WWW.KN.LIB-I.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Различные ресурсы
 


«УДК 622.831 С.Н. Савченко Распределение горизонтальных тектонических напряжений в Ковдорском рудном районе S.N. Savchenko Distribution of horizontal tectonic stresses in the ...»

Савченко С.Н. Распределение горизонтальных тектонических…

УДК 622.831

С.Н. Савченко

Распределение горизонтальных тектонических напряжений

в Ковдорском рудном районе

S.N. Savchenko

Distribution of horizontal tectonic stresses

in the Kovdor ore region

Аннотация. Методом граничных элементов в двухмерной постановке задачи теории упругости исследовано

напряженное состояние массива пород Ковдорской интрузии с учетом ее иерархично-блочного геологического

строения. Выделены особенности распределения напряжений в районе современной разработки апатитмагнетитового месторождения (рудник "Железный" ОАО "Ковдорский ГОК"). Установлены зоны предельных растягивающих деформаций в окрестности карьера при заданных граничных условиях и механических свойствах пород.

Abstract. The boundary-element method in 2D setting of task of elasticity theory has been used for research of stress state of rock mass in the Kovdor intrusion taking into consideration its hierarchically-block geological structure.

Particularities of stresses distribution have been revealed in the region of apatite-magnetite deposit development by the "Zhelezny" mine, "Kovdorsky GOK" JSC. Zones of maximum tension deformations have been determined in the vicinity of the open-pit under the given boundary conditions and mechanical properties of rocks.

Ключевые слова: Ковдорский рудный район, тектонические напряжения, деформации, сдвиг блоков Key words: the Kovdor ore region, tectonic stresses, deformations, shear of blocks

1. Введение Одной из наиболее необходимых информаций при организации безопасного ведения горных работ является знание закономерностей распределения механических напряжений в массиве горных пород. В настоящее время многочисленными исследованиями отечественных и зарубежных ученых установлен факт действия в горных породах субгоризонтальных тектонических напряжений сжатия. Они в большинстве случаев в 5-10 раз превышают величины напряжений, вызванных весом горных пород.

На основе анализа напряженного состояния горных пород на рудных месторождениях Европы (Kozyrev, Savchenko, 2000) показано, что напряжение в районе срединно-атлантического раздвига тектонических плит составляет в среднем величину Т = –50 МПа (здесь и далее сжимающие напряжения считаются отрицательными). Характер формирования этих напряжений в значительной степени зависит от иерархично-блочного строения тектонических и геологических структур земной коры. Особенности распределения тектонических напряжений на территории Скандинавии и Кольского полуострова с учетом вложенных блочных и геологических образований приведены в работе (Savchenko, Kozyrev, 2003).

Ведущими среди промышленных предприятий Кольского полуострова являются комплексы, осуществляющие эксплуатацию уникальных месторождений апатит-нефелиновых, медно-никелевых, железных и редкометалльных руд. Добыча полезных ископаемых производится с применением различных горнотехнических систем подземным и открытым способами с нарастающим увеличением глубины, что требует особого отношения к вопросу устойчивости пород в элементах используемых разработок.

2. Постановка задачи Интересными с практической и научной точек зрения представляются закономерности распределения тектонических напряжений в Ковдорской интрузии в целом, в различных местах которой производится добыча полезных ископаемых, и в частности апатит-магнетитового месторождения рудником "Железный" ОАО "Ковдорский ГОК". В работе (Savchenko, Kozyrev, 2003) показано, что массив горных пород Ковдорского рудного района находится почти в однородном тектоническом поле напряжений.





При этом в меридиональном направлении действуют напряжения min = 0.8T = –40 МПа, а в широтном max = 0.85T = –42.5 МПа. Однако надо понимать, что это средние значения напряжений, формируемые блочно-геологическим строением тектонических структур более высокого порядка. Цель данной работы – выяснить каким образом изменится характер распределения этих напряжений за счет сложного геологического строения данного участка массива, какие величины локальных напряжений необходимо использовать при строительстве и эксплуатации горных сооружений.

В работе (Пожиленко и др., 2002) приведена геологическая карта Ковдорского массива, на основании которой разработана упрощенная расчетная модель (рис. 1), где учтены 9 основных разновидностей

Вестник МГТУ, том 18, № 2, 2015 г. стр. 214-220

горных пород, буквой "А" обозначено место отработки месторождения карьером "Железный". Физикомеханические характеристики пород Ковдорской интрузии, полученные на основе работ (Мельников и др., 1975; Козырев и др., 2012), приведены в табл. 1. На внешней границе модели заданы равномерно распределенные напряжения y = 0.8T и x = 0.85T. На границах контактов блоков с различными механическими свойствами представлено непрерывное изменение нормальных напряжений и перемещений:

n+ = n–:un+ = un–, (1) где индексами "+" и "–" обозначены значения напряжений и перемещений, отнесенные к разным сторонам контактирующих блоков.

