CC BY
295
УДК 622.831 А.П. Тапсиев, В.А. Усков ИГД СО РАН, Новосибирск М.Б. Устюгов СГГА, Новосибирск
МОНИТОРИНГ ПРИРОДНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ РУДНИКА «ОКТЯБРЬСКИЙ»
A.P. Tapsiev, V.A. Uskov
Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences Krasniy prospect 54, Novosibirsk, 630091, Russian Federation M.B. Ustugov
Siberian State Academy of Geodesy (SSGA)
10 Plakhotnogo Ul., Novosibirsk, 630108, Russian Federation
MONITORING OF NATURAL-TECHNICAL SYSTEM OF “OCTYABRSKY” MINE
As a result for many years monitoring of natural-technical system of “Octyabrsky” Mine, this paper describes the problems in terms of Siberian mines.
Рудник «Октябрьский» разрабатывает Октябрьское месторождение сульфидных медно-никелевых руд с 1974 г. В пределах поля рудника наблюдается многоярусное расположение рудных залежей трех промышленных типов медно-никелевых руд на глубинах от 450 до 1050 м: богатые, вкрапленные и "медистые". На руднике применяются слоевая и камерная системы разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями [1, 2].
В пределах месторождения достаточно велика горизонтальная составляющая общего поля напряжений. Измерения методом разгрузки (Липчанский Б.М. [3]) на глубине 700 м главных напряжений показывают следующие значения главных напряжений: о1= 50 МПа (горизонтальное); а2 = 30 МПа (горизонтальное); а3=20 МПа (вертикальное). Вертикальная компонента напряжений в этом примере является минимальной.
В рамках исследования проблемы обеспечения контроля и управления процессами сдвижения налегающих горных пород сотрудниками ИГД СО РАН при анализе фактических данных наблюдений за сдвижением массива и земной поверхности на руднике «Октябрьский» за период с 2001 по 2008 годы были отмечены следующие особенности развития мульды сдвижения:
- На участке существующего поверхностного закладочного комплекса (ПЗК), расположенного в 15 м от ствола ВЗС вблизи южной границы контура залежи сплошных руд, в связи с продолжением отработки сплошных руд по РМ-1 и охранному целику ВЗС-ВСС в настоящее время интенсивно развиваются сдвижения земной поверхности;
- Глубина отработки рудной залежи сплошных богатых руд составляет в панелях 10, 11 - в пределах 850^900 м, мощность ее - 30^40 м и угол падения а = 18-К200;
- Значения коэффициентов крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова составляют: для богатых руд - f = 5^10 ^ ср = 8), для вкрапленных руд -
f = 5^14 ^ ср = 10), для габбро-долеритов - f = 10^12 ^ ср = 11), для песчаников и алевролитов - f = 5^7 (f ср = 6), для известняков и доломитов - f = 6^8 (f ср =
- Мощность рыхлых четвертичных отложений в разрезе, представленном гравелитами, галечниками и супесями, не превышает 20 м;
- Простирание основных тектонических нарушений север-северо-
западное;
- Фронт очистных работ пересекает основную массу трещин и разрывных нарушений преимущественно крутого (60^85°) падения под углом 5^30°, что обусловило их влияние на развитие мульды сдвижения.
Мульда сдвижения с 2001 по 2004 гг. интенсивно развивалась в юговосточном направлении - по простиранию тектонических нарушений, причем абсолютные значения вертикальной составляющей вектора сдвижения (оседание п) возросли в средней части мульды с п = 300 мм до п = 800 мм (рис. 1).
По отклонению формы мульды сдвижения от эллиптической (рис. 1) можно заметить сдерживающее влияние на процесс сдвижения южной части разделительного целика РМ-1 и охранного целика стволов ВЗС-ВСС.
Рис. 1. Очертания мульды сдвижения на руднике «Октябрьский» в 2004 г.
Концентрация напряжений в массиве является причиной динамических проявлений горного давления и сейсмической активности этого выступа фронта горных работ.
Если рассмотреть вертикальный разрез с Запада на Восток через охранный целик стволов ВЗС-ВСС, то в него попадает косое сечение мульды сдвижения, и с достаточной точностью можно интерпретировать современную степень влияния горных работ на земную поверхность в районе ПЗК.
