ЕСТЕСТВЕННОЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОЕ СОСТОЯНИЕ НИЖНИХ ГОРИЗОНТОВ ШАХТЫ ЮГО-ЗАПАДНАЯ ДАРАСУНСКОГО РУДНОГО ПОЛЯ Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Оригинальная статья / Original article УДК 622.831

Естественное напряженно-деформированное состояние нижних горизонтов шахты Юго-Западная Дарасунского рудного поля

© А.Н. Авдеев^1, Е.Л. Сосновскаяь, А.Ю. Болотнев12

^Институт горного дела УрО РАН, г. Екатеринбург, Россия

Иркутский национальный исследовательский технический университет, г. Иркутск, Россия

Резюме: Проведено исследование естественного напряженно-деформированного состояния нижних горизонтов шахты Юго-Западная Дарасунского месторождения с целью уточнения геомеханических условий для обеспечения безопасности ведения горных работ. Летом 2019 г. заложена серия наблюдательных станций горного давления. Проведены натурные измерения по заложенным станциям методом щелевой разгрузки по методике Института горного дела УрО РАН в авторском варианте сегментированной щели. В местах заложения станций отобраны образцы горных пород для испытаний прочностных и упругих свойств в соответствии с требованиями стандартов Российской Федерации. Методом решения обратной геомеханической задачи по зафиксированным проявлениям горного давления в динамических формах реконструировано напряженное состояние массива горных пород в потенциально удароопасных участках массива горных пород шахты. Проведен расчет гравитационных и тектонических компонент поля природных напряжений. Проведен сравнительный анализ полученных результатов с ранее установленными для средних условий Дарасунского месторождения. По результатам исследований подтвержден гравитационно -тектонический характер естественного напряженно-деформированного состояния массива горных пород Дарасунского месторождения. Вместе с тем установлено, что поле природных напряжений дискретно рассредоточено: выделяются локальные участки повышенных тектонических напряжений с вероятностью проявления горного давления в динамических формах, средненапряженные участки без видимых проявлений горного давления и разгруженные участки приконтурного массива горных пород. Для инженерных геомеханических расчетов предложена дифференцированная оценка естественного напряженно-деформированного состояния. Напряжения рекомендуется рассчитывать в зависимости от конкретных горно-геологических условий на основе установленных зависимостей распределения природных напряжений.

Ключевые слова: естественное напряженно-деформированное состояние, массив горных пород, гравитационные и тектонические компоненты напряжения, физико-механические свойства горных пород, геомеханические условия, проявления горного давления в динамических формах

Информация о статье: Дата поступления 10 июля 2019 г.; дата принятия к печати 22 августа 2019 г.; дата онлайн-размещения 30 сентября 2019 г.

Для цитирования: Авдеев А.Н., Сосновская Е.Л., Болотнев А.Ю. Естественное напряженно-деформированное состояние нижних горизонтов шахты Юго-Западная Дарасунского рудного поля. Науки о Земле и недропользование. 2019. Т. 42. № 3. С. 324-335.

Initial stress-strain state of the Yugo-Zapadnaya mine lower horizons (the Darasunsky deposit)

© Arkady N. Avdeeva, Elena L. Sosnovskayab, Alexander Yu. Bolotnevc

abMining Insitute, the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Yekaterinburg, Russia cIrkutsk National Research Technical University, Irkutsk, Russia

Abstract: The article presents the study of the initial stress-strain state of the Yugo-Zapadnaya mine lower horizons, the Darasunsky gold deposit. The aim of the study has been to clarify the geotechnical conditions ensuring mining safety. A series of rock pressure monitoring stations have been installed, and in-situ measurements have been made using a slot discharge method based on the IGD UB RAS technique (segmented-slot version copyright). The rock samples taken at the stations' sites have been tested for their strength and elastic properties following the requirements of the standards of the Russian Federation. The inverse geo-mechanical problem-solution method based on the registered rock pressure manifestations has allowed reconstructing the stressed rock mass state in potentially bump-hazardous sections of the mine rock mass. The gravitational and tectonic components of the in-situ stress field have been calculated. The results have been compared with the ones previously obtained for the average conditions of the Darasunsky deposit. Based on the research results, the gravitational-tectonic nature of

Технология и техника разработки месторождений полезных ископаемых

the pre-mining stress-strain state of the rock mass of the Darasunsky field has been confirmed. At the same time, it has been found that the pre-mining stress field is discretely dispersed: there are localized high-stress areas where dynamic stress manifestation is probable, medium-stress areas without visible manifestations of rock pressure, and unloaded sections of the marginal rocks mass. For the engineering geotechnical calculation purposes, a differentiated assessment of the initial stress-strain state has been suggested. It is recommended that the stress be calculated for specific mining and geological conditions, based on the specified relations of the initial stress distribution.

