Геоинформационное моделирование напряженно-деформирован-ного состояния конструктивных элементов систем разработки крутопадающих жильных месторождений

иственных лесов) группах ландшафтов: в междуречье Ульмы - верховье Томи и ее притоков, в верхнем течении р. Завитой.

- Денудационные холмистые поверхности с широкими массивными пологовыпуклыми водоразделами, с невысокими останцами (ландшафты данного порядка выделены в бореальной приокеанической группе южнотаёжного подтипа), встречаются преиму-

щественно вдоль низкогорья хребта Турана, граничащего с Зейско-Буреинской равниной.

Ландшафтно-геоморфологическими исследованиями в пределах Зейско-Буреинской равнины, где первично-тектонические деформации земной поверхности подвергались незначительным изменениям, выявлено, что современное рельефо- и ландшафто-образование находится в прямой и четкой зависимости от геологической структуры.

Библиографический список

1. Отчет по геолого-экологическим исследованиям и Филимонов и др. Благовещенск: ФГУГП "Амургеология", картографированию масштаба 1:1.000000 территории 1999.

Амурской области / А.А.Жуковская, О.Н.Игнатенко, Ф.Я. 2. Воскресенский С.С. Геоморфология Амуро-Зейской

равнины и низкогорья Малого Хингана. М: МГУ, 1973.

УДК 622.831

ГЕОИНФОРМАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ КРУТОПАДАЮЩИХ ЖИЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Е.Л.Сосновская1

Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Приведены результаты геоинформационного математического моделирования по методу конечных элементов напряженно-деформированного состояния горного массива Ново-Широкинского золоторудного месторождения. С учетом результатов моделирования обоснованы инженерные решения по обеспечению устойчивости стенок очистных камер при отработке крутопадающих жил на глубинах 400 м. Ил. 3. Табл. 2. Библиогр. 3 назв.

Ключевые слова: параметры геотехнологий; инженерные решения эффективной разработки месторождения.

GEOINFORMATIONAL MODELING OF THE STRESSED-DEFORMED STATE OF CONSTRUCTIVE ELEMENTS

OF THE SYSTEMS OF DEVELOPMENT OF STEEP-GRADE VEIN DEPOSITS

E.L.Sosnovskaya

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074

The author presents the results of finite element geoinformational mathematical modeling of stressed-deformed state of the massif of Novo-Shirokinsk gold deposit. Taking into account the modeling results the author proves engineering solutions to ensure the stability of the walls of treatment chambers when mining steep-grade veins at the depths of 400 m. 3 figures. 2 tables. 3 sources.

Key words: parameters of geotechnologies; engineering solutions of effective deposit development.

При проектировании и строительстве горнодобывающих предприятий одна из актуальных проблем -проблема выбора рациональных параметров конструктивных элементов систем разработки месторождений. На параметры влияют горногеологические факторы: глубина залегания, форма и размеры рудных тел, тектоническая нарушенность и трещиноватость, физико-механические свойства рудных тел и вмещающих пород, природное напряженное состояние горного массива и др. При прохождении горных выработок вокруг них деформируются окружающие породы, т.е. происходит изменение напряженно-деформированного состояния (НДС) массива горных пород. Основные закономерности НДС при отработке месторождения необходимо знать, чтобы своевременно на стадии проек-

тирования и строительства рудника оценить устойчивость и удароопасность конструктивных элементов систем разработки с целью обоснования их рациональных параметров.

Числовые характеристики НДС вокруг выработанного пространства можно рассчитать с применением метода конечных элементов (МКЭ). Метод конечных элементов позволяет выполнять расчеты для систем сложной геометрии и структуры при помощи приближенных численных методов, с помощью современных ПЭВМ и средств программного обеспечения. Основные идеи метода конечных элементов были сформулированы еще в начале ХХ века. Но только появление и развитие вычислительной техники способствовало совершенствованию как теоретических основ МКЭ, так

1Сосновская Елена Леонидовна, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры общеобразовательных дисциплин, e-mail: 1.gor@istu.edu

Sosnovskaya Elena Leonidovna, a candidate of geological and mineralogical sciences, an associate professor of the Chair of General Education, e-mail: l.gor @ istu.edu

и его практического использования. С конца последнего десятилетия прошедшего века МКЭ занял ведущее положение и получил широкое распространение.

Автором использовалась методика геоинформационного математического моделирования напряженно-деформированного состояния горных массивов по программному комплексу FEM, разработанному профессором Зотеевым О. В. (ИГД УрО РАН).

Программный комплекс предназначен для решения плоских и объемных задач теорий упругости и пластичности методом конечных элементов и состоит из трех крупных модулей: FEM1 (для объемной задачи - FEMV1), FEM2-3 (FEMV2-3) и FEM4 (FEMV4), а также ряда вспомогательных программ: Bound (Boundv), Zero (Zerov), Usel (Uselv), Grid2d (Grid3d). Программы отрабатывают последовательно, создавая в текущем каталоге рабочие файлы. Пакет написан на стандарте Compaq Visual Fortran Version 6.5 и может работать под управлением Windows 98, Windows 2000 и Win-

dows ХР. По программному комплексу определяются зависимости изменения основных геомеханических показателей подрабатываемого массива и целиков, горных выработок.

