Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние изученности вопроса, цель и задачи исследований 8
1.1. Анализ опыта освоения прибортовых запасов при последовательной открыто-подземной разработке месторождений 8
1.2. Факторы, определяющие конструкцию системы разработки и технологию выемки прибортовых запасов 22
1.3. Анализ методик выбора систем разработки и обоснования их параметров 29
1.4. Горно-геологические и геомеханические особенности освоения медноколчеданных месторождений южного урала 38
1.5. Цель, задачи и методы исследований 51
2. Характеристика извлекаемых прибортовых запасов, конструирование технологических схем отработки 53
2.1. Исследование свойств и состояния массива пород в прибортовой зоне 53
2.2. Оценка напряженно-деформированного состояния прибортового массива 59
2.3. Классификация прибор говых запасов месторождений, осваиваемых комбинированной геотехнологией 70
2.4. Конструирование систем разработки прибортовых запасов и их классификация 76
2.5. Разработка методики выбора оптимальных вариантов систем разработки при освоении прибортовых запасов 79
3. Исследование эффективности вариантов систем разработки прибортовых запасов 84
3.1. Составление экономико-математических моделей для сравнительной оценки систем разработки 84
3.2. Оценка факторов, влияющих на сравнительную эффективность систем разработки при освоении прибортовых запасов 93
3.3. Геомеханическое обоснование технологии и порядка отработки приборовых запасов 116
4. Промышленная апробация технологических схем выемки прибортовых запасов. Оценка экономической эффективности 126
4.1. Проектные решения по системам разработки запасов в бортах карьеров и результаты их внедрения на медноколчеданных месторождений урала 126
4.2. Расчет экономической эффективности внедрения систем разработки прибортовых запасов 146
4.3. Методические рекомендации по выбору систем разработки для освоения прибортовых запасов за предельными контурами карьеров... 150
Заключение 152
Библиографический список 154
- Факторы, определяющие конструкцию системы разработки и технологию выемки прибортовых запасов
- Классификация прибор говых запасов месторождений, осваиваемых комбинированной геотехнологией
- Оценка факторов, влияющих на сравнительную эффективность систем разработки при освоении прибортовых запасов
- Расчет экономической эффективности внедрения систем разработки прибортовых запасов
Введение к работе
Актуальность работы. Крутопадающие рудные месторождения с большой глубиной распространения осваиваются преимущественно с использованием комбинированных геотехнологий. За предельными контурами карьеров остаются значительные запасы, которые дорабатываются подземным или открыто-подземным способами. Наибольшие сложности возникают при проектировании технологии выемки прибортовых запасов, поскольку их отработка вызывает нарушение устойчивости бортов карьеров, сопровождается разлетом рудной массы в выработанное пространство, возникают проблемы с вентиляцией подземных выработок, транспортом и подъемом отбитой руды. Поэтому, поиск, выбор и обоснование параметров систем разработки прибортовых запасов при комбинированной разработке месторождений, обеспечивающих эффективное и безопасное освоение запасов различных морфологических типов с наибольшей полнотой извлечения с учетом специфики условий залегания и использования сочетания элементов технологий открытых и подземных горных работ, представляет весьма актуальную задачу.
Несмотря на большой объем исследований в этой области, нормативные документы для проектирования рациональных систем разработки прибортовых запасов отсутствуют. Нет методик выбора конструкций систем разработки, не определены эффективные области их применения для запасов, характеризующихся различными технологическими, морфологическими и геомеханическими параметрами, не обоснован рациональный порядок извлечения запасов.
Цель работы – обоснование методики выбора систем разработки прибортовых запасов, располагающихся за предельными контурами карьеров, обеспечивающих высокую эффективность и полноту комплексного использования недр.
Идея работы состоит в адаптации конструктивных и технологических параметров систем разработки прибортовых запасов соответствующим условиям их районирования по топологическим, морфологическим и геомеханическим факторам.
Объект исследований – прибортовые запасы, располагающиеся за предельными контурами карьеров.
Предмет исследования – конструкция и параметры системы разработки прибортовых запасов при комбинированной геотехнологии.
