Геомеханическое обоснование параметров подземной геотехнологии при совместной разработке месторождения в тектонически напряженном массиве : на примере месторождения "Олений ручей"

• Автор: Земцовский, Александр Васильевич
• Шифр специальности: 25.00.20
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Апатиты
• Количество страниц: 157 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛИ И ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1. Актуальность проблемы геомеханического обоснования параметров подземной геотехнологии при совместной разработке месторождения
1.2. Анализ горно-геологических, геомеханических и горнотехнических условий отработки месторождения
1.2.1. Геологическая характеристика месторождения
1.2.2. Геомеханические условия
1.2.3. Горнотехнические особенности
1.3. Обзор исследований, посвященных комбинированной разработке месторождений в удароопасных условиях
1.4. Обоснование цели и задач исследований
ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ МАССИВА ПОРОД МЕСТОРОЖДЕНИЯ «ОЛЕНИЙ РУЧЕЙ»
2.1. Обоснование применяемых методов исследований
2.1.1. Анализ существующих методов исследования геомеханического состояния
массива
2.1.1.1. Экспериментальные методы
2.1.1.2. Аналитические методы
2.1.2. Численные методы
2.1.2.1. Анализ существующих численных методов расчета НДС массива
2.1.2.2. Описание программного комплекса Sigma GT
2.1.3. Модель среды для исследования состояния массива
2.2. Результаты исследования геомеханического состояния массива месторождения «Олений ручей» натурными методами
2.2.1. Визуальные обследования состояния выработок
2.2.2. Геофизические методы исследования состояния массива
2.2.3. Реометрические исследования
2.2.4. Измерения напряжений методом разгрузки
2.3. Исследование состояние массива методом численного моделирования
2.3.1. Оценка исходного поля напряжений в окрестностях месторождения
2.3.2. Оценка влияния карьеров на НДС массива горных пород
2.3.3. Оценка влияния подземных горных работ на НДС
2.4. Сравнение результатов численного моделирования с данными натурных
исследований
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 3. ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ, ПЛАНИРУЕМЫХ К ПРИМЕНЕНИЮ НА МЕСТОРОЖДЕНИИ
3.1. Методика прогноза устойчивости элементов системы разработки
3.1.1. Анализ существующих критериев разрушения горных пород
3.1.1.1.Классические теории разрушения материалов
3.1.1.2. Современные теории прочности
3.1.1.3. Теории прочности горных пород
3.1.2. Оценка безопасных параметров конструктивных элементов системы разработки
3.1.3. Создание мелкомасштабной модели месторождения «Олений ручей»
3.2. Определение безопасных размеров камер и междукамерных целиков
3.3. Оценка возможности обрушения налегающей толщи пород до поверхности при отработке подземных запасов месторождения
3.4. Оценка необходимых параметров обнажений для перехода к системе с обрушением
подработанных пород
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ГЛАВА 4. ОЦЕНКА УСТОЙЧИВОСТИ ВЫРАБОТОК ПОДЗЕМНОГО РУДНИКА «ОЛЕНИЙ РУЧЕЙ»
4.1. Прогноз устойчивости выработок в процессе отработки подземных запасов
4.1.1. Исследование состояния массива вмещающих пород и рудного тела при последовательной подземной отработке запасов месторождения
4.1.2. Оценка устойчивости выработок по данным численного моделирования
4.2. Оценка состояния выработок концентрационного горизонта -220 м
4.3. Анализ состояния выработки на различной глубине при разном типе поля напряжений
4.3.1. Описание расчетных вариантов
4.3.2. Описание моделей и условий моделирования
4.3.3. Результаты моделирования
4.3.4. Определение размеров зон разрушения вокруг горной выработки
4.3.5. Анализ полученных результатов
ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ
Одной из основных тенденций разработки месторождений полезных ископаемых является усложнение горно-геологических и горнотехнических условий ведения горных работ. С другой стороны увеличивающаяся в последнее время стоимость минеральных ресурсов приводит к необходимости более полного извлечения полезных компонентов из недр. Решение возникающих проблем может заключаться в совершенствовании технологии горного производства, а также в применении безопасных и эффективных способов добычи полезных ископаемых. Поэтому обоснование комбинированной или совместной отработки месторождений с применением открытого и подземного способа добычи является актуальной задачей, особенно в высоконапряженном массиве горных пород.