Keywords: initial stress-strain state, rock mass, gravitational and tectonic stress components, physical and mechanical rock properties, geotechnical conditions, dynamic rock pressure manifestation

Information about the article: Received July 10, 2019; accepted for publication August 22, 2019; available online September 30, 2019.

For citation: Avdeev A.N., Sosnovskaya E.L., Bolotnev A.Yu. Initial stress-strain state of the Yugo-Zapadnaya mine lower horizons (the Darasunsky deposit). Earth Sciences and Subsoil Use. 2019;42(3):324-335. (In Russ.)

Введение

При разработке месторождений подземным способом, особенно на больших глубинах, повышается вероятность вредных проявлений горного давления и горных ударов. Одной из основных причин данных проявлений является наличие в горных массивах высоконапряженных зон гравитационно-тектонических напряжений [1-4]. Необходимо учитывать, что горное давление может проявляться не повсеместно, а дискретно, с разной интенсивностью. В пределах одного месторождения могут быть зафиксированы как локальные участки повышенных природных напряжений, так и разгруженные области пониженных напряжений [5-7]. Поэтому для своевременного принятия мер безопасного ведения горных работ необходимо знать закономерности распределения естественного напряженно-деформированного состояния массива горных пород конкретного месторождения [8-10 и др.].

Дарасунское золоторудное месторождение разрабатывается подземным способом с 1930 г. Отрабатываются крутопадающие маломощные кварцево-сульфидные жилы. Вмещающие породы - граниты, габбро- и гранодиориты, амфиболиты. Месторождение характеризуется сложной тектоникой: развиты многочисленные системы трещин, присутствуют зоны смятия и разрывов. На месторождении действуют гравитационно-тектонические первоначальные напряжения. Тектоническая составляющая естественных напряжений в среднем равняется -6,3...-16,6 МПа [11].

На месторождении с 1979 по 1991 г. было зафиксировано 36 случаев динамических проявлений горного давления в виде шелушения, «стреляния», заколо-образования, толчков и микроударов. Тектоническая компонента природных напряжений на участках проявлений горного давления составляет в среднем -40,5 МПа, что в 2,5-6,5 раза выше, чем на средненапряженных участках. На основании соответствующих исследований Иркутского научно-исследовательского института благородных и редких металлов и алмазов и Всесоюзного научно-исследовательского маркшейдерского института (Ленинград) в 1978 г. месторождение отнесено к опасным по горным ударам, начиная с глубины 330 м [12, 13].

За годы эксплуатации на Дарасун-ском месторождении добыто более 120 т рудного золота. С 1992 г. началось устойчивое снижение золотодобычи, и в 2000 г. добыча золота на Дарасунском месторождении прекратилась. В 2002 г. горные работы на руднике начали восстанавливаться, но в 2006 г. на руднике произошла техногенная катастрофа. В результате пожара, повлекшего за собой многочисленные человеческие жертвы, а также разрушение и последующее затопление значительной части выработок, горные работы были прекращены и в течение многих лет не велись. Работы на руднике возобновились только в 2017-2018 гг. В настоящее время осуществляются работы по осушению нижних горизонтов рудника. Дарасунское месторождение отрабатывалось шахтами Центральная, Восточная, Юго-Западная. На данный

Технология и техника разработки месторождений полезных ископаемых

момент на руднике повторно введен в эксплуатацию только участок шахты Юго-Западная. Глубина горных работ на руднике в 90-е гг. прошлого века достигла 700 м.

С целью обеспечения безопасности горных работ в процессе уточнения геомеханических условий на восстановленных эксплуатационных горизонтах авторами в 2019 г. были проведены исследования по оценке естественного напряженно-деформированного состояния нижних горизонтов шахты Юго-Западная Дарасунского рудного поля.

Материал и методы исследований

Для объективной оценки поля естественных напряжений был использован комплекс методов, включающий лабораторные испытания прочностных и упругих свойств горных пород, натурные измерения природных напряжений, аналитический расчет природных напряжений по зафиксированным проявлениям горного давления, анализ гравитационно-тектонической структуры измеренных и расчетных напряжений.

Лабораторные исследования прочностных и упругих свойств горных пород. Модуль упругости, коэффициент Пуассона, плотность пород, необходимые для оценки естественного напряженно-деформированного состояния массива горных пород, определялись авторами на базе лаборатории геомеханики и физики горных пород Иркутского национального исследовательского технического университета. Испытания производились в соответствии с требованиями стандартов Российской Федерации на методы испытаний горных пород.

