Научная статья на тему 'РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ ПО ДЕЙСТВУЮЩИМ ПЕРВОНАЧАЛЬНЫМ НАПРЯЖЕНИЯМ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ'

РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ ПО ДЕЙСТВУЮЩИМ ПЕРВОНАЧАЛЬНЫМ НАПРЯЖЕНИЯМ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
44
8
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА / МАССИВ ГОРНЫХ ПОРОД / НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ / ТЕКТОНИЧЕСКИЕ НАПРЯЖЕНИЯ / ДОЛГОСРОЧНЫЙ ГЕОДЕФОРМАЦИОННЫЙ МОНИТОРИНГ / БЕТОН / ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ / ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ ПО РУДНИКАМ РОССИИ

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Зубков А.В., Сентябов С.В., Криницын Р.В., Селин К.В.

Горное дело - сфера человеческой деятельности, связанная с извлечением полезных ископаемых из недр в условиях знакопеременного изменения напряженнодеформированного состояния (НДС) массива горных пород, приводящего к внезапным разрушениям горных конструкций и землетрясениям. Результаты длительного геодеформационного мониторинга природных напряжений на рудниках Урала, проводимого лабораторией геодинамики и горного давления ИГД УрО РАН в течении последних 20 лет и анализ данных измерений за 55 лет в основных горнодобывающих регионах мира, дали основание предложить новую, более современную структуру поля естественных напряжений с привязкой их изменения во времени. Объектом исследования в данной статье является напряженное состояние массива горных пород на объектах недропользования в основных горнодобывающих странах мира. Прогноз места и времени аварийного проявления горного давления в настоящее время является одной из самых актуальных задач. Ежегодный рост объемов применения профилактических мер при практически неизменном количестве динамических появлений горного давления и возрастании относительного количества горных ударов свидетельствует о низкой эффективности традиционных мер предупреждения горных ударов. Такое состояние проблем обуславливает необходимость разработки новых способов прогноза и предупреждения удароопасности. Анализ опыта ведения горных работ показал, что тектонические нарушения, как правило, являются концентраторами напряжений, вносящими значительную неоднородность в поле напряжений участка массива, что зачастую приводит к возникновению аварийных ситуаций при приближении выработок и очистных работ к дизъюнктивам.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

TERRITORIAL ZONING OF MINERAL DEPOSITS BY INITIAL STRESSES

Mining is a sphere of human activity associated with extraction of minerals from the subsoil under conditions of alternating stresses and strains which can induce sudden failure of mine structures as well as earthquakes. The results of the long-term geodeformation monitoring of natural stresses in mines in the Urals, carried out by the Laboratory of Geodynamics and Rock Pressure at the Institute of Mining, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences over the past 20 years, and the analysis of measurement data collected for 55 years in the major mining regions of the world have afforded ground for suggesting a new structure of the natural stress field with regard to temporal variations. The test subject of this research is the stress state of rock mass at subsoil use sites in the main mining countries of the world. Prediction of the place and time of a hazardous event caused by overlying rock mass pressure is currently one of the most critical tasks. The annual expansion of the precaution activity scope at almost unchanged number of geodynamic phenomena and the increase in the relative number of rock bursts indicates the low effectiveness of traditional measures to prevent rock bursts. This situation necessitates development of new methods for forecasting and preventing rock burst hazard. The analysis of mining experience shows that tectonic faults are the stress raisers which bring significant heterogeneity in the stress field in rock mass, which often leads to emergencies when extraction approaches disjunctives.

Текст научной работы на тему «РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ ПО ДЕЙСТВУЮЩИМ ПЕРВОНАЧАЛЬНЫМ НАПРЯЖЕНИЯМ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ»

ГИАБ. Горный информационно-аналитический бюллетень / MIAB. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2021;(5—2):80—92 ОРИГИНАЛЬНАЯ СТАТЬЯ / ORIGINAL PAPER

