CC BY
38
УДК 622.831
Лизункин Михаил Владимирович
Lizunkin Michael
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРВОНАЧАЛЬНЫХ (ПРИРОДНЫХ) НАПРЯЖЕНИЙ ГОРНОГО МАССИВА БОМ-ГОРХОНСКОГО ВОЛЬФРАМОВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
DETERMINATION OF BASE (NATURAL) MOUNTAIN RANGE STRESSES OF BOM-GORKHONSKOYE TUNGSTEN DEPOSIT
Приведены результаты натурных измерений The article cites results of full-sized measurement
первоначальных (природных) напряжений массива of base (natural) stresses of Bom-Gorkhonskoye tung-
горных пород Бом-Горхонского вольфрамового sten deposit mountain range rocks which could be
месторождения, которые можно использовать на used in plant under geomechanical and mining and
предприятии при решении геомеханических и гор- technological problems solving
нотехнологических задач
Ключевые слова: вертикальное напряжение, горизон- Key words: vertical strain, horizontal longitudinal stress,
тальное продольное напряжение, горизонтальное по- horizontal lateral stress, mountain range, crosscut, slit
перечное напряжение, горный массив, квершлаг, метод unloading method, stress on excavation walls, base (natural)
щелевой разгрузки, напряжение на стенках выработок, mountain range stress, drift
первоначальное (природное) напряжение горного массива, штрек
Для обеспечения безопасного и эффективного ведения горных работ при разработке рудных месторождений требуются знания первоначальных (природных) напряжений горного массива, на основании которых определяют параметры конструктивных элементов систем разработки и крепления горных выработок [1].
Рудные тела Бом-Горхонского вольфрамового месторождения представлены кварц-гюбнеритовыми жилами. Почти 80 % запасов сосредоточено в жиле № 1 и ее смещенной тектоническим нарушением части - жиле 1/16. Вмещающие породы - крупнозернистые порфировидные биотитовые граниты.
Морфология жилы изменчивая, характе-
ризуется чередованием раздувов и пережимов и осложняется возле тектонических нарушений. В большинстве случаев около них или вблизи жила резко меняет направление, мощность или выклинивается. Нередко от жилы отходят апофизы под острым углом. Средняя мощность рудного тела равна 1,1 м, в раздувах достигает 2,5...6,0 м, в пережимах 0,05...0,2 м. Угол падения изменчив и варьирует 6.50 ° (в среднем 18.20 °).
Крепость руды и пород по шкале профессора М.М. Протодьяконова колеблется 10.16. Плотность руды и породы составляет в целике 2,7 т/м3, в разрыхленном состоянии 1,73 т/м3, влажность 2,9 %. Предел прочности руды и пород изменяется при сжатии
92,8.130,5 МПа, при растяжении - 6,1.7,7 МПа. Скорость продольных волн варьирует 4130.4590 м/с, модуль упругости - 39,6.48,9 ГПа, коэффициент Пуассона - 0,22.0,26. В целом, руды и вмещающие породы прочные, упругие (жесткие), различие их физикомеханических свойств имеет место из-за минералогического состава, трещиноватости и структуры.
Вмещающие породы являются достаточно устойчивыми, не склонными к горным ударам, так как позволяют большую часть выработок проходить без крепления, кроме мест вблизи крупных тектонических трещин. Мелкие трещины шириной от нескольких мм до
0,08.0,15 мм разбивают породы на блоки, расстояние между которыми 0,3.0,5 м, т.е. 2.3 трещины на 1 м погонной длины. Они заполнены чаще супесчано-глинистым материалом, крупные открыты или частично заполнены глиноземом. Смещения рудных тел от последних, с точки зрения технологии очистной выемки, не существенны. Они представляют опасность, когда нарушают непосредственную кровлю, представленную слоистыми слаботрещиноватыми гранитами, залегающими согласно с жилой. В этом случае возможны крупные вывалы с висячего бока в форме свода на высоту до 1,5.2 м, а при больших обнажениях - до 3.5 м [2].
Измерения (в измерениях участвовали Р.В. Ситников и Е.Н. Чо-дин-чо) напряжений горных пород производили методом щелевой разгрузки по методике Института горного дела УрО РАН РФ [1]. Оценка действующего напряжения в элементе массива осуществлялась путем изменения его напряженного состояния проходкой щели и измерения при этом соответствующих реакций в виде деформаций распорных реперов, установленных перпендикулярно этой щели.
