CC BY
34
У = У £ • Н90. (25)
Таким образом, для определения оптимальной высоты откоса подработанного борта карьера необходимо задаться физико-механическими свойствами пород с необходимым запасом устойчивости.
По приведенной формуле были выполнены расчеты предельной вьеоты откоса подработанного борта карьера с различными физико-механическими свойствами: сцепление в массиве С=0,3-0,8 МПа, угол внутреннего трения ф=28-29°, плотность у=2500-2900 кг/м3. Коэффициент бокового распора равен 0,3. Тектонические напряжения (Г) изменяются от 0,5 до 6 МПа Угол откоса подработанного борта карьера (а) изменялся от 30 до 50°.
По результатам расчетов построены зависимости высоты устойчивого откоса подработанного борта от его угла наклона, представленные на рис. 3-6.
По результатам всех расчетов составлена сводная таблица.
Анализ полученных расчетов вьеоты откоса го предложенной формуле (16) позволяет сделать вывод, что увеличение глубины карьера на 15-20% при доработке приконтурных (прибортовых) запасов подземным способом потребует выполаживания бортов карьера на 2°. С увеличением тектонических напряжений в 2 раза глубина открытых горных работ уменьшается на 21-40%.
Возможность увеличения углов погашения бортов карьера при заданной глубине и величине тектониче-
ских напряжений возможно за счет использования временной устойчивости откосов бортов. Снижение запаса прочности на 10-20% позволит отработать прибортовые запасы подземным способом.
Список литературы
1. Правила обеспечения устойчивости откосов на угольных разрезах. СПб., 1998.
2. Галусгьян ЭЛ. Крупномасштабные деформации бортов карьеров в сплошных породах // Горный журнал. 1990. № 5.
3. Зотеев О.В. Геомеханика. Екатеринбург: УГГА, 1997.
4. Цветков В.К. Расчет устойчивости откосов и склонов. Волгоград: Ниж.-Волж. кн. изд-во, 1979.
5. Черчинцева Т.С., Кузнецова Т.С. Геомеханические основы прогноза объемных деформаций и устойчивости откооов горных пород: монография. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2007. 60 с.
List of literature
1. The Rules of the provision to stability escarpment on coal mininq. SPb., 1998.
2. Galustiyan E.L. Large-scale deformation of flank of an opencast in utter rocks // Gornyy zhurnal. M.: Depths, 1990. 5.
3. Zoteev O.V. Geomechanics. Ekaterinburg: UGGA 1997.
4. Tsvetkov V.K. The Calculation to stability of escarpment and declivity. Volgograd: Lower-Volzhskoe izd. 1979.
5. Cherchintseva T.S., Kuznetsova T.S. Geomechanics bases of the forecast three-dementional deformation and stability of escarpment rocks: Monografiya. Magnitogorsk: SEI of HpE «MSTU», 2007. 60 p.
УДК 622.343:622.272 Мещеряков Э.Ю., Угрюмов АН.
ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ С ОБРУШЕНИЕМ РУД И ПОРОД ПРИ ОСВОЕНИИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ «ЧЕБАЧЬЕ»
В настоящее время заканчивается строительство подземного рудника для отработки медноколчеданного месторождения «Чебачье», находящегося в Верхнеуральском районе Челябинской области. Площадь рудного поля располагается в границах сельскохозяйственных земель, южнее которых находится озеро Чебачье. С целью обеспечения сохранности наземных объектов в качестве основной системы разработки проектом принята камерная с подэтажной отбойкой и твердеющей закладкой выработайного пространства. Применение данной системы разработки определяет необходимость значительных капитальных вложений на строительство закладочного комплекса и последующих дополнительных эксплуатационных затрат, связанных с производством и возведением закладки.
В условиях существенного падения цен на рынке металлов горнодобывающее предприятие предпринимает все возможные меры по сокращению расходной части бюджета, в рамках которых и возникла идея определения области применения менее затратных систем разработки с обрушением руд и вмещающих
пород при освоении запасов месторождения.
