CC BY
33
© И.Э. Семенова, И.М. Аветисян, 2013
УДК 622.83
И.Э. Семенова, И.М. Аветисян
ПРЕДРАСЧЕТ ЗОНЫ ОБРУШЕНИЯ И СДВИЖЕНИЯ ПРИ ОТРАБОТКЕ ЗАПАСОВ ПЕРСПЕКТИВНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ЭВЕСЁОГЧОРР
Представлены результаты расчетов возможной зоны обрушения и сдвижения при подземной выемке запасов перспективного месторождения Эвеслогчорр с учетом сложного рельефа дневной поверхности и действующих в массиве пород тектонических напряжений. Полученные результаты вошли в технологический регламент по отработке месторождения Плато Расвумчорр рудником «Центральный», отвалы которого расположены непосредственно над рудным телом Эвеслогчорра. Ключевые слова: обрушение, сдвижение, покрывающие породы, напряженное состояние, математическое моделирование, разработка месторождений полезных ископаемых подземным способом, отвалы горных пород.
Перспективное месторождение Эвеслогчорр расположено в Кировском районе Мурманской области в 12 км восточнее г. Кировска в горнодолинной части реки Вуоннемйок. Месторождение локализовано в пределах ийолит-уртитовой дуги Хибинского щелочного массива. Рельеф местности здесь резко пересеченный - высоты окружающих гор близки к 1000 м, превышения над дном долины составляют 370—770 м.
Апатитовая залежь Эвеслогчорр-ского месторождения, как и всех других месторождений Хибин, расположена в кровле толщи массивных уртитов и перекрывается породами комплекса гнейсовидных ийолит-уртитов, ювитов и рисчорритов. Месторождение находится в слепом залегании и не выходит на поверхность, являясь наиболее глубинным среди других хибинских месторождений. Его верхняя граница проходит ниже абсолютной отметки 0 м, а нижний контур опускается до -1150 ч -1400 м. Рудная залежь имеет
форму уплощенной линзы размером 2,7x2,3 км при мощности в центре до 100 м. Простирание рудной залежи широтное, падение на север под углами 25^45°. Месторождение Эвеслогчорр на отметке -100 м имеет условную границу с месторождением Плато Расвумчорр, которое отрабатывается рудником «Центральным». В соответствии с ТЭО кондиций [1] горная порода из глубокого карьера «Центральный» будет транспортироваться в том числе в отвалы № 11 и № 3Ц, расположенные на северном борту карьера. Большая часть запасов перспективного апатитового месторождения Эвеслогчорр, отработка которого в будущем планируется подземным способом, расположена под этими отвалами (рис. 1). Максимальная глубина карьерной выемки планируется до отм. +100м, оставшиеся запасы месторождения Плато Расвумчорр будут отрабатываться подземным способом с использованием системы с принудительным этажным обрушением руды и вмещающих пород.
Рис. 1. План отвалов на конец отработки месторождения Плато Расвумчорр с проекцией рудного тела месторождения Эвеслогчорр
Таблица 1
Прочностные свойства пород месторождения Эвеслогчорр
Породы Предельные показатели физических свойств пород
Прочность при сжатии, МПа Прочность при растяжении, МПа Коэффициент крепости Модуль упругости, Е 105 кг/см2
Апатит-нефелиновые руды Вмещающие породы 67-166 147-281 1,4-5,8 4,4-15,5 7-13 12-19 3,3-7,1 9,0-12,6
В связи с необходимостью обеспечения устойчивости отвалов важной является задача по предрасчету зоны обрушения и сдвижения от отработки горизонтов месторождения Эвеслогчорр.
Показатели прочностных (табл. 1) и физико-механических свойств пород изучены предварительно. По шкале крепости горных пород проф.
Протодъяконова, апатит-нефелиновые руды относятся к классу крепких пород III категории, а вмещающие породы - очень крепких пород II категории.
Напряженно-деформированное состояние массива месторождения относится к гравитационно-тектоническому типу с достаточно высоким уровнем
Рис. 2. Мелкомасштабная геомеханическая модель месторождений Плато Расвумчорр и Эвеслогчорр со схемой заданных тектонических сил Т
горизонтальных сжимающих напряжений.
В Горном институте КНЦ РАН была разработана геомеханическая конечно-элементная модель месторождений Плато Расвумчорр и Эвеслог-
чорр (рис. 2). Граничные условия задавались на основе сформировавшихся на сегодняшний день представлений о Хибинском массиве в целом и месторождении Плато Расвум-чорр в частности.
Максимальная компонента напряжений ориентирована субпараллельно простиранию рудной залежи, абсолютные величины напряжений и их изменение с глубиной получено на основе данных измерений методом разгрузки.
