CC BY
19
© B.B. Лизункин, M.B. Лизункин, Е.Л. Сосновская, A.B. Бсйдин, 2014
УДК 622.831
В.В. Лизункин, М.В. Лизункин, Е.Л. Сосновская, A.B. Бейдин
ОСОБЕННОСТИ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНОГО МАССИВА НА ЮБИЛЕЙНОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ*
Приведены результаты натурных измерений первоначальных (природных) напряжений массива горных пород Юбилейного месторождения, которые рекомендуется использовать при разработке проекта физико-химической геотехнологии блочного подземного выщелачивания (БПВ) урана для расчета конструктивных параметров систем разработки.
Ключевые слова: вертикальное напряжение, горизонтальное продольное напряжение, горизонтальное поперечное напряжение, горный массив, квершлаг, штрек, метод щелевой разгрузки, напряжение на стенках выработок, первоначальное (природное) напряжение горного массива.
Юбилейное месторождение, входящее в Стрельцовское рудное поле, находится в холмисто-равнинной местности юго-востока Забайкалья на северо-западном склоне Аргунского хребта. Месторождение приурочено к центральной части Тулукуевской зоны разломов. Оно занимает площадь около 1,8 км2, вытянуто в северо-западном направлении на 2000 м при ширине от 200 до 800 м. Ближайшим населенным пунктом является город Краснокаменск, в котором располагается градообразующее предприятие ОАО «Приаргунское производственное горно-химическое объединение», осуществляющее разработку урановых месторождений.
Урановое оруденение месторождения сосредоточено в осадочно-туфо-генных и фельзитовых комплексах пород (полевошпатовые песчанники, раз-ногалечные конгломераты, туфопес-
чанники, туфы и туфолавы фельзитов, покров фельзитов) [1].
Оруденение локализовано неравномерно: крутопадающие залежи концентрируются в основном на двух рудоносных участках - Первом и Втором, а пологозалегающие пластообразные рудные залежи выходят за их пределы и развиваются на всей площади месторождения.
Общий вертикальный размах развития оруденения на месторождении составляет 400 м, верхняя его граница располагается на глубинах 35-50 м от поверхности, нижняя - на глубине 450 м. В целом по месторождению подавляющая часть запасов урана (около 99 %) сосредоточена в породах верхней толщи. При этом в фельзитах локализовано 54 % запасов, в породах туфогенно-осадоч-ной толщи - 45 %, из которых более 90 % сосредоточено в пластообразных залежах. На долю трахидацитов верхнего
*Работа выполнена в ходе реализации комплексного проекта по созданию высокотехнологичного производства «Создание комплексной технологии отработки беднобалансового уранового сырья геотехнологическими методами» при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации (Минобрнауки России).
покрова приходится менее 1 % запасов урана.
Мощности рудных залежей изменяются от 0,5 до 25-30 м, среднее содержание урана по рудоносным участкам варьирует в диапазоне 0,1580,473 %. Рудные тела имеют жило-, линзо- и гнездообразные формы. Главным рудным минералом является на-стуран, образующий метасоматические и прожилковые скопления.
Крепость руды и пород по шкале профессора М.М. Протодьяконова колеблется от 5 до 14-16. Плотность руды и породы составляет 2,33-2,44 т/м3. Предел прочности руды и пород изменяется при сжатии от 72,0 до 121,0-174,8 МПа, при растяжении - от 6,9 до 16,0 МПа. Скорость продольных волн варьирует от 3005 до 5580 м/с, модуль упругости - от 1,75-10-5 до 5,74- 10-5 МПа, коэффициент Пуассона - от 0,18 до 0,28.
Тектоническое строение Юбилейного месторождения определяется проявлением системы крутопадающих разрывов северо-западного простирания, составляющих Тулукуевскую зону разломов. Между основными разрывами широко развиты системы оперяющих нарушений, зоны трещиноватости, дробления и брекчирования. В толще
а
Рис. 2. Фотографии вертикальной (а) и стенке выработки
вмещающих пород повсеместно развиты пологопадающие срывы. Все основные тектонические нарушения Тулуку-евской зоны разломов имеют идентичное строение. Они представлены четко выраженными тектоническими швами мощностью 0,1-0,2 м, выполненными глинкой трения и сопровождаются зонами дробления и трещиноватости вмещающих пород мощностью до 20 и более метров.
В зонах тектонических нарушений вмещающие породы неустойчивы, а вне зон - средней устойчивости. Руды, локализованные во всех разностях пород - неустойчивы.
В непосредственной близости (0,5 км) от Юбилейного месторождения находится Тулукуевское месторождение, которое приурочено к одной и той же рудоконтролирующей тектонической зоне и во многом обусловливает сходство их геологического строения. Месторождение отрабатывали в 70-90 годы прошлого столетия открытым способом. Глубина карьера составляет около 240 м. Под дном карьера остались запасы урана с невысоким содержанием металла (0,141 %), которые отрабатывать в настоящее время традиционными подземными физико-техническими геотехнологиями, как показы-
б
горизонтальной (б) разгрузочной щелей на
вает отечественная и мировая практика, является нерентабельным [2]. Извлечение остаточных запасов планируется с применением физико-химической геотехнологии блочного подземного выщелачивания (БПВ) урана в продуктивный раствор.
