Оценка геомеханических условий отработки пологих и наклонных жил Ирокиндинского золоторудного месторождения в криолитозоне Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.831

ОЦЕНКА ГЕОМЕХАНИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ОТРАБОТКИ ПОЛОГИХ И НАКЛОННЫХ ЖИЛ ИРОКИНДИНСКОГО ЗОЛОТОРУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ В КРИОЛИТОЗОНЕ

© Е.Л. Сосновская1, |Л И- Сосновский|2, А.Н. Авдеев3

Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Уточнены закономерности геомеханического состояния массива горных пород в различных криогенных условиях Ирокиндинского рудника. Определены физико-механические свойства горных пород. Установлены закономерности распределения первоначальных напряжений горного массива. Проанализированы техногенные напряжения в конструктивных элементах систем разработки. Оценена устойчивость очистных камер и целиков при выемке запасов полезного ископаемого в условиях изменения криогенного состояния массива горных пород. Ключевые слова: наклонные и пологие жилы; очистные камеры и целики; напряженно -деформированное состояние горных пород; многолетняя мерзлота.

STUDY OF GEOMECHANICAL MINING CONDITIONS OF STEEPLY PITCHING

AND LOW PITCHED ORE VEINS IN THE IROKINDINSKOYE PERMAFROST GOLD MINE

E.L. Sosnovskaya, L.I. Sosnovskiy, A.N. Avdeev

Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The regularities of the geomechanical state of rock massif in various cryogenic conditions of Irokindinskoye mine are specified. Having determined physical and mechanical properties of rocks, the authors identified the distribution regularities of the initial stresses of the rock massif. Man-made stresses in the structural elements of mining systems are analyzed. The stability of stopes and pillars is assessed under mineral extraction in the changing cryogenic state of the rock massif.

Keywords: steeply pitching and low pitched veins; chambers and pillars; stress-strain state of rocks; permafrost.

На Ирокиндинском месторождении отрабатываются пологие и наклонные жилы малой и средней мощности. Разработка жил ведется в основном системами: камерно-столбовой и с креплением [1-5]. Исследование геомеханических процессов на Ирокиндинском месторождении проводится ИрГТУ (ИРНИТУ) с 2000 г.

Установлено, что на устойчивость очистных камер и целиков влияют различные геомеханические факторы: физико-механические свойства руды и вмещающих пород, природные (первоначальные) напряжения и криогенное состояние массива горных пород. На месторождении до глубины 200 м повсеместно распространена вечная мерзлота. С понижением проходки температура горных пород растет до положительных значений, и с глубины 200-300 м начинается переход многолетнемерзлых пород в талые. Пространственное положение переходных зон было установлено путем точечных замеров температур воздуха и горных пород электронными термометрами с последующим составлением на планах горных работ изотерм воздуха горного массива [2-3]. Всего выделено два типа переходных зон. Переходная зона I формируется

летом в результате вентиляции выработок теплым воздухом. Граница этой зоны от устья штолен распространяется до глубины 160 м при температуре воздуха -10С. Переходная зона II существует постоянно, независимо от сезонных температурных колебаний. Границы этой зоны определены температурами горных пород: от -10С до +0,50С.

В многолетнемерзлом массиве устойчивость горных пород повышается вследствие цементирующего фактора мерзлоты. В переходных областях мерзлых пород в талые устойчивость пород уменьшается. Очевидно, при понижении горных работ до области полностью талых пород устойчивость их будет еще ниже. До 2011-2012 гг. горные работы на руднике велись в многолетнемерзлых породах. В 2012 г., с понижением проходки, возникла актуальная необходимость исследовать геомеханические условия для уточнения параметров геотехнологии в условиях перехода мерзлых пород в талые при доработке жил Юрасовская-2, № 3, 3а, 30, 35.

Для решения поставленной задачи проведены комплексные исследования.

1Сосновская Елена Леонидовна, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, тел.: (3952)405216, e-mail: 1 .gor@istu.edu

Sosnovskaya Elena, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, Associate Professor of the Department of Mineral Deposits

Development, tel.: (3952)405216, e-mail: 1.gor@istu.edu

2|Сосновский Леонид Иннокентьевич!, доктор технических наук, профессор.

Sosnovskiy Leonid, Doctor of technical sciences, Professor.

