CC BY
31
7. Росинформуголь. Уголь России в 2008 году. http.//mkt.rosugol.ru.
8. Соколов А.Д. Научно-методические основы исследования тенденций и закономерностей развития угольной промышленности России и ее регионов: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. Иркутск: Ин-т систем энергетики им. Л.А. Мелен-тьева СО РАН. 2006. 47 с.
9. Финам. Уголь на российских ТЭС, по прогнозам аналитиков, приобретет конкурентное преимущество после 2015 года. http.//www.finam.ru. 21.04.2010.
10. Финам. Средняя цена энергетического угля в России в 2010 году составит $55 за тонну. http.//www.finam.ru. 04.05.2010.
УДК 622.831
ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛЬНОЙ УДАРООПАСНОСТИ МАЙСКОГО ЗОЛОТОРУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Е.Л.Сосновская1
Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Произведена оценка потенциальной удароопасности пород и руд с высокими упругими свойствами, способных к хрупкому разрушению под нагрузкой для строящегося Майского рудника. Приведены характеристики первоначальных (природных) гравитационно-тектонических напряжений. Выявлены параметры и пространственное положение участков с высоконапряженным состоянием. Обоснована критическая глубина горных работ по динамическим проявлениям горного давления. Ил.3. Табл. 2. Библ. 6 назв.
Ключевые слова: потенциальная удароопасность; гравитационно-тектонические напряжения; хрупкое разрушение; критическая глубина горных работ по динамическим проявлениям горного давления.
ASSESSMENT OF POTENTIAL BOUNCE HAZARD OF MAYSKY GOLD DEPOSIT E.L. Sosnovskaya
National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.
The author performs the assessment of the potential bounce hazard of rocks and ores with high elastic properties, capable of brittle fracture under the load of the mine under construction Maisky. She presents the characteristics of the original (natural) gravitational and tectonic stresses. She reveals parameters and the spatial location of sites with highly stressed states. The author proves the critical depth of mining according to the dynamic manifestations of rock pressure. 3 figures. 2 tables. 6 sources.
Key words: potential bounce hazard; gravitational tectonic stresses; brittle fracture; critical depth of mining according to dynamic manifestations of rock pressure
На всех строящихся рудниках, в том числе и на ООО «ЗК «Майское»», должна быть произведена оценка потенциальной удароопасности месторождения в соответствии с требованиями [1, п.3] и Федерального закона «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.97, № 116-ФЗ.
Иркутский государственный технический университет произвел оценку удароопасности Майского золоторудного месторождения в процессе комплексных исследований геомеханического состояния горного массива. Месторождение расположено на восточном фланге Паляваамской синклинальной зоны Чукотской мезозойской складчатой области. Рудные тела представлены в основном крутопадающими золотосодержащими жилами. Вмещающие породы: алевролиты, алевропесчаники, песчаники, кварц-полевошпатовые порфиры и др. Разработка месторождения предполагается до глубин 600 м и более.
В процессе исследований изучались основные
факторы, наиболее влияющие на проявления горного давления в динамических формах: наличие пород и руд с высокими упругими свойствами, способных к хрупкому разрушению под нагрузкой; действие в массиве горных пород значительных гравитационно-тектонических напряжений; достижение критических глубин горных работ по динамическим проявлениям горного давления.
Для оценки потенциальной удароопасности горных пород в настоящее время предложено много критериев, в основе которых лежит оценка склонности пород к хрупкому разрушению. Авторами использована методика Г.Н.Кузнецова [2], который предложил в качестве критерия хрупкого разрушения предложено
использовать отношение осж/ар.
Породы разрушаются хрупко, если
К _ ^ сж
> 6,
1Сосновская Елена Леонидовна, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры общеобразовательных дисциплин, тел.: (3952) 405216, e-mail: 1.gor@istu.edu
Sosnovskaya Elena Leonidovna, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, associate professor of the chair of Disciplines of General Education, tel.: (3952) 405216, e-mail: 1.gor@istu.edu
где К - коэффициент хрупкости; осж ор - пределы прочности пород на одноосное сжатие и растяжение соответственно, МПа.