Основные задачи исследований:
- анализ опыта отработки прикарьерных запасов рудных месторождений, параметров подземных горных работ;
- обобщение условий залегания прибортовых запасов, их классификация и оценка факторов, влияющих на технологические решения и параметры отработки прибортовых запасов;
- оценка геомеханического состояния прикарьерного массива месторождения в процессе освоения запасов, районирование прикарьерного массива по морфологическим и топологическим факторам и горным возможностям;
- конструирование систем разработки прибортовых запасов, обоснование рациональных параметров и порядка подземных горных работ;
- технико-экономическая оценка технологических схем; обоснование методики выбора систем разработки; промышленная апробация и внедрение технологических схем освоения прибортовых запасов медноколчеданных месторождений.
Положения, выносимые на защиту:
1. Классификация прибортовых запасов по морфологическим и топологическим признакам позволяет в различных горно-технических и горногеологических условиях выбрать эффективный вариант отработки.
2. Участки прибортовых запасов мощностью до 20 м, непосредственно выходящие в борт карьера, целесообразно извлекать системами открыто-подземной разработки с преимущественным использованием элементов открытых горных работ в режиме интенсивной выемки запасов и использования резерва кратковременной устойчивости бортов и их крепления.
3. Внутреннее отвалообразование на стадии открытых горных работ обеспечивает эффективное применение систем разработки подэтажного обрушения для освоения прибортовых запасов.
4. Эффективное освоение прибортовых запасов за предельными контурами карьеров обеспечивается применением открыто-подземных и подземных систем разработки, дифференцированных по морфологическим типам запасов.
Методы исследований. Использован комплексный подход, включающий изучение строения, свойств и состояния пород; моделирование геомеханических процессов; экономико-математическое моделирование освоения прибортовых запасов, методы обобщения и систематизации результатов промышленной апробации рекомендаций.
Научная новизна заключается в:
- создании типовых технологических схем освоения прибортовых запасов за предельными контурами карьеров при комбинированной геотехнологии, дифференцированных по морфологическим типам запасов, состоянию подрабатываемых бортов карьеров, способам разработки;
- обосновании области эффективного применения систем подземной и открыто-подземной разработки и порядка выемки прибортовых запасов по геомеханическим и технологическим факторам;
- разработке методики выбора эффективных технологических схем освоения запасов за предельными контурами бортов карьеров, основанной, в отличие от ранее применяемых, на использовании систем открытой, подземной и открыто-подземной разработки.
Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается представительностью и надежностью исходных данных; использованием апробированных методик расчета параметров систем разработки и технико-экономических показателей; подтверждается сопоставимостью результатов математического моделирования, аналитических расчетов, лабораторных и натурных исследований, положительными результатами апробации рекомендаций в промышленных условиях.
Практическая значимость работы состоит в разработке методики выбора комбинированных систем разработки прибортовых запасов, обосновании технологических параметров, обеспечивающих безопасность, эффективность, полноту и качество извлечения руд, и их внедрении при освоении медноколчеданных месторождений.
Реализация работы. Результаты исследований использованы при составлении и промышленном внедрении рабочих проектов отработки прикарьерных запасов медноколчеданных месторождений Учалинское, Сибайское, Молодежное; внедрены в учебные курсы дисциплин высшего профессионального образования: «Системы разработки», «Технология отработки ценных руд в сложных условиях» по специальностям 130404 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых» и 130403 «Открытые горные работы» ГОУ ВПО «МГТУ».
Апробация работы. Результаты, основные положения и выводы докладывались на международных научно-технических конференциях: «Неделя горняка – 2006 – 2010 гг.» (Москва); «Комбинированная геотехнология: проектирование и геомеханические основы» (Магнитогорск, Сибай, Екатеринбург, 2001, 2003, 2005, 2007, 2009 гг.); научно-технических конференциях МГТУ и технических совещаниях Учалинского ГОКа.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 13 работах, в том числе 5 работ в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 101 наименований и содержит 158 страниц машинописного текста, 87 рисунков, 16 таблиц.
