УТИЦАЈ ПОДЗЕМНИХ РАДОВА НА СЛЕГАЊЕ ПОВРШИНЕ ТЕРЕНА ПРИ ПОДЗЕМНОЈ ЕКСПЛОАТАЦИЈИ Pb-Zn РУДЕ

Transcript

1 ПОДЗЕМНИ РАДОВИ 16 (2008) UDK 62 РУДАРСКО-ГЕОЛОШКИ ФАКУЛТЕТ БЕОГРАД YU ISSN Научни рад УТИЦАЈ ПОДЗЕМНИХ РАДОВА НА СЛЕГАЊЕ ПОВРШИНЕ ТЕРЕНА ПРИ ПОДЗЕМНОЈ ЕКСПЛОАТАЦИЈИ Pb-Zn РУДЕ Недељковић Благоје 1, Ристовић Ивица 2, Федорко Габриел 3 АПСТРАКТ Подземна експлоатација минералних сировина, као и изградња подземних објеката, изазивају промену на површини поткопаног терена. Ове промене се манифестују померањима и деформацијама на површини терена. Циљ овог рада је одређивање безопасне дубине откопавања и оцена потенцијалне опасности од деформација у улегнућа терена изнад зона експлоатације Pb-Zn рудних жица у јами Црнац методом запуњавања откопаног простора. Квалитетно одређивање утицаја подземних радова на промене на површини терена и предикција деформација и улегнућа поткопаног терена је веома значајно за безбедност подземних јамских просторија и заштиту објеката на површини терена. Кључне речи: Радна средина, подземни радови, померање терена, деформација, угловни параметри, аналитичка зависност УВОД Експлоатација олово-цинкане руде у руднику Црнац врши се интензивно од године када се и рачуна почетак експлоатације у новије доба. Истражним поткопом на коти 862м индентификовано је преко 20 рудних жица Pb-Zn моћности од 1-3,5м. У зависности од физичкомеханичких карактеристика руде и пратећих стена рудних жица примењују се методе откопавања за сваку рудну жицу посебно. За откопавање рудних жица у примени су методе: откопавање са запуњавањем празних простора, магазинска метода и подетажна метода отворених откопа. У овом раду се приказује утицај експлоатације руде Pb-Zn у јами Црнац на померање поткопаног терена при откопавању методама са запуњавањем откопаног простора на примеру југоисточног дела рудне жице бр Факултет техничких наука, Косовска Митровица, 2 Рударско-геолошки факултет, Београд 3 ТУ Кошице, БЕРГ Факулта, Кошице, Словачка

2 58 Недељковић Б.; Ристовић И.; Федорко Г.; КАРАКТЕРИСТИКЕ РАДНЕ СРЕДИНЕ У геолошкој средини лежишта учествују следећи литолошки чланови: амфиболити, палеозојски шкриљци, серпентинити, дијабази, дијабаз-рожна серија и терцијарни ефузиви са својим пирокластитима. Терцијарна магматска активност манифестовала се стварањем знатних маса ефузивних стена и низом промена у активним стенама. Исти магматизам условио је и депоновање Pb-Zn орудњења у виду рудних жица моћности од 1-3,5м и углом залегања од , са коефицијентима чврсте руде и пратећих стена (ƒ: 5-15) по Протођаконову. УТИЦАЈ ПОДЗЕМНИХ РАДОВА НА ПОВРШИНУ ТЕРЕНА Као последица подземне експлоатације лежишта минералних сировина, долази до зарушавања кровине изнад откопаног простора, које се манифестују на површини терена. Први знаци слегања терена су угиба терена, који настају слегањем или зарушавањем кровине откопа. Осим овога, слегање се одражава повећаним притиском у кровини и боку. Подземном експлоатацијом долази до вертикалних и знатно мањих хоризонталних померања и специфичних деформација на површини терена. Облик, величина и ток деформација површине терена зависи од низа фактора и могу се свести на следеће: Структуру особине стенског масива (распуцалост, слојевитост), Физичко-механичке особине стена које изграђују рудни масив, Услови залегања рудних тела и пратећих стена, Облик и димензија рудних тела, њихове моћност, однос између димензија откопаног простора и дубине радова, Систем откопавања, Степен оштећености стена, Рељеф терена. Наведени фактори у сваком конкретном случају, одређују особености процеса померања и деформације масива, омогућујући примену аналитичких, графичких и нумеричких и аналогних метода за дефинисање и изучавање процеса деформације масива и површине терена. На слици 1. дат је шематски приказ зоне померања и деформација на површини поткопаног терена и угловни параметри и процена померања.

