Модели взаимодействия природных и технических систем на основе геомеханической сбалансированности при добыче руд

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

Аннотация: на примере Садонского месторождения обоснованы модели взаимодействия природных и технических систем на основе геомеханической сбалансированности при подземной добыче руд. Проанализированы явления в рудовмещающем породном массиве в результате совместного воздействия природных и техногенных напряжений, которые описываются гипотезами, представляющими массивы состоящими из дискретных породных блоков, например,  Ветрова С.В. с синергетическим эффектом, создающие новые поля. Уточнены основы управления геомеханикой массивов и земной поверхности в районе освоения недр с обеспечением их сохранности в течение неопределенно долгого периода времени. Приведены результаты моделирования техногенных напряжений на низкомолекулярных материалах. Предложена схема управления напряжениями в массиве путем разделения его на геомеханически сбалансированные участки. Приведены результаты моделирования порядка отработки месторождения на состояние массива при сплошной, отступающей и двухстадийной выемке. Дана модель прочности элементов природно-техногенной системы. Основным способом предупреждения катастрофических геодинамических явлений в массивах Садонских полиметаллических месторождений и их окрестностей является ограничение величины и направления напряжений и корректировка несущей способности пород во времени и пространстве технологическими методами. Комплекс разработанных моделей обеспечивает минимизацию катастрофических масштабов связанных друг с другом природных и технологически наведенных полей напряжений. Показано, что управление рудовмещающими массивами на геомеханической основе является реальным резервом упрочнения экономики за счет снижения разубоживания и потерь при добыче руд.
Ключевые слова: месторождение, модель взаимодействия, геомеханика, подземная добыча, напряжения, массивы, управление геомеханикой.

Problems Models of interaction of natural and technical systems based on geomechanical balance in the extraction of ores

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

Annotation: based on the example of the Sadonskoye deposit, models for the interaction of natural and technical systems based on the geomechanical balance in underground ore mining are substantiated. The phenomena in the ore-hosting rock mass are analyzed as a result of the combined effect of natural and man-made stresses, which are described by hypotheses representing arrays consisting of discrete rock blocks, for example, S.Vetrova. with a synergistic effect creating new fields. The fundamentals of the management of geomechanics of massifs and the earth’s surface in the area of ​​subsoil development with the provision of their preservation for an indefinite long period of time have been specified. The results of modeling technogenic stresses on low-molecular materials are presented. A scheme for controlling stresses in an array by dividing it into geomechanically balanced sections is proposed. The results of simulation of the order of mining of the deposit on the state of the array with a continuous, receding and two-stage excavation are given. The model of the strength of elements of the natural and technogenic system is given. The main way to prevent catastrophic geodynamic phenomena in the massifs of the Sadon polymetallic deposits and their environs is to limit the magnitude and direction of stresses and to adjust the bearing capacity of the rocks in time and space by technological methods. The complex of developed models provides minimization of catastrophic scales of natural and technologically induced stress fields connected with each other. It is shown that the management of ore-bearing arrays on a geomechanical basis is a real reserve of strengthening the economy by reducing dilution and losses during ore mining.
Key words: deposit, interaction model, geomechanics, underground mining, tension, arrays, geomechanics control.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Golik V.I., Razorenov Yu.I., Ignatov V.N., Khasheva Z.M. The history of Russian Caucasus ore deposit development // Journal of the Social Sciences. 2016. Т. 11. № 15. С. 3742-3746.
2. Голик В.И., Якименко А.Д., Цидаев Т.С. Садонские месторождения: история и проблемы разработки // Горный журнал. 2004. № 10. С. 025-028.
3. Голик В.И., Разоренов Ю.И., Каргинов К.Г. Основа устойчивого развития РСО-Алания – горнодобывающая отрасль// Устойчивое развитие горных территорий. Владикавказ. 2017. №2(32). С.163-171.
4. Dold B., Weibel L. Biogeometallurgical pre-mining characterization of ore deposits: An approach to increase sustainability in the mining process // Environmental Science and Pollution Research. 2013. V. 20. №. 11. P. 7777–7786.
5. Stefanov Yu.P., Chertov M.A., Aidagulov G.R., Myashikov A.V. Dynamics of inelastic deformation of porous rocrs and formation of localized compaction zones studied by numerical modeling // J. Mech. and Phys. Solids. 2011. Vol. 59, No. 11.
6. 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.
7. Яковлев Д.В., Цирель С.В., Мулев С.Н. Закономерности развития и методика оперативной оценки техногенной сейсмической активности на горных предприятиях и в горнодобывающих регионах // ФТПРПИ. 2016. № 2. С. 34–47.
8. 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.
9. 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.
10. 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.
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. Reiter K., Heidbach O. 3-D geomechanical-numerical model of the contemporary crustal stress state in the Alberta Basin (Canada). Solid Earth. 2014. №5. Р. 1123–1149.
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. Чунуев И. К. Методика определения качества породных массива на начальных стадиях проектирования. Программа DIPS // Известия КТУ им. И. Раззакова. 2014. № 33. С. 554–557.
15. Юн А.Б., Рыльникова М.В., Терентьева И.В. О перспективах и стратегии освоения Жезказганского месторождения // Горный журнал. 2015. № 5. С. 44–49.
16. 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.
17. 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.
18. 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.
19. 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.

