К мониторингу состояния массива пород при освоении недр в течение неопределенно долгого периода времени

Голик В.И. – доктор технических наук, профессор, Северо-Кавказский государственный технологический университет, главный научный сотрудник Геофизического института Владикавказского науч- ного центра РАН, v.i.golik@mail.ru
Келехсаев В.Б. – испытательный центр «ИРИСТОН», Северо-Кавказский государственный технологический университет
Савелков В.И. – аспирант кафедры горное дело, Северо-Кавказский государственный технологический университет
Гашимова З.А. – старший преподаватель кафедры информатики, Северо-Кавказский государственный технологический университет

Аннотация: статья посвящена выбору технологий подземной разработки рудных месторождений, при которых обеспечивается устойчивое состояние массива и участка земной поверхности над ним в течение не только отработки месторождения, но и в течение неопределенно долгого времени. Цель исследования – разработка механизма мониторинга состояния с сохранением массива и земной поверхности в районе освоения недр в течение неопределенно долгого периода времени достигается решением задач, объединяемых учетом влияния напряжений на поведение массива в результате природного и техногенного воздействия. В основу методики исследования положена гипотеза о том, что технологическое воздействие на горные объекты активизирует влияние тектонических нарушений вплоть до провоцирования природных явлений. Даны результаты исследований природных и наведенных деформаций с целью оценки роли дискретности в развитии процесса сдвижения на сложно-структурных месторождениях Садона. Сформулирована гипотеза о приуроченности катастроф к участку земной коры, вмещающему крупную Садонскую рудную провинцию с интенсивной разработкой месторождений взрывным способом. Предложена интегральная модель оценки результатов природно-техногенного катастрофического поражения окружающей среды для технико-экономического сравнения вариантов технологий. Показано, что механизм взаимодействия природных и техногенных напряжений в массиве носит адекватный характер и может быть использован для оптимизации горных технологий в районе освоения недр. Доказана необходимость системного мониторинга состояния массива и земной поверхности для разработки мероприятий по защите экосистем окружающей среды при освоении недр в течение неопределенно долгого периода времени.
Ключевые слова: подземная разработка, рудное месторождение, устойчивость массива, мониторинг, природно-техногенное воздействие, дискретность пород, напряжения.

To monitoring the state of the rock massif with the development of subsoil for an indefinite long period of time

Golik V.I., Kelekhsaev V.B., Savelkov V.I., Gashimova Z.A.