3Авдеев Аркадий Николаевич, кандидат технических наук, доцент кафедры горных машин и электромеханических систем, тел.: (3952)405085, e-mail: 1.gor@istu.edu

Avdeev Arkadiy, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mining Machines and Electromechanical systems, tel.: (3952)405085, e-mail: 1.gor@istu.edu

Прежде всего были определены основные физико-механические свойства горных пород и руд (табл. 1-2). Установлено, что породы обладают средней плотностью (средняя плотность пород - 2,86 т/м3), относятся к категории средней крепости. Коэффициент крепости по М.М. Протодьяконову составляет в среднем 10-11. Предел прочности пород на сжатие равен 117,2 МПа в сухом состоянии, 108,8 - во влажном состоянии. Пределы прочности на растяжение для пород в сухом состоянии - 15,5 МПа, во влажном - 14,4 МПа. Угол внутреннего трения пород равен 33,5°. Сцепление пород в сухом состоянии - 29,9 МПа, во влажном - 27,7 МПа. Предел прочности на срез получен 43,4 и 40,2 МПа соответственно. Модуль Юнга пород в среднем составляет 63,6 ГПа, коэффициент Пуассона - 0,28, модуль сдвига - 24,9 ГПа, модуль объемного сжатия - 49,4 ГПа.

Установлено, что породы месторождения в основном склонны к хрупкому разрушению. Такими породами являются кварц-полевошпатовые и пироксен-гранатовые гнейсы, амфиболиты, кальцифиры.

Выявлены первоначальные напряжения массива горных пород методом щелевой разгрузки по методике ИГД УрО РАН (табл. 3). Определение напряжений производилось на жилах № 35, № 30 и Центрально-Тулуинской для условий мерзлых пород и переходных зон мерзлых пород в талые. В мерзлых породах определение первоначальных напряжений производились в 2004 г. в зоне опорного давления блока 17-С1 жилы № 35 после выемки внутриблоковых целиков. Измерения проводились на квершлаге 1, штреке 3, штреке 4 жилы № 35. Всего заложено - 22 разгру-

зочные щели. В 2007 г. определялись напряжения в условиях перехода мерзлых пород в талые. Измерения производились на штреке 2 и квершлаге 2 жилы № 30 на глубине 250 м и на штреке 1, уклоне 2, квершлаге 3 жилы Центрально-Тулуинская на глубине 250 м. На жиле № 30 произведено 16 измерений в 16 разгрузочных щелях (рис. 1-3). На жиле Центрально-Тулуинская измерения произведены по 24 разгрузочным щелям. В июле 2012 г. вновь проводились измерения первоначальных напряжений в переходных зонах мерзлых пород в талые. Напряжения измерялись в штольне № 49 и квершлаге № 1. Глубина горных работ на участке замера составила 140 м. Всего измерены напряжения в 22 щелях.

Анализ результатов измерений позволяет отметить следующее.

В многолетнемерзлых породах вертикальные и горизонтальные напряжения примерно равны. Значения их изменяются в диапазоне 1,0-1,3 уИ, где у -объемный вес горных пород, МН/м3; Н - глубина разработки, м. Отклонения не превышают точности измерений. В условиях переходной зоны напряжения горного массива несколько отличаются от напряжений в многолетнемерзлых породах. Максимальные напряжения действуют горизонтально вкрест простирания рудных залежей. Они в среднем больше вертикальных напряжений в 1,4 раза. Горизонтальные напряжения, действующие по простиранию рудных тел, составляют в среднем 0,8ав. Это обусловливается действием в горном массиве поля гравитационно-тектонических напряжений. Следует отметить, что

Физико-механические свойства горных пород Ирокиндинского месторождения в естественно-сухом состоянии

Таблица 1

№ пробы Наименование породы Средняя плотность, р, г/см3 Предел прочности при сжатии, асж, МПа Предел прочности при растяжении, ар , МПа Сцепление, т, МПа Угол внутреннего трения, ф, градус Предел прочности на срез, МПа Коэффициент хрупкости Модуль упругости, ГПа Коэф. Пуассона