3 Утицај подземних радова на слегање површине Слика 1. Шематски приказ зоне померања и деформација на површини поткопаног терена Први радови везани за утицај подземних радова на површину терена датирају од краја XIX века. Овом проблематиком се бавило више истраживача који су дали несумњиви допринос научној мисли у овој области и послужили су да се у савременом рударству развију нове теорије које су засноване на математичкој обради већег броја прикупљених података. КРИТЕРИЈУМИ ЗА ОДРЕЂИВАЊЕ УГЛОВНИХ ПАРАМЕТАРА β ПО И.Н. КИСИМОВОМ Применом теорије вероватноће и метода математичке статистике, а на основу извршених мерења, предложене су аналитичке зависности и критеријуми за одређивање угловних параметара (cлика 1.) при решавању проблема везаних за померање поткопаног терена услед утицаја рударских радова. Од стране аутора И.Н. Кисимова дати су основни критеријуми за прогнозни прорачун померања и деформација поткопаног терена и угловни параметри процеса померања: Утицај угла нагиба рудног тела, α, Утицај чврстоће пратећих стена, ƒ, Утицај стварне моћности рудног тела, m, Утицај дубине извођења рударских радова, H.

4 60 Недељковић Б.; Ристовић И.; Федорко Г.; Утицај угла нагиба рудног тела α За методу откопавања са запуњавањем откопаног простора, установљено је да је да је угао нагиба α рудног тела фактор који највише утиче на угао β зоне утицаја деформација: β = 1,8 + 0,9 ά (при ή=0,802 и μή=7,43 за угловне промене од 65º-90º) β 1 = 0,002 α 2 + 0,296 α + 35,572 (η = 0,682; µ η =6,89), вредност β1 код методе са запуњавањем су најниже β " = - 0,052 α 2 + 8,53 α 264,898 (η = 0,596; µ η = 6,47), β " 1 = 0,004 α 2 0,070 α + 57,572 (η = 0,675; µ η = 10,55). Утицај чврстоће пратећих стена ƒ Утицај коефицијента ƒ је значајан на угао β и сматра се да је приближан утицају нагиба рудног тела α, а дат је изразом за методу запуњавања празних простора. β = 13,98 + 0,59ά + 1,33f (R = 0,771и μ R =9,64), β 1 = 62,0 + 0,05ά +0,97f (R = 0,691 и μr = 3,24), β " = 0,024ƒ 2 0,086ƒ + 76,955 (η = 0,484 и µ η = 39,2 при ƒ = 6-18), β " 1 = -0,087ƒ 2 2,456ƒ + 63,031 (η = 0,589 и µ η = 7,96 при ƒ = 8-18). Утицај стварне моћности рудног тела м Утицај моћности м на угао β је известан утицају самог коефицијента ƒ. β = 67 0,42 m + 0,81ƒ (при R = 0,375 и µ R = 3,59 за m = 1:3 m). Утицај m са фактором α, β 1 = 28,01 + 0,55α + 0,29 (R - 0,509 и µ R = 4,28). Утицај m са фактором H,