REFERENCES
1. Golik V.I., Razorenov Yu.I., Ignatov V.N., Khasheva Z.M. The history of Russian Caucasus ore deposit development // Journal of the Social Sciences. 2016. Т. 11. № 15. S. 3742-3746.
2. Golik V.I., YAkimenko A.D., Cidaev T.S. Sadonskie mestorozhdeniya: istoriya i problemy razrabotki // Gornyj zhurnal. 2004. № 10. S. 025-028.
3. Golik V.I., Razorenov YU.I., Karginov K.G. Osnova ustojchivogo razvitiya RSO-Alaniya – gornodobyvayushchaya otrasl’ // Ustojchivoe razvitie gornyh territorij. 2017. №2(32). S.163-172.
4. Dold B., Weibel L. Biogeometallurgical pre-mining characterization of ore deposits: An approach to increase sustainability in the mining process // Environmental Science and Pollution Research. 2013. Vol. 20. № 11. S. 7777–7786
5. Stefanov Yu.P., Chertov M.A., Aidagulov G.R., Myashikov A.V. Dynamics of inelastic deformation of porous rocrs and formation of localized compaction zones studied by numerical modeling // J. Mech. and Phys. Solids. 2011. Vol. 59. No. 11.
6.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. S. 72–77.
7. Yаkovlev D.V., Cirel’ S. V., Mulev S.N. Zakonomernosti razvitiya i metodika operativnoj ocenki tekhnogennoj sejsmicheskoj aktivnosti na gornyh predpriyatiyah i v gornodobyvayushchih regionah // FTPRPI. 2016. № 2. S. 34–47.
8. 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. S. 20–28.
9. Kozyrev A.A., Fedotova Yu.V., ZHuravleva O.G. Veroyatnostnyj prognoz sejsmoopasnyh zon v usloviyah udaroopasnyh mestorozhdenij Hibinskogo massiva // Vestnik MGTU. 2014. T. 17. № 2. S. 225–230.
10. 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.
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. S. 199–212.
12. Reiter K., Heidbach O. 3-D geomechanical-numerical model of the contemporary crustal stress state in the Alberta Basin (Canada). Solid Earth. 2014. №. 5. S. 1123–1149.
13. Chunuev I. K. Metodika opredeleniya kachestva porodnyh massiva na nachal’nyh stadiyah proektirovaniya. Programma DIPS // Izvestiya KTU im. I. Razzakova. 2014. № 33. S. 554–557.
14. Yun A.B., Ryl’nikova M.V., Terent’eva I.V. O perspektivah i strategii osvoeniya Zhezkazganskogo mestorozhdeniya // Gornyj zhurnal. 2015. № 5. S. 44–49.
15. 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.
16. 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.
17. 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.
18. 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.

Для цитирования: 

Голик В.И., Савелков В.И., Гашимова З.А., Келехсаев В.Б. Модели взаимодействия природных и технических систем на основе геомеханической сбалансированности при добыче руд // Вектор ГеоНаук. 2018. Т.1. №2. С. 21-28.

Golik V.I., Savelkov V.I., Gashimova Z.A., Kelekhsaev V.B., 2018. Problems Models of interaction of natural and technical systems based on geomechanical balance in the extraction of ores. Vector of Geosciences. 1(2): 21-28.