Научная статья на тему 'СОХРАННОСТЬ ПРИРОДНО-ИСКУССТВЕННЫХ МАССИВОВ ПРИ ДОБЫЧЕ РУД В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННОЙ СЕЙСМИКИ'

СОХРАННОСТЬ ПРИРОДНО-ИСКУССТВЕННЫХ МАССИВОВ ПРИ ДОБЫЧЕ РУД В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННОЙ СЕЙСМИКИ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
16
6
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
РУДА / ПОРОДА / РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ / НАПРЯЖЕНИЯ / СЕЙСМИКА / МАССИВ / ЗАКЛИНИВАНИЕ / УПРАВЛЕНИЕ

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Валиев Нияз Гадым, Голик Владимир Иванович, Дмитрак Юрий Витальевич, Габараев Георгий Олегович, Кожиев Хамби Хадзимурзович

Целью работы является обоснование несущей способности породных массивов создавать несущие конструкции при образовании в них техногенных пустот. Методика проведения исследований включает анализ теории и практики применения природоохранных технологий управления состоянием скальных массивов с сохранением земной поверхности. Результаты. Дана характеристика сложноструктурных месторождений и указаны основные отличительные черты их разработки. Систематизированы данные о разработке Садонских месторождений в условиях повышенной сейсмики. Изложены результаты исследования взаимодействия структурных блоков пород с динамикой напряжений гравитационно-тектонически-структурного поля. Сформулирован и описан математически механизм восстановления несущей способности за счет бокового распора структурных блоков в зоне разупрочнения пород. Приведены модели управления. Показано, что при создании определенных условий разрушение отдельных элементов массива в прилегающей к рудному телу зоне не всегда вызывает разрушение массива в целом. Предложена генеральная модель состояния системы«нетронутый-разрушенный массив», описывающая рудовмещающие массивы как скальную дискретную среду, жесткость которой изменяется в процессе деформирования в зависимости от вызванных потерей частью пород несущей способности напряжений. Предложен метод ранжирования технологий разработки месторождений по опасности развития критических напряжений и деформаций. Разработана классификация способов управления массивами.Выводы и область применения результатов. Локализация месторождений в зоне активного сейсмического воздействия требует согласования с геодинамическими процессами для сохранения земной поверхности от разрушения. Оптимальное по геомеханическому признаку управление обеспечивается разгрузкой от высоких напряжений, которая способствует плавному сдвижению налегающих пород без разрушения сплошности при невысоких скоростях развития очистной выемки. Результаты исследования могут быть востребованы при разработке месторождений твердых металлических руд.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Валиев Нияз Гадым, Голик Владимир Иванович, Дмитрак Юрий Витальевич, Габараев Георгий Олегович, Кожиев Хамби Хадзимурзович

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

TO THE STRENGTH OF NATURAL-ARTIFICIAL MASSIVES DURING ORE MINING IN HIGH SEISMIC ZONES

The research methodology includes an analysis of the theory and practice of applying environmental technologies for managing the state of rock massifs while preserving the earth's surface. Results. The characteristic of complex-structured deposits is given and the main distinctive features of their development are indicated. The data on the development of the Sadonsky deposits in conditions of increased seismicity are systematized. The results of studying the interaction of structural blocks of rocks with the dynamics of stresses of the gravity-tectonic-structural field are presented. The mechanism of restoring the bearing capacity due to the lateral expansion of structural blocks in the zone of rock softening has been formulated and described mathematically. Models of management are given. It is shown that when certain conditions are created, the destruction of individual elements of the massif in the zone adjacent to the ore body does not always cause destruction of the massif as a whole. A general model of the state of the “intact-destroyed mass” system is proposed, which describes the ore-bearing massifs as a rocky discrete medium, the rigidity of which changes during deformation depending on the stresses caused by the loss of a part of the rocks. A method for ranking field development technologies according to the risk of critical stresses and deformations is proposed. A classification of mass management methods has been developed. Conclusionsandscopeoftheresults. Localization of deposits in the zone of active seismic impact requires coordination with geodynamic processes to preserve the earth's surface from destruction. Optimal geomechanical control is provided by unloading from high stresses, which contributes to the smooth movement of overlapping rocks without breaking the continuity at low rates of development of the longwall. The results of the study can be in demand in the development of deposits of solid metal ores.