5 Утицај подземних радова на слегање површине β 1 = 66,52 + 0,04 H + 0,83м (R = 0,529 и µ R = 5,04), β " = 77,6 + 0,19 m + 0,38ƒ при (R = 0,329 и µ R = 3,09), β 1 = 0,072 m 2 + 1,205 m + 74,547, (ή=0,375 и μ ή =4,05 при моћности од 1-10 м). Утицај дубине извођења рударских радова, H Промена угла β у зависности од дубине H је карактеристична за смањење вредности β на дубинама од 50 до 150м и пораст угла β у интервалу од 150 до 300м. На основу тога установљена је зависност β и H код методе са запуњавањем откопаног простора. β =-0,00015H 2 +0,085H +63,51 (ή=0,726 и μ ή =6,85 за H од 50 до 300 м), β 1 = 0,0003H 2 0,094H + 76,71 (η=0,784 и µ η =13,63 и вредност H од м), β = -0,0002 H 2 + 0,0619H +72,345 (ή=0,590 и μ ή =34,72 ) β " = 74,25 + 0,74ƒ 0,02H при R = 0,368 и µ R = 3,38, β " 1 = 0,0005 H 2 + 0,152H + 68,162. ОДРЕЂИВАЊЕ СТАБИЛНОСТИ ПОВРШИНЕ ТЕРЕНА ОД УТИЦАЈА РУДАРСКИХ РАДОВА НА РУДНИКУ ЦРНАЦ Досадашњим рударским активностима у јами Рудника Црнац откопано је више рудних жица изнад хоризонта H 862м (слика 2). Методе откопавања које су се примењивале за откопавање руде на појединим рудним жицама различите моћности (од 1 3,5м) и угла залегања рудних жица од , нису прилагођене условима експлоатације, па је стога дошло до померања површине терена изнад откопаних простора. На слици број 3. дат је подужни пресек откопа на рудној жици бр. 3 и његов однос са површином терена где се и дешава померање површине терена (слика 4.).

6 62 Недељковић Б.; Ристовић И.; Федорко Г.; Слика 2. Геолошки профил рудних жица изнад хоризонта H -862м Слика 3. Подужни пресек откопа на рудној жици бр: 3 и његов однос са површином терена Слика 4. Померање површине терена (фото Б. Недељковић, 2008.) Да би се избегла померања површине терена изнад откопаног простора, неопходно је утврдити утицај откопавања на површину терена. Уколико експлоатациони радови имају утицаја на површину терена, неопходно је да се одреде зоне померања и обрушавања и

7 Утицај подземних радова на слегање површине могућност стварања безопасне дубине, а када немају утицаја на површину терена, важно је знати да ли постоје стабилне површине непосредно изнад експлоатационих радова. Стабилност површина непосредно изнад експлоатационих радова зависи од методе откопавања и природних и техничких услова, и то: угла залегања рудног тела α, и коефицијента чврстоће пратећих стена ƒ, дужине откопавања по паду L, експлоатационе моћности m, дубине до горње границе експлоатације H, дужине откопавања по пружању Н, моћности покривајућих наноса: растреситих стена h 1, моћности покривајућих основних стена h 2. По Кисимовом постоје управно пропорционална зависност између стабилности површине и параметара α, H, ƒ, h 1, h 2 и обрнуто L, m, N. Утицај ових параметара може се установити, када се анализирају потребни подаци и изразе кроз емпиријско-математичке зависности. Свакако да на стабилност површине при откопавању утиче и распуцалост пратећих стена, обзиром да су све стене мање или више распуцале може се прихватити да распуцалост учествује кроз вредност емпиријских коефицијената. Обрасци за минималне дубине откопавања при којима не настају померања на површини изнад откопаног простора узимајући у обзир моћност рудног тела m, коефицијент чврстоће кровинских наслага ƒ и откопане дужине по пружању Н, за услове Рудника Црнац дати су у следећем облику: H m H m Утицај откопане моћности: 25,4 ( L cosα + m sinα ) ( L cosα + m sinα ) + 3,6 25,4 ( 125 0, ( 125 0, ,6 ' H m 53, 02m H f m m 3 3 Утицај коефицијента чврстоће: 5.6 ( L cosα + m sinα ) ( L cosα + m sinα ) f f