Рис. 1. Расчетная модель для численного моделирования напряженного состояния Ковдорской интрузии.

1-9 – геологические блоки, А – место расположения карьера "Железный"

–  –  –

3. Решение задачи, обсуждение результатов На рис. 2 приведено распределение относительных минимальных напряжений x/T, действующих в широтном направлении. Все эти напряжения сжимающие, их величины во всей интрузии изменяются в пределах от 0.2Т до 1.8Т. Наибольшая концентрация x наблюдается в правой части блока 3 (наиболее крепкие породы), под южной частью блока 9, представленного слабыми породами четвертичных отложений. Наименьшие величины x 0.2T приурочены к блоку 9. В остальной части интрузии x распределены неравномерно и их величины находятся в интервале от 0.8Т до Т. Средняя величина x = 0.85T относится к району отработки месторождения карьером "Железный".

Напряжения y (рис. 3), величины которых во всей интрузии изменяются от 0.16Т до 1.5Т, также распределены неравномерно. Наибольшие их концентрации приурочены к контактам более крепких пород с четвертичными породами с запада и востока. В районе отработки месторождения y = 1.05T.

Савченко С.Н. Распределение горизонтальных тектонических… Рис. 2. Распределение относительных минимальных напряжений x/T в районе Ковдорской интрузии Рис. 3. Распределение относительных максимальных напряжений y/T в районе Ковдорской интрузии

–  –  –

На рис. 4 приведено распределение относительных минимальных напряжений min/T в соответствующих секторах 1-8 при действии на границе x = 0.85T и y = 1.05T. Характерной особенностью этого распределения является то, что напряжения min, являясь нулевыми на границе карьера (карьер свободен от внешних усилий), по величине возрастают до значений min = x, оставаясь сжимающими.

Очевидно, что характер их изменения в каждом секторе различный и зависит не только от механических свойств пород в рассматриваемом секторе, но и от того, каковы свойства пород в соседних секторах.

На рис. 5 показано распределение относительных максимальных напряжений max/T. Здесь очевидна следующая закономерность: вблизи контура карьера max имеют максимальное по величине значение 1.3T max 2T, которое уменьшается по мере удаления от контура в массив до max = y.

Исходя из этих закономерностей распределения минимальных и максимальных напряжений, становится очевидной теоретическая необходимость возникновения растягивающих деформаций 1 вблизи карьера до тех пор, пока min –max.

На рис. 6 показаны зоны, где действуют деформации растяжения в исследуемых секторах при заданных граничных условиях и механических свойствах пород. Это достаточно протяженные зоны, величина которых достигает размеров 0.2L и более, где L – наибольший диаметр карьера. Растягивающие деформации для устойчивости горных пород весьма опасны, так как для не нарушенных трещинами пород предел прочности на растяжение весьма мал 0.1сж.

Поэтому здесь важную роль играет величина предельных деформаций удлинения, которую можно оценить зависимостью:

p = p/E, (2) где p – предел прочности пород при растяжении.

Савченко С.Н. Распределение горизонтальных тектонических… Рис. 4. Распределение относительных минимальных напряжений min/T вблизи карьера "Железный", 1-8 – структурно-геологические сектора Рис. 5. Распределение относительных максимальных напряжений max/T вблизи карьера "Железный"

–  –  –

Из рис. 6 видно, что величина предельных деформаций растяжения формируется вблизи разломов, разделяющих структурные блоки. Это связано с тем, что по границам раздела структурно-геологических сегментов происходит их сдвижение друг относительно друга наряду с возникновением растягивающих деформаций параллельно границе карьера.

Для выяснения причин сдвижения блоков необходимо определить величину предельных напряжений, при которых происходит сдвиг, т.е. необходимо знать np. В соответствии с теориями прочности для хрупких материалов (Беляев, 1949) на практике используется зависимость np = (0.8–1.0) np. (4) Очевидно, что сдвиг по какой-либо поверхности ослабления может произойти тогда, когда минимальные величины касательных напряжений будут равны np, т.е. условие (4) будет выполняться в любой точке этой поверхности. В нашем случае вблизи границ контактов структурно-геологических секторов действуют главные напряжения: 1 = (0–0.85)T и 2 = (2.0–1.05)T. Следовательно, наименьшим касательным напряжением на границе раздела секторов будет np = (0.85–1.05)/2.T = 0.1T = 5 МПа. (5) Учитывая обстоятельство, что для наших горных пород p (10–15) МПа, можем сделать вывод, что условие (4) выполняется.