Работа выполнена в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова на кафедре «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых». Исследования, представленные в диссертации, выполнялись в рамках хоздоговорных НИР и государственного контракта № 02.740.11.0038.
Факторы, определяющие конструкцию системы разработки и технологию выемки прибортовых запасов
На технологию выемки прибортовых запасов, конструкцию систем разработки и их параметры оказывает влияние большое число факторов, как и при выборе систем разработки в традиционных подземных условиях: геологических, топологических, морфологических, геомеханических, аэродинамических. Вместе с тем, имеются и специфические, вызванные наличием карьерной выемки, такие как использование карьерного оборудования, предельное состояние подрабатываемых массивов бортов и возможность их обрушения, образование аэродинамических, гидравлических, климатических связей, повышенное горное давление,. влияние которых может иметь разнонаправленный характер [10, 100].
Специфические факторы, воздействуя на объект, вызывают его изменение. Уровень воздействий зависит от степени близости подземного и карьерного пространств. Нейтрализация негативного влияния ряда этих факторов - активные аэродинамические связи, повышенное горное давление, сопряжено с ухудшением ряда показателей систем разработки — потерь и разубожи-вания, удельного расхода ПНР, себестоимости, а с другой стороны наличие карьерной выемки позволяет существенно снизить затраты на добычу за счет использования элементов технологии открытых работ. Поэтому обоснование рациональных вариантов систем разработки должно учитывать вышеперечисленные факторы.
Прибортовые запасы, расположенные за предельным контуром карьера, характеризуются более сложным геологическим строением, наличием изолированных участков, растянутостью запасов по периметру карьера. Подлежащие подземной доработке участки месторождения, как правило, приурочены выклинкам, зонам тектонических нарушений, залежам с невысоким содержанием. Часто дорабатываемые рудные зоны представлены локальными рудными залежами, участками с невыдержанной мощностью, с небольшими размерами по простиранию и падению.
Следует отметить и такое свойство, как приуроченность прибортовых запасов к торцевым частям карьера, причем высота распространения может достигать нескольких высот этажа. Формирование так называемых «рудных треугольников» в бортах карьера в процессе открытых работ, явление практически повсеместное. В больших пределах варьируются мощность залежи, местоположение и удаление прибортовых запасов от предельного контура карьера, которые в конечном счете определяют вид технологической схемы их выемки. В вопросе мощности приконтурных запасов нет единого мнения. Так в работе [37] предложено, исходя из данных геомеханических исследований и опыта ра 24 бот, принять мощность равной размерам выемочного блока, т.е. для прибЪр-товых - длине или ширине блока в зависимости от его расположения относительно направления простирания борта карьера. Наибольшее влияние на технологию отработки прибортовых запасов оказывают геомеханические факторы, это объясняется совместным влиянием открытых и подземных работ на напряженно-деформированное состояние прикарьерного массива и его свойства. В формирование современных представлений о геомеханическом состоянии прикарьерного массива внесли вклад A.M. Демин, В.И. Зобнин, А.В. Зубков, А.И. Ильин, М.А. Иофис, Д.М. Казикаев, В.Н. Калмыков, А.А. Козырев, СВ. Кузнецов, А.Б. Макаров, М.В. Рыльникова, Ю.И. Туринцев, Г.Л. Фисенко, Г.И. Черный, Т.С. Черчинцева В.К. Цветков и др. Установлено, что ведение открытых горных работ с использованием буровзрывной технологии оказывает непосредственное влияние на свойства и нарушенность окружающего горного массива [34, 35, 92]. Исследователями [74] в процессе проведения испытаний статических и динамических характеристик образцов кернов, выбуренных из массива бортов Учалинского карьера, установлено, что в приоткосном массиве они изменяются по закону затухающих колебаний с общей тенденцией к увеличению по мере удаления от поверхности борта В результате подземной подработки прочностные показатели руд и по_ род, слагающих борта карьера, подвергаются вторичным изменениям вследствие дренирования массива или, наоборот, обводнения его за счет проникновения поверхностных вод в трещины [34]. В течении трех лет проводились замеры трещиноватости пород в борту карьера рудника им. Коминтерна [45]. Замеры показали, что на протяжении времени замеров произошло оседание борта на 750-820 мм, однако растяжение породного массива было незначительным (не более 1 мм на 1м). Видимая длина 12 замеренных трещин увеличилась в среднем в 1,6 раза, раскрытие 7 трещин - в 1,3 раза и коэффициент трещиноватости увеличился від раза при этом величина сцепления снизилась на 20 - 30 %. Ю.