По данным исследований значения коэффициента К для пород составляет от 4,6 до 13,6; для руды от 6,0 до 8,8 (табл.1). В соответствии с критерием Г.Н.Кузнецова (К>6) к породам, склонным к горным ударам, следует отнести: крупнопорфировый гранит, гидротермально измененный тонкозернистый песчаник (сульфидизированный), окварцованный и сульфи-дизированный тонкозернистый филлитовый сланец, а также золото-сульфидную руду и рудную брекчию.
Таблица 1
Упругие и прочностные свойства горных пород Майского месторождения_
Наименование породы Модуль упругости Е, МПа Предел прочности, МПа Коэффициент хрупкости К
на сжатие на разрыв
Среднезернистый (порфировый гранит) 10518,7 134,2 23,3 5,8
Крупнопорфировый гранит 9778,5 94,2 11,6 8,1
Сульфидизированный среднезернистый гранит-порфир 9837,1 61,1 12,5 4,9
Тонкозернистый кварц - полевошпатовый порфирит 9921,7 70,0 13,9 5,0
Тонкозернистая кварцитоподобная порода окварцованный песчаник 10249,5 97,7 19,0 5,1
Гидротермально измененный тонкозернистый песчаник (сульфидизированный) 10656,1 159,8 25,4 6,3
Мелкозернистый песчаник (сульфидизированный) 10096,7 87,4 16,6 5,3
Мелкозернистые песчаники с прослоями алевролитов (породы гидротермально изменены и сульфидизиро-ванны) 10927,3 137,2 29,7 4,6
Тонкозернистый углистый сланец (филлитовый сланец) 9350,9 27,9 4,9 5,7
Окварцованный и сульфидизированный тонкозернистый филлитовый сланец 9565,3 112,5 8,3 13,6
Гидротермально измененный тонкозернистый алевро-песчаник 10934,2 140,5 29,8 4,7
Сульфидизированный и слабо окварцованный тонкозернистый филлитовый сланец 10964,1 139,8 30,3 4,6
Среднее значение для пород 10233,3 105,2 18,8 5,6
Золото-сульфидная руда из рудного тела 9868,9 101,0 13,0 7,8
Золото-сульфидная руда с кварцем и карбонатом 9515,1 66,4 7,5 8,8
Рудная брекчия 9741,0 65,8 11,0 6,0
Среднее значение для руды 9708,3 77,7 10,5 7,4
Для оценки величин гравитационно-тектонических напряжений на глубинах 200-600 м воспользуемся закономерностями распределения напряжений, установленными Иргиредметом [6]. Средние величины напряжений для золоторудных месторождений аппроксимируются формулами
^ = Н; апр = К1 -уН ; оп = К 2 -уН,
где у - плотность пород и руд, МН/м3; Н - глубина горных работ, м.
Средние значения коэффициентов составляют: К1=1,0; К2=1,6. Высокие значения коэффициентов К1 и
Природные (первоначальные напряжения) изучались натурными измерениями методом щелевой разгрузки по методике ИГД УрО РАН [3] и геоинформационными исследованиями по методикам ИрГТУ [4-6]. Анализ результатов измерений напряжений на глубине 120 м позволяет отметить, что фактические напряжения примерно равны теоретическим значениям по гипотезе гидростатического напряжения в горном массиве А.Гейма. Вертикальные напряжения (ов) примерно равны теоретическим. Напряжения, действующие по простиранию рудных тел (опр), составляют 0,9 оВ, а поперечные напряжения (оп)- 1,0 оВ.
Следует отметить, что на глубинах свыше 200 м, горные работы будут производиться ниже подошвы горы. В этом случае, напряжения в горном массиве должны изменить пространственное направление и величину, так как будет восприниматься общее горное давление окружающего гору массива.
К2 свидетельствуют о наличии в горном массиве высоких тектонических напряжений. В гипотезе гравитационных напряжений А.Н.Динника эти коэффициенты составляют не более 0,5.