Текст научной работы на тему «СОХРАННОСТЬ ПРИРОДНО-ИСКУССТВЕННЫХ МАССИВОВ ПРИ ДОБЫЧЕ РУД В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННОЙ СЕЙСМИКИ»

УДК 504.55.054:622(470.6) http://doi.org/10.21440/2307-2091-2021-4-71-79

сохранность природно-искусственных массивов при добыче руд в условиях повышенной сейсмики

Нияз Гадым оглы ВАЛИЕВ1* Владимир Иванович ГоЛИк2** Юрий Витальевич ДМИТрак3*** Георгий олегович ГАБАрАЕВ4**** Хамби Хадзимурзович коЖИЕВ5*****

1Уральский государственный горный университет, Екатеринбург, Россия

2 Геофизический институт Владикавказского научного центра Российской академии наук, Владикавказ, Республика Северная Осетия - Алания, Россия

3, 4, 5Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет), Владикавказ, Республика Северная Осетия - Алания, Россия

Аннотация

Целью работы является обоснование несущей способности породных массивов создавать несущие конструкции при образовании в них техногенных пустот.

Методика проведения исследований включает анализ теории и практики применения природоохранных технологий управления состоянием скальных массивов с сохранением земной поверхности. Результаты. Дана характеристика сложноструктурных месторождений и указаны основные отличительные черты их разработки. Систематизированы данные о разработке Садонских месторождений в условиях повышенной сейсмики. Изложены результаты исследования взаимодействия структурных блоков пород с динамикой напряжений гравитационно-тектонически-структурного поля. Сформулирован и описан математически механизм восстановления несущей способности за счет бокового распора структурных блоков в зоне разупрочнения пород. Приведены модели управления. Показано, что при создании определенных условий разрушение отдельных элементов массива в прилегающей к рудному телу зоне не всегда вызывает разрушение массива в целом. Предложена генеральная модель состояния системы «нетронутый-разрушенный массив», описывающая рудовмещающие массивы как скальную дискретную среду, жесткость которой изменяется в процессе деформирования в зависимости от вызванных потерей частью пород несущей способности напряжений. Предложен метод ранжирования технологий разработки месторождений по опасности развития критических напряжений и деформаций. Разработана классификация способов управления массивами.

Выводы и область применения результатов. Локализация месторождений в зоне активного сейсмического воздействия требует согласования с геодинамическими процессами для сохранения земной поверхности от разрушения. Оптимальное по геомеханическому признаку управление обеспечивается разгрузкой от высоких напряжений, которая способствует плавному сдвижению налегающих пород без разрушения сплошности при невысоких скоростях развития очистной выемки. Результаты исследования могут быть востребованы при разработке месторождений твердых металлических руд.

Ключевые слова: руда, порода, разработка месторождений, напряжения, сейсмика, массив, заклинивание, управление.

введение

Разработка скальных месторождений в зоне активного сейсмического воздействия адекватно связана с геодинамическими процессами на данном участке литосферы, а повышение напряжений в массиве до уровня критических ухудшает качественные показатели использования недр [1-3]. Большая часть руд добывается из месторождений, выделяемых в отдельную группу сложноструктур-

ных, особенностью которых является мозаично-глыбовое строение, обусловленное системами разломов и трещин (рис. 1).

Зоны разломов сложены элементами тектонических швов, между которыми находятся нарушенные породы. Рудные тела приурочены к антиклинальным и синклинальным структурам и разбиты на структуры со слож-

