CC BY
22
i г
& JBL %
■•via, -■■• A j-T. ■ •»••"- ■ ¡-/.v »пун jw iraCTs -St aiflH лгж 'SQ-Ja »f. ял
Л m ; & гщк Щ Щк m Щк
I j
Ё&, fiis;
Напряженно-деформирова! ное состояние
прибортовых массивов и п< л/ эдкарьерных sir f /
залежей при различных у г/л ах падения
рудных тел , 9 - 1 V;' - I ,• Ж ■■
К.К. Абдылдаев, канд. техн. наук, доц., Иссык-Кульский государственный университет им. К. Тыныстанова, г. Каракол, Республика Кыргызстан
С.Ж. Куваков, научный сотрудник, Институт геомеханики и освоение недр НАН КР, г. Бишкек, Республика Кыргызстан
Г.Дж. Кабаева, д-р техн. наук, проф., Кыргызско-Российский Славянский университет, г. Бишкек, Республика Кыргызстан
К.Ч. Кожогулов, д-р техн. наук, член-корр. НАН КР, Институт геомеханики и освоение недр НАН КР, г. Бишкек, Республика Кыргызстан
Проблема повышения эффективности и безопасности разработки рудных месторождений в Кыргызстане занимает важное место в дальнейшем развитии горнодобывающей промышленности республики. Неизбежное в связи с этим увеличение глубины горных работ и повышение горного давления, связанное с развитием фронта очистных работ, высокой тектонической напряженности массива пород и сложности его геологической структуры проявляется на рудниках Кыргызстана как в статической, так и динамической форме и приводит к ее опасным последствиям как внезапное разрушение участков разрабатываемого массива горных пород [ 1-3].
Массив горных пород, в котором ведутся горные работы, представляет собой сложное геологическое тело, состоящие из различных горных пород, объединенных происхождением и последующим совместным развитием. Граница массива проводится по геолого-генетическим принципам. Сложная морфология крутопадающих месторождений создает аномальные дополнительные концентрации техногенных напряжений в массиве горных пород, которые приводят к накоплению упругой энергии, изменяя естественное поле напряжений.
Наиболее достоверные результаты при исследовании изменений естественного напряженного состояние массива горных пород можно получить при проведений натурных экспериментов непосредственно в шахтных условиях. Обычно, методы определения напряжений в массиве условно делятся на три группы: деформационные способы, компенсационные способы и методы, основанные на оценке природных или искусственно создаваемых в массиве физических полей и их взаимосвязи с напряженным состоянием земной коры [4]. Однако, эти методы не имеют достаточных возможностей учета сложной морфологии и структурных неоднородностей массива горных пород. Поэтому, в последние годы в Кыргызской Республике стали широко приме-
нять численные методы исследования напряженного состояния массива горных пород [5-7]. Они, в основном, базируются на методе конечных элементов, который позволяет значительно упростить решения дифференциальных и линейных уравнений при моделировании напряженно-деформированного состояние породных массивов. На сегодня создано множество автоматизированных программных продуктов с широкой областью их применения. К ним можно отнести программы Ansys, Sigma, Plaxis, Scad, Geo 5, Matlab и другие. При этом они имеют собственные особенности и специфические условия применения.
В качестве средства для исследований нами использована широко известная программа Plaxis, которая отличается от других простотой эксплуатации при решении сложных геомеханических задач.
В работе проведено моделирование напряженно-деформированного состояния бортов и подкарьерных запасов при изменении углов падения рудного тела от 90° до 45° для условий, когда модуль упругости руды больше, чем боковых пород и когда модуль упругости руды имеет меньшее значение, чем у боковых пород, т.е. рассмотрены три варианта:
(X ~ 90° | ''* ^РУ^тело
^ ' ^ботспород :t.. с
^ ^QD | ^бок-порсд '"ITVA ТГ-К1
^сллг.пород *"" ^руд.твло
3. ^бск,портщ ^ ^ру^тыо
^бок-пород ^РУД-ТСЛО
где - а угол падения рудного тела, Ебокпород и Еруд.тело - модули упругости боковых пород массива и рудного тела соответственно.