По фактическим данным наблюдений в 2005 г. отмечено (рис. 2), что даже незначительный пролет подработки (менее 100 м) создает зону сдвижения, которая вызывает заметные вертикальные оседания массива выше гор. -700 м. Мульда сдвижения, как видно в разрезе (рис.2), сформирована в результате подработки налегающих пород при выемке залежи сплошных руд с закладкой между разделительными массивами РМ 1 и РМ 2. С учетом фактических данных измерения вертикальных оседаний п земной поверхности в 2005 г. на разрезе (рис. 2) проведены изолинии оседаний.
Рис. 2. Разрез через охранный целик стволов ВЗС-ВСС с нанесением данных измерения вертикальных оседаний массива и земной поверхности по
состоянию на 2005 г.
Обозначения: 1 - здание ПЗК; 2 - изолинии вертикальных оседаний; 3 -
закладка
Проведенный анализ материалов наблюдений за сдвижением горных пород и земной поверхности в районе существующего ПЗК рудника
«Октябрьский» позволяет сделать вывод, что поверхностный закладочный комплекс расположен в подработанной зоне. Интенсивность сдвижений горного массива развивается с возрастает с 5 до 33 мм/год. К 2015 г. вертикальные оседания, вероятно, будут превышать 200 мм, а горизонтальные сдвижения - 140 мм. При подобных деформациях
сохранность зданий и сооружений ПЗК не обеспечивается, что может потребовать дополнительных капитальных вложений для обеспечения сохранности и поддержания в рабочем состоянии зданий и сооружений ПЗК в объёме 1.5-2 млн. USD ежегодно. Аварийные простои оборудования могут нарушить ритмичность доставки закладки в выработанное пространство и снижению объёмов закладочных работ на руднике.
Строительство нового закладочного комплекса производственной
-5
мощностью один млн. м /год за зоной сдвижения горного массива потребует капитальных затрат на строительство в пределах 28 млн. USD.
Это позволит получить положительный эффект и обеспечит:
- Гарантированную надежность работы ПЗК;
- Производство необходимых объёмов закладочных смесей;
- Использование при строительстве ПЗК новых технологий и рецептур приготовления смесей на основе хвостов обогащения;
- Снижение издержек производства и повышение безопасности работ.
Горизонтальные сдвижения £ в соответствующих точках можно оценить по аналитической зависимости [4,5]:
£ = d [п (пт - П)] /2 ,
где d - деформация эллипса сдвижения, d = tg (90o - 2р) ~ 0,4 [4]; р -угол трения пород (р ~ 34 o); п - вертикальное оседание земной поверхности в расчетной точке, мм; пт - максимальное оседание земной поверхности в центре мульды сдвижения (пт = 800мм).
Для точек на земной поверхности, находящихся, соответственно, на изолиниях ni = 50 мм, п = 100 мм и пз = 200 мм, определены величины горизонтальных сдвижений: £1 = 0,4 [50 (800 - 50)] / = 77,5 мм; £ = 0,4 [100 (800
- 100)] / = 105,8 мм; £3 = 0,4 [200 (800 - 200)] / = 138,6 мм (табл. 1).
Таблица 1. Вертикальные оседания и горизонтальные сдвижения земной поверхности под зданием ПЗК рудника «Октябрьский»
Уровень вертикальных оседаний, мм Уровень горизонтальных сдвижений, мм Уровень горизонтальных деформаций по длине здания Уровень горизонтальных деформаций по ширине здания Выполнение условия допустимости деформаций г < [г ]
П1 = 50 II 7 5 81 = 8,6х10-4 81 = 1,3х10-3 допустимые
П2 = 100 ОО, 0 = <N 82 = 1,2х10-3 82 = 1,8х10-3 допустимые
Пз = 200 ЮГ осГ СП = з 83 = 1,5х10-3 83 = 2,3х10-3 недопустимые
Таким образом, можно отметить, что ПЗК расположен в зоне интенсивного воздействия мульды сдвижения на здания и сооружения. Согласно «Методическим указаниям...» ВНИМИ [5], условия отработки месторождения в районе ствола ВЗС рудника «Октябрьский» должны быть отнесены ко II типу и углы сдвижения равны углам разрывов. Величина угла сдвижения по восстанию рудного тела должна приниматься у = 70о.