1 Пироксен-гранатовый гнейс 3,14 67,58 9,07 17,30 33,38 25,03 7,5 84,17 0,31

2 Гнейс кварц-полевошпатовый 2,87 99,55 16,79 27,41 31,06 37,14 5,9 87,27 0,30

3 Гнейс кварц-полевошпатовый 2,76 114,15 11,8 26,75 35,77 42,09 9,7 65,20 0,24

4 Гнейс кварц-полевошпатовый 2,91 151,57 16,38 36,07 35,39 55,91 9,3 67,64 0,30

5 Гнейс кварц-полевошпатовый 2,83 71,78 14,04 20,67 29,46 26,95 5,1 44,92 0,21

6 Амфиболит 3,03 182,28 18,06 42,09 36,13 67,18 10,1 84,92 0,32

7 Гнейс кварц-полевошпатовый 2,62 - - - - - - 51,45 0,35

8 Кальцифир 2,87 65,6 7,12 15,63 35,35 24,20 9,2 41,23 0,27

9 Гнейс кварц-полевошпатовый 2,65 151,98 16,56 36,27 35,31 56,07 9,2 37,35 0,28

10 Гнейс кварц-полевошпатовый 2,78 124,16 20,06 33,73 31,51 46,24 6,2 54,87 0,23

11 Амфиболит 3,04 148,81 19,39 37,72 33,67 55,08 7,7 81,00 0,23

12 Гнейс кварц-полевошпатовый 2,79 112,25 21,52 32,13 29,68 42,10 5,2 62,78 0,27

Среднее значение 2,86 117,25 15,53 29,88 33,51 43,41 7,6 63,57 0,28

Таблица 2

Физико-механические свойства горных пород Ирокиндинского месторождения _в водонасыщенном состоянии_

№ пробы Наименование породы Предел прочности при сжатии, Стсж, МПа Предел прочности при растяжении, Стр, МПа Сцепление, т, МПа Угол внутреннего трения,ф Предел прочности на срез, МПа Коэффициент хрупкости

1 Пироксен-гранатовый гнейс 44,37 6,08 11,43 33,18 16,44 7,3

2 Гнейс кварц-полевошпатовый 170,45 17,73 40,03 35,72 62,85 9,6

3 Гнейс кварц-полевошпатовый 102,44 12,48 25,39 34,30 37,86 8,2

4 Гнейс кварц-полевошпатовый 141,96 20,42 37,16 32,70 52,68 7,0

5 Гнейс кварц-полевошпатовый 78,55 10,5 20,08 33,42 29,09 7,5

6 Амфиболит 108,76 19,52 30,52 30,40 40,67 5,6

7 Гнейс кварц-полевошпатовый - - - - - -

8 Кальцифир 54,48 5,8 12,90 35,52 20,09 9,4

9 Гнейс кварц-полевошпатовый 149,64 18,74 37,43 34,04 55,34 8,0

10 Гнейс кварц-полевошпатовый 94,62 16,9 26,51 30,45 35,38 5,6

11 Амфиболит 108,88 14,99 28,10 33,13 40,35 7,3

12 Гнейс кварц-полевошпатовый 142,66 15,21 33,79 35,51 52,62 9,4

Среднее значение 108,80 14,40 27,72 33,52 40,28 7,6

Таблица 3

Результаты натурных измерений природных напряжений массива горных пород _Ирокиндинского месторождения_

Ориентировка напряжений Глубина разработки, м Результаты натурных измерений напряжений горных массивов

Число единичных определений напряжения Значение напряжения, МПа Отношение продольного напряжения к вертикальному, СТпр/СТв Отношение поперечного напряжения к вертикальному, СТр/СТв

Многолетнемерзлый массив горных пород

Жила № 35

Вертикальное 200 48 -7,4±0,9 - -

Продольное - 24 -9,3±1,4 1,3 1,2

Поперечное - 24 -8,6±1,8 - -

Переходные зоны мерзлых пород в талые

Жила № 30

Вертикальное 250 32 -6,9 - -

Продольное - 16 -6,6 1,0 1,3

Поперечное - 16 -9,3 - -

Жила Центрально-Тулуинская

Вертикальное 250 40 -6,3 - -

Продольное - 16 -5,2 0,8 2,0

Поперечное - 16 -12,4 - -

Штольня № 49, обходной штрек 21, квершлаг № 1

Вертикальное 140 56 -3,7±0,7 - -

Продольное - 24 -1,8±0,8 - -

Поперечное - 24 -1,5±0,4 0,5 0,4

Среднее значение для переходных зон - - - 0,8 1,4

штольня № 49, обходной штрек 21 и квершлаг № 1 находятся в зоне опорного давления очистных выработок, поэтому значения горизонтальных напряжений здесь зафиксированы меньше вертикальных.