4. Заключение Таким образом, закономерности распределения тектонических напряжений в Ковдорской интрузии следующие:

1. Величины относительных минимальных и максимальных тектонических напряжений и характер их распределения в Ковдорской интрузии существенным образом зависят от наличия области ослабленных пород четвертичного отложения, располагаемой на северо-востоке массива. Окружающие ее участки крепких пород воспринимают на себя большую часть нагрузок аналогично тому, как располагаются зоны повышенных напряжений вблизи горных выработок. В окрестности отработки апатит-магнетитового месторождения карьером "Железный" в направлении восток – запад действуют напряжения x = 0.85T = –42.5 МПа, а в направлении север – юг – y = 1.05T = –52.5 МПа.

Савченко С.Н. Распределение горизонтальных тектонических…

2. Вблизи карьера за счет образования техногенной, свободной от внешних усилий, поверхности и существующих природных структурно-геологических секторов происходит дальнейшее перераспределение тектонических напряжений, минимальная величина которых вблизи границы карьера min = 0, а максимальная max = (1.8–2.0T) = –(90–100) МПа.

3. Неравномерное распределение тектонических напряжений вблизи карьерной выемки приводит к возникновению зон растягивающих деформаций, предельные величины которых приурочены к зонам контактов структурно-геологических секторов вблизи границы карьера. Зоны предельных деформаций растяжения подобны зонам концентрации предельных величин упругой энергии деформирования при растяжении.

4. Вблизи границы карьера, в зоне контактов структурно-геологических секторов, при действии в массиве пород предельных касательных напряжений происходит смещение секторов друг относительно друга, что увеличивает размеры зон неблагоприятных деформаций.

Литература

Kozyrev A.A., Savchenko S.. The Eurasia lithospheric plate horizontal tectonic stresses modeling.

Geoecology and Computers. Rotterdam, Brookfield, 2000. Р. 431-435.

Savchenko S.., Kozyrev A.A. An investigation of the state of stress of rock composing the Fennoscandia and Kola Peninsula block structures using the numerical modeling data. Mining in the Arctic. Ed. J.E. Udd, G. Bekkers. Montreal, Quebec, 2003. Р. 303-312.

Аветисян И.М. Исследование напряженно-деформированного состояния пород в бортах глубокого карьера при действии тектонических напряжений (на примере карьера "Ковдорского ГОКа").

Автореф. дис. … канд. техн. наук. Апатиты, 2013. 20 с.

Беляев Н.М. Сопротивление материалов. Л., ГИТТЛ, 1949. 772 с.

Козырев А.А. Геомеханика глубоких карьеров, средства и методы контроля устойчивости прибортового массива. Глубокие карьеры. СПб., Реноме, 2012. С. 52-67.

Козырев А.А., Каспарьян Э.В., Рыбин В.В. Геомеханическое обоснование устойчивости бортов глубоких карьеров в массивах иерархично-блочной структуры. Глубокие карьеры. СПб., Реноме,

2012. С. 307-316.

Мельников Н.В., Ржевский В.В., Протодьяконов М.М. Справочник (кадастр) физических свойств горных пород. М., Недра, 1975. 279 с.

Пожиленко В.И., Гавриленко Б.В., Жиров Д.В., Жабин С.В. Геология рудных районов Мурманской области. Апатиты, КНЦ РАН, 2002. 359 с.

References

Avetisyan I.M. Issledovanie napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya porod v bortah glubokogo karera pri deystvii tektonicheskih napryazheniy (na primere karera "Kovdorskogo GOKa") [Study of stress-strain state of rocks in deep open-pit walls under tectonic stresses (case study of the "Kovdorskiy GOK" openpit)]. Avtoref. dis. … kand. tehn. nauk. Apatity, 2013. 20 p.

Belyaev.M. Soprotivlenie materialov [Resistance of materials]. L., GITTL, 1949. 772 p.

Kozyrev A.A. Geomehanika glubokih karerov, sredstva i metody kontrolya ustoychivosti pribortovogo massiva [Rock mechanics of deep open-pits, tools and methods to control stability of near-wall rock mass].

Glubokie karery. SPb., Renome, 2012. P. 52-67.

Kozyrev A.A., Kasparyan E.V., Rybin V.V. Geomehanicheskoe obosnovanie ustoychivosti bortov glubokih karerov v massivah ierarhichno-blochnoy struktury [Geomechanical substantiation of deep open-pit walls in hierarchically-block rock massifs]. Glubokie karery. SPb., Renome, 2012. P. 307-316.

