Характеристика месторождения

Введение

Управление состоянием массива горных пород - раздел горной науки о направленном изменении напряженного состояния массива, свойств пород, протекания физических и химических процессов с целью исключения опасных проявлений горного давления и газовыделений в недрах, пылеобразования, возникновения эндогенных пожаров и обеспечения эффективной выемки полезных ископаемых.

В современных условиях управление состоянием массива горных пород является неотъемлемой частью технологии подземной разработки месторождений. Горный инженер не может принимать обоснованных решений по выбору схем и способов вскрытия, подготовки шахтных полей, систем разработки, схем ведения горных работ без знания технологических характеристик породных массивов, условий и закономерностей проявления основных опасностей в шахтах, теории и практики региональных и локальных методов управления состоянием горного массива.

При ведении горных работ нарушается первоначальное состояние породного массива. Вокруг горных выработок изменяются напряжения и наблюдаются деформации, возникают зоны повышенных и пониженных напряжений, упругих или пластических деформаций, постепенных или мгновенных разрушений. Деформации и нарушения подрабатываемого массива пород могут быть причиной сдвижений и обрушений земной поверхности. В результате воздействия горных работ массив претерпевает значительные механические и физические изменения. Из сплошной упругой среды горные породы могут стать похожими на дискретную (сыпучую) массу.

Массив горных пород в процессе осуществления горных работ представляет собой ту окружающую среду, от состояния которой зависят безопасность работающих, эффективность разработки месторождений и полнота извлечения полезных ископаемых. Состояние массива в этот период определяется совокупным влиянием физико–механических свойств горных пород, геологических и горнотехнических факторов.

Из геологических факторов, оказывающих наибольшее влияния на состояние массива при разработке месторождения, необходимо отметить условия образования, состав и строение слагающих его пород, наличие геологических нарушений. Из физико–механических характеристик – плотностные, прочностные и деформационные свойства, распределение гравитационных и тектонических напряжений, изменение температурных полей, газоносность и водообильность пород [ 1 ].

Горнотехнические факторы, влияющие на состояние массива пород, формируются в результате выполнения технологических процессов, связанных со вскрытием, подготовкой месторождения и особенно с очистной выемкой.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

Исходя из характеристики месторождения:

№	Буквенное обозначение	Численное значение	Единицы измерения
	r0	2,1
	λ2	0,3
	E·104		МПа
	Н		м
	ν
	γ·10-4	1,9	Нм3
	α	0,7
	δ·102	0,65	са-1
	δсж		МПа
	θ		град
	Кр	1,19
	μ	0,3

Характеристика месторождения

Золоторудное месторождение "Кварцитовые горки" в геологическом отношении находится в Северо-Казахстанской золотоносной провинции и расположено в сложнопостроенном узле сочленения систем глубинных разломов. Рудное поле сложено вулканогенно-туфогенными образованиями кембрия, которые с несогласием перекрываются терригенно-осадочными породами ордовика. Все эти породы прорваны интрузиями гранитоидов, габброидов и габбродиоритов.

Месторождение "Кварцитовые горки" располагается в центральной части рудного поля. На месторождении территориально выделены два рудных участка, отстоящие один от другого на расстоянии 580 м – Южный и Северный. Оба участка заключены в блоках, ограниченных разрывными нарушениями. В тектонических блоках участков наибольшее распространение получили существенно кремнистые породы (фтаниты), играющие важную роль в локализации оруденения. Рудные тела фиксируются в пределах горизонта осадочных существенно кремнистых березитизированных пород, среди вулканитов, а также в зонах их рассланцевания. В настоящее время на месторождении известно шесть промышленных рудных тел и ряд более мелких тел и зон минерализации с повышенными концентрациями золота. На Южном участке разведано рудное тело I, являющееся самым крупным рудным телом месторождения (около 58 % балансовых запасов месторождения). На Северном участке выявлены рудные тела II-IV,III,V,VI и Южное – "Слепые" рудные тела. В рудных телах I и II-IV заключено 35% балансовых запасов месторождения.

