CC BY
35
© В.В. Рыбин, А.А. Козырев, И.В. Данилов, 2009
УДК 622.271
В.В. Рыбин, А.А. Козырев, И.В. Данилов
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ НАПРЯЖЁННОГО СОСТОЯНИЯ ПРИКОНТУРНОГО МАССИВА ПОРОД НА КАРЬЕРАХ КОЛЬСКОГО ПОЛУОСТРОВА*
Приведены результаты экспериментального определения параметров напряженного состояния устойчивости бортов карьера «Железный» Ковдорского ГОКа.
Ключевые слова: геомеханическое обоснование, борта карьера, приконтурный массив, напряженное состояние.
Семинар № 16
V. V. Ribin, A.A Kozirev,
I. V. Danilov
THE DEFINITION OF THE PARAMETERS OF THE STRESSED STATE OF THE CONTOURED ROCK MASS AT THE OPEN PITS OF THE KOLSKIY PENINSULA
The results of the experimental definition of the parameters of the stressed state of the bench stability of the open-cut pit "Zhelezniy" of the Kovdorskiy mining and processing enterprise are given.
Key words: geomechanical feasibility, open-cut pit benches, contoured rock mass, stresses state.
*Исследования проводились при поддержке гранта РФФИ проект № 05-05-97523
~ЩЪ рамках проводимых в настоящее время Горным институтом КНЦ РАН работ по геомеханическому обоснованию возможностей оптимизации параметров карьеров в скальных текто-нически-напря-жённых породах одним из определяющих факторов, влияющих на устойчивость бортов карьеров, является их напряжённое состояние [1, 2].
В связи с важностью учёта напряжённого состояния при оценке устойчивости бортов карьеров были проведены специальные экспериментальные определения его параметров в карьере руд-
ника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК», Ньоркпахкском карьере Восточного рудника и в карьере Центрального рудника ОАО «Апатит».
Исследования проводились методом разгрузки в варианте торцевых измерений [3].
На рис. 1 в качестве примера показана типовая конструкция измерительной станции. На рис. 2 приведён график распределения напряжений по длине скважины.
В таблице представлены обобщённые данные измерений параметров напряжённого состояния массива пород карьеров ОАО «Ковдорский ГОК» и «Апатит».
Расчётные параметры напряжённого состояния массива пород исходя только из собственного веса вышележащих пород определялись исходя из известных зависимостей: оверт = уН; огор = Хховер,
где оверт; огор - вертикальные и горизонтальные напряжения в массиве пород от собственного веса вышележащих пород; у - объёмный вес пород, т/м3 (у ~ 3 т/м3); X -
коэффициент бокового отпора, в общем случае X = V / (1 - V); V - коэффициент
Пуассона (для горных пород исследуемых месторождений V ~ 0.25).
Например, для станции на гор. +500 м в Ньоркпахском карьере Восточного рудника ОАО «Апатит», получим:
оверт = уН = 3 т/м х200 м =
=600 т/м2 = 6 МПа;
Огор ^ХОвер (^/(1“^))х Оверт
=(0.25/(1-0.25)) х 6 МПа = 2 МПа.
Сравнение расчетных и измеренных величин напряжений в массиве показывает, что действующие значения максимальных компонент главных напряжений на 13 измерительных станциях из 14 превышают максимальные расчетные напряжения от собственного веса вышележащих пород. Невысокие значения действующих напряжений на гор.+610 м в карьере Центрального рудника объясняются расположением измерительной станции в аномальной зоне (рабочая зона карьера, трещиноватый мас-
Рис. 1. Типовая конструкция станции по измерению параметров напряжённо-
деформированного состояния массива пород методом разгрузки: общая длина скважины - 50 м, участок измерений методом разгрузки - 15 м
сив). При этом в большинстве случаев отношение отах / овертср > 2. Это обстоятельство позволяет сделать вывод о соответствии напряжённого состояния массива пород исследованных месторождений гравитационно-тектоническому типу. Применительно к карьерам Восточного и Центрального рудников ОАО «Апатит» этот вывод подтверждается выявленными ранее общими закономерностями распределения напряжений в районе Хибинских апатит-нефелиновых месторождений [4-6].
Несмотря на имеющийся разброс полученных результатов, можно, в первом приближении, представить зависимость между максимальной компонентой главных напряжений и глубиной измерений для всех исследуемых месторождений в виде:
отах ~ 0.1 х Н, при Н > 40 50 м,
где Отах - максимальная компонента главных напряжений, МПа; Н - глубина измерений, м.
