CC BY
17
- © В.Н. Калмыков, Э.Ю. Мещеряков
А.Н. Угрюмов, Л.Ф. Хакимуллина, 2012
УДК 622.343:622.273
В.Н. Калмыков, Э.Ю. Мещеряков А.Н. Угрюмов, Л.Ф. Хакимуллина
ОБОСНОВАНИЕ ГРАНИЦ УЧАСТКА ВЫЕМКИ РУД С ОБРУШЕНИЕМ НАЛЕГАЮЩИХ ПОРОД В УСЛОВИЯХ СТРОЯЩЕГОСЯ РУДНИКА ОАО «ВЕРХНЕУРАЛЬСКАЯ РУДА»
Приведены результаты исследований по определению границ участка выемки руд с обрушением налегающих пород на медноколчеданном месторождении «Чебачье» (ОАО «Верхнеуральская руда»»), необходимость которых обусловлена корректировкой проектных решений в связи с отставанием строительства закладочного комплекса рудника.
Ключевые слова: подземная разработка, рудник, медноколчеданное месторождение, обрушение руд и налегающих пород, закладка выработанного пространства, границы отрабатываемого участка.
В настоящее время ОАО «Верхнеуральская руда» осуществляет строительство подземного рудника с целью освоения меднокол-чеданного месторождения «Чебачье», находящегося вблизи одноименного озера в Верхнеуральском районе Челябинской области.
Первоначальный проект отработки месторождения предусматривал извлечение балансовых запасов основного рудного тела месторождения №2 (до 95 % запасов) с применением твердеющей закладки выработанного пространства, однако сложившаяся на предприятии экономическая ситуация не позволяет обеспечить своевременное строительство и запуск в действие закладочного комплекса. Поэтому была поставлена задача обоснования границ рудного участка, в пределах которых возможна отработка запасов с обрушением руд и налегающих пород. Решение задачи осложняется наличием в 200 м южнее
контура подсчета озера «Чебачье», площадью около 5 кв. км, глубиной до 5 м, и присутствием водосодержа-щего комплекса карбонатных отложений в составе налегающих пород.
В первую очередь был проведен комплексный анализ геологических, гидрогеологических и геомеханических условий месторождения, который показал, что медноколчеданное месторождение «Чебачье» представлено несколькими рудными телами, не имеющими выхода на дневную поверхность. Рудные тела месторождения залегают в одном рудоносном ярусе, образованном зоной контакта пологозалегающих крыльев субвулканических тел кислого состава. Общая протяжённость рудной зоны составляет 1200 м при ширине до 580 м.
Установлено, что надрудная толща состоит из 2-х частей: карбонатной (известняки и известковые брекчии) и вулканогенно-осадочной. Рудные тела залегают на глубине 250-460 м, почти
повсеместно перекрыты вулканогенными породами, представленными дацитами, липаритами и их брекчиями. Мощность нижней пачки колеблется от 50 до 180 м, она отделяет руды от лежащих выше по разрезу известняков. Породы нижней пачки залегают ниже границы региональной зоны выветривания, поэтому отличаются низкой степенью трещиновато-сти. Коэффициенты фильтрации в породах нижней пачки не превышают сотых долей м/сут. При таких фильтрационных параметрах нижнюю пачку комплекса можно рассматривать как водоупорную. Она перекрывает рудные тела на всей площади их развития и изолирует их от вышележащего водоносного комплекса карбонатных отложений.
Гидрогеология месторождения изучена достаточно полно: откачками, наливами, расходометрией, описанием трещиноватости, режимными наблюдениями. Дебиты скважин на участках известняков составляют от десятых долей л/сек до 3^5 л/сек. Максимальная водоносность известняков отмечается в зонах тектонических нарушений и на контактах их с эффузи-вами, где известняки наиболее закар-стованы. Мощность трещиноватой во-досодержащей зоны на месторождении достигает глубины 120-130 м. Дно озера выполнено озерными глинами и илистыми отложениями общей мощностью не менее 10 м, под которыми повсеместно залегают глинистые коры выветривания.
Однако, следует отметить, что все гидрогеологические изыскания на месторождении проведены более 30 лет назад. И необходимо учитывать, что в 200-300 м с другой стороны от озера «Чебачье» на протяжении тех же 30 лет, но с многолетними перерывами в работе, осуществляется разработка медноколчеданного месторождения
«Молодежное» открытым способом. Продолжительное сейсмическое влияние взрывов при разработке вышеуказанного месторождения могло привести к образованию трещин в водоупорном слое озера и существенному изменению гидрогеологической ситуации на данном участке недр.
Для исключения влияния горных работ непосредственно на приозерный участок недр определены углы сдвижения пород и установлены границы охранного целика в контурах второго рудного тела между профилями 10а и 13 (рис. 1).