УДК 622.81 001: 10.25018/0236_1493_2021_52_0_80

РАЙОНИРОВАНИЕ ТЕРРИТОРИИ ПО ДЕЙСТВУЮЩИМ ПЕРВОНАЧАЛЬНЫМ НАПРЯЖЕНИЯМ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

А. В. Зубков1, С. В. Сентябов1, Р. В. Криницын1, К. В. Селин1

1 Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук, Екатеринбург, Россия

Аннотация: Горное дело — сфера человеческой деятельности, связанная с извлечением полезных ископаемых из недр в условиях знакопеременного изменения напряженно-деформированного состояния (НДС) массива горных пород, приводящего к внезапным разрушениям горных конструкций и землетрясениям. Результаты длительного геодеформационного мониторинга природных напряжений на рудниках Урала, проводимого лабораторией геодинамики и горного давления ИГД УрО РАН в течении последних 20 лет и анализ данных измерений за 55 лет в основных горнодобывающих регионах мира, дали основание предложить новую, более современную структуру поля естественных напряжений с привязкой их изменения во времени. Объектом исследования в данной статье является напряженное состояние массива горных пород на объектах недропользования в основных горнодобывающих странах мира. Прогноз места и времени аварийного проявления горного давления в настоящее время является одной из самых актуальных задач. Ежегодный рост объемов применения профилактических мер при практически неизменном количестве динамических появлений горного давления и возрастании относительного количества горных ударов свидетельствует о низкой эффективности традиционных мер предупреждения горных ударов. Такое состояние проблем обуславливает необходимость разработки новых способов прогноза и предупреждения удароопасности. Анализ опыта ведения горных работ показал, что тектонические нарушения, как правило, являются концентраторами напряжений, вносящими значительную неоднородность в поле напряжений участка массива, что зачастую приводит к возникновению аварийных ситуаций при приближении выработок и очистных работ к дизъюнктивам.

Ключевые слова: физико-механические свойства, массив горных пород, напряженное состояние, тектонические напряжения, долгосрочный геодеформационный мониторинг, бетон, геологические циклы, закономерности формирования напряжений по рудникам России.

Благодарность: Исследования выполнены по государственному заданию №075-00581-1900 по теме № 0405-2019-0007.

Для цитирования: Зубков А. В., Сентябов С. В., Криницын Р. В., Селин К. В. Районирование территории по действующим первоначальным напряжениям на месторождениях полезных ископаемых // Горный информационно-аналитический бюллетень. — 2021. — № 5—2. — С. 80—92. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_52_0_80.

© А. В. Зубков, С. В. Сентябов, Р. В. Криницын, К. В. Селин. 2021

Territorial zoning of mineral deposits by initial stresses

A. V. Zubkov1, S. V. Sentyabov1, R. V. Krinitsyn1, K. V. Selin1

1 Institute of Mining Ural branch of Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg, Russia

Abstract: Mining is a sphere of human activity associated with extraction of minerals from the subsoil under conditions of alternating stresses and strains which can induce sudden failure of mine structures as well as earthquakes. The results of the long-term geodeformation monitoring of natural stresses in mines in the Urals, carried out by the Laboratory of Geodynamics and Rock Pressure at the Institute of Mining, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences over the past 20 years, and the analysis of measurement data collected for 55 years in the major mining regions of the world have afforded ground for suggesting a new structure of the natural stress field with regard to temporal variations. The test subject of this research is the stress state of rock mass at subsoil use sites in the main mining countries of the world. Prediction of the place and time of a hazardous event caused by overlying rock mass pressure is currently one of the most critical tasks. The annual expansion of the precaution activity scope at almost unchanged number of geodynamic phenomena and the increase in the relative number of rock bursts indicates the low effectiveness of traditional measures to prevent rock bursts. This situation necessitates development of new methods for forecasting and preventing rock burst hazard. The analysis of mining experience shows that tectonic faults are the stress raisers which bring significant heterogeneity in the stress field in rock mass, which often leads to emergencies when extraction approaches disjunctives.

Key words: physical and mechanical properties, rock mass, stress state, tectonic stresses, long-term geodeformation monitoring, concrete, geological cycles, stress generation patterns per mines in Russia.

Acknowledgements: The study is implemented under State Contract No. 075-00581-19-00, Topic No. 0405-2019-0007.

For citation: Zubkov A. V., Sentyabov S. V., Krinitsyn R. V., Selin K. V. Territorial zoning of mineral deposits by initial stresses. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2021;(5—2):80—92. [In Russ]. DOI: 10.25018/0236_1493_2021_52_0_80.

Введение

Оценка устойчивости горных конструкций и высоконапорных плотин ГЭС должна базироваться на знании природного поля напряжений на территории объекта (напряженно-деформированного состояния массива пород), его перераспределения в элементах конструкций и сравнении с прочностными и деформационными характеристиками материала конструкции (горной породы, бетона и т. п.).

К настоящему времени как в РФ, так и за рубежом, накоплена огромная

база данных о величине природных напряжений в массивах горных пород как функции гравитационных и тектонических напряжений, являющихся CONST в исследованной точке горного массива, участка земной коры. В то же время геологи считают, что Земле присущи циклические изменения размеров и вызываемая этим явлением деформация земной коры (массива горных пород). Геологические циклы деформации Земли имеют периодичность от часов до миллиардов лет [1].

Обоснование методик выявления периодов и амплитуд пульсации напряжений в геологических циклах

Результаты длительного геодеформационного мониторинга природных напряжений на рудниках Урала, проводимого лабораторией геодинамики и горного давления ИГД УрО РАН в течении последних 20 лет, и анализ данных измерений за 55 лет в основных горнодобывающих регионах мира дали основание предложить новую, более современную структуру поля естественных напряжений с привязкой их изменения во времени [2].