Annotation: the article is devoted to the choice of technologies for the underground mining of ore deposits, under which a stable state of the massif and a section of the earth’s surface above it is provided during not only the development of the deposit, but also for an indefinitely long time. The purpose of the study is the development of a mechanism for monitoring the state with the preservation of the massif and the earth’s surface in the area of ​​subsoil development for an indefinitely long period of time. It is achieved by solving problems combining the influence of stresses on the behavior of the array as a result of natural and man-made impacts. The research method is based on the hypothesis that the technological impact on mountain objects activates the influence of tectonic disturbances up to the provocation of natural phenomena. The results of studies of natural and induced deformations are given to assess the role of discreteness in the development of the displacement process in Sadon’s complex structural deposits. A hypothesis is formulated about the confinement of catastrophes to a section of the earth’s crust that accommodates a large Sadon ore province with intensive development of deposits by an explosive method. An integral model for assessing the results of natural and technogenic catastrophic environmental damage for a technical and economic comparison of technology options is proposed. It is shown that the mechanism of interaction of natural and man-made stresses in the array is adequate and can be used to optimize mining technologies in the subsoil development area. The necessity of system monitoring of the state of the massif and the earth’s surface is proved for the development of measures to protect the ecosystems of the environment during the development of subsurface for an indefinitely long period of time.
Key words: underground mining, ore deposit, stability of the massif, monitoring, natural and man-caused impact, discreteness of rocks, stresses.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Golik V., Komaschenko V., Morkun V., Burdzieva О. Modelling of rock massifs tension at underground ore mining // Metallurgical and Mining Industry. 2015. № 8. Р. 540– 543.
2. Reiter K., Heidbach O. 3-D geomechanical-numerical model of the contemporary crustal stress state in the Alberta Basin (Canada). Solid Earth. 2014. No. 5. pp. 1123–1149.
3. Анохин А.Г., Семенько К.А., Дарбинян Т.П., Цирель С.В., Мулёв С.Н. Методология учета степени влияния нарушенности рудопородного массива на сейсмический риск // Горный журнал. 2014. № 4. С. 19–24.
4. Marschalko M., Yilmaz I., Bednárik M., Kubečka K. Influence of underground mining activities on the slope deformation genesis: Doubrava Vrchovec, Doubrava Ujala and Staric case studies from Czech Republic // Engineering Geology. 2012. Vol. 147. P. 37–51.
5. Xiao Y.-X., Feng X.-T., Hudson J. A., Chen B.-R., Feng G.-L. et al. ISRM Suggested Method for In Situ Microseismic Monitoring of the Fracturing Process in Rock Masses // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2016. Vol. 49. Iss. 1. P. 343–369.
6. Голик В.И., Комащенко В.И., Шкуратский Д.Н. Оптимизация состава твердеющих смесей по геомеханическим условиям при подземной разработке рудных месторождений //Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2016. № 3. С. 164-176.
7. Галаов Р.Б., Звездкин В.А., Шабаров А.Н. Геомеханическое обоснование безопасных способов разработки тектонически напряженных блоковых структур рудных залежей Талнахского узла // Горный журнал. 2013. № 12. С. 17–21.
8. Голик В.И., Комащенко В.И., Качурин Н.М. Концепция комбинирования технологий разработки рудных месторождений // Известия Тульского государственного университета // Науки о Земле. 2015. № 4. С. 76-88.
9. Голик В.И., Якименко А.Д., Цидаев Т.С. Садонские месторождения: история и проблемы разработки // Горный журнал. 2004. № 10. С. 025-028.
10. Golik V., Doolin A., Komissarova M., Doolin R. Evaluating the Effectiveness of Utilization of Mining Waste // Medwell Journals, International Business Management. 2015. № 9 (5). Р. 1993–5250.
11. Shojaei A., Dahi Taleghani A., Li G. A continuum damage failure model for hydraulic fracturing of porous rocks // International Journal of Plasticity. 2014. Vol. 59. P. 199–212.
12. Ляшенко В.И. Повышение экологической безопасности в горнодобывающем регионе // ЗАО НТЦ ПБ. Безопасность труда в промышленности. 2014. №12. С. 54-59.
13. Протосеня А.Г., Куранов А.Д. Методика прогнозирования напряженно-деформированного состояния горного массива при комбинированной разработке Коашвинского месторождения // Горный журнал. 2015. № 1. С. 67–71.
14. Голик В.И., Разоренов Ю.И., Каргинов К.Г Основа устойчивого развития РСО-Алания – горнодобывающая отрасль // Устойчивое развитие горных территорий. 2017. №2(32). С.163-172.
15. Haeri H., Shahriar K., Fatehi Marji M., Moarefvand P. Experimental and numerical study of crack propagation and coalescence in pre-cracked rock-like disks // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2014. Vol. 67. P. 20–28.
16. King B., Goycoolea M., Newman A. Optimizing the open pit-to-underground mining transition // European Journal of Operational Research. 2017. Vol. 257. Iss. 1. P. 297–309.
17. Голик В.И. Концептуальные подходы к созданию мало- и безотходного горнорудного производства на основе комбинирования физико-технических и физико-химических геотехнологий // Горный журнал. 2013. № 5. С. 93-97.
18. Wang N., Wan B. H., Zhang P., Du X. L. Analysis on deformation development of open-pit slope under the influence of underground mining // Legislation, Technology and Practice of Mine Land Reclamation : Proceedings of the Beijing International Symposium on Land Reclamation and Ecological Restoration (LRER 2014). – London : Taylor & Francis Group, 2015. Р. 53–58.
19. Козырев А.А., Федотова Ю.В., Журавлева О.Г. Вероятностный прогноз сейсмоопасных зон в условиях удароопасных месторождений Хибинского массива // Вестник МГТУ. 2014. Том 17. № 2. С. 225–230.
20. Yunjin H., Guolong C., Weiping C., Zhenjun Y. Simulation of hydraulic fracturing in rock mass using a smeared crack model // Computers and Structures. 2014. Vol. 137. P. 72–77.
21. Месхи Б., Плешко М., Булигин Ю., Алексеенко Л., Молев М. М. Обеспечение безопасной эксплуатации и оценки состояния подземных сооружений методом акустического резонансного дефектоскопа. Серия конференций IOP: Земля и Экологические науки, 90 (1), 012217 (2017) doi.org/10.1088/1755-1315/90/1/012217.