EDatf.gd@rn.ursmu.ru

https://orcid.org/0000-0002-5556-2217 "v.i.golik@mail.ru

https://orcid.org/0000-0002-1181 -8452 "dmitrak@yandex.ru ""hambi@list.ru

СИЗ-17 Е^-18 ЕггЗ-19

Рисунок 1. Тырныаузское месторождение: 1 - четвертичные отложения; 2 - мукуланская свита; 3 - мраморы; 4 - биотитовые роговики; 5-вулканогенная свита; 6- песчаники; 7-фи ллиты; 8-эльджуртинская свита; 9- сланцы, гнейсы, ма гматиты; 10- песчаники и конгломераты ; 11 - кварцевые платиоп орфиры; 12 - ли париты; 13 - эльджуртинский гранит; 14 - лейкократовые гранитоиды; 15 - ультраосаовные породы; Ы6 - с кар-ы и пироксеновые ноганики; 17 -брекчии; 18- тектоническне контатты; 191 - з мейский ттд-иг FiguBe 1. Tyrnyauz deposiO: В - -uatcrnaT sedimеп^к^;^ - Мс-Шапоква- suite; 0 - marbl е s ; Н- biatitecherks; 0- volKanogeni; т-ite; 6 - sankstones; ТтрИуllites; 8 - Eldzhurta suite; 9 - shale rocks, gneisses, magmatites; 10 - sandstones and conglomerates; 11 - quartz plagio-porp hyres; 72-liparites;e3-Eldeh u rtagranite; 14-\e ucocratic granitoids; k5-uttrabasic rocks; -6-skarnsasd pyroxe ne chei^^; 77-brexo\as; 18 - tdcCoxiecantacts; 19 - serpen t massosertXrusb

ноориентированными разрывными нарушениями и трещинами низких порядков. Напряженность массивов характеризуется коэффициентом их удароопасности, достигающим 95 %.

Рудный массив представляет собой совокупность структурных блоков преимущественно малого размера, образованных системами трещин, что способствует накоплению и высвобождению энергии в динамической форме.

При подземной разработке месторождений скального типа с блочной структурой образование пустот сопровождается разрушением массива в форме потери сцепления структурных блоков пород с радикальным изменением состояния окружающей среды на участке земной коры [4-7].

Целью исследований становится сохранность при-родно-искусственных массивов при добыче руд в зонах повышенной сейсмики.

Для достижения поставленной цели технологические процессы модернизируются по признаку более полного использования свойств пород при формировании устойчивых природно-техногенных массивов [8-10].

Методика

Геомеханическая позиция оценивается комплексными исследованиями состояния природно-техноген-ных массивов на каждой из стадий эксплуатации месторождений.

Результаты исследований становятся основанием для конструирования модели состояния геомеханической системы. Технологии управления типизируются по признаку сохранения геомеханической стабильности в рамках классификации.

Сохранность природно-искусственных массивов при добыче руд в зоне повышенной сейсмики исследуется на примере рудников Садонской группы.

Результаты

В РСО-Алании группа месторождений расположена в зоне повышенной активности, где происходят катастрофы, например, сход ледника Колка в 2002 г. В недрах месторождений локализовано до 5 млн м3 пустот, которые не только реагируют на изменения геодинамической и сейсмической ситуации в регионе, но и сами оказывают влияние на регион Северного Кавказа.

Месторождения Садонской группы представлены рудными телами с пережимами, раздувами и рудными столбами, залегающими на глубинах до 250-1000 м. Концентрирующим оруденением является Садонский разлом, в пределах которого образована зона раздавленных пород, вмещающая рудные тела в форме жил или прожил-ково-вкрапленников, свойства которых представлены в табл. 1.

Таблица 1. Физико-механические свойства пород Table 1. Physical and mechanical properties of rocks

Модуль, МПа Прочность, МПа Коэффициент

Упругости Сдвига Сжатие Растяжение Хрупкости Крепости

Граниты 0,48 0,19 110,0 6,00 18,3 11

0,55 0,23 78,0 7,00 11,1 8

Песчаники 0,07 0,14 62,0 8,50 7,5 7

0,51 0,12 45,3 2,65 7,1 7

Алевролиты 0,43 15,0 25,0 4,80 6,8 6

Известняки 0,58 0,22 129,0 5,30 7,2 6

0,51 0,18 79,2 77,10 7,0 4

0,44 0,16 80,9 4,60 6,7 4

Сланцы 0,85 0,35 195,5 10,49 5,6 4

0,71 0,31 93,2 6,20 6,0 7

Порфириты 0,79 0,27 35,2 6,10 17,5 10

0,41 0,15 69,0 30,00 12,1 9

За 160 лет эксплуатации месторождения его запасы отработаны на территории около 1 км по глубине и более 2 км по простиранию. Выборочно отрабатывали рудные участки в благоприятных условиях с наиболее высоким содержанием металлов в руде. Отработка велась в центральной части месторождения, а фланги рудного поля и нижние горизонты отставали, поэтому пустоты оказались рассредоточенными по площади месторождения. Оставление пустот незаложенными осложнило геодинамическую ситуацию и способствовало перераспределению напряжений и деформаций, что сопровождалось увеличением разубоживания.