Ранее в процессе многолетних исследований были проведены натурные измерения напряжений горных пород на жильных золоторудных месторождениях в условиях многолетнемерзлых пород и переходных зон мерзлых пород в талые: Майском, Ново-Широкинском, Коневинском [3]. Установлено, что вертикальные напряжения примерно равны теоретическим значениям от веса налегающих пород и составляют примерно YH. Отношение продольных напряжений к вертикальным в различных криогенных условиях (многолетнемерзлые массивы пород, переходные зоны мерзлых пород в талые, талые породы) составляют 0,8-0,97 YH, что практически равно единице. Поперечные напряжения изменяются в зависимости от криогенных условий. В мерзлых породах они примерно равны вертикальным и составляют 1,0 YH. В переходных зонах мерзлых пород в талые они возрастают до 1,3 YH. В талых породах рост поперечных напряжений продолжается, и они достигают 1,6 YH. Результаты измерений на Ирокиндинском месторождении подтверждают выявленные закономерности.

В процессе исследований жильных золоторудных месторождений, залегающих в криолитозоне, выявлены основные геологические факторы, влияющие на устойчивость горного массива, которые можно визуально зафиксировать: пространственное положение участков повышенной трещиноватости относительно кровли и стенок очистной камеры; блоковая отдельность пород; наличие сквозных пологих тектонических нарушений и трещин в выработанном пространстве; криогенное состояние пород и воздуха в очистном пространстве; прочностные свойства горных пород.

С учетом этих факторов разработана классификация состояний массива горных пород по степени его устойчивости (табл. 4).

Следует отметить, что на устойчивость горных выработок и очистных камер Ирокиндинского месторождения, несомненно, влияют и другие факторы, например: наличие зон рассланцевания и их характеристика; угол наклона жилы и форма рельефа кровли очистного пространства; уровень и характер распределения напряжений в горном массиве [1-3].

Устойчивость очистных камер и целиков оценивалась на основе инженерных расчетов и результатов моделирования. Методика исследований заключалась в следующем.

Устойчивость кровли очистных камер и междуэтажных (подштрековых и надштрековых) целиков проверялась по условию [4]:

сц _ Квц ' св

Кгц ' сг - °Цдоп,

°к = Квк 'ств + Кгк 'стг доп, (1) где стц - напряжения в целике, МПа; Квк, Кгк - коэффициенты концентрации напряжений от действия вертикальных и горизонтальных единичных нагрузок в целике; ств,стг - напряжения в нетронутом массиве

(первоначальные), действующие соответственно вертикально и горизонтально, МПа; аЦдоп - допустимые

напряжения в целике, МПа; скдоп - допустимые

напряжения в кровле камеры, МПа; ск - напряжения в кровле камеры, МПа; Квк, Кгк - коэффициенты концентрации напряжений от действия вертикальных и горизонтальных единичных нагрузок в кровле камеры.

Коэффициенты концентрации напряжений определялись комплексно по результатам оптического моделирования по данным Л.И. Сосновского [4] и математического моделирования методом конечных элементов по программному комплексу FEM проф. О.В. Зотеева по результатам исследований Е.Л. Соснов-ской [5].

Допустимые напряжения сцдоп и сКдоп определялись на основе выражения [4]

об

с^ доп ~

с

• Кс'К

ф

Кдл

об

доп ~'

• К

Кдл

(2)

где

ц

С доп —

допустимые напряжения в целике, МПа;

С доп —

-Об

Кс =-

допустимые напряжения в кровле камеры, МПа; - предел прочности на сжатие или растяжение горных пород в образце, МПа; Кс - коэффициент структурного ослабления; Кдл - коэффициент длительной прочности; Кф - коэффициент, учитывающий геометрические размеры целика (коэффициент Цер-на).

Коэффициент структурного ослабления Кс определялся по методике А.М. Павлова, Ю.М. Семенова, Л.И. Сосновского, Е.Л. Сосновской из выражения

--1-- + 0.315 + Д, (3)

0.53 (1/1бл +1.175 )

где I - линейный размер оцениваемого на прочность участка массива, м; 16ль - линейный размер структурного блока, м; Д - дифференцированный поправочный коэффициент, учитывающий влияние отрицательных температур.

Величина I в этом случае равна выемочной мощности жилы. Значения коэффициента Д предлагается принять дифференцированно: для мерзлых пород равным 0,4, переходной зоны мерзлых пород в талые - 0,1-0,2, талых пород - 0.