Прогнозные значения максимальной компоненты главных напряжений &тах находятся в пределах от 20 МПа в нагорных областях до 60 МПа у дна карьера и отдельных участков северного борта, на глубине залегания
Рис. 3. Прогнозное распределение максимальной (Гтах и минимальной (Гтт компоненты главных напряжений при формировании проектного карьера «Центральный» до отм.+100м: а — по разрезу Р — 4; б — по разрезу Р — 8
Рис. 4. Разрезы вкрест простирания рудного тела месторождения Эвеслогчорр со средней глубиной его залегания под отвалами рудника «Центральный»
запасов Эвеслогчоррского месторождения уровень сгтах около 40 МПа. Минимальная компонента главных напряжений сгт{п в основном сжимающая, области растяжений с абсолютными величинами в несколько раз ниже предела прочности приурочены к некоторым участкам борта карьера. В качестве примера приведем результаты моделирования по двум характерным вертикальным сечениям по разрезам Р-4 и Р-8 при формировании проектного карьера «Центральный» до отм. +100м (рис. 3). По полученным результатам моделирования можно предположить, что НДС мас-
сива будет в данном случае являться фактором, сдерживающим процесс обрушения подработанных пород до поверхности.
Средняя глубина залегания рудного тела под отвалами (рис. 4) варьируется от порядка 750 м в районе разреза Р-12 (отвал №3Ц) до порядка 1500 м в районе разреза Р4 (отвал №11).
Для определения зоны сдвижения и обрушения при отработке месторождения Эвеслогчорр были определены параметры подработки по простиранию и вкрест простирания рудного тела. Для достижения данной цели из
Рис. 5. Схема расчета параметров подработки массива по разрезу Р-6
цифровой модели Эвеслогчоррского месторождения были построены разрезы вкрест простирания рудного тела по сетке разрезов и магистралей Центрального рудника.
Расчет параметров подработки проводился для трех вариантов с различной длиной фронта подработки покрывающих пород по простиранию Ь. При расчетах были сделаны следующие допущения:
рудное тело, расположенное выше месторождения Эвеслогчорр, полностью отработано до отметки -100 м глубоким карьером и частично подземными горными работами;
вследствие этого произошло полное обрушение массива пород под углом сдвижения в = 70° с отставанием по висячему боку, равным 100 м;
рудное тело месторождения Эвес-логчорр отработано в пределах высотных отметок от -100 до -250 м.
Величина подработки налегающего массива вкрест простирания рудной
залежи I, а также глубина в районе кромки обрушения И и границы подработки массива И2 определялись геометрически (рис. 5).
Далее рассчитывался параметр И как среднее между И1 и И2, параметр подработки по простиранию Ь/И и параметр подработки вкрест простирания 1/И.
Первый вариант соответствует началу отработки месторождения. Так как первые разрезные блоки планируется отрабатывать в центре участка шахтного поля между разрезами Р-5 и Р-7, были рассчитаны параметры подработки для Ь = 200 м, что соответствует расстоянию между этими разрезами. Параметры подработки рассчитаны для разрезов Р-5, Р-6, Р-7.
Второй вариант рассчитан для Ь = 400 м. Параметры подработки рассчитаны для разрезов Р-4, Р-6, Р-8.
Третий вариант рассчитан для Ь = =1000 м. Параметры подработки рассчитаны для разрезов Р-4, Р-6, Р-8.
Рассчитанные параметры подработки по трем вариантам представлены в табл. 2.
Месторождение Эвеслогчорр имеет схожее геологическое строение с другими апатитовыми месторождениями Хибин и расположено вблизи других апатитовых месторождений, отрабатываемых подземным способом. На основании этого было сделано предположение о том, что характер самообрушения на Эвеслогчорр-ском месторождении будет подобен данному процессу на других Хибинских рудниках.
Таблица 2
Параметры подработки Эвеслогчоррского месторождения
N варианта N разреза Н, м 1, м Ь, м ь/н 1/Н
1 Р -5 749 70 200 0.27 0.09
Р -6 693 98 200 0.29 0.14
Р -7 630 143 200 0.32 0.22
2 Р -4 752 83 400 0.53 0.11
Р -6 693 98 400 0.58 0.14
Р -8 591 160 400 0.68 0.27
3 Р -4 752 83 1000 1.33 0.11
Р -6 693 98 1000 1.44 0.14
Р -8 591 160 1000 1.69 0.27
о.е -
0.6
0.4
\ V \ V ^она ;о преде Н^СТУ \
V \ пенД \ Зон 1 неустс обнаже ичивых -1ИЙ
Зон устоит обнэж! » ч\ 1ВЫХ Ч !НИЙ V Р-7» ' Р-3 #
'-б * '-5* V Р-4 |Р-9 — — , ._
----
--Юксггор
— — Расеумчорр
— ■ - Кукисвумчорр
• при 1-=200м В при 1_=400м ф при 1--1000М
0.2 0.4 0.6 0.8
1
ин
1.4 1.6 1,8
Рис. 6. Зоны параметров подработки покрывающих пород для месторождения Эвеслогчорр
Для определения критических параметров подработки покрывающих пород на месторождении воспользовались прогнозными кривыми критических параметров подработки для подземных рудников ОАО «Апатит» (Рас-вумчоррского рудника и Юкспорского крыла Объединенного Кировского рудника (ОКР)) [2], а также кривой для Кукисвумчоррского крыла ОКР, построенной по результатам исследований, проведенных Горным институтом КНЦ РАН в 2009—2010 гг [3]. Эти три кривые, нанесенные на один график, образуют три характерные зоны: зону устойчивых обнажений, зону не-
определенности и зону неустойчивых обнажений (рис. 6). На график также были нанесены рассчитанные параметры подработки Эвеслогчоррского месторождения по трем вариантам.