В Северо-Осетинском регионе Большого Кавказа локализация рудных месторождений связана с крупными антиклиналями широтного направления. По данным Л. А. Варданянца, линия разрыва, проходящая по р. Каба-хи, протягивается к западу вдол ь водораздела между ледниками Девдорак и Чач, а еще дальше под ледяным покровом северного склона Казбека. В южной части Дарьяла, где р. Терек пересекает линию разрыва, де йствует природный фактор, задерживающий углубление более верхней части долины р. Терек и оставляющий почти неизменным ее базис эрозии. Горст поднимается, поэтому Дарьял является эпицентром землетрясений (рис. 2).

Регулирование напряжений в массивах обеспечивает сохранность массива и земной поверхности в сложных горно-геологических условиях, а также возможность управления геодинамикой массива.

Закладочный массив формируют путем рациональной комбинации породной и твердеющей закладки. Порода не обладает необходимой несущей способностью из-за усадки до 30 %, поэтому массив из сыпучей закладки уплотняют действием взрыва или сжатого воздуха, повышают его влажность, оптимизируют крупность, пропитывают песчано-цементным раствором и т. п.

В дискретном массиве с грав итационно-тектониче-ски-структурным полем действуют главдые вертикальные напряжения 51 и главные горизонтальные напряжения 52,З:

«1 ± Чз>

где к - параметр, зависящий от степени искажения напряжений структурно-тектоническими условиями.

Оптимальна модель управлен ия, при которой массив разделяют на участки, где прочность перекрытия определяется напряжениями пород не столбом до поверхности, а лишь в нижнем его слое. При невозможности обеспечения этого условия пустоты закладывают. Требуемый подъем свода при частичном заполнении пустот определяют по уравнению:

где v - коэффициент устойчивости пород,

d0 R" v = 2 — - — d R'

где - вертикальный и горизонтальный размер структурных блоков; Я'сж, 11"ж - временное сопротивление горных пород при одноосном сжатии, кг/см2.

В зоне разупрочнения пород напряженность заклинивания структурных блоков восстанавливается за счет напряжений в кровле и бокового распора структурных блоков:

0 max 0 max

7°<a^T+a.= J Jx(dxl9dx2...dxn)—> озяхл = J fo(dHs),

где аг - напряжение распора структурных блоков нижнего слоя, м.

Условие сбалансированности системы описывается моделью:

Рисунок 2. Геологическое строение района локализации рудного узла Figure 2. Geological structure of the localization area of the ore cluster

a, ±ko„ < a =

1 23 сж

z0max

K= j" fa(dx1,dx2...dxn)—>-

о -к

закл упр

о -к

закл упр

0 max

J MdHs);

О

'0max

J Jx(dHs+dHc);

В

°с«пРи Н=Н^азш=кущ\/х(с1НУ,

Модель управления устойчивостью напряженно-деформированной системы приобретает вид:

m max

Z J к14а

max i

h =

max max max

J/vJ/sJ/m,

min min min

a = d.

I о/?;, yKHVc~

H <[°Г»

L Jkdmt L Jp. n

Высота зоны распространения критических напряжений под влиянием критических напряжений, м:

н = /[оГ >Й =/Ы ,

J V Jкpит |сх" J I -1тсхн '

где ^техн - высота зоны влияния работ, м.

где а - полупролет предельного свода самозаклинивания, м; 10 - коэффициент перевода кг/см2в т/м2; V, - объемная масса пород, т/м2; Н - глубина расположения пяты свода, м; К - коэффициент запаса, К = 2-3.

Гипотезы управления состоянием массива исходят из условия сохранности его как непревышение высоты зоны влияния горных работ по сравнению с глубиной расположения рудного тела:

Н < цН ,

м 1 п

где Нм - глубина месторождения от верхней границы рудного тела до поверхности, м; Нп - высота зоны влияния пустоты по вертикали, м; Г| - коэффициент запаса.