И. Туринцевым [91] определено, что раскрытие трещин наблюдается на расстоянии от поверхности борта вглубь массива составляющем в среднем 0,7 высоты карьера (Н) с пределами колебаний 0,62- -0,83 Н. Вг ходе наблюдений за сдвижением горных пород на Тишинском месторождении [99] было установлено, что при развитии открытых и подземных горных работ на определенных участках месторождения имеет место процесс раскрытия трещин. В большей мере наблюдалось раскрытие трещин, параллельных простиранию рудного тела притом, что максимальное горизонтальное напряжение на месторождении действует в направлении простирания залежи. Отмечается значительная роль субгоризонтальных тектонических напряжений в формировании напряженно-деформированного состояния (НДЄ) прикарьерного массива [34, 35, 45]. Большое значение на напряженное состояние горного массива оказывает наличие в последнем крупных тектонических разломов [87, 92].
Поскольку в качестве основного критерия при оценке эффективности любого инвестиционного проекта принимаются экономические критерии, то одними из определяющих факторов является ценность добываемого рудного сырья и его объемы в прибортовой зоне. Данные показатели возможно использовать в качестве основных признаков при обосновании области рационального применения вариантов систем разработки.
Месторождения цветных металлов обычно характеризуются неравномерным содержанием полезных компонентов, что приводит к вынужденной концентрации горных работ на одних участках массива и временному прекращению работ на других. В результате изменения планового порядка развития горных работ существенно меняется геомеханическая обстановка на месторождении, затрудняется ее прогноз [35].
Классификация прибор говых запасов месторождений, осваиваемых комбинированной геотехнологией
Запасы, примыкающие непосредственно к предельному контуру карьера или находящиеся вблизи него и подлежащие подземной или открыто-подземной доработке, принято называть приконтурными, приграничными или переходной зоной. Удельный вес этих запасов в общих, остающихся за предельным контуром карьера, зависит от мощности залежей и глубины разработки открытым способом. В пересчете на физические объемы они могут достигать значительных величин и быть сырьевой базой подземных рудников достаточно большой мощности.
При классификации запасов месторождений, осваиваемых комбинированным способом, используют разные классификационные признаки: удаленность от предельного контура карьера [45], месторасположение по отношению к контуру карьера [88, 97], способ разработки запасов [43], геомеханическое влияние карьерной выемки [53].
В работах [45,74] по признаку взаимного влияния запасы предлагается классифицировать на две группы: располагаемые в зоне влияния карьера и за ее пределами. Для варианта совместной разработки запасы в зоне влияния карьера называют охранным целиком. Ведение подземных работ в пределах влияния карьерного пространства сопровождается развитием специфических геомеханических процессов, как в элементах систем подземной разработки так и карьера. Кроме этого в качестве дополнительного довода в пользу выделения этих запасов в отдельную группу служит тот факт, что эксплуатация этих участков связана с возможностью использования элементов технологии открытого способа разработки, нарушения режима вентиляции подземного рудника из-за образования аэродинамических связей с атмосферой карьера подтопления паводковыми водами.
В зависимости от степени взаимного влияния на устойчивость открытых и подземных выработок и особенностей технологии очистных работ запасы первой зоны целесообразно разделить на две части. Первая - приконтурные или приграничные запасы, непосредственно прилегающие к контуру карьера в бортах или дне, вторая - законтурные запасы, располагающиеся за при-контурными и отрабатываемые под их защитой или после приконтурных. Мощность приконтурной переходной зоны должна определяться, с одной стороны, размерами области наибольшего отрицательного влияния карьерного пространства на технологию подземных работ по факторам горного давления и вентиляции, а с другой - технологическими соображениями, выступающими как ограничивающие. Исходя из данных геомеханических исследований и опыта работ авторами ее условно рекомендуется принять равной размерам выемочного блока, то есть для прибортовых - длине блока, а придонных - высоте этажа.