При совместной разработке обеспечивается более полное извлечение полезного ископаемого, достигаются высокие технико-экономические показатели и максимальная производительность предприятия, а также с наибольшим экономическим эффектом учитываются особенности разрабатываемого месторождения. Необходимо отметить, что возможность и эффективность совместной разработки зависит от успешного решения технических, организационных и экономических вопросов, которые при этом обычно возникают.
Данные вопросы актуальны и для апатитовых месторождений Хибин, которые отрабатываются как открытыми, так и подземными горными работами и располагаются близко друг от друга.
Одним из примеров применения такого способа отработки запасов является месторождение «Олений ручей». В силу геологических особенностей, было принято решение о строительстве карьера на первом этапе освоения месторождения с переходом на следующем этапе на подземный способ добычи. Причем очистное пространство будущего подземного рудника отделено от пространства карьера безрудной толщей мощностью более 300 м. Также необходимо отметить, что рядом располагается месторождение Ньоркпахкское (относится к ОАО «Апатит»), отрабатываемое карьером, который, возможно, оказывает влияние на напряженное состояние массива месторождения «Олений ручей». Таким образом, подземные горные работы на месторождении будут вестись вблизи открытых горных работ.
Существует значительный опыт разработки месторождений совместным способом, когда подземные и открытые горные работы ведутся в непосредственной близости друг от друга, и при таких условиях их взаимное влияние очевидно. В случае месторождения «Олений ручей» такое влияние в силу больших расстояний между карьерами и подземным рудником

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СОСТОЯНИЯ МАССИВА ПОРОД МЕСТОРОЖДЕНИЯ
«ОЛЕНИЙ РУЧЕЙ».
2.1. Обоснование применяемых методов исследований.
2.1.1. Анализ существующих методов исследования геомеханического состояния массива.
Из существующих методов исследования геомеханического состояния массива горных пород можно выделить две основные группы: аналитические и экспериментальные методы. Они используют различные подходы и инструменты для изучения одного и того же объекта, а также обладают своими преимуществами и недостатками. Комплексное использование как аналитических, так и экспериментальных методов для изучения объекта позволяет получить наиболее достоверную информацию о состоянии массива.
Для анализа данных полученных в результате работы в этой и последующих главах будем полагать, что сп, аг, аз - максимальные главные компоненты тензора напряжений, для которых выполняется условие 01>С2>аз. Также условимся, что сжимающие напряжения имеют положительные значения, а растягивающие - отрицательные значения.
Рассмотрим основные методы исследования состояния массива горных пород подробнее.
2.1.1.1. Экспериментальные методы.
Экспериментальные методы исследования состояния массива опираются не только на натурные методы, но также могут быть дополнены лабораторными испытаниями горных пород [64 - 69]. Хотя экспериментальные методы обладают неоспоримым преимуществом, таким как большая точность и достоверность полученной информации, для них характерны дороговизна, трудоемкость, сложность организации постановки эксперимента и уменьшение достоверности результатов при отклонении от условий эксперимента.
Изучение состояния массива горных пород с помощью визуального обследования подземных горных выработок.
На апатитовых рудниках, разрабатываемых ОАО «Апатит» порядок проведения визуального обследования горных выработок регулируется «Указаниями по безопасному ведению горных работ на Хибинских апатит-нефелиновых месторождениях, склонных к горным ударам» [70]. Согласно данньм указаниям при визуальном обследовании фиксируются формы динамических проявлений горного давления, такие как шелушение, динамическое заколообразование, стреляние. А также фиксируются приуроченность проявлений к