CC BY
56
УДК 539.3.01:622.834
ПРОГНОЗНАЯ ОЦЕНКА ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ МАССИВА ГОРНЫХ ПОРОД ПРИ ОТРАБОТКЕ ЗАПАСОВ ПОД ВОДОНОСНЫМ КОМПЛЕКСОМ*
Василий Дмитриевич Барышников
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт горного дела им. Н. А. Чинакала» СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, кандидат технических наук, заведующий лабораторией диагностики механического состояния массива горных пород, тел. (383)217-05-41, e-mail: [email protected]
Лидия Николаевна Гахова
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки «Институт горного дела им. Н. А. Чинакала» СО РАН, 630091, Россия, г. Новосибирск, Красный проспект, 54, старший научный сотрудник лаборатории диагностики механического состояния массива горных пород, тел. (383)217-03-37, e-mail: [email protected]
По результатам численного моделирования выполнена прогнозная оценка деформаций подготовительных выработок в окрестности отрабатываемого под водоносным комплексом блока № 4 рудника «Интернациональный» АК «АЛРОСА». Приводятся величины сдвижений рудного и породного массивов в зоне влияния очистных работ при выемке запасов блока.
Ключевые слова: водоносный комплекс, предохранительный целик, напряженно-деформированное состояние, оседание, смещение.
ROCK MASS DEFORMATION PREDICTION IN MINING UNDER AQUIFER
Vasily D. Baryshnikov
Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Ph. D., Eng, Head of Laboratory for Diagnostics of Mechanical Condition of Rocks, tel. (383)217-05-41, e-mail [email protected]
Lidia N. Gakhova
Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, 630091, Russia, Novosibirsk, 54 Krasny prospect, Senior Researcher, Laboratory for Diagnostics of Mechanical Condition of Rocks, tel. (383)217-03-37, e-mail: [email protected]
Based on numerical modeling data, the authors predict deformation in development headings in block no. 4 under an aquifer in Internatsionalny Mine, ALROSA. The values of subsidence of ore body and rock mass in the zone of influence of stoping are given.
Key words: Aquifer, protective pillar, stress-strain state, subsidence, displacement.
Отработка подкарьерных запасов на руднике «Интернациональный» АК «АЛРОСА» осуществляется с применением слоевой нисходящей системы разработки с твердеющей закладкой. Ведение очистных работ в нижней части бло-
* Работа выполнена при финансовой поддержке института ЯКУТНИПРОАЛМАЗ АК «АЛРОСА».
ка № 4 при отработанных ранее блоках №6 и №5 планируется производить под защитой предохранительного целика, формируемого ниже подошвы (а.о.-97 м) высоконапорного Метегеро-Ичерского водоносного комплекса (МИВК). Граница безопасного ведения очистных работ, установленная расчетами НТЦ «НОВОТЭК» (г. Белгород), располагается на а.о.-150 м.
Очистные работы в блоке №4 начались с отработки разрезного слоя 9 высотой 4 м, после выемки которого формируется нижняя граница предохранительного рудного целика (а.о.-155 м) под МИВК (рис. 1). Общее количество
При ведении очистных работ необходим обязательный контроль состояния предохранительного целика [1], осуществляемый на руднике в соответствие с проектом гидрогеомеха-нического мониторинга (ГГМ). Геомеханическая часть проекта ГГМ, предложенная ИГД СО РАН, предусматривает использование комплекса инструментальных методов наблюдений (профильных линий, глубинных реперов, инклинометрических
наблюдений) за сдвижением вмещающих пород и рудного предохранительного целика, а также формируемого закладочного массива, являющегося его основанием (упором). Методология комплексного подхода к организации и ведению геомеханического мониторинга рассмотрена в работах [2, 3].
Составной частью геомеханических наблюдений предусмотрен контроль конвергенции «кровля-почва» подготовительных выработок на станциях контурных реперов (СКР), установленных через определенный интервал по длине кольцевого дренажного штрека на отм.-145 м и закладочного орта на отм.-155 м. Контроль сдвижений вмещающих пород в окрестности рудного тела в процессе послойной отработки блока №4 планируется осуществлять по станциям скважинных глубинных реперов (СГР), оборудованных в этих же выработках.
С целью выбора методов и средств измерений при проведении геомеханического мониторинга выполнена прогнозная оценка смещений контуров выработок и вмещающих пород на станциях глубинных реперов в процессе послойной отработки блока №4. Расчеты ожидаемых смещений выполнены на основе решения плоской задачи теории упругости методом граничных интегральных уравнений с учетом влияния на НДС отработанного и заложенного нижележащего блока № 5 (см. рис.1). Параметры естественного поля напряжений нетронутого массива приняты следующие: а20 = -уН, ах0 = ау0 = -^уН, где а20 - вертикальная, ах0 , ау° - горизонтальные компоненты напряжений, у - объемный вес
слоев до кровли блока №5 составляет 9.
Рис. 1. Расчетная схема
пород, Н - глубина разработки, X - коэффициент бокового распора; из-за доминирующего преобладания галита в составе вмещающих пород принято - Х=1.0. Модуль упругости пород Е = 10 ГПа, коэффициент Пуассона V = 0.25. В нетронутом массиве на отметках нижней части блока №4 а^ = а^ = ах0= 14 МПа.