Исследование показали, что в массиве горных пород наряду с литостати-ческими (гравитационными) и постоянными тектоническими напряжениями необходимо выделять астрофизические напряжения, обусловленные циклическими расширением и сжатием Земли под влиянием космических факторов. С использованием результатов замеров в доступном 11-летнем наноцикле солнечной активности, закономерностей изменения напряжений в различных рудниках и регионах мира, закономерностей формирования напряжений при разработке крутопадающих месторождений в горнокапитальных и подготовительно-нарезных выработках выполнен прогноз нагрузок при увеличении напряжений в случае предстоящего возможного совпадения циклов солнечной активности различной длительности. Высказано предостережение о затруднении ведения подземных горных работ на глубинах более 1000 м [3] в связи с выходом из строя капитальных горных выработок, что может поставить под угрозу существование предприятия с точки зрения технико-экономического обоснования проекта в целом [4—6]. Актуальность работы обуславливается тем, что природные

напряжения в массиве горных пород имеют важное значение при выборе мест заложения капитальных горных выработок и очередности развития очистных работ [7 — 8].

Методика определения изменения

НДС массива горных пород

во времени

Техноприродные катастрофы, обусловленные ведением подземных горных работ, наиболее часто происходят при превышении напряженного состояния массива горных пород, его прочностных характеристик на сжатие или растяжение.

1. Аварийные ситуации возникают, когда напряженное состояние массива горных пород аМГП превысит прочность этого массива на сжатие.

2. Техногенная катастрофа произойдет в случае, если техногенные напряжения отх превысят прочность этого массива на сжатие в 2,5^6,0 раз [1].

Следовательно, в горной конструкции напряжения по сравнению с нетронутым массивом увеличиваются, прочность уменьшается и опасность возрастает.

3. Напряженное состояние массива представляем в соответствии с законом [2]:

ап = УН + о2т + ^ ;

оП = УН + оХт + аХдф; а" = уН + + ау .

(1)

где а2т, аХт, аYm — составляющие тектонических напряжений, остающихся неизменными длительное время (десятки лет), МПа;

С г АФ; X АФ; Y АФ = ^?=/221С/^) - суммарный вклад в напряженное состояние массива горных пород переменных физических процессов различных классов (астрофизических явлений) со средней продолжительностью:

К21 - 160 мин, К20 - 1 день, К19 -14 дней, К18 - 3 мес., К17 - 1 год, К16 - 3,5 года, К15 - 11 лет, К14 -90 лет, К13 - 200 лет и т. д., МПа.

Так как обозначенные напряжения оП являются величинами переменными, то «районировать» месторождение (не территорию) необходимо не в плане (по карте), а по глубине и времени, подобно прогнозированию удароопас-ности на рудниках и шахтах.

Практически на всех рудниках в какой-то период времени были измерены напряжения, т. е. указан год и значение оП (табл.).

Гравитационную составляющую уН находим расчётным путем при принимаемых значениях удельного веса пород (у) и глубины (Н).

Природные тектонические напряжения формируются за очень длительный промежуток времени, и измеренная

-25

-50

500

1000

1500

2000

2500 Н,и

в,МПа

w \

. \ \ \ \v \ Скандинавия

\ Ypen ^ал \ Cfi. max \ Aecmp.

Япония \ \

r

V\ ЮАР

да

США

Рис. Графики изменения первоначальных напряжений с глубиной в различных странах мира Fig. Graphs of changes in initial stresses with depth in different countries of the world

Результаты определения первоначальных напряжений на месторождениях полезных ископаемых России и Казахстана Results of determination of initial stresses at mineral deposits in Russia and Kazakhstan

№ Город, месторож- Дата Н, м Метод Азимут, град Первоначальные горизонтальные верти-