На основе проведенных исследований Э.Ю. Мещеряковым [53,54] предложено классифицировать запасы месторождения по степени влияния карьера на напряженно- деформированное состояние массива на приконтурные при отработке которых элементы систем подземной разработки находятся в условиях повышенных напряжений, сдвигающих - в бортах и сжимающих — в основании, и прикаръерные, находящиеся в области значимого влияния карьера. Соответственно следует дифференцировать технологические решения по управлению состоянием подрабатываемого прикарьерного массива. Предложена методика отстройки этих зон.
В работе Ивашова Н.А. дана классификация запасов [27] с точки зрения проектирования систем вскрытия и технологии освоения запасов комбинированной геотехнологией, а также необходимости учета вышеперечисленных признаков. Предполагается классифицировать запасы по расположению относительно контура карьера, способам отработки, влиянию карьерной выемки, удаленности от контура карьера (рис. 2.1).
Согласно предлагаемой классификации все запасы разделяются на два класса по месту положения относительно контура карьера: в контуре и вне контура карьера (рис.2.9). В свою очередь, эти классы делятся на группы по способам разработки, первый - на запасы, осваиваемые открытым способом и открыто-подземным, а второй - шахтным и физико-химическим. Запасы шахтного способа разработки предлагается делить также на две подгруппы по признаку влияния карьерного пространства на технологию горных работ: подкарьерные, то есть находящиеся в зоне влияния карьерной выемки, и удаленные, то есть расположенные за зоной влияния карьерного пространства.
В связи с тем, что степень влияния на технологию подземной добычи является функцией расстояния запасов от контура и места их расположения, то подкарьерные разделяются по первому признаку на приконтурные (приграничные) и законтурные, а по второму - на прибортовые и придонные, а законтурные - на запасы выше и ниже уровня дна карьера.
Практически во всех классификациях запасов в отдельную группу выделяются по месту расположения относительно карьера прибортовые, располагающиеся выше уровня дна карьера, и придонные - ниже уровня дна. Такое разделение оправдано не только ввиду специфики конструктивного оформления технологических схем отработки, но и связи с частой привязкой отметок этажей к предельному уровню дна карьера. Такое разделение упрощает проектирование, хотя возможны случаи, когда целесообразно выделение выемочных блоков, включающих запасы выше и ниже уровня дна карьера.
На выбор систем разработки большое влияние оказывают морфологические и топологические признаки, т.е. форма, размеры и расстояние запасов от донной части карьера. На основе анализа геологии прибортовых запасов Уральских месторождений предлагается прибортовые запасы по морфологическому признаку разделить на примазки, пластообразные и выклинивающиеся, локальные зоны с выходом в карьер, локальные участки без выхода в карьер (табл. 2.4).
Оценка факторов, влияющих на сравнительную эффективность систем разработки при освоении прибортовых запасов
В процессе исследований оценивалось влияние следующих основных геологических, технологических и экономических факторов: содержание, ценность полезного компонента в рудах, величина запасов, геометрические параметры конструктивных элементов систем разработки, удаление участков от дна карьера, наличие или отсутствие пригрузки, параметры и способ ее образования.
Геологические факторы: содержание (ценность) полезного компонента, объем запасов. Исследование влияния ценности руды проводилось на примере освоения участка выклинивающейся залежи при стоимости условного металла, равной 3000-7000 у.е. за 1 т. Приведенное содержание полезного компонента изменялось в диапазоне от 0,5 до 6 %. Размеры участка В = 50 м; L = 100 м; Н = 60 м. Общие запасы 840 тыс. т. Рассматривались варианты отработки запасов системами разработки камерными и слоевыми с твердеющей закладкой, и подэтажного обрушения с пригрузкой скальными породами. Применение камерных систем разработки оценивалось в двух вариантах: с неизвлекаемым барьерным целиком и отрабатываемым подземным или открыто-подземным способами. Результаты расчетов в табл. 3.3.