Практика подземной разработки месторождений полезных ископаемых показывает, что технология добычи бедных и забалансовых руд геотехнологическими методами может быть создана лишь при надежном геомеханическом обосновании устойчивости целиков, кровли камер и выработанных пространств, базирующемся на изучении геолого-тектонического строения месторождения, физико-механических свойств слагающих его пород, первоначальных напряжений и законов их перераспределения в конструктивных элементах систем разработки.
- замерная станция
(г-гортхтиыв шй-чь, & - кртнкмьнм щель)
СтВч ] ] к
Рис. 1. Схема расположения разгрузочных щелей по измерению напряжений горных пород на месторождении Юбилейное
Измерения напряжений горных пород производили методом щелевой разгрузки по методике Института горного дела УрО РАН РФ [3]. Оценка действующего напряжения в элементе массива осуществлялась путем изменения его напряженного состояния проходкой щели и измерения при этом соответствующих реакций в виде деформаций распорных реперов, установленных перпендикулярно этой щели.
Напряжения определяли в квершлаге 11к-501 и штреке 2-502 (рудник №8, гор.У (+420 м)). Глубина горных работ составила 300 м. Станции располагались ниже и юго-восточнее дна карьера соответственно на 60 и 300400 м в ненарушенном горными работами массиве. Всего измерено напряжение в 21 щелях. Места расположения наблюдательных станций представлены на рис. 1.
В качестве примера приведены фотографии разгрузочных щелей на стенках выработки (рис. 4).
Шпуры для установки распорных реперов бурили электроперфоратором глубиной 50 мм, диаметром 10 мм. В качестве реперов использовали металлические анкерные болты. Разгрузочные щели пропиливали ручной дисковой алмазной пилой диаметром 250 мм, шириной 3 мм и глубиной 50 мм. Расстояние между реперами определяли микрометром с точностью 1-10- мм.
Результаты определения напряжений на стенках выработок приведены в табл. 1.
По данным измерений расчетным путем установлены 114 значений напряжений, в т.ч. действующих вертикально (54 определения),
Таблица 1
Напряжения на стенках выработок
№ щели Вертикальные напряжения, МПа Продольные напряжения апр, Мпа Поперечные напряжения Мпа
о пв
1 -10,1
2 -8,0
6 -10,1
7 -6,0
8 -2,0
9 -6,0
10 -10,1
11 -4,1
12 -16,1
13 -10,1
14 -6,0
15 -4,1
4 -2,0
3 -8,6
5 -12,0
16 -12,1
17 -8,0
18 -10,1
19 -4,0
20 -4,0
21 -6,0
Среднее значение со -9,1 -6,4 -6,4
Таблица 3
Первоначальные напряжения горного массива для Юбилейного месторождения
Глубина разработки от поверхности, м Значения напряжений, МПа
Вертикальное Ов Продольное Опр Поперечное Оп
300 -7,5 -7,7 -7,6
400 -9,9 -10,3 -10,2
500 -12,5 -12,8 -12,7
600 -14,9 -15,4 -15,2
700 -17,5 -17,9 -17,8
800 -19,9 -20,5 -20,3
по простиранию, т.е. продольные напряжения (30 определений) и вкрест простирания - поперечные напряжения (30 определений). Средние значения первоначальных напряжений (вертикальное, продольное, поперечное) представлены в табл. 2.
Величины напряжений аппроксимируются формулами
ов =-1,01уИ, опр =-1,04уИ,
=-1,03уН, где у - плотность пород и руд, МН/м3; И - глубина горных работ, м.
Анализ результатов полученных напряжений массива горных пород позволяет отметить следующее.
Вертикальные напряжения массива горных пород практически равны величинам горизонтальных напряжений. Такое соотношение напряжений соответствует условиям гипотезы гидростатических напряжений, предложенной А. Геймом (от действия гравитационных сил напряжения по всем направлениям, благодаря пластическим деформациям, выравниваются). Равенство вертикальных и горизонтальных напряжений можно также объяснить влиянием отработанного карьера «Тулукуй».
