Особенности изучения физико-механических свойств многолетнемерзлых массивов горных пород при оценке геомеханических условий рудных месторождений

Цель данного исследования заключалась в изучении геомеханических условий рудных месторождений с оценкой прочностных и деформационных свойств массивов горных пород ряда рудных месторождений, залегающих в криолитозоне. Исследования проводились в 2000-2018 гг. на базе лаборатории геомеханики и физики горных пород Иркутского национального исследовательского технического университета. Основные физико-механические свойства горных пород и руд определялись в соответствии с требованиями стандартов Российской Федерации. Выбор исследуемых характеристик базировался на наиболее распространенных методах оценки геомеханических условий месторождений и расчетов напряженного-деформированного состояния в конструктивных элементах систем разработки. Анализ прочностных и деформационных характеристик горных пород осуществлялся с учетом основных структурных и криологических особенностей массивов горных пород рудных месторождений и их обнажений в горных выработках. По результатам исследований установлено, что при разработке рудных месторождений криолитозоны выделяются три типа геомеханических условий: зона постоянной мерзлоты, переходная зона мерзлых пород в талые и зона постоянно талых пород. При оценке геомеханических условий рудных месторождений прочностные и деформационные свойства горных пород предлагается определять дифференцированно: в естественно-сухом состоянии пород для зоны постоянной мерзлоты; пород в водонасыщенном состоянии после 25 циклов замораживания и оттаивания для переходной зоны; в естественно-сухом и водонасыщенном состоянии в зависимости от конкретных гидрогеологических условий для зоны постоянно талых пород. Переход от прочностных свойств горных пород в образцах к их свойствам в массиве предлагается осуществлять на основе дифференцированного коэффициента структурного ослабления с учетом факторов мерзлоты, трещиноватости и геометрических размеров обнажений горных выработок. Оценку потенциальной удароопасности массивов горных пород и склонности горных пород к хрупкому разрушению предлагается производить также с учетом их криогенного состояния. Склонность пород к хрупкому разрушению рекомендуется оценивать на основе базовых методик: по критериям Г.Н. Кузнецова, запредельного деформирования или комбинированными способами. По результатам исследований разработан ряд методических и нормативных документов по управлению горным давлением и определению параметров подземных геотехнологий для условий разработки рудных месторождений, расположенных в криолитозоне.

криолитозона, физико-механические свойства горных пород, геомеханические условия, потенциальная удароопасность, устойчивость горных выработок

1. Сосновский Л.И., Павлов А.М., Филонюк В.А., Сосновская Е.Л., Авдеев А.Н., Рубцов Л.Г. Управление геомеханическими процессами при разработке наклонных жил в условиях многолетней мерзлоты // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2006. № 11. С. 77–83.

2. Сафьянов А.С., Сосновская Е.Л. Геомеханические условия массива горных пород Коневинского золоторудного месторождения // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2014. № 11 (94). С. 98–103.

3. Сосновская Е.Л., Авдеев А.Н. Прогноз потенциальной удароопасности Кедровского золоторудного месторождения // Вестник Иркутского государственного технического университета. 2015. № 11 (106). С. 50–56.

4. Павлов А.М., Семенов Ю.М. Управление горным давлением в криолитозоне при отработке наклонных маломощных жил на примере Ирокиндинского месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2007. № 11. С. 30–34.

5. Семенов Ю.М. Температурный режим горного массива в криолитозоне на руднике «Ирокинда» // Проблемы освоения минеральной базы Восточной Сибири: сб. науч. тр. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2009. С. 228–231.

6. Павлов А.М., Семенов Ю.М., Сосновский Л.И. Определение параметров устойчивых целиков и обнажений камер при разработке наклонных жил в криогенных зонах в условиях Ирокиндинского золоторудного месторождения // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2008. № 5. С. 142–147.

7. Вотяков И.Н. Физико-механические свойства мерзлых и оттаивающих грунтов. Новосибирск: Наука, 1975. 175 с.

8. Разумов Е.А., Еременко В.А., Заятдинов Д.Ф., Матвеев A.C., Гречишкин П.В., Позолотин A.C. Методика расчета параметров анкерной крепи подземных горных выработок в условиях вечной мерзлоты // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2013. № 9. C. 39–47.

9. Cluff D.L., Kazakidis V.N. Opportunities and constraints of engineering frozen backfill for underground mining applications in permafrost // Proceedings of the 10th International symposium on cold regions development. Alaska, 2013. P. 175–190.

10. Kight G., Harris M., Gorski B., Udd J.E. Frozen backfill research for Canadian mines. Canada: Canada Centre for Mineral and Energy Technology, 1994. 21 р.

11. Katsikadelis J.T. Boundary elements: theory and applications. Amsterdam: Elsevier, 2002. 336 р.

12. Wardle L.J., Crotty J.M. Two-dimensional boundary integral equation analysis for nonhomogeneous mining applications // Recent advances in boundary element methods. London: Pentech, 1978. P. 233–252.

13. Reddy J.N. An introduction to nonlinear finite element analysis. Oxford: Oxford University Press, 2004. 488 р.

14. Kattan P.I., Voyiadjis G.Z. Damage mechanics with finite elements: practical application with computer tools. Berlin: Springer, 2002. 113 р.

15. Неганов В.П., Сосновский Л.И., Сосновская Е.Л., Давиденко А.А. Опыт проектирования подземных рудников в ОАО «Иргиредмет» // Горный журнал. 2011. № 4. С. 16–18.