Обоснование размеров отрабатываемого системами разработки с обрушением участка производили с учетом наиболее пессимистичных гидрогеологических условий залегания руд - высокой степени обводненности карбонатных пород, исключая возможность формирования водопрово-дящих трещин в комплексе карбонатных пород [1]. Также, при оценке геомеханических последствий горных работ, производимых на рабочем горизонте 400 м, учитывалось влияние на выработки вышележащих горизонтов - 335, 300 и 270 м.
С точки зрения проявления таких нежелательных последствий подработки как возникновение и раскрытие трещин, самыми опасными для охраняемых объектов являются горизонтальные деформации растяжения-сжатия. Правилами охраны сооружений от вредного влияния подземных выработок [2] установлены допустимые (предельные) деформации, которые составляют для объектов 2 категории охраны (горно-подготовительные выработки) < 3,5 мм/м. Нарушение естественного состояния горного массива происходит при превышении относительных горизонтальных деформаций 2 мм/м.
8800
15600
ШЮ
8200
8000
Рис. 1. План второго рудного тела с обозначением местоположения вертикальных разрезов и с проекцией границ озера «Чебачье»
Рис. 2. Структурная схема плоской модели (по профилю 7) для математического моделирования геомеханического состояния массива
Прогнозирование деформаций в подрабатываемом массиве на стадиях
развития горных работ осуществлялось по результатам математического моделирования напряженно-деформированного состояния массива методом конечных элементов с использованием программного комплекса «РЕМ» (ИГД УрО РАН) при граничных условиях, которые типичны для ряда южноуральских медноколчедан-ных месторождений, представленных пласто- и линзообразными залежами [3]. Модель построена в соответствии с наиболее представительным геологическим профилем № 7 (см. рис. 1, 2).
Моделировались условия отработки рудного тела участками шириной 20 м, высота обрушенных участков пород принималась равной трехкрат-ной высоте извлекаемого участка руд.
По результатам моделирования 6 стадий отработки построены зависимости относительных горизонтальных деформаций е массива налегающих пород на уровнях рабочих горизонтов 270, 300 и 335 м (рис. 3-5) с учетом поста-дийного приращения раз-нознаковых деформаций растяжения-сжатия.
Анализ зависимостей относительных горизонтальных деформаций от длины фронта горных работ при отработке северовосточного участка второго рудного тела Чебачьего месторождения показал,
Рис. 3. Относительные горизонтальные деформации в массиве на гор. 335 м на стадиях очистных работ
уровне
Горизонт 300 м
I 2,5 1
! *
• X
•
1 А
» -
ш —— Л ■
1 С ■ ¿Дни
2 стадии
3 стация ^ 4сгвдлч ;*! 5 СТЙДИЙ * ^стадия
1400 11450
500 11550 11900 11951! 11700 11750 Т1ВТО 11350 11Е00 Кэордччетные отметке м
Рис. 4. Относительные горизонтальные деформации в массиве на уровне гор. 300 м на стадиях очистных работ
что максимальные растягивающие горизонтальные деформации в массиве налегающих пород реализуются на стадии очистных работ №5 - 2,5 мм/м (рис. 5). Поэтому, с целью пре-
дотвращения нарушения естественного состояния налегающих известняков, образования в них водопрово-дящих трещин, а также для обеспечения долговременной устойчивости
Рис. 5. Относительные горизонтальные деформации в массиве на уровне гор. 270 м на стадиях очистных работ
горно-подготовительных выработок гор. 335-270 м, протяженность северо-восточного участка залежи рекомендуется ограничить 100 м.
Реализация вышеприведенных рекомендаций обеспечит работу подземного рудника при плановой про-
изводственной мощности 400 тыс. т/год в течение года. Этого времени будет достаточно для завершения строительства закладочного комплекса, после чего рудник перейдет на применение систем разработки с твердеющей закладкой.
1. Казикаев Д.М., Осипенко Ю.С. Разработка рудных месторождений под водными объектами. - М.: Недра, 1989.
2. Временные правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок месторождений руд цветных металлов с неизученным процессом сдвижения горных пород. Л.1986.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Мещеряков Э.Ю., Угрюмов А.Н. Геомеханическое обоснование области применения систем разработки с обрушением руд и пород при освоении месторождения «Чебачье»./Вестник МГТУ. - Магнитогорск: МГТУ, 2009. - № 3. -С. 8-11. Е2Е
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Калмыков Вячеслав Николаевич - профессор, доктор технических наук, Мещеряков Эдуард Юрьевич - доцент, кандидат технических наук, Угрюмов Александр Николаевич - ассистент,
Хакимуллина Лилия Фаритовна - студент магистерской подготовки.
Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова, [email protected]
