Analysis of the stress deformed state of rocks around the haulage roadway of the Beskempir field (Kazakhstan)

Abstract

Purpose. To perform research and detailed analysis of the stress deformed state of rocks around the haulage roadway based on the numerical modeling with the purpose to select the rational type and design of the haulage roadway support at the Beskempir field. Methods. A comprehensive research method has been used: review and generalization of references related to the study of the stress deformed state of a rock mass, improvement of the walling technology, in-situ and laboratory tests in the research and testing of rock samples strength; application of mathematical statistics and processing of experimental data using software products. The numerical modeling of the stress deformed state was done using the Examine 2D application with due account for the shape of broken rocks area, which is a 138х138х138 m regular triangle. Barton’s Q-system was used to the RQD assessment. Findings. The numerical modeling of the stress deformed state of rocks in the tectonic fault zone of the haulage roadway at +230 m was performed, and the rock mass deformation zones were defined around the mine contours. The charts showing displacement of roof rocks and walls of the haulage roadway were built, where it was established that the maximum displacement was manifest over the tectonic fault zone. The following zones were identified: the rock mass instability zones, the rock mass instability zones with due account for its fracturing, the zones of stable and unstable rock masses of the haulage roadway. It was established that 41.6% of the working with the fault zone is unstable, and 58% of it is a more stable part. It is proposed to divide the haulage roadway into three sections depending on the rock stability with a certain type of support. Originality. Based on the study of the stress deformed state of the rock mass in the conditions of the Beskempir field, site-specific unstable sections were identified. They ensured the selection of the support design with adjustable resistance. Practical implications. The application of support with adjustable resistance depending on the rock mass stability ensures minimization of costs for roadway support, maintenance of extensive sections of the working as well as enhanced mining safety in specific mining and geological conditions of the Beskempir field.

Мета. Дослідження та детальний аналіз напружено-деформованого стану (НДС) гірських порід навколо транспортного штреку на основі чисельного моделювання для вибору раціонального типу і конструкції кріплення транспортного штреку родовища “Беспемпір”. Методика. Використано комплексний метод дослідження: аналіз і узагальнення літературних джерел з вивчення НДС гірських порід масиву, вдосконалення технології кріплення гірничих виробок; натурних і лабораторних випробувань при дослідженні та визначенні міцності зразків гірських порід; застосування математичної статистики та обробки експериментальних даних у програмних продуктах. Чисельне моделювання НДС виконано в програмі Examine 2D з урахуванням утвореної області зруйнованих порід у вигляді правильного трикутника зі сторонами 138×138×138 м. Для оцінки стійкості порід використовували методику Бартона (Q-рейтинг). Результати. Виконано чисельне моделювання НДС гірських порід в зоні тектонічного розлому транспортного штреку на горизонті +230 м і визначено зони поширення деформацій масиву навколо контуру виробки. Побудовано графіки зміщення порід покрівлі та боків транспортного штреку й встановлено, що максимальні зміщення проявляються протягом зони тектонічного розлому. Виявлено зони нестійкості масиву, зони нестійкості масиву з урахуванням тріщинуватості масиву виробки, зони поширення стійких і нестійких масивів транспортного штреку. Встановлено, що виробка з урахуванням розлому має протяжність нестійкої частини масиву 41.6%, а більш стійка частина виробки – 58%. Запропоновано протяжність транспортного штреку розділити на 3 ділянки за стійкістю гірських порід з певним видом кріплення. Наукова новизна. Для умов родовища “Бескемпір” у транспортному штреку на основі вивчення НДС масиву гірських порід виявлено характерні ділянки за стійкістю, що дозволило визначити конкретну конструкцію кріплення регульованого опору (КРО). Практична значимість. Застосування КРО залежно від стійкості масиву гірських порід, дозволяє мінімізувати витрати на кріплення штреку і підтримання протяжних ділянок виробки, а також підвищити безпеку ведення гірничих робіт у конкретних гірничо-геологічних умовах Бескемпірського родовища.

Цель. Исследование и детальный анализ напряженно-деформированного состояния (НДС) горных пород вокруг транспортного штрека на основе численного моделирования для выбора рационального типа и конструкции крепи транспортного штрека месторождения “Бескемпир”. Методика. Использован комплексный метод исследования: анализ и обобщение литературных источников по изучению НДС горных пород массива, совершенствованию технологии крепления горных выработок; натурных и лабораторных испытаний при исследовании и определении прочности образцов горных пород; применению математической статистики и обработки экспериментальных данных в программных продуктах. Численное моделирование НДС выполнено в программе Examine 2D с учетом образованной области разрушенных пород в виде правильного треугольника со сторонами 138×138×138 м. Для оценки устойчивости пород использовали методику Бартона (Q-рейтинг). Результаты. Выполнено численное моделирование НДС состояния горных пород в зоне тектонического разлома транспортного штрека на горизонте +230 м и определены зоны распространения деформаций массива вокруг контура выработки. Построены графики смещение пород кровли и боков транспортного штрека и установлено, что максимальные смещение проявляются на протяжении зоны тектонического разлома. Выявлены зоны неустойчивости массива, зоны неустойчивости массива с учетом трещиноватости массива выработки, зоны распространения устойчивых и неустойчивых массивов транспортного штрека. Установлено, что выработка с учетом разлома имеет протяженность неустойчивой части массива 41.6%, а более устойчивой части выработки – 58%. Предложено протяженность транспортного штрека разделить на 3 участка по устойчивости горных пород с определенным видом крепления. Научная новизна. Для условий месторождения “Бескемпир” в транспортном штреке на основе изучения НДС массива горных пород выявлены характерные участки по устойчивости, что позволило определить конкретную конструкцию крепи регулируемого сопротивления (КРС). Практическая значимость. Применение КРС в зависимости от устойчивости массива горных пород позволяет минимизировать затраты на крепление штрека и поддержание протяженных участков выработки, а также повысить безопасность ведения горных работ в конкретных горно-геологических условиях Бескемпирского месторождения.