Оценка техногенных напряжений на контуре очистных камер при разработке крутопадающих золоторудных жил малой мощности

14. Осинцева Н.В. Физико-географические факторы развития овражной эрозии городских земель: автореф. дис. ... канд. геогр. наук. Томск, 2001. 28 с.

15. Прокофьева Т.В., Мартыненко И.А., Иванников Ф.А. Систематика почв и почвообразующих пород города Москвы и возможность включения их в общую классификацию // Почвоведение. 2011. № 5. С. 611-623.

16. Толчельников Ю.С. Эрозия и дефляция почв. Способы борьбы с ними. М.: Агропромиздат, 1990. 158 с.

17. Тюменцева Е.М. Применение статистических методов при изучении эоловых процессов // Вестник кафедры гео-

графии ВСГАО. 2013. № 1-2 (7). С. 38-46.

18. Хамнаева Г.Г., Куликов А.И., Цыдыпов Б.З. О современном экологическом состоянии окружающей среды г. Зака-менска и сопредельной территории // Вестник Бурятской ГСХА им. В.Р. Филиппова. 2013. № 3 (32). С. 79-85.

19. John J. Qu, Xianjun Hao, Menas Kafatos, and Lingli Wang. Asian Dust Storm Monitoring Combining Terra and Aqua MODIS SRB Measurement // IEEE Geoscience and Rernote Sensing Letters. 2006. Vol. 3, N 4. P. 284-486.

20. Wishmeier W.H., Smith D.D. Predicting rainfall erosion losses // USDA Agr. Handbook 537. Washington, 1978. 65 p.

УДК 622.831

ОЦЕНКА ТЕХНОГЕННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ НА КОНТУРЕ ОЧИСТНЫХ КАМЕР ПРИ РАЗРАБОТКЕ КРУТОПАДАЮЩИХ ЗОЛОТОРУДНЫХ ЖИЛ МАЛОЙ МОЩНОСТИ

© Е.Л. Сосновская1

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

Приведены результаты исследования техногенных напряжений на контуре очистных камер при выемке крутопадающих золоторудных жил мощностью 1-3 м. Определены коэффициенты концентрации напряжений в стенках, кровле камер и междуэтажных целиках в зависимости от угла наклона рудной залежи и ее выемочной мощности. Уточнена физико-математическая модель расчета устойчивых междуэтажных целиков и обнажений камер при отработке крутопадающих маломощных рудных жил системами с открытым очистным пространством. Ил. 5. Табл. 2. Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: жильные месторождения; очистные камеры и целики; коэффициенты концентрации техногенных напряжений.

ASSESSMENT OF TECHNOGENIC STRESSES IN STOPES WHEN DEVELOPING THIN STEEPLY DIPPING GOLD-ORE VEINS E.L. Sosnovskaya

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

The article reports on the results of studying technogenic stresses in stopes when developing steeply dipping gold ore veins of 1-3 m width. It determines the coefficients of stress concentration in chamber walls, roofs and floor pillars as a function of the angle of ore slope and its stoping width. It also adjusts a physical and mathematical model for the calculation of continuous floor pillars and chamber outcrops when developing steeply dipping ore veins with open stopes. 5 figures. 2 tables. 4 sources.

Key words: vein deposits; stopes and pillars; concentration coefficients of technogenic stresses.

Маломощные жильные золоторудные месторождения отличаются сложными геомеханическими условиями: геологическим строением, разнообразием условий залегания рудных тел и полей тектонической нарушенности и трещиноватости. Массивы горных пород месторождений характеризуются сложным дискретным полем гравитационно-тектонических напряжений [1, 2]. Верхние горизонты рудников Восточной Сибири находятся в зоне многолетней мерзлоты. Глубина горных работ рудных месторождений изменяется в широких пределах: от 100 до 800 м и более. При этом сохраняется тенденция к дальнейшему увеличению глубины разработки. Сложные геомеханические условия существенно влияют на устойчивость подрабатываемых массивов, напряженное состояние целиков и обнажений выемочных камер. В целях безопас-

ной и эффективной эксплуатации рудников важно своевременно определять параметры геотехнологии с учетом геологических и геомеханических условий массивов горных пород.

