Research into rock mass geomechanical situation in the zone of stope operations influence at the 10th Anniversary of Kazakhstan’s Independence mine

Abstract

Purpose. Predicting the stress-strain state (SSS) of the rock mass in the zone of stope operations influence using the selfcaving mining system and the calculation of the load-bearing capacity of mine workings support at the 10th Anniversary of Kazakhstan’s Independence mine. Methods. An engineering-geological data complex of the host rocks properties has been analyzed. Numerical modelling of the rock mass stress-strain state and the calculation of the load-bearing capacity of the support types used at the mine have been performed with the help of the RS2 software. This program, based on the Finite Element Method in a two-dimensional formulation, makes it possible to take into account a significant number of factors influencing the mass state. The Hoek- Brown model with its distinctive advantage of nonlinearity is used as a model for the mass behaviour. Findings. The values of the main stresses and load on the support have been obtained. According to the numerical analysis results of the rock mass stress-strain state at a depth of 900 m (horizon -480 m), the principal stresses are close to hydrostatic ones σ1 = σ3 = σz = 24.8 MPa. Predicting assessment of mine workings stability margin is performed before and after stope operations. Based on its results, it can be assumed that the stability margin of the mine workings driven in the stope zone is below the minimum permissible, therefore, caving and an increase in the load on the support are possible. Abutment pressure on mine workings support at a mining depth of 900 m (-480 m) has been calculated. The parameters of support in mine workings driven at the horizon -480 m have been calculated. Originality. The nature and peculiarities of patterns of the stress-strain state formation within the boundaries of various stope operations influence in blocks 20-28 at the horizon -480 m have been determined. The quantitative assessment of the values of loads on the support of haulage cross-cuts of the horizon mining is given. Practical implications. The research results can be used for creating a geomechanical model of the field and to design stable parameters of mine workings support.

Мета. Прогноз напружено-деформованого стану (НДС) в масиві гірських порід у зоні впливу очисних робіт при використанні системи розробки самообвалення та розрахунок несучої здатності кріплення гірничих виробок, що застосовуються на шахті “10 років Незалежності Казахстану”. Методика. Проаналізовано комплекс геолого-інженерних даних властивостей вміщуючих порід. Виконано чисельне моделювання напружено-деформованого стану масиву гірських порід і розрахунок несучої здатності видів кріплення, що застосовуються на шахті у програмі RS2, яка працює на основі методу скінченних елементів (Finite Element Method) у двовимірній постановці, що дозволило врахувати значну кількість факторів, що впливають на стан масиву. В якості моделі поведінки масиву використовувалася модель Хоека-Брауна, відмітною перевагою якої є її нелінійність. Результати. Отримано значення головних напружень і навантаження на кріплення. За результатами чисельного аналізу напружено-деформованого стану масиву гірських порід на глибині 900 м (гор. -480 м) головні напруження близькі до гідростатичним σ1 = σ3 = σz = 24.8 Мпа. Виконана прогнозна оцінка запасу стійкості гірничих виробок до і після очисних робіт, за результатами якого слід припускати, що запас стійкості пройдених виробок у зоні очисного простору нижче мінімально допустимого, а отже, можливі обвалення й збільшення навантаження на кріплення. Розраховано опорний тиск на кріплення виробок на глибині відпрацювання 900 м (гор. -480 м). Виконано розрахунок параметрів кріплення виробок, закладених на горизонті -480 м. Наукова новизна. Встановлено характер та особливості закономірностей формування напружено-деформованого стану в межах впливу різних варіантів очисних робіт блоку 20-28 на горизонті -480 м і надана кількісна оцінка величин навантажень на кріплення відкотних ортів виробок горизонту. Практична значимість. Результати виконаних досліджень можуть бути застосовані при створенні геомеханічної моделі родовища та проектуванні стійких параметрів кріплення гірничих виробок.

Цель. Прогноз напряженно-деформированного состояния (НДС) в массиве горных пород в зоне влияния очистных работ при использовании системы разработки самообрушением и расчет несущей способности крепи горных выработок, применяемых на шахте “10 лет Независимости Казахстана”. Методика. Проанализирован комплекс геолого-инженерных данных свойств вмещающих пород. Выполнено численное моделирование напряженно-деформированного состояния массива горных пород и расчет несущей способности видов крепи, применяемых на шахте в программе RS2, которая работает на основе метода конечных элементов (Finite Element Method) в двумерной постановке, что позволило учесть значительное количество факторов, влияющих на состояние массива. В качестве модели поведения массива использовалась модель Хоека-Брауна, отличительным преимуществом которой является ее нелинейность. Результаты. Получены значения главных напряжений и нагрузки на крепь. По результатам численного анализа напряженно-деформированного состояния массива горных пород на глубине 900 м (гор. -480 м) главенствующие напряжения близки к гидростатическим σ1 = σ3 = σz = 24.8 МПа. Выполнена прогнозная оценка запаса устойчивости горных выработок до и после очистных работ, по результатам которого следует предполагать, что запас устойчивости пройденных выработок в зоне очистного пространства ниже минимально допустимого, следовательно, возможны обрушения и увеличение нагрузки на крепь. Рассчитано опорное давление на крепь выработок на глубине отработки 900 м (гор. -480 м). Выполнен расчет параметров крепи выработок, заложенных на горизонте -480 м. Научная новизна. Установлен характер и особенности закономерностей формирования напряженно-деформированного состояния в границах влияния различных вариантов очистных работ блока 20-28 на горизонте -480 м и дана количественная оценка величин нагрузок на крепь откаточных ортов выработок горизонта. Практическая значимость. Результаты исследований могут быть применены при создании геомеханической модели месторождения и проектировании устойчивых параметров крепи горных выработок.