Melnikov.V., Rzhevskiy V.V., Protodyakonov M.M. Spravochnik (kadastr) fizicheskih svoystv gornyh porod [Guide (cadastre) of rocks’ physical properties]. M., Nedra, 1975. 279 p.

Pozhilenko V.I., Gavrilenko B.V., Zhirov D.V., Zhabin S.V. Geologiya rudnyh rayonov Murmanskoy oblasti [Geology of mineral areas of the Murmansk Region]. Apatity, KNTs RAN, 2002. 359 p.

Информация об авторе Савченко Степан Николаевич – Горный институт КНЦ РАН, д-р техн. наук, вед. науч. сотрудник, e-mail: savc@goi.kolasc.net.ru Savchenko S.. – Mining Institute KSC RAS, Dr of Tech. Sci., Leading Researcher,




Похожие работы:

«УТВЕРЖДАЮ Председатель конкурсной комиссии ОАО "Аэрофлот" _ Д.Ю. Галкин открытый запрос предложений ПРИГЛАШЕНИЕ ДЕЛАТЬ ПРЕДЛОЖЕНИЕ на выполнение проектных работ по реконструкции системы электроснабжения на объектах ОАО "Аэрофлот" Москва 2013 г. Настоящим ОАО "Аэрофлот" (далее Заказчик) приглашает Вас, представ...»

«Экзаменационный материал по курсам повышения квалификации "Информационные технологии и деятельность преподавателя (тьютора) в системе дистанционного образования высшей школы" Модели дистанционного обучения Существуют две принципиально различные модели обучения, то есть передачи знаний: модель незави...»

«ВОЗМОЖНОСТЬ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ И ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЛИНЕЙНО-СЦЕПНОЙ АРМАТУРЫ С ПЛАСТИЧЕСКИ ДЕФОРМИРОВАННЫМИ ПРОВОДАМИ 2016 г.ОСНОВНАЯ НОМЕНКЛАТУРА ПРОДУКЦИИ, ВЫПУСКАЕМОЙ ПРЕДПРИЯТИЯМИ ОБЪЕДИНЕНИЯ Стеклянные изоляторы для ВЛ и подстанций напряжением 6–1150 кВ Полимерные изоляторы и изолирующие траверсы для...»

«ГОСУДАРСТВЕННАЯ КОРПОРАЦИЯ ПО АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ "РОСАТОМ" Частное образовательное учреждение дополнительного профессионального образования "Институт глобальной ядерной безопасности и физической защиты Госкорпорации "Рос...»

«Телекомунікаційні та інформаційні технології. – 2015. – №4 УДК 621.3.082.1 Бондаренко Т. Г., канд. техн. наук; Зенив И. О. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ДАВЛЕНИЯ ГАЗОВ НА ДОБРОТНОСТЬ РЕЗОНАТОРА ТВЕРДОТЕЛЬНОГО ВОЛНОВОГО ГИРОСКОПА Bondarenko T. G., Z...»

«Утвержден и введен в действие Постановлением Госстандарта СССР от 24 августа 1978 г. N 2329 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР ОХРАНА ПРИРОДЫ. АТМОСФЕРА ПРАВИЛА УСТАНОВЛЕНИЯ ДОПУСТИМЫХ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ ПРОМЫШЛЕНН...»

«1 Меченная Я родилась в Катманду, в квартале Боднатх. Это маленький кусочек Тибета, затерявшийся в Непале. Большая каменная дверь обозначает вход в наш район. До нее — Непал. За дверью — мы. Улицы разбегаются во все стороны от stup...»

«ООО "Белебеевские городские электрические сети" Об установлении размера платы за технологическое присоединение к электрическим сетям общества с ограниченной ответственностью "Белебеевские городские электрические сети" на территории Республики Башкортостан и определении выпадающих доходо...»

«1 Коростелев С.П., профессор Государственного университета по землеустройству, д.т.н. О "единой федеральной методологии" кадастровой оценки "недвижимости и земли"1 Вместо предисловия. Как известно, в конце 2015 года партия (ЕР), депутаты Госдумы и Правительство РФ озаботилось качество...»

«I. ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Рабочая программа составлена на основе следующих нормативных документов: Федерального закона от 29 декабря 2012 г. №273-ФЗ "Об образовании в Российской Федерации";Федерального государственного образовательного стандарта начального общего образования, утвержденного приказом Министерства образования и науки РФ от 06.10.2009 №3...»








 
2017 www.kn.lib-i.ru - «Бесплатная электронная библиотека - различные ресурсы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.