Натурные измерения естественного напряженно-деформированного состояния массива. Измерение напряжений массива горных пород производилось натурными измерениями щелевой разгрузкой по методике Института горного дела УрО РАН [14, 15] в авторском варианте сегментированной щели. Оценка действующего напряжения в элементе массива производилась путем

изменения его напряженного состояния проходкой щелей и измерения при этом соответствующих реакций в виде деформаций по распорным реперам, установленным перпендикулярно щелям. Напряжения, действующие на стенках выработок, вычислялись по формуле:

и • Е • п • Кс

С

'1

8R -М

1 - k^ + /л • k

//

где и - деформация участка после образования щели, см; Е - модуль упругости массива горных пород, МПа; R - половина длины щели, см; I - расстояние между центрами отверстий для установки реперов, см; к±, кц - значения коэффициентов концентрации напряжений в направлениях соответственно перпендикулярно и параллельно щели; у - коэффициент Пуассона; Кс - поправочный коэффициент перехода прочностных и упругих свойств от образца к массиву (коэффициент структурного ослабления).

В варианте щелевой разгрузки сегментированной щелью средний диаметр щели составляет 230 мм, глубина щели находится в диапазоне 50-70 мм; расстояние между центрами отверстий для установки реперов I = 9,5-10 см. Коэффициенты концентрации напряжений составят: к± - 0,08; к/7 - 0,15. Коэффициент структурного ослабления для условий массива горных пород исследуемых горизонтов составит 0,51-0,65.

Переход от напряжений на стенках выработок к напряжениям, действующим в массиве горных пород, осуществлялся по формулам:

nPi а В

аП•КП .

В

К

В(ПР)

ni

а В

К

а в =-

'ПР = а ПР - Да П

аП = аП - ЛаВср

' а ПР • КПР .

В(П)

ПР

ПаВср - аВср

i ( П

- а

~а П);

Вср - аПр ),

где ,апр,ап - вертикальные, продольные и поперечные первоначальные

Технология и техника разработки месторождений полезных ископаемых

напряжения, МПа; а1П,аПР - горизонтальные напряжения в расчетной точке, соответственно действующие вкрест простирания и по простиранию рудного тела,

МПа; аПРг ,&П1 - вертикальные напряжения в расчетной точке, соответственно действующие по простиранию и вкрест простирания рудного тела, МПа;

кП, кВ(ПРу кПР, кВП) - коэффиЧи-енты концентрации напряжений; аВср -

среднее значение вертикальных напряжений массива горных пород, МПа; аПсР - среднее значение вертикальных напряжений, измеренных на стенке квершлага, МПа; аПрр - среднее значение вертикальных напряжений, измеренных на стенке штрека, МПа.

Средние значения коэффициентов концентрации напряжений при используемом варианте щелевой разгрузки составляют: КщПР^, Кщщ = 1,91,

кп , Кпр = -0,87.

Оценка природных напряжений по проявлениям горного давления. По зафиксированным проявлениям горного давления на основе решения обратной геомеханической задачи можно определять первоначальные природные напряжения по следующим зависимостям [11]:

=гН;

опр

°°сЖ ■ Кдин ~ Кв

К

пр

О ■ КЛ

' сж Кдин

Кп

где ав,<упр,оп - первоначальные напряжения горного массива, соответственно вертикальные, продольные (горизонтальные, ориентированные по простиранию рудного тела), поперечные (горизонтальные, ориентированные вкрест простирания рудного тела), МПа; а°сЖ - предел прочности горной породы на сжатие, в образце МПа; кв,кпр,кп - коэффици-

енты концентрации соответственно вертикального и горизонтального продольного и поперечного напряжений на контуре выработки в месте проявления горного давления (стенки, почва, кровля, углы); кдин - коэффициент удароопасно-

сти, зависящий от формы проявления горного давления.

Коэффициент удароопасности кдин

зависит от формы проявления горного давления и принимается при трещинооб-разовании и обрушении отдельных блоков пород равным 0,5-0,6; при интенсивном заколообразовании, «шелушении», «стрелянии» - 0,7-0,8; при толчках, микроударах, собственно горных ударах -0,8 и выше.

Коэффициенты концентрации техногенных напряжений на контуре ударо-опасной выработки определяются любыми известными методами моделирования, физическими или численными, с использованием оптических материалов, на основе решения граничных сингулярных уравнений [16, 17] или конечноэле-ментного анализа [18, 19]. В настоящих исследованиях коэффициенты концентрации приняты по результатам исследований профессора Л.И. Сосновского [3] и профессора А.В. Зубкова [15], полученным на основе оптического моделирования, а также по результатам исследования кандидата геолого-минералогических наук Е.Л. Сосновской [20], полученным на основе конечноэлементного анализа с помощью программного комплекса FEM, разработанного профессором О.В. Зотеевым (Институт горного дела УрО РАН).

Анализ гравитационно-тектонической структуры природных напряжений. Одним из существенных факторов, влияющих на удароопасность горных выработок, является действие в массиве значительной тектонической составляющей напряжений. Измеренные и расчетные напряжения можно разделить на гравитационные и тектонические составляющие на основе выражений [15]:

о

в

в в

Технология и техника разработки месторождений полезных ископаемых

Ф

г Т.