По состоянию на 2005 год ПЗК попадает в зону интенсивного образования трещин и разрывов горных пород. Несущие конструкции здания ПЗК из армированного шлакобетона неизбежно будут разрушаться. Интенсивность образования трещин вследствие развития мульды сдвижения с развитием горных работ должна увеличиваться.
Проведенный анализ материалов наблюдений за сдвижением горных пород и земной поверхности в районе существующего ПЗК позволяет сделать вывод, что поверхностный закладочный комплекс расположен в подработанной зоне и уровень вертикальных оседаний и горизонтальных сдвижений земной поверхности под зданием ПЗК близок к допустимому пределу.
Мульда сдвижения по мере развития горных работ в соответствии с календарным планом отработки богатых, медистых и вкрапленных руд, к 2015 г. должна существенно прирасти в юго-западном направлении, причем абсолютные значения вертикальной составляющей вектора сдвижения (оседание п) возрастут в районе ПЗК рудника «Октябрьский» с п = 50 мм до п = 200 мм (рис. 3). Продолжающееся сдвижение горного массива с интенсивностью 5^33 мм / год приведёт в перспективе к аварийному состоянию зданий и сооружений.
О
Рис. 3. Прогноз мульды сдвижения на руднике «Октябрьский» к 2015 г.
За период с 2001 г. по 2004 г. вертикальные оседания возросли в два раза, что и в настоящее время оказывает негативное влияние на состояние зданий и сооружений существующего ПЗК. Прогноз развития вертикальных оседаний и горизонтальных сдвижений земной поверхности под зданиями и сооружениями ПЗК к 2015 г. с достаточно большой степенью вероятности показывает, что вертикальные оседания будут превышать 200 мм, горизонтальные сдвижения - более 140 мм. При подобных деформациях сохранность зданий и сооружений ПЗК не обеспечивается, что может привести к дополнительным капитальным вложениям, направленным на модернизацию и сохранность зданий и сооружений действующего ПЗК, в объёме ~ 1,5-К2 млн. $ США ежегодно, снижению объёмов производства закладочной смеси и ведения закладочных работ по руднику.
Строительство нового закладочного комплекса производственной
-5
мощностью один млн. м /год (с капитальными затратами на строительство в пределах 28 млн.$ США) за зоной сдвижения горного массива позволит получить положительный эффект:
- Обеспечит гарантированную надежность работы ПЗК;
- Ппроизводство необходимых объёмов закладочной смеси;
- Использование новых рецептур закладочной смеси на основе хвостов обогащения;
- Снижение издержек и повышение безопасности работ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Пивень Г.Ф., Коновалов А.П., Штерн Б.М. Рудник «Октябрьский» - ведущий поставщик минерального сырья в Норильском горнопромышленном районе // Горный журнал. - 1999.- №3.
2. РТПП-009-2004. Регламент технологических производственных процессов по применению слоевой системы разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими материалами и расположением очистных выработок в защитных зонах при выемке сульфидных руд на рудниках ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель». - Норильск: ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель», 2004.
3. Леонтьев А. В. Анализ естественных напряжений по результатам измерений в рудниках на территории северной Евразии // ФТПРПИ. - 2001.- №1, с. 31-40.
4. Шадрин А.Г. Теория и расчет сдвижения горных пород и земной поверхности. -Красноярск: изд. Красноярского университета, 1990.
5. Методические указания по определению параметров процесса сдвижения горных пород, охране сооружений и горных выработок на месторождениях цветных металлов. - Л.:ВНИМИ, 1974.
6. Инструкция о порядке утверждения мер охраны зданий, сооружений и природных объектов от вредного влияния горных разработок / Госгортехнадзор. - М.: Недра, 1988.
7. Аршавский В.В. Особенности развития геомеханических процессов при отработке шахтных полей Октябрьского месторождения // Горный журнал. - 2004. - №12.
© А.П. Тапсиев, В.А. Усков, М.Б. Устюгов, 2009