Самозаклинивание структурных блоков пород происходит в том случае, если пролет предельного свода не

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

где V- объем пустот, м3; 5 - площадь подработки, м2; т -мощность пустот по нормали, м.

Параметры предельного свода самозаклинивания менее пролета зоны «бруш™ пород В структурных блоков пород, предшествующие критическим напряжениям по С. В. Ветрову:

Z > В.

пред

a3 *

Если структурные блоки в вертикальном и горизонтальном направлениях имеют одинаковые размеры и прочность, коэффициент устойчивости пород в своде рай Я" 1 2а вен 2, а подъем свода при — = —= 1 равен п = —.

Л В! с 4

1 сж

При ^пред >В полупролет фактической зоны обрушения пород:

Пустоты заполняют твердеющей закладкой с тем, чтобы при уменьшенной высоте выработанного пространства обеспечивалось неравенство:

^ \ 2 . ~ Л К

1 сж

где Нс - подъем свода при частично заполненном пространстве, м.

При прогнозировании влияния пустот на земную поверхность учитывают, что в пределах зоны ослабления под сводом естественного равновесия или самозаклинивания разрушения исключить нельзя. Выше свода находится зона заклинившихся пород, переходящая по величине напряжений в нетронутый массив. Для того чтобы закладка обеспечивала устойчивость верхней зоны, ее компрессионные свойства не должны вызывать необратимой реакции.

Математическая модель управления состоянием массива включает положение, что разрушение отдельных элементов массива в прилегающей к рудному телу зоне не всегда вызывает разрушение массива.

Для управления массивом посредством регулирования напряжений и деформаций применяют мониторинг состояния массива и слагающих его пород (рис. 3).

Состояние массивов определяется совместным действием гравитационных сил и разломной структуры. У плоскостей разломов и очистных выработок формируются зоны падений напряжений, за которыми следуют зоны концентрации напряжений.

По мере увеличения площади технологической подработки для скальных массивов характерно развитие деформаций с разделением пород на отдельности и оседанием налегающей толщи. Образование конструкции из нарушенных скальных пород с сохранением несущей способности не всегда и не только определяется глубиной работ.

Модель состояния системы «нетронутый-разрушен-ный массив» описывает массивы как скальную дискретную среду, жесткость которой изменяется в процессе деформирования в зависимости от напряжений, вызванных потерей частью пород несущей способности. Отслаивающаяся часть структурных отдельностей создает упругий отпор массе пород, разгружая ее от высоких напряжений. Развитие напряжений и соответствующих им деформаций массива сопровождается отслоениями пород от массива в течение определенного для данных условий времени после обнажения.

Объемное напряженное состояние массива по мере удаления от зоны очистных работ изменяется от состояния, близкого к обобщенному растяжению и обобщенному сдвигу, до состояния обобщенного сжатия в глубине массива.

Степень опасности технологий разработки месторождений для развития критических напряжений и деформаций оценивают коэффициентом К, который включает введенный нами коэффициент Кт з:

К=ф(У -V К ),

1 т V о зап т. з/

где Уо - объем образованных пустот, м3; Узап - объем заполненных пустот, м3; Кт з - коэффициент, учитывающий долю твердеющей закладки при погашении пустот.

Рисунок 3. Конструкция геомеханической модели управления массивом Figure3. Constructionof ageomechanical rockmasscontrol model

Таблица 2. Типизация способов управления массивами Table 2. Typification of rock mass management methods

Состояние массива

Способы управления

Условия применения

Естественное управление

Принудительное управление

С открытыми пустотами С изоляцией пустот С обрушением пород

Без разгрузки напряжений: с твердеющей закладкой комбинированные

С разгрузкой напряжений: надработка подработка

вертикальными щелями

Руды малой и средней ценности, возможность разрушения земной поверхности

Ценные руды, необходимость сохранения земной поверхности от разрушения

Опережающая отработка некоторых участков месторождений разгружает кровлю с передачей опорного давления на искусственные массивы, прочность которых за счет реакций твердения бетона увеличивается в 1,3-1,5 раза за 6-12 мес. Над выемочным участком создается новый свод, пролет которого превышает пролеты сводов над закладочными массивами первой очереди. При выемке этого свода высотой, сравнимой с глубиной работ, поверхность разгружается на всей площади подработки, при меньшей же высоте прочность закладочных массивов руд должна выдержать пригрузку пород в пределах вновь образованного свода.