дение измере- измере- напряжения, МПа кальные

ния, год ния Простирание рудного тела Действия апх ап У °nz

1 Североуральск

Североуральское 1 1997 490 Щ 180 90** -54,5 -33,0 -31,8

Североуральское 111 1981 800 Щ 180 90 -58,0 -38,0 -29,0

2 Краснотуринск 1968 П ЭА 180 6** -9,6 -1,5 -

Северо-Песчан- 1968 300* Ч -10,3 -7,9±2,7 -7,0

ское, 1 1968 380 Ч 123±9** -13,0 -8,0±4,4 -11,3

1982 430 П 90 -16,3 -12,5 -15,5

1984 500 Щ 90 -21,1±2,1 -17,6±8,3 -

1988 540 Щ 90 -19,0±1,5 -14,5±0,8 -15±0,6

3 Краснотуринск Новопесчанское,1 1975 370 П 36 146** -14,0±2,5 -6,4±2,7 -

4 Краснотуринск,1 800 Щ 137** -52,0 -30,0 -24,0

5 Березники, V

БКРУ-2 400 П 0 135 -24,1 -12,9 -17,9

БКРУ-3 400 П 0 107 -20,6 -13,2 -17,2

6 Соликамск, V СКРУ-1 300 П 0 75 -14,5 -9,2 -11,2

7 Сараны Сарановское, 1 1998 300 Щ 158 68** -16,6±1,5 -9,6±1,2 -7,8

8 Кушва 1982 125* Ч 40 130 -5,6±2,4 -2,9±4,4 -4,7±2,2

Валуевское, 1 1983 380 Щ 145 -26,1±4,0 21,1±8,6 -22,2±3,2

9 Кушва 1968 П ЭА 188 34** -17,9 -5,3 -

Горноблагодат- 1969 170* Ч 188 -17,7±3,4 14,0±3,4 -

ское 1 1980 260 Щ 188 -25,1 -18,7 -11,6

1980 600 Щ 155 -40,5 -21,3 -21,1

1988 760 Щ 146* -51 -17 -22,0

№ Город, месторож- Дата Н, м Метод Азимут, град Первоначальные горизонтальные верти-

дение измере- измере- напряжения, МПа кальные

ния, год ния Простирание рудного тела Действия апх ап У °nz

10 Нижний Тагил 1970 300 Ч 164 164 -15,5 -7,9 6,9

Лебяжинское 1983 510 Щ 166** -22,3±0,9 -19,3±0,9 21,1±8,6

11 Нижний Тагил П ЭА 144 156** -12,3 -6,7 -

Высокогорское 1983 510 Щ 155 -41,0±13,0 -37,0±7,0 -32,0±5,5

1983 590 Щ 155 -43,6±13,3 39,4±7,3 34,2±5,3

12 Нижний Тагил 1977 180 Ч 120 130 -25,4±4,6 -24,2±0,6 -20,9

Естюниское 1980 240 Щ 120** -37,0±7,0 -28,5±7,0 -34,3±4,1

1990 360 Щ 124 -77,0±8,9 -55,0±3,4 57,0±2,1

1994 420 Щ 124 -106 -84 -65

2005 460 Щ 140 -115 -90 -73

13 Кизил, Кизильское П -0,035Н -0,022Н -0,26Н

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

14 Березовский 1976 212 Ч 180 90 -13,6 -10,4 -8,5

Берёзовское, VI1 1980 262 Ч 90 -17,0 -11,0 -10,5

1980 312 ч, Щ 90 -17,9 -10,5 -13,0

1980 462 ч, Щ 90 -22,0 -17,0 -19,0

Берёзовское 1 1980 512 ч, Щ 90 -25,3 -18,9 -15,7

1997 712 Щ 112** -22,0 -18,0 -20,0

15 Вишневогорс, Вишневогорское III 320 Щ 40 40 -20 -13 -9

16 Сатка, Саткинское 130 Щ 65-80 70 -22,3±2,39 -19,8±3,8 -14,2±1,54

1 150 Щ, Ч -(10±0,29Н) -(10±0,29Н) -(10±0,29Н)

240 Щ, Ч -(10±0,29Н) -(10±0,29Н) -(10±0,29Н)

2007 240 Щ -28,5 -18,3 -

2019 240 Щ -40,7 -30,2 -14,9

17 Бакал, Ново-Бакальское 1982 150 Щ 45 45 -14,0 -11,0 -4,0

00 as

№ Город, месторождение Дата измере- Н, м Метод измере- Азимут, град Первоначальные напряжения, МПа горизонтальные вертикальные