Коэффициент длительной прочности Кдл был получен по методике Института физики и механики горных пород АН Киргизстана в зависимости от расчетного времени службы целиков ^ необходимого для отработки блоков и погашения пустот.

Коэффициент Кф определяется по формуле

Кф =

m

(4)

где Г1ц - высота целика, м; m - выемочная мощность жилы, м.

Таблица 4

Классификация состояний массивов многолетнемерзлых горных пород жильных месторождений

по степени их устойчивости (знаком «+» отмечены основные классификационные признаки, _двумя знаками «++» выделены ключевые)_

Криогенные условия геологической среды Положение участков повышенной трещи- новатости относительно выработанного пространства Наличие блоковой отдельности с размерами менее выемочной мощности жилы Коэффициент линейной тре-щиноватости (число трещин на 1 м) Наличие вид имого льда Наличие сквозных пологих трещин в выработанном пространстве Коэффициент крепости по М.М. Протодья-конову Степень устойчивости массива горных пород

Присутствует в трещинах Отсутствует

Многолетнемерзлое состояние пород Кровля +Есть До 5-6 Нет Есть Есть 6 Средней устойчивости

Нет 6 Средней устойчивости

Нет До 4-5 Нет +Есть Есть 8 Устойчив

Нет 8 Устойчив

До 2-3 Нет 10 Весьма устойчивый

Стенки Есть До 4-5 Нет +Есть Есть 8 Устойчив

Нет 8 Устойчив

Нет До 4-5 Нет +Есть Есть 8 Устойчив

Нет 8 Устойчив

До 2-3 Нет 10 Весьма устойчивый

Кровля и стенки +Есть До 5-6 Нет Есть +Есть 8 Средней устойчивости

Нет 8 Средней устойчивости

Нет До 5-6 Нет +Есть +Есть 8 Средней устойчивости

Нет 8 Устойчив

До 2-3 Нет +Есть Нет 10 Весьма устойчивый

Переходные зоны от многолетнемерзлых пород к талым Сезонные Кровля +Есть До 6-8 Есть Есть +Есть До 6 Неустойчивый

До 5-6 Есть Есть +Есть 6 Средней устойчивости

Нет 6 Средней устойчивости

Нет До 5-6 Есть Есть Есть 6 Средней устойчивости

До 4-5 Нет 8 Устойчив

Нет 10 Весьма устойчивый

Стенки +Есть До 6-8 Есть Есть +Есть До 6 Неустойчивый

До 5-6 Есть Есть +Есть 6 Средней устойчивости

Нет 6 Средней устойчивости

+Нет До 5-6 Есть Есть + Есть 6 Средней устойчивости

До 4-5 +Нет 8 Устойчив

До 2-3 Есть Есть +Нет 10 Весьма устойчивый

Кровля и стенки ++ Есть До 6-8 Есть Есть +Есть До 6 Неустойчивый

Нет До 6 Неустойчивый

Переходные зоны от многолетнемерзлых пород к талым Постоянные Кровля Нет До 5-6 Есть Есть +Есть 6 Средней устойчивости

До 4-5 Нет 8 Устойчив

До 2-3 Есть Есть Нет 10 Весьма устойчивый

+Есть До 6-8 Есть Есть +Есть До 6 Неустойчивый

До 5-6 Нет 6 Средней устойчивости

Нет До 5-6 Нет +Есть +Есть 6 Средней устойчивости

Нет 8 Устойчивый

До 2-3 10 Весьма устойчивый

Стенки ++Есть До 6-8 Есть +Нет ++Есть До 6 Неустойчивый

До 5-6 Нет 6 Средней устойчивости

Нет До 5-6 Нет +Есть +Есть 6 Средней устойчивости

До 4-5 Нет 8 Устойчив

До 2-3 10 Весьма устойчивый

Кровля и стенки ++Есть До 6-8 Есть Нет ++Есть До 6 Неустойчивый

Нет До 6 Неустойчивый

Нет До 4-5 Нет +Есть Есть 6 Средней устойчивости

Нет 8 Устойчивый

До 2-3 Нет 10 Весьма устойчивый

Отсутствие мерзлоты (талые породы) Кровля ++Есть 10 и более Нет Нет ++Есть Менее 4 Весьма неустойчивый