Автор длительное время участвовал в проведении исследований геомеханических условий на ряде маломощных жильных золоторудных месторождений Урала, Сибири, Дальнего Востока. На основании результатов многолетних наблюдений представилось возможным выявить закономерности распределения техногенных напряжений в конструктивных элементах систем разработки с открытым очистным пространством при выемке крутопадающих маломощных рудных жил.

В частности, автором уточнена физико-математическая модель расчета устойчивых между-

1Сосновская Елена Леонидовна, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, тел. (3952) 405216, e-mail: 1 .gor@istu.edu

Sosnovskaya Elena, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, Associate Professor of the Department of Mineral Deposits Development, tel.: (3952) 405216, e-mail: 1.gor@istu.edu

этажных целиков и обнажений очистных камер.

За основу вычислений принята зависимость напряжений вокруг выработок, установленная Трум-бачевым В.Ф., Катковым Г.А., Беккером Д.И., Влохом Н.П. [3, 4]:

CTj = СТу +СТх= СТв kyi + CTr kxi,

где ст - полное напряжение в i-ой точке контура выработки, МПа; сту, стх - соответственно вертикальные (ось У) и горизонтальные (ось X) напряжения на контуре выработки; ств, стг - вертикальное и горизонтальное первоначальные (природные) напряжения горного массива, МПа; kyi, kxi - коэффициенты концентрации, соответственно, вертикального и горизонтального напряжений от единичных нагрузок в i-ой точке контура выработки.

Величины ст, сту, стх определялись по результатам моделирования техногенных напряжений методом конечных элементов в опасных участках очистной камеры: в кровле, стенках камер и междуэтажных целиках. Моделирование производилось по программному комплексу FEM, разработанному проф. Зотеевым О.В. (УрО РАН). Были приняты наиболее типичные для условий отработки жильных золоторудных месторождений малой мощности физико-механические и горнотехнические характеристики. Основные параметры моделей приведены в табл. 1. Их схемы представлены на рис. 1. Общее количество анализируемых моделей - 54.

Следует отметить, что для удобства вычислений вертикальное и горизонтальное первоначальные напряжения горного массива приняты = 1. Тогда вели-

чины kyj и kxi будут равны:

kyi = СТу/ств=СТу; kxi = Стх /СТг =СТх.

Коэффициенты концентрации техногенных напряжений вокруг очистных камер были рассчитаны для их выемочной мощности 1-3 м и угла наклона камер 60-90е (табл. 2). Полученные результаты позволяют построить зависимости коэффициентов концентрации от длины камеры и ширины междуэтажного целика (рис. 2-4).

Анализ зависимостей позволяет отметить следующее.

Коэффициенты концентраций в кровле (потолочине) камер и междуэтажном целике по знаку положительные, т.е. полученные по ним напряжения будут носить сжимающий характер. Коэффициенты в стенках камер, как при отработке одного этажа, так и при отработке двух этажей, в целом отрицательные. Напряжения в стенках при отработке крутопадающих маломощных жил будут растягивающими. По значению коэффициенты Кх и Ку в стенках в камерах выемочной мощностью 1 м меньше, чем в камерах мощностью 3 м, т.е. при увеличении мощности растягивающие напряжения в стенках падают. В кровле камеры и междуэтажном целике напряжения по значению в метровых жилах значительно меньше, чем в двухметровых. Расхождение между двух- и трехметровыми камерами менее выражено. Таким образом, наиболее высокие напряжения в потолочине камер будут отмечаться в самых узких камерах.

Таблица 1

Параметры моделирования коэффициентов концентрации напряжений на контуре очистных камер при отработке рудных жил малой и средней мощности

Параметры моделирования Значение

Мощность жилы т, м 1, 2, 3

Углы падения жилы б, град. 60, 75, 90

Длина камеры по падению для условий отработки одного этажа 1_, м 20, 40, 60

Ширина междуэтажного целика И, м 3, 10, 20

Длина камеры верхнего этажа по падению для условий отработки двух этажей 1_в, м 50