ния, год ния Простирание рудного тела Действия апх ап У °nz

18 Бакал, Северо- 1982 180 Ш 45 45 -15,0 -12,0 -4,4

Шиханское 1988 180 Ш 45 45 -18,0 -12,0 -

2018 290 ш 45 45 -9,8±1,1 -9,3±0,3 -15,4±1,3

19 Учалы, Узельги-ское 111 1994 550 ш 0 -38,5 -37,4 -26,5

Узельгиское 1 1996 550 ш 96** -30,3 -26,8 -23,6

Узельгиское 1 1999 550 ш 96** -36,4 -24,4 -20,6

Узельгиское IV 1990 640 ш 96** -30,5±1,5 -25,9±1,1 -18,5±1,5

20 Пласт, Качкарское П ЭА 260 54** -34,0 -8,0 -

Шх. №16, 1, П 1968 192 Ч 260 5 -13,7 -6,0 -3,7

Шх. Центер, 1, П 1968 295 Ч 275 0 -31,3 -25,2 -9,5

Шх.Фрунзе, V 500 Ч 250 170 -47,0 -22,0 -15,0

Шх. 15 лет Октября 200+600 Ч 250 160 -0,05814 -О.ОЗЗН -О.ОЗН

Шх. Центральная 2016 512 Ш 275 0 -47,0 -22,0 -10,0

Шх. Центральная 2016 700 Ш 275 0 -64,0 -41,0 -33,0

21 Миндяк, Миндяк-ское, 1 и 11 1968 250* Ч 220 125 -6,4 6,2 6,0

22 Рудный, Соколов- 1986 250 Ч 180 90 -10 -4,0 -7,0

ское 1 2015 440 Ш -19,9±2,0 -19,6±1,0 -14,0

510 Ш -24,0±4,6 -20,2±3,1 14,0

580 Ш -20,9±3,5 -24,6±3,9 15,5

23 Гай, Гайское, VI 170 П 180 - -7,0-Ы0,0 -7,0-KL0,0 -6,0

270 П - -12,0 -12,0 -11,5

320 П - -16,5 -16,5 -14,0

460 П - -18,5-^22,0 -18,5-^22,0 -18

№ Город, месторождение Дата измерения, год Н, м Метод измерения Азимут, град Первоначальные напряжения, МПа горизонтальные вертикальные

Простирание рудного тела Действия апх ап " X ап У °Пг

Гайское, 1 1998 830 Щ 101±6** -39,9+4,5 18,7±1,2 21,8

2004 910 Щ 101±6** -41,6 -19,8 -25,0

2008 1070 щ - -48,7 -32,0 -33,3

2019 1390 щ - -67,3 -55,2 -37,0

24 Хромтау, Молодёжное, 1 1980 530 ЧБ, Щ 50 140 -18,6 -18,0 -13,3

25 Хромтау, Алмаз-Жемчужина, 1 1979 500 ЧБ 0 50** -20,9 -13,2 -13,2

26 Таштангол 1983 540 Щ 52 -45,2±8,0 -41,8±10 -20,0±45

1983 750 Щ -52,5±7,5 -45,2±3,6 -24,0±3,3

1985 890 П 150** -73±10 -44±8 -35±5

27 п. Яковлево, Яковлевск. ПР 2007 600 Щ 320 15 СВ-205 ЮЗ -21,7 -10,5 -10,4

28 Ирокинда 2004 200 Щ СЗ -9,3±1,4 -8,6±1,8 -7,4±0,9

2007 250 Щ СЗ -5,9±0,4 -10,8±1,2 -6,6±0,5

2017 250 Щ СЗ -9,4±3,0 -13,5±3,0 -6,7±2,3

410 Щ СЗ -17,5±5,1 -27,3±8,8 -11,6±3,7

29 Кедровское 2015 300 щ субмеридиональное -11,6±3,8 -4,9±1,0 -8,3±2,1

Кедровское 2015 400 щ субмеридиональное -15,3±0,9 -19,9±4,3 -10,3±1,1

30 Майское 2008 120 щ 355-357° -3,7±0,4 -4,3±0,5 -4,3±0,3

2020 500 щ 355-357° -24,2±2,0 17,5±1,6 12,7±1,0

31 Каральвеем 2012 510 щ СЗ -27,7±4,4 -22,5±4,3 -15,2±1,6

32 Коневинекое 2014 200 щ СЗ -6,6±1,9 -4,3±0,5 -5,4±0,6

2011 335 щ СЗ -12,0±0,7 -8,9±1,1 -9,0±2,1

2014 300 щ СЗ -11,9±2,0 -12,8±1,8 -8,1±0,7

№ Город, месторождение Дата измерения, год Н, м Метод измерения Азимут, град Первоначальные напряжения, МПа горизонтальные вертикальные

Простирание рудного тела Действия апх ап У °Пг

33 Зун-Холба 2003 50 Щ СЗ 310-330° -3,5±1,5 -3,3±1,1 -1,6±1,3

380 Щ СЗ 310-330° -14,6±5,0 16,6±1,8 -11 ±2,1

530 щ СЗ 310-330° -30,7±6,5 -18,9±4,0 -14,2±3,7

2017 940 щ СЗ 310-330° -26,0±3,0 -42,7±3,5 -25,3±2,1

2017 1000 щ СЗ 310-330° -45,3±26,5 -59,8±49,3 -35,6±13,5

34 Дарасун 1986-1989 400 щ св -4,1+1,6 -21,3+4,9 -12,3+2,1

500 щ св -4,1+1,4 -20,8+4,4 -11,6+1,5

600 щ св -5,2±2,8 -20,3±9,1 -10,9±2,2

700 щ св -19+2,1 -24,1+2,9 -14,3+1

2019 550 щ св -23,0±2,6 -14,8±4,5 -15,0±3,0

617 щ св -10,4±0,3 -9,3±1,6 -16,7±1,4

35 Ново-Широкинское 2008 220 щ СЗ 255° - 335° -4,4±0,4 -5,4±0,6 -6,7±0,3

36 Многовершинное 2012-2017 350 щ - -11,2±2,7 -11,1±1,9 -9,7±2,3

Примечание: Щ — данные, полученные при щелевой разгрузке массива горных пород; Ч — данные, полученные при частичной разгрузке массива горных пород; ЭА — данные, полученные экспериментально-аналитическим методом.

