification system for the rating of rock mass in mine design. Trans. S. Afr. Inst. Min. Metal., 9(10). 1990.
11. Terzaghi K., Peck R. B. Soil mechanics in engineering practice. Wiley, New York. 1967.
12. Eremenko V. A., Aynbinder I. I., Patskevich P. G., Babkin E. A. Otsenka sostoyaniya massiva gornykh porod na rudnikakh ZF OAO «GMK «Noril'skiy nikel'» [Rock mass assessment in mines of NorNickel's Polar Division], Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017, no 1, pp. 5—17.
13. Lushnikov V. N., Sendi M. P., Eremenko V. A., Kovalenko A. A., Ivanov I. A. Metodika opredeleniya zony rasprostraneniya povrezhdeniya porodnogo massiva vokrug gornykh vyrabotok i kamer s pomoshch'yu chislennogo modelirovaniya [Numerical modeling procedure to determine damaged zones in rock mass around stopes], Gornyy zhurnal. 2013, no 12, pp. 11—16. [In Russ].
14. Kozyrev A. A., Semenov I. E., Zemtsovskiy A. V. Opredelenie bezopasnykh parametrov pripoverkhnost-nogo tselika pri podzemnoy vyemke zapasov perspektivnogo mestorozhdeniya Partomchorr v KHibinskom massive [Safe parameters of near-surface pillar in underground extraction of promising reserves of the Partomchorr deposit in the Khibiny Massif], Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2013, no 5, pp. 30-39. [In Russ].
15. Eremenko V. A. Kursy podgotovki geomekhanikov (geotekhnikov), geologov i gornykh inzhenerov po programmam Map3D i Rocscience (Dips, RocData, Unwedge) [Training courses for geomechanics (geotech-nical engineers), geologists and mining engineering on Map3S and Rocscience (Dips, RocData, Unwedge) software suites], Gornyy zhurnal. 2018, no 2, 2 p. [In Russ].
16. Bahrani N., Hadjigeorgiou J. Influence of Stope Excavation on Drift Convergence and Support Behavior: Insights from 3D Continuum and Discontinuum Models. Rock Mechanics and Rock Engineering. 2018. pp. 1-19.
17. Paul A., Murthy V. M. S. R., Prakash A., Singh A. K. Estimation of rock load in development workings of underground coal mines. A modified RMR approach. Current Science, 114(10), 2018. pp. 2167—2174.
18. Souley M., Renaud V., Al Heib M., Lahaie F., Nystrom A. Numerical investigation of the development of the excavation damaged zone around a deep polymetallic ore mine. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 106, 2018. pp. 165—175&
19. Cheng G., Chen C., Li L., Dai F., Ren B. Numerical modelling of strata movement at footwall induced by underground mining. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences, 108, 2018. pp. 142—156.
&_
рукописи, депонированные В ИЗДАТЕЛЬСТВЕ «горная КНИГА»
технология формирования качества инертных материалов в разгрузочных зонах пойм рек для условий автоматизированной
кусковой сортировки
(№ 1159/11-18 от 12.09.2018; 17 с.) Хакулов Виктор Алексеевич1 — доктор технических наук, зав. кафедрой, директор НОЦ Автоматизации геотехнологических систем ИГД СО РАН, e-mail: [email protected], Шаповалов Виталий Александрович1 — кандидат физико-математических наук, доцент, e-mail: [email protected],
Шогенова Залина Асланбековна1 — старший преподаватель, e-mail: [email protected], 1 Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова.
Рассмотрены экологически безопасная эксплуатация ресурсов в поймах нагорных рек, совершенствование технологии добычи, регенерации запасов инертных материалов с использованием автоматизированной кусковой сортировки добываемого минерального сырья.
Ключевые слова: поймы рек, регенерации запасов, добыча инертных материалов, паводковый период, гравийно-валунный материал автоматизированная кусковая сортировки, RGB датчик, щебень.
technology of forming the quality of inert materials in unloading zones of floodplains of rivers for conditions of automated lump sorting
Khakulov V.A. 1, Doctor of Technical Sciences, Head of Chair,
Director of REC Automation of Technical Systems, Institute of Mining SB RAS, e-mail: [email protected], Shapovalov V.A.1, Candidate of Physical and Mathematical Sciences, Assistant Professor, e-mail: [email protected],
Shogenova Z.A. 1, Senior Lecturer, e-mail: [email protected],
1 Kabardino-Balkarian State University named after Kh.M. Berbekov,
360004, Nalchik, North Caucasian Federal district, Kabardino-Balkarian Republic, Russia.
The task of forming of different-quality-tions flows of rock mass requires a new approach to selective extraction. This approach is implemented on the basis of a higher level of information support of processes of mining operations. Complication of algorithm of work in the mine when forming flows of different quality of rock mass requires robotization of this process. For the formation of the material composition of streams of different quality rock mass in the production of the nth good use, cyclic or separate processing, it is advisable to use hidraulice-cal excavators equipped with special geophysical equipment and high-precision on-itinerary embedded microprocessor systems.
Key words: rock mass, excavator, highly accurate positioning, microprocessor, algorithm, field, variability of the ore.