6-10 Нет Нет ++Есть 4-6 Неустойчивый

6-10 Нет 4-6 Неустойчивый

Нет 6-10 Нет Нет ++Есть 4-6 Неустойчивый

До 4-5 Нет 6 Средней устойчивости

До 2-3 Нет Нет Нет 6 Устойчивый

До 1-2 Нет Нет Нет 8 Весьма устойчивый

Стенки +Есть 10 и более Нет Нет +Есть Менее 4 Весьма неустойчивый

6-10 Нет Нет +Есть 4-6 Средней устойчивости

Нет 4-6 Средней устойчивости

Нет 6-10 Нет Нет +Есть 4-6 Средней устойчивости

Нет 6 Средней устойчивости

До 2-3 Нет Нет Нет 8 Устойчивый

До 1-2 Нет Нет Нет 10 Весьма устойчивый

Кровля и стенки ++Есть 10 и более Нет Нет ++Есть Менее 4 Весьма неустойчивый

6-10 Нет Нет ++Есть 4-6 Неустойчивый

6-10 Нет 4-6 Неустойчивый

Нет До 4-5 Нет Нет +Есть 6 Средней устойчивости

Нет 6 Средней устойчивости

Нет До 2-3 Нет Нет Нет 8 Устойчивый

Нет До 1-2 Нет Нет Нет 10 Весьма устойчивый

Для оценки устойчивости конструктивных элементов систем разработки в различных криогенных условиях массива горных пород разработана соответствующая матрица допустимых напряжений (табл. 5).

В процессе исследований на основе вышеизложенной методики оценки напряженно-деформированного состояния конструктивных элементов си-

стем разработки установлены зависимости распределения техногенных напряжений в целиках и кровле камер на различных глубинах горных работ в различных криогенных условиях: многолетнемерзлых породах, переходных зонах к талым и в талых породах (рис. 1, 2). Анализ полученных зависимостей позволяет отметить следующее.

Таблица 5

Расчетные допустимые напряжения в конструктивных элементах

систем разработки в различных криогенных условиях массива горных пород

Мощность жилы, м Криогенные условия Допустимые напряжения в целиках, МПа Допустимые напряжения в кровле камеры на сжатие, МПа Допустимые напряжения в кровле камеры на растяжение, МПа

1 Мерзлые породы -150,37 -86,81 11,48

Породы переходной зоны -130,82 -75,53 9,99

Талые породы -100,75 -58,17 7,69

2 Мерзлые породы -99,95 -81,61 10,79

Породы переходной зоны II -78,68 -64,24 8,50

Талые породы -57,42 -46,88 6,20

3 Мерзлые породы -76,40 -76,40 10,10

Породы переходной зоны II -59,03 -59,03 7,81

Талые породы -41,67 -41,67 5,51

Рис. 1. Зависимости изменения напряжений в междуэтажных целиках при их различной высоте, здесь и далее: 1 - в многолетнемерзлых породах (Н = 200 м); 2 - в переходной зоне к талым (Н = 200-300 м); 3 - в талых (Н = 300 м и более)

С«.. МПа -30 -I к

Рис. 2. Зависимости изменения напряжений в кровле очистной камеры при различном ее пролете по падению: 4, 5, 6, соответственно, - допустимые напряжения при 1ц = 3 м: в многолетнемерзлых породах; в переходной зоне к талым; в талых породах

Напряжения в междуэтажных целиках (подштре-ковый и надштрековый целики) не превышают значений -25,5 МПа (см. рис. 1), что меньше допустимых значений, равных от -41,7 до -86,8 МПа (см. табл. 5). Размеры устойчивых подштрековых и надштрековых целиков можно принимать минимальными, равными 3 м. Этот размер обусловлен необходимостью обеспечивать устойчивость целика при шпуровой отбойке

пород. Напряжения в кровле камеры при отработке одного этажа характеризуются величинами, не превышающими -24 МПа, что меньше допустимых значений (см. рис. 2). Поэтому кровля камер при отработке одного этажа характеризуется устойчивым состоянием.

При отработке двух этажей (1_к 90-160 м) характер напряжений в кровле изменяется от сжимающего до

растягивающего. По абсолютной величине растягивающие напряжения достигают критических значений, равных 5,5-11,5 МПа (см. табл. 5). Это означает, что при отработке второго этажа кровля камер будет неустойчива. Здесь возможны процессы обрушения пород кровли. Подземные пустоты после отработки двух этажей рекомендуется погашать [1, 2, 5].

