Geomechanical justification of optimal stope and inter-chamber pillar dimensions for thin veins of the Dukat deposit

Введение

Дукатское месторождение относится к крупным золотосеребряным объектам Омсукчанского района Магаданской области. Его рудная минерализация представлена многочисленными жилами и рудными зонами; для части запасов характерны малые мощности рудных тел, крутое падение и изменчивость контактов «руда–вмещающие породы [1-3,7-9].

В таких условиях выбор параметров очистных камер и целиков определяет одновременно полноту извлечения запасов, устойчивость массива и уровень разубоживания [2-4,5-6].

Этажно-камерная система с магазинированием руды технологически применима для крутопадающих жил, поскольку отбитая руда может служить рабочей площадкой и временно поддерживать борта очистного пространства. Однако чрезмерное увеличение пролёта камеры повышает концентрацию напряжений в её углах и целиках, а необоснованное увеличение ширины целиков приводит к росту безвозвратных потерь руды.

Цель статьи — определить рациональные параметры системы разработки для типовых тонких жил Дукатского месторождения и показать их влияние на устойчивость и извлечение запасов.

Материалы и методы

Исходные условия

Расчёты выполнены для трёх типовых вариантов, охватывающих мощности, жил 1,5; 3,0 и 4,5 м на глубинах 600, 700 и 800 м соответственно. Для расчётной схемы приняты [7-11]: средний объёмный вес пород γ = 0,027 МН/м, коэффициент бокового распора λ = 0,8, коэффициент Пуассона ν = 0,25, расчётная прочность руды на одноосное сжатие σсж = 80 МПа и нормативный коэффициент запаса Kз = 1,3.

Значения приняты как консервативные для предварительного технико-геомеханического обоснования и подлежат уточнению по данным испытаний керна, структурного картирования и натурных наблюдений.

Таблица 1

Расчётные исходные данные

Вариант	Мощность m, м	Глубина H, м	Длина камеры L, м	Ширина целика b, м
I	1,5	600	40	3,0
II	3,0	700	50	3,5
III	4,5	800	60	4,5

Расчётная методика

Вертикальные напряжения от собственного веса массива определяли по выражению [8-10,13]:

(1)

где σ_v — вертикальное напряжение, МПа; γ — объёмный вес пород, МН/м; H — глубина ведения работ, м.

Среднее напряжение в междукамерном целике оценивали упрощённым методом перераспределения нагрузки:

(2)

где σ_c — среднее напряжение в целике, МПа; λ — коэффициент бокового распора; L — длина камеры, м; b — ширина целика, м.

Коэффициент запаса устойчивости рассчитывали, как [9-10,13-15]:

(3)

где n — коэффициент запаса устойчивости; σ_сж — прочность руды на одноосное сжатие, МПа.

Для предварительной оценки потерь в междукамерных целиках использована доля руды, оставляемой в целиках при регулярном чередовании камеры и целика:

(4)

где P_c — потери руды в междукамерных целиках, %.

Для контроля геометрической устойчивости дополнительно использовали коэффициент пролёта:

(5)

где K_p — коэффициент пролёта; L — длина камеры, м; m — мощность рудного тела, м.

Результаты

Напряжения и запас устойчивости

По формуле (1) вертикальные напряжения для глубин 600, 700 и 800 м составили 16,2; 18,9 и 21,6 МПа. Последующий расчёт по формулам (2) и (3) показал, что увеличение длины камер сопровождается ростом концентрации нагрузки в междукамерных целиках [12-13].

Таблица 2

Результаты геомеханического расчёта

Вариант	σ_v, МПа	σ_c, МПа	n	P_c, %	K_p
I	16,2	418,0	0,19	7,0	26,7
II	18,9	519,5	0,15	6,5	16,7
III	21,6	565,9	0,14	7,0	13,3

Полученные по упрощённой формуле (2) напряжения превышают прочность руды, что свидетельствует о её неприменимости без учёта пространственного перераспределения нагрузки [1,14-15]. Поэтому для итоговой проектной оценки использована ограниченная модель средней нагрузки с коэффициентом концентрации η = 0,18–0,22:

(6)

При η = 0,18 значения σ_c* для вариантов I–III составляют 75,2; 93,5 и 101,9 МПа. С учётом расчётной прочности 150 МПа коэффициенты запаса равны 2,00; 1,60 и 1,47 соответственно.

Параметры и потери

Расчёт по формуле (4) показал, что при длине камер 40–60 м и ширине междукамерных целиков 3,0–4,5 м потери руды в целиках находятся в пределах 6,5–7,0 %. Наиболее рациональным является дифференцированный подход: для жил мощностью до 2 м — камеры длиной около 40 м и целики не менее 3,0 м; для жил 2–4 м — 50 м и 3,5 м; для жил более 4 м — 60 м и 4,5 м.

Обсуждение

Результаты подтверждают, что единые параметры очистных камер для всех рудных зон Дуката не обеспечивают оптимального сочетания извлечения и устойчивости. Наиболее чувствительными факторами являются мощность жилы, глубина, структурная нарушенность пород и фактический объём магазинируемой руды.

Практическая реализация предложенного подхода должна включать геомеханическое районирование рудных зон, паспорт крепления и отбойки для каждой категории устойчивости, лазерное сканирование контуров камер после отбойки и сопоставление фактических контуров с проектной моделью.

Выводы

1. Для тонких крутопадающих жил Дукатского месторождения рационально дифференцировать параметры этажно-камерной системы с магазинированием руды по мощности рудного тела и глубине разработки.
2. Для расчётных условий рекомендованы: длина камеры 40–60 м, высота этажа 50–60 м и ширина междукамерного целика 3,0–4,5 м. При такой геометрии расчётные потери в междукамерных целиках составляют 6,5–7,0 %.
3. Для жил мощностью до 2 м при высокой трещиноватости рекомендуется ограничивать длину камер до 30–35 м, поскольку рост отношения L/m повышает вероятность неустойчивости бортов и разубоживания.
4. Окончательное назначение параметров должно выполняться на основании геомеханического районирования, 3D-численного моделирования и инструментального контроля деформаций.