Закладочные массивы создают подпор породным массивам, что обеспечивает условия объемного сжатия для закладочного материала на величину, оцениваемую коэффициентом 1,2-1,4:

[а] = К [а]

J Jmln

где [а] . - прочность закладки камер, МПа; [а] - прочность закладки без учета бокового подпора, МПа; К - коэффициент бокового подпора.

Из конкурирующих вариантов разработки с сохранением земной поверхности приемлем тот,

затраты которого на добычу и переработку сырья минимальны. Технологии управления различаются в рамках типизации по признаку управляемости (табл. 2).

Концепция данного исследования может быть востребована при модернизации технологий добычи металлических руд [11-13].

Результаты исследования согласуются с выводами, полученными специалистами зарубежья в сравнимых условиях [14-18].

выводы

Локализация месторождений в зоне активного сейсмического воздействия требует модернизации методов управления геодинамическими процессами для сохранения литосферы от разрушения.

Минимизация затрат на управление состоянием массива и улучшение качества добываемых руд достигаются использованием остаточной прочности разрушенных пород за счет их естественного заклинивания в пределах свода естественного равновесия.

Снижение уровня напряжений до безопасной величины обеспечивается инженерными мероприятиями с опережающей разгрузкой массивов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Zaalishvili V. B., Melkov D. A., Kanukov A. S., Dzeranov B. V., Shepelev V. D. Application of microseismic and calculational techniques in engineering-geological zonation // International Journal of GEOMATE. 2016. Vol. 10. No. 1. P. 1670-1674. https://doi.org/10.21660/2016.19.5312

2. Голик В. И., Разоренов Ю. И., Дмитрак Ю. В., Габараев О. З. Повышение безопасности подземной добычи руд учетом геодинамики массива // Безопасность труда в промышленности. 2019. № 8. С. 36-42. https://doi.org/10.24000/0409-2961-2019-8-36-42

3. Валиев Н. Г., Пропп В. Д., Вандышев А. М. Кафедре горного дела УГГУ - 100 лет // Известия вузов. Горный журнал. 2020. № 8. С. 130-143. https://doi.org/10.21440/0536-1028-2020-8-130-143

4. Земсков А. Н., Лискова М. Ю., Смирнова Е. В. Анализ условий труда горнорабочих и мероприятия по нормализации пылевого и газового состава атмосферы шахт и рудников // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2017. № 2. С. 58-68.

5. Бригида В. С., Кожиев Х. Х., Сарян А. А., Джиоева А. К. Пространственно-временные задачи геоэкологии - междисциплинарный подход // ГИАБ. 2020. № 4. С. 20-32. https://doi.org/10.25018/0236-1493-2020-4-0-20-32

6. Ляшенко В. И. Научно-технические предпосылки повышения экологической безопасности в горнодобывающем регионе // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2015. № 1. С. 21-31.

7. Качурин Н. М., Стась Г. В., Корчагина Т. В., Змеев М. В. Геомеханические и аэрогазодинамические последствия подработки территорий горных отводов шахт Восточного Донбасса // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2017. Вып. 1. С. 170-181.

8. Дребенштедт К., Голик В. И., Дмитрак Ю. В. Перспективы диверсификации технологии добычи металлов в РСО-Алания // Устойчивое развитие горных территорий. 2018. Т. 10. № 1 (35). С. 125-131.

9. Разоренов Ю. И., Голик В. И., Куликов М. М. Экономика и менеджмент горной промышленности. Новочеркасск, 2010. 247 c.

10. Дмитрак Ю. В. Теория движения мелющей загрузки и повышение эффективности оборудования для тонкого измельчения горных пород: автореф. дис. ... д-ра техн. наук. М.: МГГУ, 2000. 44 с.

11. Комащенко В. И. Эколого-экономическая целесообразность утилизации горнопромышленных отходов с целью их переработки // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2015. № 4. С. 23-30.

12.Валиев Н. Г., Вандышев А. М., Потапов В. Я., Потапов В. В. Оценка влияния горно-геологических и горнотехнических факторов на краевые части угольных пластов для поддержания горных выработок // ГИАБ. 2017. № S26. С. 3-10.