ф _ г Т . ° пр ~ ° пр + ° пр ;

ф г Т а п = а п + а п ,

где иф ифр иф - фактические измеренные вертикальные, продольные, поперечные напряжения горных пород, МПа;

г г г

ов ,апр,ип - гравитационные вертикальные, продольные, поперечные напряжения массива горных пород по А.Н. Дин-

нику, МПа; аТв ,аТпрсТп - тектонические

вертикальные, продольные, поперечные напряжения массива горных пород, МПа.

Гравитационные компоненты можно определить из зависимостей:

Гр тт

и в =уН;

Jp

аГ -

и

1 -и

где у - объемный вес пород, МН/м3; р - коэффициент Пуассона; н - глубина горных работ, м.

Тектонические составляющие напряжений после преобразования формулы можно вычислить из выражений:

Т

aB - a

Т J>

Г - ar

и

уН

1 -р

Таким образом, используя фактические значения природных напряжений, полученных натурными измерениями или из решения обратной геомеханической задачи, а также зная глубину залегания выработок, в которых происходили измерения или были зафиксированы проявления горного давления, учитывая коэффициент Пуассона и объемный вес горных пород, можно определять степень влияния тектонических компонент массива горных пород на первоначальное поле напряжений.

Результаты исследований Натурные измерения напряженно-деформированного состояния массива. В июне 2019 г. на вновь эксплуатируемых горизонтах 507 и 617 м шахты Юго-

Западная с целью оценки естественного напряженно-деформированного состояния массива горных пород были заложены три наблюдательные станции горного давления. Глубина горных работ до земной поверхности в районе станций № 1 и 2 равна 617-620 м. Глубина горных работ в районе заложения станции № 3 составляет 550 м. Общее количество разгрузочных щелей по станции № 1 -15 шт., по станции № 2 - 9 шт., по станции № 3 - 7 шт. Горные породы в районе заложения станций - амфиболиты, габбро, лейкократовые граниты. Прочностные и упругие характеристики горных пород, необходимые для расчетов деформаций и напряжений, приняты по результатам лабораторных испытаний физико-механических свойств пород, отобранных в районе заложения станций (табл. 1). Модуль упругости горных пород в образце составил 0,12-0,80 ГПа, коэффициент Пуассона - 0,15-0,31. Объемный вес пород - 0,027 МН/м3. Коэффициент структурного ослабления пород в районе заложения станций - 0,5-0,7. Следует отметить, что станции № 1 и 2 заложены в ранее затопленных горных выработках, которые в настоящее время находятся в обводненном, заиленном состоянии. Станция № 3, заложенная горизонтом выше станций № 1 и 2, находится в естественно-сухом состоянии, затоплению не подвергалась.

Следует отметить, что, так как результаты измерений по станциям № 1 и 2 практически совпадают, расположены сравнительно недалеко друг от друга (в пределах 400 м), результаты измерений по горизонту 617 м представилось возможным объединить для улучшения статистической достоверности результатов (табл. 2). По усредненным результатам произведен расчет тектонической компоненты поля естественных напряжений (табл. 3).

Сравнительный анализ результатов измерений на шахте Юго-Западная с ранее установленными закономерностями распределения природных

Технология и техника разработки месторождений полезных ископаемых

Таблица 1

Основные характеристики наблюдательных станций горного давления

Table 1

Main characteristics of rock pressure monitoring stations

Номер станции 1 2 3

Горизонт заложения станции, м 617 617 507

Глубина относительно земной поверхности, м 617 617 550

Количество разгрузочных щелей, шт. 15 9 7

Горные породы Габбро Лейкократовые граниты, амфиболиты Амфиболиты

Модуль упругости в образце, ГПа 11,6 56,3 80,8

Коэффициент Пуассона 0,31 0,15 0,22

Средний размер структурного блока, м 0,55 0,55 0,30

Коэффициент структурного ослабления 0,65 0,65 0,51

Таблица 2

Результаты натурных измерений напряжений массива горных пород на шахте Юго-Западная

Table 2

Field measurement results for the initial rock mass stresses at the Yugo-Zapadnaya mine

Результаты натурных измерений напряжений горных массивов

Напряжение Глубина измерений, м Число единичных определений напряжения Напряжение, МПа Отношение продольного напряжения к вертикальному Кпр = апр / ав Отношение поперечного напряжения к вертикальному Кп =ап/ав

Горизонт 617 м

Станция № 1

Вертикальное 23 -16,8±2,1

Продольное 617 20 -11,7±1,3 0,7 0,6

Поперечное 20 -10,2±3,8

Станция № 2

Вертикальное 9 -16,8±5,9

Продольное 617 9 -10,6±2,7 0,6 0,7

Поперечное 9 -12,3±4,1

Среднее по горизонту 617 м

Вертикальное 61 -16,7±1,4

Продольное 617 47 -10,4±0,3 0,6 0,6

Поперечное 47 -9,3±1,6

Горизонт 507 м

Станция № 3

Вертикальное 5 -15,0±3

Продольное 550 6 -14,8±4,5 1 1,5

Поперечное 6 -23,0±2,6

Технология и техника разработки месторождений полезных ископаемых

Науки о Земле и недропользование

Earth Sciences and Subsoil Use '