Исходными данными для моделирования служат значения первоначальных напряжений горного массива и физико-механических свойств пород, а также геометрическое положение горных выработок. Последнее вводится в память компьютера по координатам точек контура выработок. Программа учитывает влияние гористого рельефа земной поверхности. Результаты расчетов выводятся в виде рисунков, графиков и числовом виде.

Анализ расчетов НДС на ПЭВМ позволяет установить основные закономерности горного давления в целиках, стенках выработок и камер в подрабатываемом массиве и в конечном итоге оценить устойчивость и удароопасность конструктивных элементов систем разработки.

Исследования проводились на Ново-Широкинском

руднике Забайкалья. Моделирование НДС проводилось для следующих условий: мощность жилы -1,3,5,10,15 м; угол падения -800; коэффициент Пуассона ц=0,28; начальный угол внутреннего трения 300; сцепление 18,1 МПа; высота камеры 50 м; глубина разработки - 200, 400, 600 м. Размер междуэтажного целика 3+25 м.

Коэффициент крепости пород и руд по шкале проф. М.М.Протодьяконова составляет 10-12 и относится к средней крепости. Плотность пород и руд составляет 2850 кг/м3, в том числе вмещающих пород -2709 кг/м3, руды - 3198 кг/м3. Пределы прочности на сжатие в образце равны 107,2-120,6 МПа, на растяжение 11,9-13,3 МПа. Модуль продольной упругости определен в пределах 12200^14500 МПа.

Значения природных

Таблица 1

Модуль деформации массива определялся по методике профессора Ю.П.Шуплецова [3] по формуле Еп и ехр (5,86 -1,23КУМ), ГПа ,

где Еа„ - асимптотическое минимальное значение модуля деформации массива; КУМ - категория устойчивости массива.

Значения КУМ определяются на основе коэффициента линейной (или объемной) трещиноватости (КТ или количество дефектов в единице объема массива), коэффициента крепости пород по Протодьяконову I1, средней длине выбуриваемого керна, параметрам трещин 1_к и т.д. (табл. 2).

Горный массив Ново-Широкинского месторождения относится в целом к категории пород средней устойчивости (КУМ=3). Модуль деформации горного массива для вмещающих пород составляет 8,7 ГПа, для рудных тел -10,2 ГПа.

Промоделировано 48 моделей, отражающих различные стадии выемки запасов жилы. Анализ результатов моделирования позволяет отметить следующее.

Значения первоначальных напряжений горного массива

Глубина разработки от поверхности, м Значения напряжений, МПа

Вертикальное ав Продольное а„0 Поперечное ап Касательное,т

70 -2 -1.4 -1.6 -0.2

120 -3.4 -2.4 -2.7 -0.35

170 -4.8 -3.4 -3.8 -0.5

220 -6.3 -4.4 -5 -0.65

270 -7.7 -7.7 -12.3 2.3

320 -9.1 -9.1 -14.6 2.75

370 -10.5 -10.5 -16.9 3.2

420 -12 -12 -19.2 3.6

470 -13.4 -13.4 -21.4 4

520 -14.8 -14.8 -23.7 4.4

570 -16.3 -16.2 -26 4.8

620 -17.7 -17.7 -28.3 5.3

670 -19.1 -19.1 -30.55 5.7

720 -20.52 -20.52 -32.83 6.2

770 -21.95 -21.95 -35.11 6.6

р ! *-; > \ 1/  1 > 1 1—

\ и',

/ у

/ /

/ / / / /

( / / ^ /

1 ^ / !

1

/ \

1 -»— и4/; -Л/4 ' г ш, А /

' \ / ) л-Г , #

i 6 / Л \ ¡Р

Рис.1. Положение зон растягивающих напряжений (МПа) около камеры шириной 3 м на глубине 400 м

Максимальные сжимающие напряжения (о1) в потолочине и почве камеры на глубине 400 м составляют на центральных участках при мощности жилы 3 м -минус 80 МПа, мощности 10 м - минус 70 МПа, мощности 15 м - минус 50 МПа (рис.1-3).

В углах камеры напряжения значительно больше и изменяются соответственно минус 110 МПа, минус 95 МПа, минус 90 МПа. Допустимые напряжения в массиве горных пород составляют минус 46 МПа. Расчетные напряжения больше допустимых, и потолочина характеризуется неустойчивым состоянием. Для обеспечения устойчивости потолочин рекомендуется создавать потолочину шатровой формы или делать в ней элементы податливости, позволяющие снизить напряжения.

В стенках камер действуют небольшие сжимающие напряжения (о1) - не более минус 20 МПа, что меньше допустимых значений.