Напряжения определяли в породах и руде жил № 1 и 1/16. По жиле № 1 измерения проводили в штреках 1 (гор. 1080 м), 1, 14 (гор. 1110 м), по жиле 1/16 - в квершлаге 1 и штреке 7 (гор. 1110 м). Глубина разработки составила 100 м. Рельеф земной поверхности - гористый.
Шпуры для установки распорных реперов бурили электроперфоратором глубиной 50 мм, диаметром 10 мм. В качестве реперов использовали металлические анкерные болты. Разгрузочные щели пропиливали ручной дисковой алмазной пилой диаметром 250 мм, шириной 3 мм и глубиной 50 мм. Расстояние между реперами определяли микрометром с точностью 1 • 10-2 мм. Всего проведено 44 измерения в 44 разгрузочных щелях.
По данным измерений расчетным путем установлены 288 значений напряжений, в т.ч. действующих вертикально (144 определения), по простиранию, т.е. продольные напряжения (72 определения) и вкрест простирания - поперечные напряжения (72 определения). Средние значения первоначальных напряжений (вертикальное, продольное, поперечное) представлены в таблице.
Анализ результатов полученных напряжений массива горных пород позволяет отметить следующее.
На замерных участках получен разброс данных измерений, а следовательно, и расчетных напряжений в массиве горных пород. Неравномерность распределения напряжений в массиве, очевидно, обусловлена сложной тектонической структурой, в частности, блоч-ностью пород, ограниченной системами трещин и нарушений. В различных структурных блоках на стенках выработок измерялись как сжимающие напряжения в пределах -1,5.13,8 МПа, так и растягивающие напряжения в диапазоне 1,5.2,0 МПа.
Результаты натурных измерений напряжений массива горных пород Бом-Горхонского месторождения
Напряжение Глубина разработки Теоретическое напряжение (по гипотезе А. Гейма), Мпа Результаты натурных измерений напряжений горного массива
Число единичных определений напряжения Напряжение, Мпа Отношение продольного напряжения к вертикальному Опр / Ов, Отношение поперечного напряжения к вертикальному Оп / Ов
> <илы № 1 и 1/16
Вертикальное 100 -2,7 144 -3,0±0,3
Продольное -2,7 72 -4,4±1,0 1,46 1,63
Поперечное -2,7 72 -4,9±0,7
Фактические первоначальные напряжения массива горных пород отличаются от теоретических (по А. Гейму), за исключением вертикального напряжения, которое примерно равно гравитационному напряжению от массы налегающих пород (измеренное напряжение составляет 1,1 теоретического значения).
Наибольшее значение имеет горизонтальное напряжение, направленное вкрест простирания рудного тела (поперечное). Оно в 1,63 раза превышает вертикальное напряжение. Это можно объяснить наличием в горном массиве значительных напряжений тектонического происхождения. Горизонтальное напря-
1. Влох, Н.П. Управление горным давлением на подземных рудниках [Текст] / Н.П. Влох. - М.: Недра, 1994. -208 с.
2. Лизункин, В.М. Горно-геологические и горнотехнические особенности условий эксплуатации Бом-Горхонского вольфрамового место-
жение, направленное по простиранию рудного тела (продольное), больше вертикального в 1,46 раза, что также подтверждает наличие напряжений тектонического характера.
На Бом-Горхонском вольфрамовом месторождении фактические первоначальные напряжения массива горных пород получены впервые. Установленные величины этих напряжений для глубины разработки 100 м рекомендуется использовать на производстве для решения вопросов расчета конструктивных параметров систем разработки, управления горным давлением и других геомеханических и горнотехнологических задач.
________________________________Литература
рождения [Текст] / В.М. Лизункин, Е.Н. Чо-дин-чо, М.В. Лизункин, Р.В. Ситников // VII Всероссийская научно-практическая конференция «Кулагинские чтения»: материалы конференции. - Чита: ЧитГУ, 2007. - Ч. 1. - С. 115-119.
Коротко об авторе___________________________________
Лизункин М.В., аспирант, Институт природных ресурсов, экологии и криологии Сибирского Отделения Российской Академии наук (ИПРЭК СО РАН) служ. тел.: 89144722025
Научные интересы: геотехнология (подземная) рудных месторождений
________________________________Briefly about author
Lizunkin M., graduate, Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences(INREC SB RAS)
Scientific interests : geotechnology (underground) of ore deposits