величина тектонических напряжений на месторождении остается «неизменной» [2] на период отработки всего месторождения. Тектоническую составляющую можно только измерить она изменяется в широких пределах от ноля до десятков МПа, но природная тектоническая составляющая неизменна в течение десятков лет.

Переменная «астрофизическая» [1] составляющая является величиной переменной, и ее необходимо непрерывно отслеживать, т. к. период ее изменения составляет 11 — 13 лет, 84-93 года, 200 — 400 лет и т.д. [1].

Результаты экспериментальных исследований определения первоначальных напряжений на месторождениях полезных ископаемых России и Казахстана

При использовании результатов измерения напряжений в различных регионах мира при прогнозировании на 2 — 3 года вперед можно районировать территорию России и всего мира по фактору техно-природных катастроф, приняв напряжение в элементах горно-капитальных выработок

аг-к = 2,4ап-р,

в элементах подготовительно-нарезных выработок

ап-н = 2,4 ■ ап-р ■ 2,6 = 6,2апр.

Районирование территории Российской Федерации по риску технопри-родных катастроф нужно проводить не в плане, а по глубине, как при оценке удароопасности:

- горно-капитальные выработки (это массив);

- подготовительно-нарезные выработки (это элементы систем разработки).

Результаты

В результате проведенных замеров в 2020 г. и анализа накопив-

шихся результатов измерений с 1968 по 2020 гг. [9 — 12] в основных горнодобывающих районах России и мира (табл., рис.) был сделан прогноз изменения напряжений в массиве горных пород на ближайшие 3 и последующие годы [1].

В 21 веке астрофизики Пулковской обсерватории спрогнозировали 4 ступени понижения Sо: 2002 — 2009 гг.; 2014 — 2022 гг.; 2025 — 2033 гг. и 2036 — 2045 гг., после чего должен наступить очередной минимум Маундера (до 2100 г.) [1].

Заключение

Напряженно-деформированное состояние массива крепких горных пород формируется в результате действия гравитационных, тектонических и переменных «астрофизических» сил. Гравитационную составляющую напряжений находят расчетом (уН), тектоническую можно только измерить экспериментально на конкретном месторождении, и она находится в пределах 0^40 МПа. А переменная «астрофизическая» [1] составляющая зафиксирована как единая для всей земной коры в пределах 0^20 МПа и скорость ее роста до 2022 года прогнозируется на 3^4 МПа в год. Именно переменные «астрофизические» напряжения суммируясь с гравитационными и тектоническими составляющими массива горных пород, в периоды экстремумов инициирует тех-ноприродные катастрофы, приводящие к гибели сотен и тысяч людей [13].

По результатам измерения напряжений на различных рудниках Урала и Сибири суммарные тектонические и пульсирующие напряжения достигают нескольких десятков МПа. При анализе мировых данных переменная составляющая достигает порядка 10 МПа, что также говорит о значительной величине тектонической состав-

ляющей. Для отдельных конструкций веса. Такой подход широко апробиро-при расчете напряженного состояния ван на практике и представлен в рабо-был задан режим учета собственного тах [14 — 18].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Зубков А. В. Закономерности формирования напряженного состояния массива горных пород в верхней части земной коры // Литосфера. 2015. № 6. C. 116 — 129.

2. Зубков А. В. Закон формирования природного напряженного состояния земной коры / А. В. Зубков // Доклады Академии наук. — 2018. — Т. 483. — № 3. — C. 1 — 11.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3. Зубков А. В. Методика определения природных напряжений в массиве по деформации карьера с использованием спутниковых навигационных систем / А. В. Зубков, К. В. Селин, С. В. Сентябов // Литосфера. — 2019. — № 5. — C. 767 — 779. — (DOI: 10.24930/1681—9004—2019 — 19—5-767—779.

4. Мясков А. В. Методологические основы эколого-экономического обоснования сохранения естественных экосистем в горнопромышленных регионах //Горный информационно -аналитический бюллетень. -2011. — № 1. — С. 399 — 401.

5. Мясков А. В. Современные эколого-экономические проблемы недропользования // Горный информационно-аналитический бюллетень. -2014. — № 2. — С. 157 — 160.

6. Timonin V. V., Kondratenko A. S. Process and measuring equipment transport in uncased boreholes // J. Min. Sci. 2015. VoL 51. No 5 pp. 1056—1061.

7. Сидоров Д. В., Потапчук М. И., Сидляр А. В. Прогнозирование удароопасности тектонически нарушенного рудного массива на глубоких горизонтах Николаевского полиметаллического месторождения // Записки Горного института. -2018. — Т. 234. -С. 604—611.

8. Еременко В. А., Гахова Л. Н., Семенякин Е. Н. Формирование зон концентрации напряжений и динамических явлений при отработке рудных тел Таштагольского месторождения на больших глубинах // ФТПРПИ. -2012. — № 2. — С. 80—87.