REFERENCES
1. Golik V., Komaschenko V., Morkun V., Burdzieva O. Modelling of rock massifs tension at underground ore mining // Metallurgical and Mining Industry. 2015. № 8. Р. 540– 543.
2. Reiter K., Heidbach O. 3-D geomechanical-numerical model of the contemporary crustal stress state in the Alberta Basin (Canada). Solid Earth. 2014. No. 5. Р. 1123–1149.
3. Anohin A.G., Semen’ko K.A., Darbinyan T.P., Cirel’ S.V., Mulyov S.N. Metodologiya ucheta stepeni vliyaniya narushennosti rudoporodnogo massiva na sejsmicheskij risk // Gornyj zhurnal. 2014. № 4. S. 19–24.
4. Marschalko M., Yilmaz I., Bednárik M., Kubečka K. Influence of underground mining activities on the slope deformation genesis: Doubrava Vrchovec, Doubrava Ujala and Staric case studies from Czech Republic // Engineering Geology. 2012. Vol. 147. P. 37–51.
5. Xiao Y.-X., Feng X.-T., Hudson J. A., Chen B.-R., Feng G.-L. et al. ISRM Suggested Method for In Situ Microseismic Monitoring of the Fracturing Process in Rock Masses // Rock Mechanics and Rock Engineering. 2016. Vol. 49. Iss. 1. P. 343–369.
6. Golik V.I., Komashchenko V.I., Shkuratskij D.N. Optimizaciya sostava tverdeyushchih smesej po geomekhanicheskim usloviyam pri podzemnoj razrabotke rudnyh mestorozhdenij // Izvestiya Tul’skogo gosudarstvennogo universiteta. Nauki o Zemle. 2016. № 3. S. 164-176.
7. Galaov R.B., Zvezdkin V.A., Shabarov A.N. Geomekhanicheskoe obosnovanie bezopasnyh sposobov razrabotki tektonicheski napryazhennyh blokovyh struktur rudnyh zalezhej Talnahskogo uzla // Gornyj zhurnal. 2013. № 12. S. 17–21.
8. Golik V.I., Komashchenko V.I., Kachurin N.M. Koncepciya kombinirovaniya tekhnologij razrabotki rudnyh mestorozhdenij // Izvestiya Tul’skogo gosudarstvennogo universiteta // Nauki o Zemle. 2015. № 4. S. 76-88.
9. Golik V.I., YAkimenko A.D., Cidaev T.S. Sadonskie mestorozhdeniya: istoriya i problemy razrabotki// Gornyj zhurnal. 2004. № 10. S. 025-028.
10. Golik V., Doolin A., Komissarova M., Doolin R. Evaluating the Effectiveness of Utilization of Mining Waste // Medwell Journals, International Business Management. 2015. № 9 (5). P. 1993–5250.
11. Shojaei A., Dahi Taleghani A., Li G. A continuum damage failure model for hydraulic fracturing of porous rocks // International Journal of Plasticity. 2014. Vol. 59. P. 199–212.
12. Lyashenko V.I. Povyshenie ehkologicheskoj bezopasnosti v gornodobyvayushchem regione // ZAO NTC PB. Bezopasnost’ truda v promyshlennosti. 2014. №12. S. 54-59.
13. Protosenya A. G., Kuranov A. D. Metodika prognozirovaniya napryazhenno-deformirovannogo sostoyaniya gornogo massiva pri kombinirovannoj razrabotke Koashvinskogo mestorozhdeniya // Gornyj zhurnal. 2015. № 1. S. 67–71.
14. Golik V.I., Razorenov Yu.I., Karginov. Osnova ustojchivogo razvitiya RSO-Alaniya – gornodobyvayushchaya otrasl’ // Ustojchivoe razvitie gornyh territorij. 2017. №2(32). s.163-172.
15. Haeri H., Shahriar K., Fatehi Marji M., Moarefvand P. Experimental and numerical study of crack propagation and coalescence in pre-cracked rock-like disks // International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2014. Vol. 67. P. 20–28.
16. King B., Goycoolea M., Newman A. Optimizing the open pit-to-underground mining transition // European Journal of Operational Research. 2017. Vol. 257. Iss. 1. P. 297–309.
17. Golik V.I. Konceptual’nye podhody k sozdaniyu malo i bezothodnogo gornorudnogo proizvodstva na osnove kombinirovaniya fiziko-tekhnicheskih i fiziko-himicheskih geotekhnologij // Gornyj zhurnal. 2013. № 5. S. 93-97.
18. Wang N., Wan B. H., Zhang P., Du X.L. Analysis on deformation development of open-pit slope under the influence of underground mining // Legislation, Technology and Practice of Mine Land Reclamation : Proceedings of the Beijing International Symposium on Land Reclamation and Ecological Restoration (LRER 2014). London: Taylor&Francis Group, 2015. P. 53–58.
19. Kozyrev A.A., Fedotova Yu.V., Zhuravleva O.G. Veroyatnostnyj prognoz sejsmoopasnyh zon v usloviyah udaroopasnyh mestorozhdenij Hibinskogo massiva // Vestnik MGTU. 2014. Tom 17. № 2. S. 225–230.
20. Yunjin H., Guolong C., Weiping C., Zhenjun Y. Simulation of hydraulic fracturing in rock mass using a smeared crack model // Computers and Structures. 2014. Vol. 137. P. 72–77.
21. Meskhi B., Pleshko M., Buligin YU., Alekseenko L., Molev M. M. Obespechenie bezopasnoj ehkspluatacii i ocenki sostoyaniya podzemnyh sooruzhenij metodom akusticheskogo rezonansnogo defektoskopa. Seriya konferencij IOP: Zemlya i Ehkologicheskie nauki, 90 (1), 012217 (2017) doi.org/10.1088/1755-1315/90/1/012217.

Для цитирования: 

Голик В.И., Келехсаев В.Б., Савелков В.И., Гашимова З.А. К мониторингу состояния массива пород при освоении недр в течение неопределенно долгого периода времени // Вектор ГеоНаук. 2018. Т.1. №2. С. 48-60.

Golik V.I., Kelekhsaev V.B., Savelkov V.I., Gashimova Z.A., 2018. To monitoring the state of the rock massif with the development of subsoil for an indefinite long period of time. Vector of Geosciences. 1(2): 48-60.