Медноколчеданное месторождение «Чебачье» представлено несколькими рудными телами, основным (95% балансовых запасов месторождения) является рудное тело № 2. Данное рудное тело имеет форму сложной линзы, вытянутой по длинной оси на 670 м в северо-восточном направлении по азимуту 30-35° при ширине до 432 м. Проекция рудного тела в плане имеет извилистые контуры с расширенной северной половиной и постепенно сужающейся и вытянутой в юго-западном направлении южной половиной рудного тела. Длина рудного тела изменяется от 16 до 432 м, мощность - от 1,8 до 80,7 м. Падение линзы преобладает пологое, восточное от 5 до 15-20°.
Рудное тело преимущественно сложено сплошными колчеданными рудами (89%), которые по простиранию, а также вдоль западной и восточной границ и со стороны лежачего бока сменяются вкрапленными разностями.
Гидрогеологические условия разработки месторождения характеризуются, в целом, как достаточно
сложные. На месторождении установлено наличие двух гидравлически связанных водоносных горизонтов: грунтово-поровые воды толщи рыхлых отложений и образований коры выветривания; трещинные и трещинно-карстовые воды скальных вулканогенноосадочных пород.
Водонос ный комплекс рыхлых покров ных отложений включает в себя глино подобные коры выветривания, покрывающие их делювиальные отложения и озёрно-аллювиальные отложения озера «Чебачье», представленные суглинками, в различной степени песчаными глинами. Мощность покровных отложений состав -ляет 13-85 м, средняя - 35-40 м. Комплекс рыхлых отложений характеризуется низким коэффициентами фильтрации (0,005-0,275 м/сут) и низкой водообильно-стью (удельный дебит 0,008-0,069 л/с). В целом покровные отложения мощностью до 40-50 м следует рассматривать как очень слабо фильтрующую среду, через которую проходит питание нижележащего водоносного комплекса. Наличие прямой гидравлической связи трещинных подземных вод месторождения с поверхностными и подрусловыми водами озера «Чебачье», расположенного в 0,2 км к югу от месторождения, гидрогеологическими наследованиями не установлено.
Массив вмещающих рудное тело пород представлен в основном породами с однородными физикомеханическими свойствами, за исключением наносов. По степени трещиноватости породы являются слабо-и среднетрещиноватыми. Трещины, как правило, залечены. Лишь в зонах тектонических нарушений и внедрения жильных образований отмечается повышенная трещиноватость и обводнённость массива.
Исследования геомеханического состояния мае -сива осуществлялись путем математического моделирования методом конечных элементов на плоской упругой модели с помощью программного комплекса «БЕМ» (ИГД УрО РАН). Модель построена на основе наиболее представительного продольного геологического разреза II-II. Размеры модели: высота 800 м, длина 3500 м. Используемые в модели физикомеханические характеристики руды и пород, по данным геологической разведки месторождения, а также твердеющей закладки и обрушенных пород представлены в таблице.
В качестве граничных условий для математического моделирования были определены вертикальная и горизонтальная составляющая горного давления. Вертикальная составляющая начального поля напряжений:
^верт = нк уп = 800 х 0,027 = 21,6 МПа.
Величина горизонтальных напряжений принята по результатам натурных замеров напряжений на ближайших к «Чебачьему» месторождениях (Учалинское, Узельгинское, Молодёжное):
^гориз= ^верт=21,6 МПа.
Исследования напряженно-деформированного массива осуществлялись на следующих стадиях горных работ:
1) рудное тело отработано системой с закладкой выработанного пространства;
2) рудное тело отработано системой с обрушением руд и вмещающих пород. При конструировании данной модели высота зоны обрушения принималась равной трёхкратному размеру вынимаемой мощности рудного тела;
3) северная часть залежи (120 м) отработана сис-темами с обрушением, центральная часть (230 м) -системами с закладкой, а южная часть месторождения (60 м) - в охранном целике;
4) северная часть (около 70% от отрабатываемых запасов) отработана системами с обрушением, а южная часть - системами с закладкой.
Оценка геомеханического состояния массива проводилась по максимальным нормальным напряжениям и горизонтальным деформациям по вертикальной линии, расположенной у ближайшей к рудному телу границы озера. Для объектов I категории охраны (ес -тественные и искусственные водоёмы) относительные горизонталь ные деформации растяжения-сжатия должны находиться в пределах от 0 до 3 мм/м.