Растягивающих напряжений (о3) в потолочине не выявлено. Они действуют на стенке камер. Величина их составляет примерно 0 - 10 МПа. Допустимые напряжения в массиве на растяжение составляют 3,1 МПа. Изолиния допустимых напряжений находится от контура выработки на расстоянии 1.5, 2.0, 3.0 м соответственно при выемочной мощности жилы 3, 10, 15 м.

Рис.2. Положение зон растягивающих напряжений (МПа) около камеры шириной 10 м на глубине 400 м

Рис.3. Положение зон растягивающих напряжений (МПа) около камеры шириной 15 м на глубине 400 м

Таблица 2

Категории устойчивости массива (КУМ) [3]_

Категория устойчивости массива (КУМ) Характеристики трещин Кт f Lk, см

Весьма устойчивый Трещины закрытые или с прочным заполнителем <1 >10 >100

Устойчивый Раскрытие трещин не более 0,2 мм, без глинки трения и зеркал скольжения <2 >8 >50

Средней устойчивости Трещины в основном без глинки трения с раскрытием не более 1 мм, нет тектонических трещин, зеркал скольжения <5 >6 >20

Неустойчивый Трещины раскрыты до 3-5 мм или заполнены милонитом, глинкой трения; присутствуют тектонические трещины и зеркала скольжения Не влияют

Весьма неустойчивый Зоны дробления, милонитизации, крупные тектонические нарушения Не влияют

Для обеспечения устойчивости стенок камер на вое крепление. Математическое моделирование по-

больших глубинах можно применять штанговое креп- зволяет оценивать напряженно-деформированное

ление очистных камер. Крепление можно осуществ- состояние конструктивных элементов систем разра-

лять в процессе проходки подэтажей. Длину шпуров ботки на различных стадиях выемки запасов. На осно-

рекомендуется выбирать из расчета установленных ве данных моделирования представляется возмож-

параметров растягивающих зон плюс расстояние до ным обосновывать инженерные решения по обеспе-

закрепления штанг в массиве примерно на 0.5 м. В чению устойчивости целиков и обнажений кровли и в

этом случае длина крепежных штанг составит 2, 2.5, конечном итоге повысить безопасность ведения гор-

3.5 м соответственно при выемочной мощности жилы ных работ, полноту извлечения запасов и избежать

3, 10, 15 м. Вместо штанг, ввиду ограниченного очист- техногенных катастроф. ного пространства, целесообразно применять тросо-

Библиографический список

1. Влох Н.П. Управление горным давлением на подземных 336 с.

рудниках. М.: Недра, 1994. 208 с. 3. Шуплецов Ю.П. Прочность и деформируемость скаль-

2. Технология разработки золоторудных месторождений / ных массивов. Екатеринбург: УрО РАН, 2003. 195 с.

B.П. Неганов [и др.]; под ред. В.П.Неганова. М.: Недра. 1995.

УДК 574

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ УТИЛИЗАЦИЯ НЕФТЕШЛАМОВ И БУРОВЫХ ОТХОДОВ

C.С.Тимофеев1, С.С.Тимофеева2, С.А.Медведева3

Иркутский государственный технический университет, 664083, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Представлены характеристики нефтешламов и буровых отходов, рассмотрены технологии их переработки и утилизации. Приведены результаты экспериментальных исследований по разработке технологии вермикомпости-рования буровых шламов разведочных скважин. Ил.2. Табл. 2. Библиогр.12 назв.

Ключевые слова: нефтешламы; буровые отходы; утилизация; биотехнология; вермикомпостирование.

BIOTECHNOLOGICAL UTILIZATION OF OIL SLUDGE AND DRILLING WASTES S.S. Timofeev, S.S. Timofeeva, S.A. Medvedeva

Irkutsk State Technical University 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074

The authors present the characteristics of oil sludge and drilling wastes and examine the technologies of their recycling and utilization. The authors produce the results of experimental studies on the development of a vermicomposting technology for drilling wastes from exploratory wells. 2 figures. 2 tables. 12 sources.

Key words: oil sludge; drilling wastes; utilization; biotechnology; vermicomposting.

1Тимофеев Семен Сергеевич, старший преподаватель кафедры промэкологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: (3952)405671.

Timofeev Semen Sergeevich, a senior lecturer of the Chair of Industrial Ecology and Safety of Life Activity, tel.: (3952)405671.

2Тимофеева Светлана Семеновна, доктор технических наук, профессор, заведующая кафедрой промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: 8(3952)405106.

Timofeeva Svetlana Semenovna, a doctor of technical sciences, a professor, the head of the Chair of Industrial Ecology and Safety of Life Activity, tel. 8(3952)405106.

3Медведева Светлана Алексеевна, доктор технических наук, профессор кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности.

Medvedeva Svetlana Alekseevna, a doctor of technical sciences, a professor of the Chair of Industrial Ecology and Safety of Life Activity._