На рис. 3.2 (а, б, в, г) показаны графические зависимости полученной прибыли при освоении прибортовых запасов различными вариантами систем разработки и минимальные содержания компонентов, при которых прибыль равна нулю. В расчетах приняты следующие исходные данные по параметрам систем разработки: пролет камер 10-25 м, ширина слоевой заходки 3 м, высота подэтажа 10-15 м, пригрузка объемом 397000 м". Ширина барьерного целика 15-25 м. Стоимость 1 т условного металла - 3000 - 7000 $. Прочность твердеющей закладки - 3 МПа. Пригрузка из скальных пород создана в режиме внутреннего отвалообразования. Исследованы два варианта освоения запасов: с извлекаемыми барьерными целиками и неизвлекаемыми. Выемка запасов барьерных целиков рассмотрена в вариантах: открытыми заходками и системами подэтажного обрушения под защитой породной пригрузки (рис. а - при неизвлекаемых барьерных целиках, б - при извлекаемых
Как видно из рис. 3.2 (а, б) варианты применяемых систем разработки существенно сказываются на величине получаемой сравнительной прибыли. Наибольший эффект достигается при камерных системах разработки с твердеющей закладкой и производстве добычных работ под защитой барьерных целиков с последующей выемкой их вариантами открытых камер или открыто-подземной разработки. Экономически целесообразная область применения вариантов систем разработки иллюстрируется рис. 3.3 (а, б), где показаны предельно допустимые содержания полезных компонентов в прибортовых запасах. Для данного вида запасов, уровня цен на металл наименьшее значение содержания полезного компонента достигается при применении систем разработки с высокими показателями использования недр (камерные с закладкой) и низкой себестоимости добычи - подэтажного обрушения. Другим существенным фактором, определяющим целесообразность выемки прибортовых запасов, является цена на металл на мировом рынке..0 На рис. 3.4 показаны графики зависимости прибыли от цен на полезные компоненты. Разброс значений принятого в расчетах фактического уровня цен для рассмотренных систем разработки достигает нескольких тысяч долларов. Результаты расчетов свидетельствуют о существенном влиянии на область применения вариантов систем разработки, поэтому учет конъюнктуры рынка необходим при выборе технологических схем отработки. Аналогичный характер имеет зависимость прибыли от объема погашенных прибортовых запасов (рис. 3.5). Расчеты выполнены для следующих исходных данных: приведенное содержание полезного компонента 2%, стоимость металла 5000 у.е. за т., дальность транспортирования пригрузки до 300м (внутреннее отвалообразование). а) Расчеты показывают, что при невысокой ценности руд экономически целесообразно вести выемку прибортовых запасов подземным способом только при значительных объемах. Существенно отражается на эффективности освоения необходимость формирования изолирующих породных отвалов (рис. 3.5). Технологические факторы: При камерных системах разработки на себестоимость добычи влияют значения конструктивных и технологических параметров и показателей систем разработки: пролет камеры и высота, мощность барьерного целика, высота подэтажа, нормативная прочность твердеющей закладки, коэффициенты подготовки, потерь, разубоживания.
Расчет экономической эффективности внедрения систем разработки прибортовых запасов
С использованием приведенных выше результатов исследований по выбору рациональных вариантов систем разработки для выемки прибортовых запасов была проведена оценка возможности использования различных вариантов систем разработки, проектирование принятых к реализации и их промышленное внедрение на ряде Уральских рудников, эксплуатирующих мед-ноколчеданные месторождения: Учалинское, Молодежное, Сибайское.
По каждому морфологическому типу прибортовых запасов прорабатывалось несколько вариантов систем разработки, оптимизировались параметры конструкции технологических процессов, объемы подготовительно-нарезных работ, сроки отработки.
После технической проработки варианты оценивались экономически, для чего определялась себестоимость добычи и показатели использования недр - коэффициенты потерь и разубоживания.