Длина камеры нижнего этажа для условий отработки двух этажей 1_н, м 47, 40, 30

Количество моделей для условий отработки одного этажа 27

Количество моделей для условий отработки двух этажей, м 27

Общее количество моделей 54

Вертикальные первоначальные напряжения, МПа 1

Горизонтальные первоначальные напряжения, МПа 1

Категория устойчивости массива горных пород (КУМ) 2...3

Устойчивость массива горных пород Средняя

Коэффициент Пуассона руд и пород 0,2.0,3

Коэффициент крепости по шкале проф. М.М. Протодьяконова 10-15

Модуль деформации руд и пород, Гпа 10.12

Начальный угол внутреннего трения, град. 27.33

Сцепление руд и пород, МПа 14.24

Плотность руд и пород, кг/м3 2700

Количество трещин на 1 м 2-6

Расстояние между трещинами 0,1-0,7

Рис. 1. Схемы моделей: а - для условий отработки одного этажа; б - для условий отработки двух этажей. Анализируемые опасные участки камеры: 1 - кровля камеры; 2 - стенки камеры; 3 - междуэтажный целик

При увеличении угла наклона от 60 до 90е , коэффициенты Кх в стенке очистной камеры уменьшаются (по значению), а коэффициенты Ку увеличиваются. Для кровли камеры и междуэтажного целика зависимость носит противоположный характер, т.е. коэффициенты Кх увеличиваются, а коэффициенты Ку

уменьшаются с увеличением угла наклона жилы. Следует отметить, что суммарный коэффициент Кх+ Ку при этом остается постоянной величиной при любом угле наклона камеры, т.к. он характеризует только первоначальное напряженное состояние массива горных пород.

30 б

а

Рис. 2. Коэффициенты Кх и Ку: а - в стенке и б - в кровле очистной камеры при угле наклона жилы к горизонту 75 с при различной выемочной мощности в условиях отработки одного этажа; 1, 2, 3 - выемочные мощности рудного тела, м

Таблица 2

Результаты определения коэффициентов концентрации напряжений техногенных _напряжений на контуре очистных камер_

Выемочная мощность жилы, м 1 2 3

Высота камеры, м Угол наклона жилы к горизонтальной плоскости, град. 20 40 60 20 40 60 20 40 60