Рудное тело I локализовано в верхней части разреза осадочного горизонта. Представляет собой минерализованную залежь в пределах лиственитизированных вулканитов. Со стороны лежачего бока прослеживается четкая граница рудного тела с вмещающими графитизированными сланцами глинисто-кремнистыми и углисто-карбонатными породами, а также с дайками диорит-порфиритов. Со стороны висячего бока рудное тело контролируется контактом между осадочными кремнистыми и туфогенными породами. Поскольку оруденение частично наложилось на вулканиты (туфы), границы рудного тела со стороны висячего бока менее четкие. В целом между рудными телами и вмещающими породами постепенные переходы. Кондиционные руды выделяются только по данным опробования. В целом рудное тело I представляет собой уплощенную линзообразную залежь меридионального простирания с крутым (до 60˚- 90˚) падением на запад. Очертания рудного тела по простиранию и падению сложные. Длина и мощность изменяется в широких пределах и часто на коротких интервалах. Наибольшая мощность отмечается в его центральной и северной частях, а также на горизонтах 330, 540 и 600 м. С глубиной мощность рудного тела постепенно падает. Основные размеры рудного тела (длина по простиранию и мощность) для балансовой части определены по каждому горизонту по данным горных работ и скважин и приведены в таблице 1.

Таблица -1 - Основные размеры рудного тела I

Наименование	Длина, м	Мощность, м
от	до	сред.	от	до	сред.
По данным горных работ, по горизонтам						18,3
По данным скважин, по горизонтам					20,3	13,0

Внутри рудного тела отмечаются практически безрудные дайки мощностью от нескольких см до 2-5 м. Объем таких "пустых" пород подсчитан статистически и составляет в среднем около 4%. По падению рудное тело I прослежено до глубины 780 м, а вмещающая его рудная зона до 880 м.

Рудное тело II-IV имеет двойную нумерацию из-за ложного представления на ранней стадии разведочных работ о наличии двух рудных тел. Дальнейшие горные работы, включая эксплуатационные, показали, что это одно рудное тело, верхняя часть которого смещена разломом на 30 м. Рудное тело II-IV представляет собой уплощенную линзообразную, а на верхних горизонтах – трубообразную залежь. Основная часть его локализована в верхней части разреза осадочных горизонтов, преимущественно в кремнистых породах (фтанитах), подвергшихся березитизации. На глубоких горизонтах (480 м) – это минерализованная зона, наложенная на вулканогенные и осадочные породы. Таким образом, до горизонта 480 м. вмещающими породами являются контактирующие с фтанитами углисто-глинисто-карбонатные породы. Ниже горизонта 480 м вмещающие породы представлены телами субвулканических и кварцевых дацитов. Рудовмещающие породы перекрываются терригенными образованиями. Простирание рудного тела субмеридиональное, падение до горизонта 140 м под углом 65˚-75˚, далее на нижних горизонтах, практически вертикальное. Средние размеры рудного тела II-IV показана в таблице 2.

Таблица 2 - Основные размеры рудного тела II-IV

Наименование	Длина, м	Мощность, м
от	до	сред	от	до	сред
По данным горных выработок, на горизонтах						16,7
По данным скважин, по горизонтам				1,5	13,6	2,8

Рудные тела V и VI заключены между рудными телами III и II-IV в субмеридиональных зонах рассланцевания вулканогенных пород. Как вмещающие их минерализованные зоны, так и выделенные по опробованию рудные тела имеют извилистую форму в плане и разрезах.

Падения рудных тел крутые от 70˚-85˚ до вертикального. Характер изменчивости основных размеров рудных тел приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Основные размеры рудных тел V и VI

Рудные тела	Длина, м	Мощность, м
от	до	сред	от	до	сред
V				0,78	5,53	2,55
VI				0,75	8,7	3,1

Основные параметры рудных тел месторождения "Кварцитовые Горки" приведены в таблице 3.

Как видно из таблицы 3, изменения длины и мощности рудного тела колеблются в широких пределах. Особенно резко снижается его мощность с глубиной ниже горизонтов 400-480 м. Здесь рудное тело имеет очень извилистые очертания, как в плане, так и разрезе. Этим объясняется и низкая категоризация запасов глубоких горизонтов рудного тела, несмотря на достаточно плотную сеть разведочных скважин. По падению рудное тело прослежено до горизонта 750 м.

По геологическому строению и характеру оруденения месторождение Кварцитовые Горки отнесено ко 2-й группе сложности.