9. Hong K., Han E., Kang K. Determination of geological strength index of jointed rock mass based on image processing // Journal of Rock Mechanics and GeotechnicaL Engineering. 2017.No 9. Pp. 702—708.

10. Sosnovskaya E. Control over The geotechnicaL processes the goLdfieLds of Eastern Siberia = Управление геомеханическими процессами на золоторудных жильных месторождениях Восточной Сибири/ E. Sosnovskia, N. Avdeev // Известия вузов. Горный журнал. — 2019. — № 5. — C. 21 — 29. — DOI: 10.21440/0536 — 1028—2019—521 — 29.

11. Avdeev A. GeomechanicaL conditions of veingoLd deposits in permafrost zone = Геомеханические условия жильных золоторудных месторождений криолитозоны / A. Avdeev, E. Sosnovskaya. — DOI: https: // doi.org/10.1051/e3sconf/202019201026 // E3S Web of Conferences : VIII International Scientific Conference «Problems of Complex Development of Georesourcef» (PCDG 2020), Khabarovsk, Russia Federation, September 8—10, 2020 г. = VIII Международная научная конференция «Проблемы комплексного освоения георесурсов». — 2020. — Vol. 192. — p. 01026.

12. Сосновская Е. Л. Оценка первоначального напряженного состояния массива горных пород в криолитозоне (на примере Ирокиндинского месторождения) / Е. Л. Сосновская, А. Н. Авдеев. — DOI: 10.25018/0236 — 1493—2020—31 — 0-208 — 215 //Проблемы недропользования: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2020. — № 3 — 1. — С. 208—215.

13. Сентябов С. В. Геомеханические аспекты формирования природных напряжений в бетонной крепи шахтных стволов / С. В. Сентябов. — DOI: 10.25018/0236 — 1493 —

2020—31 — 0-199—207 ///Проблемы недропользования: Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). — 2020. — № 3—1. — С. 199—207.

14. Yang Z.-S., Peng F.-L., Qiao Y.-K., Hu Y.-Y. A new cryogenic sealing process for the Launch and reception of a tunnel shield // Tunnelling and Underground Space Technology. 2019, 85, pp. 406—417.

15. Hu X., Fang T., Chen J., Ren H., Guo W. A large-scale physical model test on frozen status in freeze-sealing pipe roof method for tunnel construction // Tunnelling and Underground Space Technology. 2018, 72, pp. 55—63.

16. Rib S. V. The influence of rock interlayer location on the stress-strain state of the rock massif near the underground mine // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018. Vol. 206. Pp. 1 — 4 (012011) (accessed: http: // library.sibsiu.ru).

17. Gell E. M., Walley S. M, Braithwaite C. H. Review of the Validity of the Use of Artificial Specimens for Characterizing the Mechanical Properties of Rocks // Rock Mechanics and rock Engineering, 2019, no. 3, pp. 1 — 13.

18. Липин Я. И. Исследование вариаций поля упругих напряжений массива пород при отработке Песчанского месторождения / Я. И. Липин, С. В. Сентябов, Р. В. Кри-ницын. — DOI: 10.21440/0536 — 1028—2020—5-19—28 // Известия вузов. Горный журнал. — 2020. — № 4. — С. 19—28. ЕЛЭ

REFERENCES

1. Zubkov A. V. Regularities of the formation of the stressed state of the rock mass in the upper part of the earth's crust. Lithosphere. 2015. no. 6. P. 116 — 129.

2. Zubkov A. V. The law of formation of the natural stress state of the earth's crust / A. V. Zubkov. Reports of the Academy of Sciences. 2018. T. 483. no. 3. pp. 1 — 11.

3. Zubkov AV Methods for determining natural stresses in the rock mass by deformation of a quarry using satellite navigation systems / AV Zubkov, K. V. Selin, S. V. Sentyabov. Lithosphere. 2019. no. 5. C. 767 779. (DOI: 10.24930 / 1681-9004-2019-19-5-767-779.

4. Myaskov A. V. Methodological foundations of the ecological and economic substantiation of the preservation of natural ecosystems in the mining regions. Gorny information-analytical bulletin. -2011. no. 1. pp. 399 — 401.

5. Myaskov A. V. Modern ecological and economic problems of subsoil use. Mining information and analytical bulletin. -2014. no. 2. pp. 157 — 160.

6. Timonin V. V., Kondratenko A. S. Process and measuring equipment transport in uncased boreholes. J. Min. Sci. 2015. Vol 51.no. 5 pp. 1056—1061.

7. Sidorov D. V., Potapchuk M. I., Sidlyar A. V. Prediction of rock burst hazard of a tectonically disturbed ore massif on deep horizons of the Nikolaev polymetallic deposit. Zapiski Gornogo instituta. -2018. T. 234. pp. 604—611.