К внедрению принимался вариант, обеспечивающий наилучшие экономические показатели и показатели полноты использования недр. Реализация проектных решений осуществлялась путем составления локальных проектов, согласуемых и утверждаемых в установленном порядке. Учалинское месторождение
Северная выклинка. Очистные работы в прибортовой зоне на северном фланге Учалинского карьера осуществляются камерной системой разработки с твердеющей закладкой [14, 16, 17]. Между откосом северного борта карьера и подземными работами оставлен рудный разделительный целик мощностью 12 м, отработка которого предусмотрена после окончания открытых работ (рис. 4.1). Отработка руды в подэтаже 180-200 м завершена в 1996 году и начата выемка руды подэтажа 200-220 м. Для увеличения рудных площадей в отработке и набора рудником производственной мощности в основании северного борта карьера начата отработка руды с оставлением 40 м разделительного целика в подэтаже 260-300 м камерами шириной до 12 м, с аналогичным порядком отработки на этом фланге. Выемка запасов камер 30-2 и 30-8 привела к формированию зоны обрушения с выходом воронки обрушения на поверхность откоса карьера 13 января 1999 г. Развитие зоны обрушения было вызвано концентрацией касательных напряжений от деформирующегося при подработке массива борта и спровоцировано наличием в рудной залежи метасоматитовых прослоев и линз кварц-серицит-хлоритового состава.
Опыт отработки прикарьерных запасов на ряде отечественных и зарубежных рудников показывает, что одновременная подработка рудного массива сверху и снизу, даже при заполнении выработанных пространств твердеющей закладкой, приводит к резкому ухудшению геомеханической обстановки на участке, выражающейся в возникновении локальных зон концентраций сжимающих и растягивающих напряжений, ослаблении межблоковых связей, развитии новых систем трещин.
Математическое моделирование прибортового массива северного фланга методом конечных элементов показало наличие зон повышенных сжимающих напряжений вблизи камер 30 - 08, 30 - 04, 30-2 (рис. 4.2). Концентрация наиболее высоких нормальных напряжений наблюдается влизи откоса борта над камерой 30-08. направления напряжений Oi и о2 свидетельствуют о косонаправленном характере нагрузки, что также способствует возникновению зон концентраций напряжений вблизи выработанного пространства. В пределах гор. 220 - 260 м массив относительно разгружен, повышенные сжимающие напряжения концентрируются в торцевых частях искусственного массива гор. 180 - 220 мив массиве ниже гор. 300 м.
В целом, контуры прогнозируемой по концентрациям повышенных сжимающих и касательных напряжений (рис.4.3), зоны обрушения камер 30-04, 30-2 совпадают с фактическими, что дает повод считать, что разрушение горного массива происходило в режиме сжатия со сдвигом. Значения сжимающих и сдвигающих напряжений вблизи выработанного пространства камер соизмеримы с прочностными параметрами руд и пород (предел прочности на сжатие обнаженных метасоматитов осж= 14-17 МПа, медного колчедана ос = 84-90 МПа) [13].
Инициирующим фактором вывалообразования в камере 30-2 следует признать наличие достаточно мощного прослоя метасоматитов. По мере выпуска самообрушающейся руды и дальнейшего увеличения фактического контура камеры, по контакту массива с обрушенной рудой возникает зона концентраций растягивающих напряжений (рис.4.4), распространяющаяся практически до поверхности откоса. Наличие пустот и растягивающих напряжений в породах кровли в совокупности привело к интенсивному развитию воронки обрушения параллельно откосу борта и выходу ее в карьер.
Присутствие в контурах обнажений включений метасоматически измененных пород, склонных к постепенному разупрочнению, приводит к разгрузке окружающего массива и инициирует его разрушение вследствие возникновения растягивающих напряжений. Формированию зон разгрузки в рудном массиве способствует подработка его при выемке запасов нижних этажей.
На основе результатов натурных замеров напряжений, деформаций и обследования подземных выработок сделано предположение о наличии в границах месторождения сложного поля субгоризонтальных тектонических сил, неоднородных по направлению и величине компонент главных напряжений.