1 Расчет напряженно-деформированного состояния вязко-упруго-пластического массива горных пород вокруг протяженной горизонтальной выработки

Изучение вопросов распределения напряжений вокруг выработок является одной из основных и важнейших задач механики горных пород, так как они непосредственно связаны с прочностью (устойчивостью) горных выработок и с решением ряда практических инженерных задач в области их крепления.

При решении задач по определению напряжений вокруг выработок часто удобнее пользоваться полярными координатами. Если считать, что массив находится в сжатом состоянии и сжимающие напряжения считаются положительными, то определяющие компоненты напряжении вокруг выработки круглой формы будут иметь следующий вид:

; (1.1)

; (1.2)

, (1.3)

где и ;

- коэффициент бокового распора (давления),

- радиус выработки в проходке, м;

Н – глубина от поверхности, м;

θ- угол между осью Х и направлением радиального напряжения, град;

- средний вес пород покрывающей толщи;

, , - соответственно радиальные, тангенциальные и касательные напряжения.

Данные расчетов заносим в таблицу 1.1

Таблица -1.1

r	2,1	2,52	2,94	3,36	3,78	4,2	4,62	5,04	5,46	5,88	6,3
r/r0		1,2	1,4	1,6	1,8		2,2	2,4	2,6	2,8
r02/r2		0,694	0,510	0,390	0,308	0,25	0,206	0,173	0,147	0,127	0,111
r04/r4		0,482	0,260	0,152	0,095	0,062	0,042	0,030	0,021	0,016	0,012
1- r02/r2		0,305	0,489	0,609	0,691	0,75	0,793	0,826	0,852	0,872	0,888
1-(4r02/r2)+(3r04/r4)		-0,331	-0,259	-0,104	0,051	0,187	0,301	0,395	0,473	0,538	0,592
1+ r02/r2		1,694	1,510	1,390	1,308	1,25	1,206	1,173	1,147	1,127	1,111
1+(3r04/r4)		2,446	1,780	1,457	1,285	1,187	1,128	1,090	1,065	1,048	1,037
1+(2r02/r2)-(3r04/r4)		0,9421	1,239	1,323	1,331	1,312	1,285	1,256	1,230	1,206	1,185
σr		0,034	0,046	0,051	0,054	0,054	0,054	0,054	0,054	0,054	0,054
σθ	0,115	0,095	0,090	0,091	0,092	0,094	0,096	0,097	0,099	0,100	0,101
τrθ		0,019	0,025	0,027	0,027	0,027	0,026	0,026	0,025	0,025	0,024

Смещения контура выработки (при ):

, (1.4)

где Е – модуль упругости;

- коэффициент Пуассона.

Данные расчета заносим в таблицу 1.2

Таблица 1.2

Θ
Uк	0,00674	0,03520	0,11295	0,21915	0,32535	0,40310	0,33716

Смешение контура выработки

В массиве в окрестности выработки возникает область деформации растяжения :

(1.5)

Таблица 1.3

r/r0		1,2	1,4	1,6	1,8		2,2	2,4	2,6	2,8
σr		0,034	0,046	0,051	0,054	0,054	0,054	0,054	0,054	0,054	0,054
σθ	0,115	0,095	0,090	0,091	0,092	0,094	0,096	0,097	0,099	0,100	0,101
·10-4	-0,0000045	-0,0000006	0,0000007	0,0000012	0,0000013	0,0000013	0,0000012	0,0000012	0,0000011	0,0000010	0,0000010

Координату границы зоны растяжения получаем из условия . Подставляя значения напряжений, получаем окончательно следующее решение уравнения (7):

при и :

(1.6)

Конфигурацию зоны деформации растяжения можно установить, определяя координаты для лучей 0,30⁰,60⁰ и 90⁰

Таблица 1.4

θ,град		1,047197551	2,094395102	3,141592654
A
B	1,05	0,525	-0,525	-1,05
c	0,33	-0,16	-1,14	-1,63
rxx	0,09	-0,085	-0,435	-0,61

Смещения контура выработки со временем определяются с помощью метода переменных модулей, сущность которого заключается в замене упругих констант в решении упругой задачи переменными модулями. При наследственной ползучести с ядром типа Абеля переменные модули имеют вид:

, ,

МПа;

Вертикальные смещения кровли выработки:

(1.7)

.