Из рис. 6 видно, что при L = 200 м (первый вариант) параметры подработки по всем трем разрезам находятся в зоне устойчивых обнажений. Это позволяет сделать вывод о том, что при такой длине фронта подработки покрывающих пород по простиранию в пределах данных разрезов обрушений не произойдет.
При L = 400 м (второй вариант) параметры подработки по разрезу Р-4
находятся в зоне устойчивых обнажений. Параметры подработки по Р-6 и Р-8 находятся в зоне неопределенности. При этом параметры по Р-6 находятся на границе с зоной устойчивых обнажений, в то время как параметры по Р-8 приближаются к границе с зоной неустойчивых обнажений. Анализ расчетных данных по второму варианту позволяет сделать выводы о том, что при Ь = 400 м обрушения в пределах разрезов Р-4 - Р-6 не произойдет. В районе разреза Р-8 обрушение возможно.
При Ь = 1000 м (третий вариант) параметры подработки по разрезу Р-4 и Р-6 находятся в зоне неопределенности, причем параметры по Р-4 находятся на границе с зоной устойчивых обнажений, а параметры по Р-6 расположены в центре зоны неопределенности. Параметры по Р-8 находятся в зоне неустойчивых обнажений. Анализ расчетных данных по третьему варианту позволяет сделать вывод о том, что при Ь = 1000 м обрушения возможны на промежутке между разрезами Р-4 - Р-8, причем вероятность обрушения в районе Р-4 невелика, а в районе Р-8 весьма ве-
1. ОАО «Апатит». «Технико-экономическое обоснование постоянных кондиций для подсчета запасов апатит-нефелиновых руд месторождения Плато Расвумчорр». ОАО ГИПРОРУДА, г. Санкт-Петербург 2011 г.
2. Козырев А.А., Демидов Ю.В., Мальцев В.А., Енютин А.Н., Аминов В.Н., Семенова Н.Э., Доставалов Р.Н. Указания по управлению обрушением покрывающих пород, охране сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных разработок на рудниках открытого акционерного общества «Апатит». КНЦ Горный ин-
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
лика. Такое увеличение вероятности обрушения от Р-4 до Р-8 в большой мере обусловлено понижением рельефа от Р-4 в сторону Р-8.
При этом стоит отметить, что даже если обрушение произойдет в районе разрезов Р-4 и Р-6, возможная бровка обрушения (совпадающая с границей максимальной подработки) не достигнет границ отвалов. Обрушение в районе разреза Р-8 может достигнуть отвала.
Западнее разреза Р-4 обрушений не произойдет вследствие большой высоты налегающих пород.
В результате проведенных исследований по определению критических параметров подработки покрывающих пород на месторождении Эвес-логчорр определена зона обрушения при выемке рудной залежи до отм. -250м, которая может захватить часть отвалов в районе разреза Р-8, где целесообразен перенос плановых границ отвала 3Ц к северо-востоку от конечного борта карьера «Центральный» приблизительно на 200м. Полученные результаты вошли в технологический регламент по отработке месторождения «Плато Расвумчорр» рудником «Центральный» [4].
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ститут, открытое акционерное общество «Апатит». Апатиты, 2002г. - 51с.
3. Козырев А.А., Семенова Н.Э., Аветисян И.М. Исследование изменений характера обрушений подработанной толщи с увеличением глубины горных работ на Кукис-вумчоррском месторождении ОАО «Апатит». - ГИАБ, 2011, №5. - с. 11-20.
4. Технологический регламент «Отработка запасов месторождения «Плато Рас-вумчорр» рудником «Центральный»» / отв. исп. Рыбин В.В., Билин А.Ё. - Апатиты, 2011.Фонды ГоИ КНЦ РАН. К2Е
Семенова Инна Эриковна — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, innas@goi.kolasc.net.ru,
Аветисян Иван Михайлович — научный сотрудник, ivanavetisyan@yandex.ru, Горный институт Кольского научного центра Российской академии наук.