Геометрические данные разреза: ширина 172 м, высота 108 м, угол наклона левого борта карьера 70°, генеральный угол наклона правого борта 50°, мощность рудного тела 6 м, ши-
92 | «Горная Промышленность» №6 (1 36) / 201 7
Таблица 1
Название горных пород |
Параметры Мраморизованный известняк Рудная брекчия
Объёмный вес У, кН/м2 26,5 28
Модуль упругости Е, кН/м2 1,292E+08 1,0^+08
Коэффициент Пуассона V 0,340 0,360
Сцепление С, кН/м2 1,360E+04 4400
Угол внутреннего трения, кН/м2 60 58
№ варината Количество треугольных элементов Количество узлов Средний размер сторон равностороннего треугольника, м
1 710 5869 5,12
2 733 6055 5,03
3 733 6055 5,03
400 350 300 250 200 150 100
ш
3.............{5 3 га
Примечание: в случае Еок.пород < Етд™ приняты Ерудтело=1,415Е+08 кН/м2
рина дна карьера 35 м. В табл. 1 показаны физико-механические свойства слагающих горных пород массива для двух разновидностей пород.
Математическое моделирование осуществлялось на основе распространенного и практичного численного метода -метода конечных элементов. Результаты деления разреза на конечные равносторонние треугольные элементы, количество узлов и средний размер стороны равностороннего треугольного элемента показаны в табл. 2:
Таблица 2
- Изменение значении напряжении, к^]/тЛ2 < Линейная Изменение значений напряжений, кМ/тл2)
Рис. 2 Изменение значений напряжений по оси ХХ в трех случаях
200 180 1(0 140 120 100 80 60 10 20 0
1 а
8 .............-
.....1 б
По результатам математического моделирования напряженно-деформированного состояния вокруг борта карьера по трем рассмотренным случаям, каждый из которых имеет два различных значения модуля упругости, установлены характер распределения напряжений по трем осям и зоны их концентрации. В качестве примера некоторые из них иллюстрируются диаграммами на рис. 1.
В целом, характер распределения напряжений по осям вокруг борта карьера изменяется в зависимости от угла падения рудного тела, только в случаях 1-а и 1-б зона концентрации
— Изменение значений напряжений, км/щд2 .........Линейная |игл1ененне значений напряжений, км/п1л2|
Рис. 3 Изменение значений напряжений по оси ХУ в трех случаях
напряжений по оси XX в самом рудном теле не наблюдается. Что касается вертикальных напряжений, то во всех случаях они распределяются равномерно с увеличением глубины. Но при углах падения рудного тела 60° и 45° можно заметить небольшие скачки напряжений. Касательные напряжения возникают в зонах контакта бортов с дном нагорного карьера. По результатам исследования выявлено, что появляется еще одна дополнительная зона концентрации касательных напряжений на отметке 5-15 м при угле падения рудного тела 45°.
Также нами установлено, что значения напряжений по осям XX, УУ, 77, ХУ и деформации при меньше, чем значения параметров НДС при (рис. 2 и 3).
Ычт» ^ - ИИ1
напряжение по оси ХУ в случае 3-а
ИНН*
б) напряжение по оси УУ в случае 2-б
ЩЁк
ШШМ
;||§§|
т
Ж 000 1Ю0В0 НО. 000
•МЫЛ
¡чмо
-¡га а® ■шли
МОХ'
в) полная деформация в случае 2-а
Рис. 1 Распределение напряжений в прибортовом массиве и вблизи рудного тела
«Горная Промышленность» №6 (136) / 2017 | 93
На графике можно заметить, что точки максимума соответствует условию Ебок.пород < Еруд.тело, а точки минимума -Ебокпород >£руд.тело . Значения горизонтальных напряжений по оси XX (рис. 2) снижаются с уменьшением угла падения рудного тела в 0,9-1,8, а значения вертикальных напряжений УУ в 0,9-1,1, горизонтальных напряжений ЪЪ в 0,8-1,4, касательных напряжений ХУ в 0,9-1,4, и полной деформации в 0,8-1,3 раза возрастают. Аналогичные результаты получены при моделировании напряженно-деформированного состояния при6ортовых массивов и подкарьерных запасов с применением программы Ма1:1аЬ.