8. Eremenko V. A., Gakhova L. N., Semenyakin E. N. Formation of stress concentration zones and dynamic phenomena during mining of ore bodies of the Tashtagol deposit at great depths. FTPRPI. 2012. no. 2. pp. 80—87.

9. Hong K., Han E., Kang K. Determination of geological strength index of jointed rock mass based on image processing. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering. 2017.no. 9. pp. 702 — 708.

10. Sosnovskaya E. Control over The geotechnical processes the goldfields of Eastern Siberia = Control of geomechanical processes at the gold vein deposits of Eastern Siberia / E. Sosnovskia, N. Avdeev. Izvestiya vuzov. Mining magazine. 2019. no. 5. pp. 21 — 29. DOI: 10.21440 / 0536—1028—2019—5-21—29.

11. Avdeev A. Geomechanical conditions of veingold deposits in permafrost zone = Geomechanical conditions of vein gold ore deposits in the permafrost zone / A. Avdeev, E. Sosnovskaya. DOI: https:. doi.org/10.1051/e3sconf/202019201026. E3S Web of Conferences: VIII International Scientific Conference "Problems of Complex Development

of Georesourcef" (PCDG 2020), Khabarovsk, Russia Federation, September 8 — 10, 2020 = VIII International Scientific Conference "Problems of Integrated Development of Georesources". 2020. Vol. 192. p. 01026.

12. Sosnovskaya EL Assessment of the initial stress state of the rock mass in the permafrost zone (by the example of the Irokindinskoye deposit) / EL Sosnovskaya, AN Avdeev. DOI: 10.25018 / 0236—1493—2020 — 31 — 0-208—215. Problems of subsoil use: MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2020. no. 3—1. pp. 208—215.

13. Sentyabov SV GeomechanicaL aspects of the formation of natural stresses in the concrete support of mine shafts / SV Sentyabov. DOI: 10.25018 / 0236 — 1493—2020 — 31 — 0-199—207. Problems of subsoil use: MIAB. Mining Inf. Anal. Bull. 2020. no. 3—1. pp. 199—207.

14. Yang Z.-S., Peng F.-L., Qiao Y.-K., Hu Y.-Y. A new cryogenic sealing process for the Launch and reception of a tunnel shield. Tunnelling and Underground Space Technology. 2019, 85, pp. 406 — 417.

15. Hu X., Fang T., Chen J., Ren H., Guo W. A Large-scale physical model test on frozen status in freeze-seaLing pipe roof method for tunnel construction. Tunnelling and Underground Space Technology. 2018, 72, pp. 55 — 63.

16. Rib S. V. The influence of rock interLayer Location on the stress-strain state of the rock massif near the underground mine. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. 2018. Vol. 206. pp. 1 — 4 (012011) (accessed: http:. Library.sibsiu.ru).

17. GeLL E. M., WaLLey S. M, Braithwaite C. H. Review of the Validity of the Use of Artificial Specimens for Characterizing the Mechanical Properties of Rocks. Rock Mechanics and rock Engineering, 2019, no. 3, pp. 1 — 13.

18. Lipin Ya. I., Sentyabov S. V., Krinitsyn R. V. Investigation of variations in the field of elastic stresses in rock mass during the development of the Peschanskiy deposit. DOI: 10.21440 / 0536 — 1028—2020—5-19—28. Izvestiya vuzov. Mining magazine. 2020. no. 4. pp. 19—28.

ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ

Зубков Альберт Васильевич1 — докт. техн. наук, главный научный сотрудник лаборатории геодинамики и горного давления, е-maiL: sentyabov1989@maiL.ru; Сентябов Сергей Васильевич1 — канд. техн. наук, старший научный сотрудник лаборатории геодинамики и горного давления, е-maiL: sentyabov1989@maiL.ru; Криницын Роман Владимирович1 — заведующий лаборатории геодинамики и горного давления, е-maiL: Roman_krinicyn@maiL.ru

Селин Константин Владимирович1 — научный сотрудник лаборатории геодинамики и горного давления, е-maiL: stress.igd@maiL.ru; 1 Институт горного дела УрО РАН, Екатеринбург, Россия.

INFORMATION ABOUT THE AUTHORS

Zubkov A. V.1, Dr. Sci. (Eng.), Chief Researcher, e-maiL: sentyabov1989@maiL.ru; Sentyabov S. V.1, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher, e-maiL: sentyabov1989@maiL.ru; Krinitsyn R. V.1, Head of Laboratory, e-maiL: Roman_krinicyn@maiL.ru; Selin K. V.1, Researcher, e-maiL: stress.igd@maiL.ru;

1 Institute of Mining of Russian Academy of Sciences, Ekaterinburg, Russia.

Получена редакцией 15.12.2020; получена после рецензии 01.03.2021; принята к печати 10.04.2021. Received by the editors 15.12.2020; received after the review 01.03.2021; accepted for printing 10.04.2021.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.