Таблица 3

Расчетные гравитационные и тектонические компоненты естественного напряженно-деформированного состояния массива горных пород шахты Юго-Западная

Table 3

Estimated gravitational and tectonic components of the initial stress-strain state of the Yugo-Zapadnaya mine rock mass

Расчетные напряжения массива пород, МПа

Глубина горных Вертикальные Продольные Поперечные

Гравитаци- Тектониче- Гравитаци- Тектониче- Гравитаци- Тектониче-

работ, м онные ские онные ские онные ские

< о? ог пр о? пр оП оТ п

550 -14,9 -0,1 -5,2 -9,6 -5,2 -17,8

617 -16,7 - -5,8 -4,6 -5,8 -3,5

напряжений в массиве Дарасунского месторождения [10-13] позволяет отметить следующее.

Измерения напряжений на верхнем горизонте 507 м по станции № 3 подтверждают тот факт, что на месторождении в целом действуют гравитационно-тектонические напряжения. Вертикальные напряжения характеризуются действиями в основном веса налегающих пород. Максимальные напряжения действуют вкрест простирания рудных структур. Коэффициент поперечного бокового распора кп составляет 1,5, коэффициент

продольного бокового распора кпр - 1.

Ранними исследованиями для условий рудника кпр был получен в диапазоне

0,3-1,3, кп - в диапазоне 1,7-1,9 [11].

Тектоническая компонента продольных напряжений равна -9,6 МПа, компонента поперечных напряжений равна -17,8 МПа. Эти значения близки к полученным ранее на самых нижних горизонтах Центрального и Восточного участков Дара-сунского рудного поля (-12,9 и -18 МПа соответственно). Таким образом, результаты измерений, полученные по станции № 3, согласуются с ранее установленными на Дарасунском месторождении зависимостями в пределах погрешности измерений. На горизонте 507 м однозначно установлен гравитационно-тектониче-

ский характер распределения естественных напряжений.

Результаты измерений по станциям № 1 и 2, расположенным на нижнем горизонте 617 м, несколько отличаются. Горизонтальные напряжения значительно меньше вертикальных. Коэффициент бокового распора как вкрест, так и по простиранию рудных жил практически одинаков и равен 0,6-0,7. Тектоническая компонента горизонтальных напряжений значительно меньше установленных ранее и находится в диапазоне -3,5...-4,6 МПа. Таким образом, поле природных напряжений здесь близко к гравитационной теории Динника. Можно сделать вывод, что массив горизонта 617 м находится в разгруженном состоянии.

Однако следует учитывать, что наблюдательные станции № 1, 2 заложены в ранее затопленных выработках. В настоящее время стенки выработок находятся в заиленном водонасыщенном состоянии. Очевидно, что тектоническая составляющая горизонтальных природных напряжений на этих участках снизилась в результате разгрузки трещин массива под действием длительного гидравлического напора. Можно заключить, что в инженерных расчетах устойчивости элементов геоконструкций при восстановлении шахты Юго-Западная потребуется районирование массива горных пород по

Технология и техника разработки месторождений полезных ископаемых

степени сохранности выработок на разгруженные участки гравитационных напряжений и гравитационно-тектонические, средненапряженные области.

Оценка природных напряжений по проявлениям горного давления. В начале января 2005 г. на ООО «Дара-сунский рудник» была создана служба по прогнозированию и предотвращению горных ударов (СППГУ). По данным «Книги наблюдений за состоянием удароопасно-сти выработок за 2005-2006 гг.», предоставленным службой СППГУ в 2005-2006 гг., на шахте Юго-Западная было зафиксировано 13 случаев динамических проявлений горного давления. Затем шахта была затоплена. После осушения горных выработок в 2019 г. на горизонтах 357, 407, 457, 507, 617 м службой СППГУ рудника признаков динамических проявлений удароопасности не наблюдалось.

По зафиксированным случаям произведен расчет первоначальных напряжений высоконапряженных удароопас-ных участков для условий шахты Юго-Западная на основе решения обратной геомеханической задачи. По результатам расчетов можно отметить следующее.

Коэффициент бокового распора на высоконапряженных участках равен: продольный - 2,9, поперечный - 2,5. Средний коэффициент бокового распора составляет 2,7. Это соотношение близко к установленному ранее по проявлениям горного давления на Центральном и Восточном участках рудника, равному 3 [11]. Отклонение не превышает погрешности расчетов.