Коэффициенты концентраций в кровле камеры при отработке одного этажа

Кх

90 6.7 12.18 18.25 3.46 6.3 9.15 2.3 4.36 6.4

75 6.18 10.45 17.1 3.28 5.9 8.4 2.16 4.09 5.94

60 5.26 8.84 14.08 2.48 4.6 6.73 1.74 3.2 4.7

Ку

90 1.05 2.75 2.9 0.17 0.2 0.35 0 0.04 0.1

75 1.57 4.22 4.05 0.35 0.6 1.1 0.14 0.31 0.56

60 2.49 5.57 7.07 1.15 1.9 2.77 0.56 1.2 1.8

Коэффициенты концентраций в стенках камеры при отработке одного этажа

Кх

90 -0.01 -0.008 -0.016 -0.009 -0.006 -0.013 -0.008 -0.004 -0.008

75 -0.013 -0.052 -0.105 -0.005 -0.043 -0.102 -0.004 -0.035 -0.099

60 -0.025 -0.16 -0.367 0.005 -0.145 -0.353 0.019 -0.122 -0.338

Ку

90 -0.114 -0.615 -1.422 0.03 -0.564 -1.359 0.107 -0.501 -1.336

75 -0.111 -0.569 -1.373 0.026 -0.525 -1.27 0.103 -0.471 -1.248

60 -0.099 -0.461 -1.095 0.016 -0.423 -1.019 0.08 -0.384 -1.009

Коэффициенты концентраций в междуэтажном целике при отработке двух этажей

Кх

90 24.99 13.67 11.53 15.77 8.74 6.33 14.97 5.94 4.76

75 23.58 11.97 10.9 14.28 7.55 5.79 13.35 5.45 4.32

60 20.13 11.47 8.71 12.77 6.15 4.63 11.9 4.69 3.74

Ку

90 7.07 3.55 2.91 1.91 0.61 0.54 0.93 0.32 0.2

75 8.48 5.25 3.54 3.41 1.8 1.08 2.55 0.81 0.64

60 11.93 5.75 5.73 4.92 3.2 2.23 4 1.57 1.23

Коэффициенты концентраций в стенках камеры при отработке двух этажей

Кх

90 -0.012 -0.011 -0.01 -0.011 -0.01 -0.009 -0.011 -0.009 -0.009

75 -0.047 -0.041 -0.036 -0.045 -0.04 -0.033 -0.044 -0.039 -0.03

60 -0.159 -0.131 -0.113 -0.158 -0.125 -0.095 -0.157 -0.119 -0.087

Ку

90 -0.628 -0.507 -0.434 -0.623 -0.453 -0.364 -0.616 -0.409 -0.306

75 -0.593 -0.477 -0.408 -0.588 -0.423 -0.34 -0.582 -0.379 -0.285

60 -0.481 -0.387 -0.331 -0.476 -0.338 -0.278 -0.47 -0.299 -0.228

а б

Рис. 3. Коэффициенты Кх и Ку: а - в стенке очистной камеры и б - в междуэтажном целике при угле наклона жилы к горизонту 75 с при различной выемочной мощности в условиях отработки двух этажей; 1,2,3- выемочные мощности рудного тела, м

а б

Рис. 4. Коэффициенты Кх и Ку: а - в стенке очистной камеры и б - в междуэтажном целике при выемочной мощности 2 м в условиях отработки двух этажей; 60, 75, 90 - угол наклона жилы к горизонту, градус

Кроме коэффициентов концентрации, для оценки Ранее автором была обоснована матрица природ-

техногенных напряжений в целиках и обнажениях ка- ных напряжений массивов горных пород жильных зо-

мер необходимо знать значения первоначальных лоторудных месторождений [1, 2]. Выявлено, что на

(природных) напряжений, действующих на горные вы- верхних горизонтах рудников Восточной Сибири до

работки. глубин 200-250 метров имеют место многолетнемерз-

лые массивы горных пород. В этих условиях средние величины вертикальных и горизонтальных природных напряжений аппроксимируются формулами гипотезы о гидростатическом напряженном состоянии:

рождений:

в мерзлых породах

СТ =-(+ к Л уИ

Ув = Упр= уп= -гН ,

где ув- вертикальные природные напряжения, МПа; г - плотность пород и руд, МН/м3; Н - глубина горных работ, м; у„р - продольные напряжения, МПа; у„ -поперечные напряжения, МПа.

Следует отметить, что знак «-» в формуле означает сжатие пород.

В талых породах, в зависимости от интенсивности проявления тектоники, отмечаются два типа напряженных зон: средне- и высоконапряженные.

В средненапряженных зонах первоначальные напряжения аппроксимируются по формулам гипотезы гравитационно-тектонического напряженного состояния, установлены эмпирические зависимости природных напряжений от глубины разработки: ув = -гН; уПр=-0,95ч1,0ув ;

ках

в талых породах в средненапряженных зонах

^ = -

в талых породах в высоконапряженных участ-

а1=-

уп=-1,5ч1,7ув.

Напряжения на можно вычислить:

высоконапряженных участках

Ув =- гН; упр= Уп= -2,5 гН.

Таким образом, объединяя формулы (2) и (3-5), получаем значения техногенных напряжений на контуре очистных камер жильных золоторудных место-

Следует уточнить, что в качестве исходных горизонтальных напряжений для очистных камер принимаются поперечные напряжения (действующие в крест простирания рудных жил).

Подставляя в формулы (6-8) значения коэффициентов концентрации по табл. 2 или рис. 2-4, можно получить значения техногенных напряжений в целиках и обнажениях камер для различных геомеханических условий: наличия криолитозоны, интенсивности тектонических нарушений и трещиноватости, длины камеры по падению, ширины междуэтажного целика, выемочной мощности и угла падения рудной жилы. На рис. 5 в качестве примера приведены значения техногенных напряжений в стенке очистной камеры и междуэтажном целике для условий отработки жилы мощностью 2 м, залегающей на глубине 200 м под углом 60е к горизонту. Значения напряжений показаны для различных криологических и геомеханических состояний массива горных пород. Очевидно, что, при

а

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

-50 -100 -150

-200 J

-250

h, м

. .3 "