Выводы.
Анализ полученных результатов математического моделирования напряженно-деформированного состояния при-6ортового массива и подкарьерных запасов при различных углах падения рудного тела, позволяет сделать следующие выводы:
1. На характер распределения напряжений при6ортового массива и подкарьерных запасов влияют геометрические параметры карьера, физико-механические свойства руды и 6оковых горных пород и угол падения подкарьерного рудного тела.
2. Изменение угла падения рудного тела является основным фактором, влияющим на снижение значений напряжений по оси XX. При этом они уменьшаются в 0,9-1,8 раза в зависимости от величины угла падения рудного тела.
3. Условие вызывает концентрацию напряжений вблизи контактов рудного тела и боковых пород и оказывает негативное влияние на выбор технологии разработки месторождений.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ:
1. Айтматов И.Т. Геомеханика рудных месторождений Средней Азии. Фрунзе: изд. Илим. - 1987. -246с.
2. Кожогулов К.Ч, Усенов К.Ж., Алибаев А.П. Геомеханические основы и технология при комбинированной разработке крутопадающих месторождений. Бишкек. - 1999. - 186 с.
3. Ялымов Н.Г. Исследование горного давления при подземной разработке рудных месторождений Киргизии. Фрунзе, изд. Илим, 1976. - 203с.
4. Кожогулов К.Ч., Турсбеков С.В., Никольская О.В. [и др.] Основы геомеханики при открытой разработке месторождений полезных ископаемых. Бишкек-Алмата, 2016г. -146 с.
5. Усманов С.Ф. Прогнозирование устойчивости бортов высокогорных карьеров на основе моделирования напряженно-деформированного состояния. Бишкек. изд. КРСУ. -2009г. - 172с.
6. Абдылдаев К.К., Кабаева Г.Дж., Кожогулов К.Ч. Моделирование геомеханических процессов с помощью Matlab на основе метода конечных элементов// Поиск. Серия естественных и технических наук. Алмата. 2012.
7. Кожогулов К.Ч., Куваков С.Ж. Моделирование напряженно-деформированного состояния подкарьерных запасов при комбинированной разработке рудных месторождений // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. Новосибирск. - 2015. - № 2. - С. 14-19.
УДК 622.02 (575.)
Моделирование напряженно-деформированного состояния прибортового анизотропного массива месторождения «Макмал»
К.К. Абдылдаев, канд. техн. наук, доц., Иссык-Кульский государственный университет им. К. Тыныстанова, г. Каракол, Республика Кыргызстан
С.Ж. Куваков, научный сотрудник, Институт геомеханики и освоение недр НАН КР, г. Бишкек, Республика Кыргызстан Курманбек уулу Т., канд. техн. наук, доц., Кыргызский государственный университет им. И. Арабаева, Республика Кыргызстан Г.Дж. Кабаева, д-р техн. наук, проф., Кыргызско-Российский Славянский университет, г. Бишкек, Республика Кыргызстан_
Массив горных пород является сложной физической средой и о6ладает целым рядом структурно-механических осо6енностей, которые в свою очередь определяют его напряженно-деформированное состояние. В общем случае, массив горных пород представляет со6ой дискретную, неоднородную анизотропную среду с естественным напряженным состоянием [1, 2]. К такому сложно-структурному массиву можно отнести и массив золоторудного месторождения Макмал. Ранее, применительно
94 | «Горная Промышленность» №6 (136) / 2017
к этому месторождению, были проведены исследования, направленные на оценку напряженно-деформированного состояния (НДС) массивов бортов карьера и при подземной разработке месторождения [3, 9]. Другие исследования были посвящены изучению физико-механических свойств горных пород [4, 5] и оценке НДС натурным и численным методами. При этом массив месторождения Макмал рассматривался как изотропная среда.
В данной работе основной задачей исследований стало