8 64 Недељковић Б.; Ристовић И.; Федорко Г.; H m 5,6 ( 125 0, ( 125 0, ,9 8 8 H f 27,7m H N H m Утицај откопане дужине по пружању: 9.3 ( L cosα + m sinα ) ( L cosα + m sinα ) + 5 n n 9,3 ( 125 0, ( 125 0, H N 45, 57m На основу ових прорачуна добили смо три различите вредности за минималну дубину откопавања, усваја се највећа вредност, а то је поремећај од утицаја моћности рудне жице бр. 3 јаме Рудника Црнац. ЗАКЉУЧАК Применом обрасца Кисимова уз увођење локалних параметара лежишта, добијају се реалне, оријентационе вредности да се одреди безопасна дубина експлоатације или могућност појаве пролома на површини терена. У условима Рудника Црнац дошли смо до резултата који несумњиво говоре да се безопасна дубина експлоатације није одређивала, те да су радови на експлоатацији руде на примеру рудне жице бр. 3 изазвали померање површине тла. Имајући у виду да се експлоатација руде изнад хоризонта Н 0 : 862м у јами Црнац и даље врши методом отворених откопа и методом запуњавања откопаних простора неопходно је утврдити утицај откопавања на површину терена за свако рудну жицу посебно.

9 Утицај подземних радова на слегање површине ЛИТЕРАТУРА 1. Ђођевић Д., (2006). Методе за прогнозу и прорачун померања и деформација поткопаног терена. Београд: Рударско-геолошки факултет. 2. Кисимов И., (1971). Прогнозиране устоличивоста на земната поврхност намиранате се над мините работи на Д.М.П. Рудодобиу и металургија. Софија. 3. Кисимов И., (1928). Иследоване влијанието но основите минмогеолошки фактори врху у гнте на двизение и раскстване у рудниците на мог Gorupso, Gluckauf. 4. Елезовић Д., Недељковић Б., Јакшић М., (2001). Механика стена и тла. Универзитетски уџбеник. Косовска Митровица: Факултет техничких наука. 5. Недељковић Б., Милентијевић Г., Јакшић М. (2008). Одређивање статичког и динамичког модула еластичности на узорцима стена. Македонија: Македонско рударство и геологија, број Милентијевић, Г., Недељковић, Б., Јакшић, М.,(2005). Заштита површинских токова од утицаја рудничких вода лежишта Копорић- Жута Прлина-Јелакце- Шаторица. Подземни радови, година XII, број 14, РГФ, пп , Београд. 7. Недељковић,Б., Милентијевић, Г., (2006). Оцена угрожености површинских и подземних вода средњег слива Ибра као последица активности РМХК Трепча. Подземни радови, година XIII, број 15, РГФ, пп , Београд. 8. Недељковић Б., Милентијевић Г., Лазић М., (2007). Заштита животне средине у неактивним индустријским подручјима. Зборник радова Заштита животне средине у индустријским подручјима, пп. 8-25,. Косовска Митровица: Факултет техничких наука. 9. Вукелич, Ж., Шпорин, Ј., Вижинтин, Г. (2004): Pore pressure. RMZmater. geoenviron., 2004, vol. 51, no. 4, p.p , Љубљана. 10. Вижинтин, Г., Стеванович, Л., Вукелич, Ж. (2008): Development of environmental criteria for estimation of land development using GIS = Uporaba GIS-a za določitev naravnih kriterijev možnosti okoljskega razvoja. RMZ-mater. geoenviron., jun. 2008, letn. 55, št. 2, p.p , Љубљана. 11. Вулић, М., Корелц, Ј. (2008): The use of the logistic function for forecasting vertical movements of surface. RMZ-mater. geoenviron., 2008, vol. 55, no. 3, p.p , Љубљана. 12. Ристовић, И., Слепчев Г., Чолић, М., Богдановић, Д. (2001): Environmental Protection - Dependence of Level in Mining Production. Proceedings of 3 rd international Symposium Mining and Environmental Protection, MEP 01, pp , Faculty of Mining and Geology, Врдник.