Предполагается, что к началу проведения геомеханических наблюдений будет отработан слой 9.
На рис. 2 приведены изменения вертикальных смещений контуров выработок в направлении «кровля-почва», вызванные отработкой в нисходящем порядке слоев 8^6, при различном удалении выработок (Ь,м) от контакта рудного тела (см. рис. 1). Полученные результаты свидетельствуют о том, что наибольшие смещений отмечаются в закладочном орте на отм.-155 м, а их максимальная величина при расстоянии орта в 5 м от контура рудного тела составляет 2.8 мм.
3
2
2,5
к
К
<и а 2
1,5
о
К л 1
ч
и
ей н 0,5
а
и
и 0
выработка на отм. -155 м выработка на отм. -145 м
—I-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1-1
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 расстояние от выработки до контура трубки, м
Рис. 2. Смещения контуров выработок в направлении «кровля-почва» при различном их расстоянии от рудной трубки на отм.-155 м и -145 м
На рис. 3 и 4 приведены вертикальные смещения на СКР в закладочном орте на отм.-155 м в процессе последовательной отработки слоев 8^1 блока №2 4.
Анализ результатов расчетов показывает следующее:
- вертикальные смещения в сторону растяжения наблюдаются при отработке слоев 8^5; при последующей выемке слоев 4^1 они становятся растягивающими (см. рис. 3);
- на завершающей стадии отработки блока №4 максимальные смещения на СКР составляют около 12 мм при расстоянии 10 м от контура трубки (см. рис. 4);
- расположение СКР в орте на удалении 40 м от контура трубки представляется нецелесообразным, т.к. ожидаемые величины смещений не превышают 2 - 3 мм, что сопоставимо с погрешностью их измерений методом нивелирования.
-14
Рис. 3. Вертикальные смещения в закладочном орте на отм.-155 м на различных удалениях СКР от контура трубки в зависимости от числа отработанных слоев
К
<и
3е
и
2
к л ч и к н
и
т
12
10
6
4
—I
40
5 10 15 20 25 30 35 Расстояние до контура трубки, м
Рис. 4. Вертикальные смещения на СКР в закладочном орте на отм. -155 м при отработке блока №4 до кровли блока № 5
8
2
0
50 40 30 20 Ю 0
Рис. 5. Горизонтальные смещения (мм) вмещающих пород на отм.-145 м и -150 м, вызванные отработкой слоев 8^6
Для прогноза сдвижений вмещающего массива, контролируемых с использованием станций глубинных реперов (СГР), проведены расчеты горизонтальных смещений в скважинах на отм.-145 м и -155 м (рис. 5).
Наибольшие горизонтальные смещения наблюдаются во вмещающем массиве на расстоянии -10 м (отм.-145 м) и -15 м (отм.-145 м) от контура рудного тела, достигая 12 мм и 10 мм соответственно. С удалением от контура
рудного тела горизонтальные смещения пород уменьшаются (до 6 мм на расстоянии 45 м).
На рис. 6 приведены смещения вмещающих пород вдоль оси скважин для установки станций глубинных реперов, вызванные отработкой слоев 8^ 6 блока №4. Наибольшие смещения вдоль оси скважин под углом 45о и 25о к горизонту наблюдаются вблизи контура рудного тела (более 25 мм, см. рис. 6).
В заключение отметим, что полученная информация об ожидаемых смещениях в подготовительных выработках и вмещающих породах в окрестности отрабатываемого под МИВК блока №4 необходима для выбора методов и средств измерений, а также мест расположения наблюдательных станций геомеханичсекого мониторинга. Последующее сравнение данных натурных наблюдений с результатами прогнозных оценок деформационных процессов в массиве в процессе развития горных работ позволит скорректировать параметры расчетной модели [4] и на её основе осуществлять текущую оценку геомеханического состояния предохранительного целика в период и после завершения очистных работ в блоке №4 для обеспечения безопасности горных работ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Инструкция по безопасному ведению горных работ при комбинированной (совмещенной) разработке рудных и нерудных полезных ископаемых. РД06-174-97. -М., ЗАО НТЦ ПБ. - 2011.
2. Барышников В.Д., Барышников Д.В., Гахова Л.Н., Качальский В.Г. Геомеханический мониторинг при разработке полезных ископаемых // ФТПРПИ. - 2014. - №5, С. 61 - 74.
3. Барышников В.Д., Барышников Д.В. Геомеханический контроль предохранительного целика под водоносным горизонтом / Proceedings of the V-th International Geomechanics Conference 18-21 June 2012, - Publ.: International House of Scientists «Fr.J.Curie», Varna, Bulgaria, рp. 329 - 324.
4. Курленя М.В., Барышников В.Д., Гахова Л.Н. Развитие экспериментально-аналитического метода оценки устойчивости горных выработок // ФТПРПИ. - 2012. - №4, С. 20 - 28.
© В. Д. Барышников, Л. Н. Гахова, 2015
Рис. 6. Смещения (мм) вмещающих пород (мм) вдоль скважин под углом 45о и 25о к горизонту, вызванные отработкой слоев 8^6