деф орм.ация. т
Рис. 2. Распределение напряжений по длине исследовательской скважины; верхний, средний и нижний графики - соответственно, распределение максимальной касательной, минимальной и максимальной компонент квазиглавных напряжений по длине участка измерений в скважине
Параметры напряжённого состояния массива пород крупных карьеров ОАО «Ковдорский ГОК» и ОАО «Апатит»
Абсолютная отметка измерительной станции, место измерений, борт карьера Глубина (средн.) расположения изм. станции от первоначального рельефа Нср., м Измеренные параметры напряжённого состояния массива пород по результатам измерений методом разгрузки Расчётные параметры напряжённого состояния массива пород исходя только из собственного веса вышележащих пород
максимальная компонента ®тах» МПа минимальная компонента Оті^ МПа £ н о оиз р 0 о Ь. , а а 1 -н о ка н вертикальная компонента (уН) ав^, МПа я т н е не оа п аП мо М ко , з * * І -* & о( оиз р о и
Карьер рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК»
+40м, 2005, 217 13 4 18° 6.5 2.2
СВБ (ОПУ)1
+94м, 2000, 163 20 4 18° 5 1.6
СВБ (ОПУ)
+94м, 2000, 163 22 9 -14° 5 1.6
СВБ (ОПУ)
+118м, 2005, 90 5 -1 6° 2.7 0.9
СЗБ (ОПУ)
+142м, 2001, 65 8 -2 ° со 4 2 0.6
СЗБ (ОПУ)
+166м, 2003, 40 3 -1 13° 1.2 0.4
ЮВБ
+154м, 2005, 52 11 3 8 ОО О 1.6 0.5
ЮВБ
Ньоркпахкский карьер Восточного рудника ОАО «Апатит»2
+500м, 2002 200 18 12 -16 6 2
+470м, 2003 230 24 10 -18 6.9 2.3
+440м, 2004 260 33 20 56 7.8 2.6
+470 м, 2005 230 22 12 106 6.9 2.3
Карьер Центрального рудника ОАО «Апатит»
+610м, 2003 290 5 -3 36 8.7 2.9
+595 м, 2004 305 26 19 37 9.15 3.05
+580 м, 2005 320 17 4 41 9.6 3.2
СВБ - северо-восточный борт карьера; СЗБ - северо-западный борт карьера; ЮВБ - юго-
восточный борт карьера; ОПУ - опытно-промышленный участок.
в Ньоркпахкском карьере Восточного и в карьере Центрального рудников ОАО «Апатит» все
измерения проводились на северных бортах со стороны висячего бока рудной залежи в преде-
лах ОПУ.
Поскольку все измерения методом разгрузки выполнены на участках наиболее протяжённых бортов карьеров, где коэффициент концентрации горизонтальных напряжений близок к
единице, то полученные значения напряжений в первом приближении можно рассматривать как исходные в нетронутом массиве пород.
Учитывая общие закономерности распределения тектонических напряжений с глубиной, можно предположить, что на глубинах более 400 +500 м зависимость Отах = Г (Н) будет нелинейной. При этом рост напряжений с глубиной будет затухать. По мере накопления экспериментальных данных предложенная зависимость будет уточнена.
В целом на основе выполненных исследований напряжённого состояния массива пород на карьерах Кольского полуострова можно сделать следующие выводы:
1. Напряжённое состояние прикон-турного массива пород всех исследуемых месторождений соответствует гравитационно-тектоническому типу.
1. Концепция формирования нерабочих бортов глубоких карьеров Кольского Заполярья / Н.Н. Мельников, А.А. Козырев, С.П. Ре-шетняк, Э.В. Каспарьян, В.В. Рыбин, В.С. Сви-нин, А.Н. Рыжков // Горный журнал, 2004. -№ 9. С. 45-50.
2. Обеспечение устойчивости бортов карьеров в предельном положении / А.А. Козырев, С.П. Решетняк, Э.В. Каспарьян, В.В. Рыбин, Н.А. Свердленко // Безопасность труда в промышленности, 2003. - №10. - С.41-44.
3. Руководство по измерению напряжений в массиве скальных пород методом разгрузки (вариант торцевых измерений) / АН СССР, Кол. Фил., Горн. ин-т; Сост.: И.А. Турчанинов,
2. Абсолютные значения параметров напряжённого состояния Хибинских апатит-нефелиновых месторождений несколько выше, чем на Ковдорском месторождении. Наибольшее значение максимальной компоненты главных напряжений, зафиксированное на Ньор-кпахкском карьере составило 33 МПа, в карьере Центрального рудника - 26 МПа, а в карьере рудника «Железный» ОАО «Ковдорский ГОК» - 22 МПа.
3. В первом приближении зависи-
мость между максимальной компонентой главных напряжений (отах, МПа) и глубиной измерений (Н, м) можно представить в виде: отах ~ 0.1 х Н, при
50 м < Н < 500 м.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Г.А. Марков, В.И. Иванов. - Апатиты: КНЦ РАН, 1970. - 48 с.
4. Управление горным давлением в тектонически напряженных массивах / А.А. Козырев, В.И. Панин, В.И. Иванов, С.Н. Савченко и др. - Апатиты, 1996. - 159 с. (I часть); 162 с. (II часть).
5. Тектонические напряжения в земной коре и устойчивость горных выработок / И.А.Турчанинов, Г.А. Марков, В.И. Иванов, А.А. Козырев. - Л.: Наука, 1978. - 256 с.
6. Марков Г.А. Тектонические напряжения и горное давление в рудниках Хибинского массива. - Л.: Наука, 1977. - 213 с. ЕШ
— Коротко об авторах ------------------------------------------------
Рыбин В.В. - старший научный сотрудник лаборатории геомеханики, Козырев А.А. - заместитель директора,
Данилов И.В. - ведущий технолог лаборатории геомеханики,
Горный институт КНЦ РАН, г. Апатиты, [email protected]
А