Следует отметить, что на участках средней устойчивости пород и неустойчивых возможны процессы обрушения как при отработке одного этажа, так и двух этажей (см. табл. 4). Такие участки рекомендуется упрочивать распорным, анкерным, анкерно-тросовым креплением.

четные - от -9,0 до -14,0 МПа. Измеренные и расчетные напряжения в междуэтажных целиках также очень близки по значению. Напряжения во внутриблоковых целиках равны -4,3±1,8 МПа, расчетные напряжения при ширине камеры 4-6 м составили -16,0...-28,0 МПа, т.е. измеренные напряжения во внутриблоковых целиках значительно меньше расчетных. Этот факт можно объяснить тем, что внутри-блоковые целики «уходят из-под нагрузки», так как основную нагрузку несут междуэтажные целики. Визуальными наблюдениями отмечались разрушения отдельных внутриблоковых целиков, однако при этом кровля камер сохраняла устойчивость.

б

а

Рис. 3. Зависимости изменения напряжений в подштрековом целике (а) и в кровле очистной камеры (б) при различном размере камеры по падению на глубине 200 м: 1 - в многолетнемерзлых породах; 2 - в переходной зоне к талым; 3 - в талых породах

В процессе исследований было проведено моделирование техногенных напряжений на контуре очистных камер и целиков методом граничных сингулярных уравнений по программе Е1_А8Т-2, разработанной доктором физ.-мат. наук В.И. Машуковым (ИГД СО РАН). Анализ полученных зависимостей (рис. 3, а и б) позволяет отметить следующее.

Напряжения в подштрековом целике и в кровле очистной камеры меньше допустимых значений. Следует отметить, что на рисунке результаты моделирования приведены для глубины разработки 200 м. Аналогичные зависимости получены и для глубин 250300 м. Таким образом, результаты математического моделирования подтверждают вывод об устойчивости конструктивных элементов систем разработки при выемке очистных камер в различных криогенных условиях.

В процессе исследований производились инструментальные измерения фактических напряжений в целиках и кровле камер и сравнительная оценка их с результатами расчетов [1-2]. Измерения проводились методом щелевой разгрузки при выемке запасов жилы Центрально-Тулуинская. Напряжения определялись в кровле очистных камер, в междуэтажных и во внутри-блоковых целиках. Получены следующие результаты. Измеренные напряжения в кровле выработанного пространства составили -4,27±1,8 МПа. Расчетные напряжения - от -2,3 до -5,0 МПа, т.е. измеренные и расчетные напряжения практически равны. Отклонения их друг от друга не превышают погрешности измерений напряжений. Измеренные напряжения в междуэтажных целиках составили -7,0±2,6 МПа, рас-

Таким образом, расчеты параметров конструктивных элементов систем разработки (размеры устойчивых целиков и кровли) на Ирокиндинском месторождении рекомендуется производить по предлагаемым методикам на основе оценки конкретных геомеханических условий: тектонических нарушений и трещино-ватости массива горных пород, его криогенного состояния, первоначальных (природных) напряжений. Результаты исследований прошли промышленную апробацию, на их основе разработан ряд нормативных документов по управлению геомеханическими процессами, которые внедрены на руднике.

Установленные закономерности распределения природных и техногенных напряжений и разработанную классификацию массива горных пород по степени устойчивости предлагается использовать для обоснования параметров безопасных и эффективных геотехнологий при освоении других жильных месторождений, залегающих в зоне многолетней мерзлоты.

Исследования проведены в рамках госбюджетных НИР по заказу Министерства образования Российской Федерации: № 434 «Развитие научных основ, изысканий эффективных технологий подземной разработки месторождений полезных ископаемых в сложных природно-климатических условиях сибирских регионов»; № 1418 «Разработка теоретических основ и практических решений по минимизации риска при открытии и промышленном освоении месторождений с прерывистым распределением полезного ископаемого».

Статья поступила 31.08.2015 г.

Библиографический список

1. Управление геомеханическими процессами при разработке наклонных жил в условиях многолетней мерзлоты / Л.И. Сосновский, Е.Л. Сосновская, А.Н. Авдеев [и др.] // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2006. № 11. С. 77-83.