Анализ распределения напряжений при выемке руд и заполнении выработанного пространства закладкой показал, что их значения в массиве составляют в пределах 1-20 МПа, выделяются зоны незначительного перераспределения напряжений в северной и южной частях залежи (рис. 1, а). Относ тельные горизонтальные деформации растяжения вблизи поверхности модели не превышают 0,5 мм/м (рис. 2, а).
Распределение напряжений при полной отработке залежи с обрушением руд и налегающих пород указывает на высокую вероятность выхода зоны обрушения на земную поверхность (рис. 1, б), также отмечается концентрация напряжений в породах почвы рудного тела (до 20 МПа). При применении систем разработки с обрушением в результате снижения сжимающих напряжений растягивающие деформации вблизи поверхности достигают 4 мм/м (рис. 2, б).
При отработке северной части рудного тела с обрушением руд, а центральной - с закладкой наблюдается разгрузка прикровельного массива над участками обрушенных пород и твердеющей закладки и концен трация сжимающих напряжений в породах почвы залежи со стороны ее северной части (рис. 1, в). Анализ горизонтальных деформаций (рис. 2, в) указывает на небольшие деформации растяжения вблизи поверхности озера (до 1 мм/м).
Используемые при моделировании физико-механические свойства сред
Наименование среды Плот- ность, т/м3 Угол внутрен- него трения, град Модуль упругости (х104), МПа Коэффи- циент Пуас- сона
Рыхлыеотлсжения 1,5 40 0,005 0,40
Порода 2,7 35 0,120 0,30
Руда 4,2 35 0,150 0,30
Обрушенные породы 1,8 40 0,005 0,40
Твердеющая закладка 2,0 37 0,030 0,35
Рис. 1. Изолинии максимальных нормальных напряжений в массиве на стадияхотработки залежи: а - сзакладкой; б - собрушением; в - частично с обрушением, сзакладкой и оставлением охранного целика
Относительные горизонтальные деформации
0 1
50 -
100 -
.^ 200 -
^50 - V© ті- <Г\ О О О о ^ * - 0,002 - 0,004
350 -
400 -
Рис. 2. Г рафики относительных горизонтальных деформаций по глубине массива (вертикальная ось графика)
При отработке значительной части залежи системами с обрушением, а со стороны озера - с закладкой выработанного пространства зона разгрузки от сжимающих напряжений распространяется вплоть до земной поверхности, концентрация сжимающих напряжений в породах почвы достигает 18 МПа. При этом горизонтальные деформации растяжения на поверхности превышают 2 мм/м (рис. 2, г).
Из результатов проведенных исследований геоме-ханического состояния массива следуют следующие выводы:
- применение систем разработки с обрушением руд
и вмещающих пород для полной отработки запасов месторождения «Чебачье» невозможно вследствие высокой вероятности выхода зоны обрушения на земную поверхность, нарушения водоугора озера и отчуждения сельскохозяйственных земель в границах рудной площади;
- сохранение подрабатываемых объектов обеспечивается при частичной отработке северного участка залежи (протяженностью 120 м) системами с обрушением руд и вмещающих пород, отработке основной части запасов системами с твердеющей закладкой и оставлении южной части вкрапленных руд в охранном целике.
УДК 622.647.003
Гибадуллин З.Р., Волков П.В.
МЕТОДИКА ОЦЕНКИ ВАРИАНТОВ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ РУДЫ ПРИ ОТРАБОТКЕ ПРИКОНТУРНЫХ ЗАПАСОВ
В отечественной практике комбинированной раз -работки рудных месторождений, теории и проектирования горнотехнических решений оптимизации параметров и выбора горных работ известно довольно много показателей, применяемых в качестве критериев тех или иных вариантов в определении эффектив-ностп производства.
Степень изучения взаимосвязи звеньев, технологии и учитываемых факторов в огромной мере зависит от
уровня решения задач, т.е. с учетом интересов, какого уровня решается задача: добычного участка, процессов очистной выемки, рудника, комбината, подотрасли, отрасли производства.
На наиболее высоком уровне для оценки результатов горнорудной отрасли промышленности измерителем эффективности является валовая продукция (национальный доход) или чистая продукция. Применяется также показатель чистого дохода, который