Расчетная тектоническая составляющая продольных напряжений на ударо-опасных участках в среднем составляет -50 МПа, тектоническая составляющая поперечных напряжений в среднем равна -37,5 МПа (табл. 4). Средняя тектоническая составляющая на высоконапряженных участках шахты Юго-Западная равна -39,6 МПа. Это значение также близко к установленному ранее среднему значению тектонических напряжений на ударо-опасных участках, равному -40,5 МПа [11].

Заключение

На Дарасунском месторождении в целом действуют гравитационно-тектонические напряжения. Вместе с тем поле природных напряжений носит дискретно-фрактальный характер: выделяются локальные высоконапряженные участки с вероятностью проявления горного давления в динамических формах вплоть до микроударов, средненапряженные участки без видимых проявлений горного давления и разгруженные участки приконтур-ного массива горных пород.

Натурными измерениями на шахте Юго-Западная в 2019 г. был установлен средненапряженный характер распределения природных напряжений на неза-топленных участках шахты и разгруженный - на подвергшихся осушению ранее обводненных участках. Высоконапряженных зон на эксплуатируемых в настоящее время горизонтах 507-617 м визуальными наблюдениями и инструментальными замерами не зафиксировано. Прочностных свойств горных пород, отобранных для лабораторных испытаний в 2019 г., существенно меньше установленных более ранними исследованиями, что также свидетельствует о пониженной по сравнению со средними условиями рудника удароопасности. Однако следует учесть, что при дальнейшем понижении горных работ геомеханическая ситуация может измениться. Могут появиться локальные высоконапряженные участки, как те, которые наблюдались в 2005-2006 гг.

В связи с этим в качестве граничных условий при инженерных геомеханических расчетах для условий шахты Юго-Западная Дарасунского месторождения предлагается дифференцированная оценка естественного напряженно-деформированного состояния. Вертикальные напряжения рекомендуется оценивать от веса массива налегающих пород. Горизонтальные напряжения рекомендуется рассчитывать в зависимости от конкретных горно-геологических условий участка месторождения на основе

Технология и техника разработки месторождений полезных ископаемых

Таблица 4

Расчетные первоначальные напряжения, их гравитационные и тектонические компоненты по данным проявлений горного давления на шахте Юго-Западная в 2005-2006 гг.

Table 4

Estimated initial stress and its gravitational and tectonic components based on the records of the dynamic rock pressure manifestation at the Yugo-Zapadnaya mine in 2005-2006

Глубина проявлений, м Первоначальные напряжения массива пород, МПа

Вертикальные Гор п изонтальные родольные Горизонтальные поперечные

оф о о? офр _г опр опр оф п огп о? п

617 -16,7 -16,7 - - - - -31 -5,8 -25,2

717 -19,4 -19,4 - -60,7 -6,8 -53,9 - - -

717 -19,4 -19,4 - - - - -67,5 -6,8 -60,7

667 -18 -18 - - - - -88,5 -6,3 -82,2

717 -19,4 -19,4 - -52,8 -6,8 -46 - - -

617 -16,7 -16,7 - - - - -31 -5,8 -25,2

617 -16,7 -16,7 - - - - -31 -5,8 -25,2

717 -19,4 -19,4 - - - - -28,5 -6,8 -21,7

617 -16,7 -16,7 - - - - -31 -5,8 -25,2

617 -16,7 -16,7 - - - - -31 -5,8 -25,2

667 -18 -18 - - - - -51,4 -6,3 -45,1

667 -18 -18 - - - - -45,4 -6,3 -39,1

Средние значения -17,9 -17,9 - -56,8 -6,8 -50 -43,6 -6,2 -37,5

установленных закономерностей:

- в обводненных, разгруженных, в том числе по технологическим причинам (сближенные выработки, накопление подземных пустот), участках

р

о

пр

1 -р

уН - 4;

- в естественно-влажном массиве, при отсутствии видимых проявлений горного давления, сближенных выработок и близкорасположенных подземных пустот большого объема

р

опр

1 -Р

■уН - 9,6;

Р

оп =

1 -Р

уН -17,8;

- в высоконапряженных участках с зафиксированными проявлениями горного давления

р

о

пр

= оп =--

1 -р

уН - 39,5.

Полученные результаты отражают знания о месторождении на сегодняшний день и по мере развития горных работ и накопления новых данных могут быть скорректированы.

Библиографический список

1. Brady B.H.G., Brown E.T. Rock mechanics for underground mining. Dordrecht: Springer, 2006. 628 p.

2. Jaeger J.C., Cook N.G.W. Fundamentals of rock mechanics. London: Chapman & Hall, 1979. 488 p.

3. Неганов В.П., Коваленко В.И., Зайцев Б.М., Казаченко Ю.А., Сосновский Л.И., Томи-лов В.Д. [и др.]. Технология разработки золоторудных месторождений / ред. В.П. Неганов. М.: Недра, 1995. 336 с.