13. Душин А. В., Валиев Н. Г., Лагунова Ю. А., Шорин А. Г. Уральский горный и Московский горный: взаимодействие вузов // Горный журнал. 2018. № 4. С. 4-10.

14. Feng X.-T. Rock mechanics and engineering. Vol. 4. Excavation, Support and Monitoring. 1st edition. Boca Raton: CRC Press, Taylor & Francis Group, 2017. 738 р.

15. Cheng Y. M., Wong H., Leo C. J., Lau C. K. Stability of geotechnical structures. Theoretical and numerical analysis. 2016. 395 р. https://doi. org/10.2174/97816810830321160101

16. Li J. C., Li N. N., Chai S. B., Li H. B. Analytical study of ground motion caused by seismic wave propagation across faulted rock masses // International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics. 2018. Vol. 42. Issue 1. P. 95-109. https://doi.org/10.1002/nag.2716

17. Jianju Du, Xiang huiQin, Qingli Zeng, Luqing Zhang, Qunce Chen, Jian Zhou, Wen Meng. Estimation of the present-day stress field using in-situ stress measurements in the Alxa area, Inner Mongolia for China's HLW disposal // Engineering Geology. 2017. Vol. 220. P. 76-84.

18. 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. Vol. 9. Issue 4. P. 702-708. https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2017.05.001

Статья поступила в редакцию 22 июля 2021 года

УДК 504.55.054:622(470.6) http://doi.org/10.21440/2307-2091-2021-4-71-79

To the strength of natural-artificial massives during ore mining in high seismic zones

Niyaz Gadym ogly vALIEv1* vladimir ivanovich GoLIK2** Yuriy vital'evich DMITRAK3*** Georgiy olegovich GABARAEv4**** Khambi Khadzimurzovich KoZHIEv5*****

1Ural State Mining University, Ekaterinburg, Russia

2 Geophysical Institute of the Vladikavkaz Scientific Centre of the Russian Academy of Sciences, Vladikavkaz, Republic of North Ossetia - Alania, Russia

3, 4, 5North Caucasian Institute of Mining and Metallurgy (State Technological University), Vladikavkaz, Republic of North Ossetia -Alania, Russia

Abstract

The research methodology includes an analysis of the theory and practice of applying environmental technologies for managing the state of rock massifs while preserving the earth's surface.

Results. The characteristic of complex-structured deposits is given and the main distinctive features of their development are indicated. The data on the development of the Sadonsky deposits in conditions of increased seismicity are systematized. The results of studying the interaction of structural blocks of rocks with the dynamics of stresses of the gravity-tectonic-structural field are presented. The mechanism of restoring the bearing capacity due to the lateral expansion of structural blocks in the zone of rock softening has been formulated and described mathematically. Models of management are given. It is shown that when certain conditions are created, the destruction of individual elements of the massif in the zone adjacent to the ore body does not always cause destruction of the massif as a whole. A general model of the state of the "intact-destroyed mass" system is proposed, which describes the ore-bearing massifs as a rocky discrete medium, the rigidity of which changes during deformation depending on the stresses caused by the loss of a part of the rocks. A method for ranking field development technologies according to the risk of critical stresses and deformations is proposed. A classification of mass management methods has been developed. Conclusions and scope of the results. Localization of deposits in the zone of active seismic impact requires coordination with geodynamic processes to preserve the earth's surface from destruction. Optimal geomechanical control is provided by unloading from high stresses, which contributes to the smooth movement of overlapping rocks without breaking the continuity at low rates of development of the longwall. The results of the study can be in demand in the development of deposits of solid metal ores.

Keywords: ore, rock, development of deposits, stresses, seismic, massif, jamming, control.

REFERENCES

1. Zaalishvili V. B., Melkov D. A., Kanukov A. S., Dzeranov B. V., Shepelev V. D. 2016, Application of microseismic and calculational techniques in engineering-geological zonation. International Journal of GEOMATE, vol. 10, no. 1, pp. 1670-1674.

2. Golik V. I., Razorenov Yu. I., Dmitrak Yu. V., Gabaraev O. Z. 2019, Safety improvement of the underground ore extraction considering mass geodynamics. Bezopasnost' truda vpromyshlennosti [Occupational safety in industry], no. 8, pp. 36-42. (In Russ.)