В процессе геоинформационных исследований изучалась структурная организация естественного поля тектонических нарушений и трещин - одного из основных факторов, отражающего современное геомеханическое состояние горного массива на месторождении и в его окрестностях. Проанализированы фотографии стенок выработок, погоризонтных планов масштаба 1:50 и 1:200, планов месторождения масштаба 1:2000, геологических карт месторождения и района месторождения масштаба 1:10000, 1:50000 и 1:200000. Эти материалы характеризуют геологическое строение и степень тектонической нарушенности месторождения на различных иерархических уровнях, начиная от уровней, сопоставимых с размерами ми-
неральных зерен, до уровня рудного поля. На их основе составлена модель структурной организации поля деструктивных элементов горного массива Майского рудника и непосредственно самого месторождения.
Анализ результатов этих исследований позволяет отметить следующее.
На изучаемом месторождении на всех иерархических уровнях распределение удельной плотности деструктивных элементов имеет дискретный, но вместе с тем упорядоченный характер. Упорядоченность проявляется в последовательной группировке максимумов удельной плотности проявления тектонических нарушений и трещин в ячейке общей структурной матрицы, контролирующей размещение максимумов разных масштабных уровней, размеры которых можно определить с достаточно высокой степенью достоверности (рис.1, 2).
Установлено, что структуры поля тектонических нарушений и трещин являются иерархическими и самоподобными.
Основные значения масштабных коэффициентов между средними размерами ячеек смежных уровней общей структурной матрицы находятся в пределах 1,8-2.9 (табл. 2). Согласно концепции саморазрушения массивов [4-6] при коэффициенте масштабного подобия от 1,6 до 2,2, горный массив должен характеризоваться относительно устойчивым состоянием, при котором процессы саморазрушения происходят в течение длительного времени в виде трещинообразова-ния. При величинах коэффициента от 2,0 до 2,5 и более массив выделяется неустойчивым состоянием с возможными проявлениями процессов саморазрушения в виде спонтанного трещинообразования (горный удар), т.е. эти участки характеризуются повышенной скоростью фрактального роста поля естественной самодеструкции и являются высоконапряженными и относительно менее устойчивыми зонами горного массива.
Таким образом, установлено, что в массиве месторождения действуют гравитационно-тектонические напряжения. В отдельных участках массива возможна их высокая концентрация. При ведении горных работ на таких участках возможны динамические проявления горного давления, т.е. может возникнуть ударо-опасность.
На основе прогнозных величин первоначальных напряжений, данных математического моделирования техногенных напряжений в горных выработках и в целиках обоснованы критические глубины горных работ по динамическим проявлениям горного давления.
Оценка критических глубин для горных выработок производилась по выражению [3]:
Нкр <-
оЖ • 077
г\кг1 + кд п +1,6 (к х + к хо)],
где исж - предел прочности пород в образце на сжатие, МПа; ^ , ^- коэффициенты концентрации, соответственно, вертикального и горизонтального напряжений от единичных нагрузок в ¡-той точке контура
выработки; кд°п, кдп - дополнительные коэффициенты концентрации напряжения от влияния очистных камер в зонах выработок и от вертикальных и горизонтальных единичных нагрузок, соответственно,
Таблица 2
Параметры структурной организации поля удельной концентрации трещин и разрывов в горном массиве Майского месторождения
Иерархические уровни Параметры
Размер ячейки матрицы, м Масштабный коэффициент
I 0.6±0,06 2,0
II 1,2±0,16
2,1
III 2.5±0,6
2,0
IV 5.0±0,4
2,0
V 10±2,0 2,0
VI 20±5,3
2,2
VII 45±2,7
2,9
VIII 130±7,5
2,8
IX 360±31,3
1,8
X 700±32,5
2,1
XI 1500±86,0
2,0
XII 3000±140,0
2,3
XIII 7000±513,0
2,4
XIV 12000±641,0
2,0
XV 25000±1923,0
Рис.1. Карта интенсивности трещиноватости, км/кмг. Масштаб исходной горно-геологической
документации 1:200000 (ячейка 2х2 км)
Рис.2. Карта интенсивности тектонических нарушений центральной части месторождения, м/м2. Масштаб исходной горно-геологической документации 1:2000 (ячейка 20х20 м)
Расчеты показали, что горные выработки под камерами могут быть удароопасными на глубине 290 м. Однако в проекте предусмотрено откаточные выработки располагать не в самом рудном теле, а проводить их вблизи рудного тела. Откаточные выработки являются полевыми, что значительно снижает их уда-роопасность.