Технология и техника разработки месторождений полезных ископаемых

= оп -

4. Прогноз и предотвращение горных ударов на рудниках: коллективная монография / под общ. ред. И.М. Петухова, А.Н. Ильина, К.Н. Трубецкого. М.: Изд-во Академии горных наук, 1997. 377 с.

5. Сосновский Л.И., Филонюк В.А., Сосновская Е.Л. Механизм возникновения и закономерности пространственного распределения участков с относительно высокой и невысокой степенью естественной напряженности в горном массиве // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2006. № 2-1. С. 93-97.

6. Сосновская Е.Л., Авдеев А.Н. Прогноз потенциальной удароопасности крутопадающих жильных золоторудных месторождений // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2016. № 2. С. 74-85.

7. Sosnovskaia E.L., Avdeev A.N. Control over the geotechnical processes at the goldfields of Eastern Siberia // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. 2019. № 5. С. 21-29.

8. Amadei B., Stephasson O. Rock stress and its measurement. London: Chapman & Hall, 1997. 490 p.

9. Fairhurst C. Stress estimation in rock: a brief history and review. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2003. Vol. 40. № 7-8. P. 957-973.

10. Ljunggrena C., Chang Y., Janson T., Christiansson R. An overview of rock stress measurement methods. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2003. Vol. 40. № 7-8. P. 975-989.

11. Сосновский Л.И. Геоинформационная модель напряженного состояния горного массива Дарасунского золоторудного месторождения // Маркшейдерия и недропользование. 2007. № 4. С. 61-64.

12. Сосновский Л.И., Егоров А.Л., Сосновская Э.М. Определение первоначальных напря-

жений массива горных пород одного из рудных месторождений Забайкалья // Проблемы горного производства Восточной Сибири: сб. науч. тр. Чита: Изд-во Читинского института природных ресурсов СО АН СССР, 1991. С. 3-6.

13. Сосновский Л.И., Рашкин А.В., Гараш Ю.Ю. Проявления горного давления на больших глубинах при ведении подземных горных работ на Дарасунском золоторудном месторождении // Вестник Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности. 2001. № 10 (34). С. 139-141.

14. Влох В.П. Управление горным давлением на подземных рудниках. М.: Недра, 1994. 208 с.

15. Зубков А.В. Геомеханика и геотехнология. Екатеринбург: Изд-во ИГД УрО РАН, 2001. 335 с.

16. Katsikadelis J.T. Boundary elements: theory and applications. Oxford: Elsever, 2002. 336 p.

17. Машуков В.И. Численное решение некоторых двумерных задач теории упругости с помощью сингулярных интегральных уравнений // Динамика твердого тела: сб. науч. тр. Вып. 45. Новосибирск: Изд-во Института гидродинамики СО АН СССР, 1980. С. 130-140.

18. Rust W. Non-linear finite element analysis in structural mechanics. Cham, Heidelberg, New York, Dordrecht, London: Springer, 2015. 363 p.

19. Moatamedi M., Khawaja H.A. Finite element analysis. Boca Raton: CRC Press, 2018. 154 p.

20. Сосновская Е.Л. Оценка техногенных напряжений на контуре очистных камер при разработке крутопадающих золоторудных жил малой мощности // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2014. № 12. С. 82-88.

References

1. Brady BHG, Brown ET. Rock mechanics for underground mining. Dordrecht: Springer; 2006. 628 p.

2. Jaeger JC, Cook NGW. Fundamentals of rock mechanics. London: Chapman & Hall, 1979. 488 p.

3. Neganov VP, Kovalenko VI, Zaitsev BM, Kazachenko YuA, Sosnovskii LI, Tomilov VD, et al. Technology of developing gold deposits. Moscow: Nedra; 1995. 336 p. (In Russ.)

4. Petukhov IM, Il'in AN, Trubetskoi KN. Prediction and prevention of rock burst at mines. Moscow: Academy of Mining Sciences; 1997. 377 p. (In Russ.)

5. Sosnovskii LI, Filonyuk VA, Sosnovskaya EL. Mechanism of occurrence and

patterns of spatial distribution of areas with a relatively-high and low natural stress in a mountain range. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2006;2-1:93-97. (In Russ.)

6. Sosnovskaya EL, Avdeev AN. The forecast of potential rock bump hazard of steeply pitching lode gold ore deposits. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Gornyi zhurnal = Proceedings of higher educational institutions. Mining journal. 2016;2:74-85. (In Russ.)

7. Sosnovskaia EL, Avdeev AN. Control over the geotechnical processes at the gold-fields of Eastern Siberia. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedenii. Gornyi zhurnal = Proceedings of higher educational institutions. Mining journal. 2019;5:21-29.

Технология и техника разработки месторождений полезных ископаемых

2019 Т. 42 № 3 С. 324-335

Науки о Земле и недропользование

Earth Sciences and Subsoil Use

8. Amadei B, Stephasson O. Rock stress and its measurement. London: Chapman & Hall, 1997. 490 p.

9. Fairhurst C. Stress estimation in rock: a brief history and review. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2003;40(7-8):957-973.