3. Valiev N. G., Propp V. D., Vandyshev A. M. 2020, The 100th anniversary of the department of mining engineering of URSMU. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Gornyy zhurnal [News of the higher institutions. Mining journal], no. 8, pp. 130-143. (In Russ.)

4. Zemskov A. N., Liskova M. Yu., Smirnova E. V. 2017, The analysis of working conditions of miners and measures dust and gas composition of the atmosphere mines. Izvestija Tulskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Nauki o zemle [News of the Tula State University. Earth sciences], no. 2, pp. 58-68. (In Russ.)

5. Brigida V. S., Kozhiev H. H., Saryan A. A., Dzhioeva A. K. 2020, Time-space problems in geoecology: an inter-disciplinary approach. GIAB [Mining informational and analytical bulletin], no. 4, pp. 20-32. (In Russ.)

6. Lyashenko V. I. 2015, Scientific and technical prerequisites for increasing environmental safety in the mining region. Chernaya metallurgiya [Ferrous metallurgy. Bulletin of Scientific, Technical and Economical Information], no. 1, pp. 21-30. (In Russ.)

7. Kachurin N. M., Stas G. V., Korchagina T. V., Zmeev M. V. 2017, Geomechanical and aerogasdynamical consequences of underworking mining leases territories of Eastern Donets basin mines. Izvestija Tulskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Nauki o zemle [News of the Tula State University. Earth sciences], issue 1, pp. 170-182. (In Russ.)

EDatf.gd@m.ursmu.ru

https://o rcid.org/0000-0002-5556-2217 "v.i.golik@mail.ru

https://orcid.org/0000-0002-1181 -8452

***dmitrak@yandex.ru

****hambi@list.ru

8. Drebenshtedt K., Golik V.I., Dmitrak Yu. V. 2018, The prospects of diversification of technology of extraction of metals in republic of North Osetia-Alaniya. Ustoychivoye razvitiye gornykh territoriy [Sustainable development of mountain territories], vol. 10, no. 1 (35), pp. 125-131. (In Russ.)

9. Razorenov Yu. I., Golik V. I., Kulikov M. M. 2010, Economics and management of the mining industry. Novocherkassk, 247 p. (In Russ.)

10. Dmitrak Yu. V. 2000, The theory of grinding loading motion and increasing the efficiency of equipment for fine grinding of rocks, PhD thesis. Moscow, 44 p.

11. Komashchenko V. I. 2015, Environmental-economical expediency of utilizing mining-industrial wastes for their converting. Izvestija Tulskogo Gosudarstvennogo Universiteta. Nauki o zemle [News of the Tula State University. Earth sciences], no. 4, pp. 23-30. (In Russ.)

12. Valiev N. G., Vandyshev A. M., Potapov V. Ya., Potapov V. V. 2017, Assessment of mining and geological factors on the edge portions of the coal seam mining for maintaining. GIAB [Mining information and analytical bulletin (scientific and technical journal)], no. 26, pp. 3-10. (In Russ.)

13. Dushin A. V., Valiev N. G., Lagunova Yu. A., Shorin A. G. 2018, Ural Mining University and Moscow Mining Univeristy: Interaction of Universities. Gornyy zhurnal [Mining Journal], no. 4, pp. 4-10. (In Russ.)

14. Feng X.-T. 2017, Rock mechanics and engineering. Vol. 4: Excavation, Support and Monitoring. 1st edition. CRC Press. Taylor & Francis Group, 726 p.

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

15. Cheng Y. M., Wong H., Leo C. J., Lau C. K. 2016, Stability of geotechnical structures. Theoretical and numerical analysis, 395 p.

16. Li J. C., Li N. N., Chai S. B., Li H. B. 2017, Analytical study of ground motion caused by seismic wave propagation across faulted rock masses. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, vol. 42, no. 1, pp. 95-109.

17. Jianju D., Xiang H.-Q., Qingli Z., Luqing Zh., Qunce Ch., Jian Zh., Wen M. 2017, Estimation of the present-day stress field using in situ stress measurements in the Alxa area, Inner Mongolia for China's HLW disposal. Engineering Geology, vol. 220, pp. 76-84.

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

The article was received on July 22, 2021

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.