На основе выявленных закономерностей определены первоначальные напряжения горного массива для расчета параметров конструктивных элементов систем разработки для различных глубин, представленные в табл. 3. Таким образом, полученные впервые фактические первоначальные напряжения массива горных пород Юбилейного месторождения можно использовать при разработке проекта физико-химической геотехнологии блочного подземного выщелачивания
Таблица 2
Результаты натурных измерений напряжений массива горных пород Юбилейного месторождения
Напряжение Глубина разработки, м Теоретическое напряжение (по гипотезе А. Гейма), МПа Результаты натурных измерений напряжений горных массивов
Число единичных определений напряжения Напряжение, МПа ± предельное откл-е Отношение продольного напряжения к вертикальному апр /о„ Отношение поперечного напряжения к вертикальному а„/ств
1 2 3 4 5 6 7
Рудное тело
Вертикальное 300 -7,4 54 -7,5±0,6
Продольное -7,4 30 -7,7±1,2 1,03 1,01
Поперечное -7,4 30 -7,6±1,0
(БПВ) урана из подкарьерных запасов Тулукуевского месторождения для расчета конструктивных параметров сис-
тем разработки, управления горным давлением и других геомеханических и горнотехнологических задач.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. йщукова Ё.П. Геология Урулюнгуевского рудного района и молибден-урановых месторождений Стрельцовского рудного поля / Л. П. Ищукова, Ю.А. Игошин, Б.В. Авдеев и др. - М.: ЗАО «Геоинформмарк», 1998. - 524 с.
2. Лизункин В.М. Отработка маломощных крутопадающих урановых жил
способом подземного выщелачивания / В.М. Лизункин, A.A. Гаврилов, A.A. Морозов. // Горный журнал. - 2013. - № 8(2). - С. 25-28.
3. Блох Н.П. Управление горным давлением на подземных рудниках / Н.П. Влох. - М.: Недра, 1994. - 208 с. ЕШЭ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Лизункин Владимир Михайлович - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», е-шаИ: [email protected],
Лизункин Михаил Владимирович - кандидат технических наук, доцент кафедры «Подземная
разработка месторождений полезных ископаемых», е-шаП: [email protected],
Бейдин Алексей Владимирович - старший преподаватель кафедры «Подземная разработка
месторождений полезных ископаемых», е-mail: [email protected],
Забайкальский государственный университет» (ФГБОУ ВПО «ЗабГУ»),
Сосновская Елена Леонидовна - кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» «Иркутский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «ИрГТУ»); е-mail: [email protected].
UDC 622.831
FEATURES OF THE STRESS-STRAIN STATE OF THE ROCK MASS AT THE JUBILEE DEPOSIT
Lizunkin V.M., Doctor of Technical sciences, Professor, Head of the department «Underground mining of mineral deposits», Zabaikalskiy State University, E-mail: [email protected]
Lizunkin M.V., Candidate of Technical sciences, Associate Professor of the department «Underground mining of mineral deposits», Zabaikalskiy State University, E-mail: [email protected]
Sosnovskaya E.L., Candidate of Geological-Mineralogical sciences, Associate Professor of the department «Underground mining of mineral deposits», Irkutskiy Technical State University, E-mail: [email protected]. Beydin A. V., Senior Teacher of the department «Underground mining of mineral deposits», Zabaikalskiy State University, E-mail: [email protected]
Mining technology of base and off-balance ores by geotechnological methods can be developed using the reliable geomechanical basis of stability of pillars, roof of the chamber and waste, based on a study of geological and tectonic structure of the deposit, physico-mechanical properties of its constituent rocks, initial voltages and laws of their reallocation in the structural elements of elaboration system. Measurements of rocks voltages were produced by slit unloading method of Mining Institute, Ural Branch of RAS.
This article presents the measurements results of the original natu-ral voltages rock mass in the Jubilee mine. Received data are recom-mended to use for drafting of physicochemical geotechnology block situ leaching ISL of uranium reserves from under-motion reserves of Tulu-kuevsky mine, which has similar geological structure, for calculating the design parameters of systems development, management of rock mass voltages and for the other geomechanical mountain- technological tasks.
Key words: vertical voltage, horizontal longitudinal voltage, horizontal transverse voltage, rock mass, crosscut, entry, crevice unloading method, exertion on the rib, original exertion of rock mass.
REFERENCES
1. Ischukova L.P., Igoshin Y.A., Avdeev B.V. Geologiya Urulyunguev-skogo rudnogo raiona i molibden-uranovykh mestorozhdenii Strel'tsovskogo rudnogo polya (Geology of Urulyunguevsky ore district and molyb-denium-uranium deposits of Streltsovsky ore field). Moscow, Closed Joint Stock Company «Geoinformmark», 1998. 524 p.
2. Lizunkin V.M., Gavrilov A.A., Morozov A.A. Otrabotka malomoshchnykh krutopadayushchikh uranovykh zhil sposobom pod-zemnogo vyshchelachivaniya (Processing of low-powered steeply dipping uranium mine by situ leaching). Mountain magazine. 2013. № 8(2). pp. 25-28.
3. Vlokh N.P. Upravlenie gornym davle-niem na podzemnykh rudnikakh (Management of rock pressure in underground mines). Moscow, Mines, 1994. 208 p.
Q
Инженеры, не надо пугаться своих нетривиальных идей, они могут оказаться эффективными.