10. Ljunggrena C, Chang Y, Janson T, Chris-tiansson R. An overview of rock stress measurement methods. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2003;40(7-8):975-989.

11. Sosnovskii LI. Stress-strain geoinformation model of the Darasunsky gold mine rock mass. Marksheideriya i nedropol'zovanie = Mining Survey and Subsoil Use. 2007;4:61-64. (In Russ.)

12. Sosnovskii LI, Egorov AL, Sosnovskaya EM. Defining the initial stress of the rock mass of an ore deposit in Trans-Baikal region. Problemy gornogo proizvodstva Vostochnoi Sibiri: sbornik nauchnykh trudov = Mining practice in Eastern Siberia: collection of scientific works. Chita: Chita Institute of natural resources, the USSR's Academy of Sciences; 1991. p.3-6. (In Russ.)

13. Sosnovskii LI, Rashkin AV, Garash YuYu. Manifestations of rock pressure at great depths in underground mining at the Darasunsky gold mine. Vestnik Mezhdunarodnoi akademii nauk ekologii i bezopasnosti zhiznedeyatel'nosti = Bulletin of the

International Academy of Ecology and Life Safety. 2001; 10(34): 139—141. (In Russ.)

14. Vlokh VP. Rock pressure control at underground mines. Moscow: Nedra; 1994. 208 p. (In Russ.)

15. Zubkov AV. Geomechanics and geotechnology. Ekaterinburg: Mining Institute, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences; 2001.

335 p. (In Russ.)

16. Katsikadelis JT. Boundary elements: theory and applications. Oxford: Elsever; 2002.

336 p.

17. Mashukov VI. Numerical solution of some two-dimensional problems of elasticity theory by means of singular integral equations. In: Solid body dynamics. Vol. 45. Novosibirsk: Institute of Hydrodynamics, the Siberian Branch of the Academy of Sciences of the USSSR; 1980. p.130-140. (In Russ.)

18. Rust W. Non-linear finite element analysis in structural mechanics. Cham, Heidelberg, New York, Dordrecht, London: Springer; 2015. 363 p.

19. Moatamedi M, Khawaja HA. Finite element analysis. Boca Raton: CRC Press; 2018. 154 p.

20. Sosnovskaya EL. Assessment of technogenic stresses in stopes when developing thin steeply dipping gold-ore veins. Proceedings of Irkutsk State Technical University. 2014;12:82-88. (In Russ.)

Критерии авторства / Authorship criteria

Авдеев А.Н., Сосновская Е.Л., Болотнев А.Ю. написали статью, имеют равные авторские права и несут одинаковую ответственность за плагиат.

Arkady N. Avdeev, Elena L. Sosnovskaya and Alexander Yu. Bolotnev are the authors of the article, hold equal copyright and bear equal responsibility for plagiarism

Конфликт интересов / Responsibility for plagiarism

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

The authors declare that there is no conflict of interest regarding the publication of this article. Сведения об авторах / Information about the authors

Авдеев Аркадий Николаевич,

кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт горного дела УрО РАН,

620075, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 58, Россия, ЕЗ e-mail: [email protected] Arkady N. Avdeev, Cand. Sci. (Eng.), Senior Researcher,

Mining Insitute, the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 58, Mamina-Sibiryaka St., Yekaterinburg, 620075, Russia, El e-mail: [email protected]

Технология и техника разработки месторождений полезных ископаемых

и

Авдеев А.Н., Сосновская Е.Л., Болотнев А.Ю. Естественное...

Avdeev A.N., Sosnovskaya E.L., Bolotnev A.Yu. Initial stress-strain state...

2019 Т. 42 № 3 С. 324-335

Сосновская Елена Леонидовна,

кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, Институт горного дела УрО РАН,

620075, г. Екатеринбург, ул. Мамина-Сибиряка, 58, Россия,

е-mail: [email protected]

Elena L. Sosnovskaya,

Cand. Sci. (Geol. and Mineral.),

Senior Researcher,

Mining Insitute, the Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, 58, Mamina-Sibiryaka st., Yekaterinburg, 620075, Russia, e-mail: [email protected]

Болотнев Александр Юрьевич,

кандидат технических наук,

технический руководитель лаборатории геомеханики и физики горных пород кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, Институт недропользования,

Иркутский национальный исследовательский технический университет,

664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83, Россия,

e-mail: [email protected]

Alexander Yu. Bolotnev,

Cand. Sci. (Eng.),

Technical Director, Laboratory of Rock Geomechanics and Physics, Department of Mineral Resource Development, Institute of Subsoil Use,

Irkutsk National Research Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia, e-mail: [email protected]

Технология и техника разработки месторождений полезных ископаемых