ст, МПа

б

Рис. 5. Пример определения техногенных напряжений: а - в стенке очистной камеры и б - в междуэтажном целике при выемочной мощности 2 м и угле наклона 60 с в условиях отработки двух этажей на глубине 200 м; 1 - в многолетнемерзлых породах; 2 - в талых породах, средненапряженных зонах; 3 - в талых породах, _высоконапряженных зонах_

прочих равных условиях, в мерзлых массивах будут отмечаться наименьшие напряжения, а в талых, интенсивно трещиноватых породах - наибольшие. Однако напряжения в междуэтажном целике при отработке маломощных жил, даже в наиболее благоприятных геомеханических условиях, велики по значению. Следует уточнить, что в данном исследовании решалась плоская геомеханическая задача, характерная для камер значительной протяженности по простиранию рудных тел. В случае расчетных высоких напряжений, превышающих допустимые, рекомендуется переходить на выемку рудных жил узкими камерами, так называемыми лентами. Междуэтажные целики при выемке лентами будут находиться в объемном напряженном состоянии, которое существенно снижает значения напряжений. При расчетах устойчивости лент, кроме коэффициентов концентрации напряжений и

бокового распора, необходимо учитывать коэффициент перехода от плоской к объемной геомеханической задаче [4].

Разработанную физико-математическую модель расчета устойчивых целиков и обнажений камер рекомендуется использовать для оценки устойчивости конструктивных элементов систем разработки с открытым очистным пространством при отработке крутопадающих маломощных рудных жил. Установленные величины прогнозных напряжений предлагается применять в качестве граничных условий для расчетов параметров подземной геотехнологии крутопадающих жил при освоении месторождений с малоизученным или неизученным геомеханическим состоянием массива горных пород.

Статья поступила 29.10.2014 г.

Библиографический список

1. Сосновская Е.Л., Филонюк В.А., Сосновский Л.И. Геоинформационная модель геомеханического состояния жильных золоторудных месторождений на основе выявления и использования дискретности свойств геологической среды // Вестник ИрГТУ. 2012. № 12. С. 119-122.

2. Сосновская Е.Л., Ясыченко В.Б. Обоснование матрицы природных напряжений массива горных пород жильных

месторождений Сибири и Дальнего Востока // Вестник ИрГТУ. 2011. № 11. С. 74-78.

3. Влох Н.П. Управление горным давлением на подземных рудниках. М.: Недра, 1994. 208 с.

4. Неганов В.П., Коваленко В.И, Зайцев Б.М. и др. Технология разработки золоторудных месторождений. М.: Недра, 1995. 336 с.

УДК 613:614

ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ РИСКИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ВИНИЛХЛОРИДА

© С.С. Тимофеева1, Г.М. Бодиенкова2, И.В. Старчукова3

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

Рассмотрены основные производители винилхлорида в России, Иркутской области и современное состояние химической промышленности. Идентифицированы вредные и опасные факторы, воздействующие на персонал производства винилхлорида. Рассчитаны профессиональные риски четырьмя методами. Ил. 1. Табл. 1. Библиогр. 12 назв.

Ключевые слова: производство винилхлорида; вредные и опасные производственные факторы; условия труда; профессиональный риск.

PROFESSIONAL RISKS UNDER VINYL CHLORIDE PRODUCTION S.S. Timofeeva, G.M. Bodienkova, I.V. Starchukova

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

The article considers the main manufacturers of vinyl chloride in Russia, Irkutsk region and describes the present state of the chemical industry. Having identified harmful and hazardous factors affecting the personnel engaged in vinyl chloride production, the authors calculate professional risks by four methods. 1 figure. 1 table. 12 sources.

Key words: production of vinyl chloride; harmful and hazardous production factors; working conditions; occupational risk.

1Тимофеева Светлана Семеновна, доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности, тел.: (3952) 405106.

Timofeeva Svetlana, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Industrial Ecology and Life Safety, tel.: (3952) 405106.

Бодиенкова Галина Михайлова, доктор медицинских наук, профессор кафедры промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности.

Bodienkova Galina, Doctor of Medicine, Professor of the Department of Industrial Ecology and Life Safety.

3Старчукова Ирина Владимировна, магистрант. Starchukova Irina, Master's Degree student.