Потенциально удароопасными могут быть потолочины очистных камер. В процессе исследований были получены зависимости напряжений в потолочине от мощности рудного тела на различной глубине горных работ (рис. 3).
Минимальная удароопасность потолочин будет при отработке запасов в пределах одного этажа (см.
б
а
в
Рис. 3. Зависимости напряжений в потолочине от мощности рудного тела (т): а - при отработке одиночной камеры, б - при отработке двух камер в одном этаже; в - при отработке четырех камер на двух этажах; 1, 2, 3 - при глубине разработки соответственно 200 м, 400 м, 600 м
рис. 3 а, б), максимальная - двух и более этажей (см. рис.3, в). Критические напряжения, опасные по горным ударам (ауд), возникают на глубинах 400-600 м. При отработке запасов в пределах двух этажей критическая глубина по горным ударам составляет 400-450 м.
На основании результатов исследований составлено соответствующее заключение, в котором даны следующие основные выводы и рекомендации:
1. Породы и руды Майского месторождения имеют высокие упругие свойства и способны к хрупкому разрушению под нагрузкой. Потенциально удароопасны-ми являются породы: крупнопорфировый гранит, гидротермально измененный тонкозернистый песчаник (сульфидизированный), окварцованный и сульфиди-зированный тонкозернистый филлитовый сланец, а также золото-сульфидная руда и рудная брекчия.
2. Первоначальные напряжения горного массива распределены в пространстве неравномерно. Наряду со средненапряженными участками могут быть участки с повышенными напряжениями. На Майском месторождении действуют гравитационно-тектонические напряжения.
3. Расчетная критическая глубина по горным ударам составляет 400 - 450 м.
В соответствии с требованиями Инструкции по безопасному ведению горных работ на рудных и нерудных месторождениях, объектах строительства подземных сооружений, склонных и опасных по горным ударам РД 06-329-99, п. 3 и Федеральным законом «О промышленной безопасности опасных производственных объектов» от 21.07.97 № 116-ФЗ на основании Заключения ИрГТУ, а также при появлении внешних признаков удароопасности пород и руд (стреляние, микроудары, собственно горные удары) руководитель ООО «ЗК „Майское"» совместно с территориальным органом Ростехнадзора обязаны издать приказ об отнесении месторождения к склонным по горным ударам и о создании комиссии по горным ударам. Впоследствии комиссия организует работы по прогнозу и профилактике горных ударов. Ответственность за выпуск приказа будет возложена на технического руководителя ООО «ЗК „Майское"».
Библиографический список
1. Инструкция по безопасному ведению горных работ на рудных и нерудных месторождениях, объектах строительства подземных сооружений, склонных и опасных по горным ударам (РД 06-329-99). М.: Изд-во ГП НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России, 2000. 66 с.
2. Кузнецов Г.Н. Механические свойства горных пород. М.: Углетехиздат, 1947. 69 с.
3. Влох Н.П. Управление горным давлением на подземных рудниках. М.: Недра, 1994. 208 с.
4. Филонюк В.А., Сосновская Е.Л., Сосновский Л.И. Механизм возникновения и закономерности пространственного распределения участков с относительно высокой и невысо-
кой степенью естественной напряженности в горном массиве // Вестник ИрГТУ. 2006. № 2. С. 93-97.
5. Сосновский Л.И. Геоинформационная модель напряженного состояния горного массива Дарасунского золоторудного месторождения // Маркшейдерия и недропользование. 2007. № 3. С. 29-31.
6. Сосновская Е.Л., Сосновский Л.И., Филонюк В.А. Геоинформационное моделирование фундаментальных свойств геологической среды для создания систем управления её геомеханическим состоянием // Геодинамика и напряженное состояние недр Земли: материалы науч. конф. Новосибирск: Изд-во Института горного дела СО РАН. 2008. С. 469-476.