2. Параметры погашения очистного пространства способом самообрушения кровли при отработке наклонных жил золоторудных месторождений / А.М. Павлов, Л.И. Сосновский, Е.Л. Сосновская [и др.] // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009. № 4. С. 42-48.

3. Сосновская Е.Л., Ясыченко В.Б. Обоснование матрицы природных напряжений массива горных пород жильных месторождений Сибири и Дальнего Востока // Вестник ИрГТУ. 2011. № 11. С. 74-78.

4. Технология разработки золоторудных месторождений / В.П. Неганов, В.И. Коваленко, Л.И. Сосновский [и др.]. М.: Недра, 1995. 336 с.

5. Сосновская Е.Л. Обоснование параметров подземной геотехнологии разработки наклонных жил малой мощности // Вестник ИрГТУ. 2015. № 5. С. 60-68.

УДК 614.841.2.001.5

СОЦИАЛЬНЫЕ ПОЖАРНЫЕ РИСКИ В РЕСПУБЛИКАНСКИХ, КРАЕВЫХ И ОБЛАСТНЫХ ЦЕНТРАХ СИБИРСКОГО ФЕДЕРАЛЬНОГО ОКРУГА

© С.С. Тимофеева1, В.В. Гармышев2

Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Представлен анализ гибели и травмирования людей на объектах пожаров в республиканских, краевых и областных центрах Сибирского федерального округа. Приведены причины и факторы гибели людей на пожарах. На основании существующих методов и по данным аналитических исследований пожаров дана количественная оценка пожарным рискам: гибели и травмирования людей - с учетом времени суток, социального статуса и возраста. Установлено, что состояние пожарной безопасности объектов, расположенных в городской застройке, на сегодня не отвечает современным требованиям безопасности.

Ключевые слова: пожары в городах; последствия пожаров; пожарный риск; риск гибели и травмирования людей.

SOCIAL FIRE RISKS IN REPUBLICAN, KRAI AND REGIONAL CENTERS OF THE SIBERIAN FEDERAL DISTRICT S.S. Timofeeva, V.V. Garmyshev

Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The article presents the analysis of human losses and injuries at the fire exposed objects in Republican, krai and regional centers of the Siberian Federal district. The causes and factors of human losses in fires are described. On the basis of existing methods and using the data of analytical studies of fires the authors give a quantitative assessment of fire risks: human deaths and injuries taking into account the time of day, social status and age. It is determined that current fire safety condition of the facilities located in urban areas does not meet modern safety requirements. Keywords: fires in cities; fire effects; fire risk; risk of human losses and injuries.

Введение

Безопасность человека и среды его обитания, наряду с повышением качества жизни, является важнейшей целью обеспечения устойчивого (самоподдерживающего) развития, выдвинутого в качестве глобальной стратегии человечества на XXI век. Важно отметить, что в настоящее время в мире резко возросло число чрезвычайных ситуаций, связанных с пожарами, приводящих к гибели и травмированию людей, уничтожению материальных ценностей [9].

Исследования рисков, создаваемых пожарами, в настоящее время крайне актуальны, так как необходимость сокращения потерь общества от пожаров очевидна. В России каждые 15 минут погибает или травмируется при пожаре 1 человек. Мировая картина

еще более мрачная - погибает или травмируется при пожарах 1 житель планеты каждые 2 минуты, т.е. получается, что каждый 8-й пострадавший при пожарах - из России. Установлено, что ежедневно в России возникает в среднем более 500 пожаров, в дым и пепел превращаются ценности на сумму около 30 млн руб. [9, 11, 12, 13].

Выполненные исследования чрезвычайных ситуаций, связанных с пожарами в России, показали, что за 2001-2014 гг. на городскую застройку приходилось 60% пожаров от общего их количества, 57% материального ущерба и 52% гибели и травмирования людей. При этом более 70% всех пожаров в городах приходится на жилой сектор [9-12, 13]. Городская застройка фактически стала определяющим фактором в

1Тимофеева Светлана Семеновна, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: 83952405671, e-mail: timofeeva@istu.edu

Timofeeva Svetlana, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Industrial Ecology and Life Safety, tel.: 83952405671, e-mail: timofeeva@istu.edu

2Гармышев Владимир Викторович, кандидат технических наук, докторант, тел.: 89641181058, e-mail: diamant1959@mail.ru Garmyshev Vladimir, Candidate of technical sciences, Doctoral Candidate, tel.: 89641181058, e-mail: diamant1959@mail.ru