gscienceMining Science and Technology (Russia)Горные науки и технологии2500-0632The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)10.17073/2500-0632-2019-4-251-261gscience-171Research ArticleMINING ROCK PROPERTIES. ROCK MECHANICS AND GEOPHYSICSСВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД. ГЕОМЕХАНИКА И ГЕОФИЗИКАStudy of Rock Mass Stability Decrease due to Underground MiningИсследование ослабленности массива пород при подземной добыче рудГоликВ. И.GolikV. I.

Владикавказ

Vladikavkaz

МасленниковС. А.MaslennikovS. A.

Шахты

Shakhty

Нуньес РодригесАльберто МартинNunez RodriguezAlberto Martin

Восточный Сибао

East Sibao

АнищенкоВ. И.AnischenkoV. I.

Нью-Йорк

New York

Северо-Кавказский горно-металлургический институтРоссияNorth-Caucasian Mining and Metallurgical InstituteRussian FederationДонской государственный технический университет (филиал)РоссияDon State Technical UniversityRussian FederationТехнический университетДоминиканская РеспубликаTechnical UniversityDominican RepublicLLC "Spetsmodulproekt"Соединённые Штаты АмерикиLLC "Spetsmodulproekt"United States20193001202044251261Copyright © Golik V.I., Maslennikov S.A., Nunez Rodriguez A.M., Anischenko V.I., 20202020Голик В.И., Масленников С.А., Нуньес Родригес А.М., Анищенко В.И.Golik V.I., Maslennikov S.A., Nunez Rodriguez A.M., Anischenko V.I.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mst.misis.ru/jour/article/view/171

The optimization of underground mining processes is carried out based on rational use of energy for obtaining preset broken ore size. The effective optimization requires correct assessment of the properties of the rock mass to be broken. Energy management requires assessment of rock mass stability decrease due to impact of natural and technogenic stresses. To make adjustments to the general energy management model, information on the rock mass structure is required to be obtained by geophysical methods. To optimize broken rock/ore size (to minimize oversized or excessively crushed mineral fraction yield during breaking), blasting energy application should be regulated and smart. The study is aimed at assessing the effectiveness of using geophysical methods for the prompt and correct assessment of rock and backfill mass condition during underground mining of mineral deposits. Decreasing stability of rock masses is assessed using the method of electrometric surveys in noncore exploratory boreholes. Rock mass stability study allowed revealing correlation and dependencies between the studied parameters. Effectiveness of using geophysical methods for differentiating natural and technogenic masses by degree of decreasing their stability due to geological and technogenic stresses. To determine the coefficient of decreasing rock mass stability based on rock apparent resistivity data, electrometric logging was used. This allowed to differentiate rock mass by the degree of decreasing rock mass stability based on the revealed dependency. The features of the geophysical survey components are described in details. The methodology and findings of the underground electric sounding using a sequential gradient electrode system at specific metal deposit are presented, including using theoretical curves and determining rock conductivity and the distance to workings. Besides, correctness of the geophysical method findings was assessed differentially. The assessment was prepared for decreasing rock mass stability based on electrometric logging data, and for advance outlining heterogeneity zones in rock masses by electric sounding along working walls. Based on findings of the conducted experimental work on revealing structural boundaries within rock mass, the method of electric sounding along working walls was recommended for application in practice. As for the studied borehole electric sounding application, the convergence of the experimental and theoretical curves is insufficient to recommend the method for practical application.

Оптимизация процессов подземной разработки месторождений осуществляется за счет рационального использования энергии для получения заданной крупности руд. Ее успех зависит от учета свойств разрушаемой среды. Важную роль в управлении энергией играет ослабленность пород природными и техногенными силовыми полями. Для внесения коррективов в общую модель управления энергией нужны сведения о строении массива, получаемые геофизическими методами. Поскольку для уменьшения выхода негабаритных или излишне измельченных фракций минералов в процессе отбойки используют регулирование затрат энергии взрыва на степень разупрочнения пород, целью исследования является определение эффективности использования геофизических методов для оперативной и корректной оценки состояния породных и закладочных массивов при подземной разработке месторождений твердых полезных ископаемых. Ослабленность массивов пород оценивается методом электрометрических исследований в бескерновых разведочных скважинах. Сопоставлением данных о степени ослабленности установлено наличие корреляционной связи между участвующими параметрами, что позволяет выразить зависимость между ними. Дана оценка эффективности использования геофизических методов для дифференциации природных и искусственных массивов по ослабленности геологическими и технологическими силовыми полями. Для определения коэффициента ослабления по кажущемуся сопротивлению пород использованы материалы электрометрического каротажа. На основе выявленной зависимости породный массив дифференцирован по степени ослабленности пород. Дифференцированы и детализированы особенности составляющих комплекса геофизических методов исследований. Приведены методология и результаты подземного электрозондирования последовательной градиент-установкой с помощью теоретических кривых на конкретном металлическом месторождении с определением проводимости пород и расстояния до выработки. Дифференцированно дана оценка корректности геофизических методов: ослабленности пород электрометрическим каротажем скважин, а опережающее оконтуривание зон неоднородностей в массивах месторождений – электрозондированием вдоль стенок выработок. На основании проведенных опытных работ по выявлению структурных границ в массиве метод электрозондирования вдоль стенок выработок рекомендован для практического применения. При использовании скважинного электрозондирования сходимость экспериментальных кривых с теоретическими недостаточна.

разработка месторожденияпородаослабленностьгеофизические методыэлектрометрияэлектрозондированиеdeposit developmentrockdecreasing stabilitygeophysical methodselectrometryresistivity soundingReferencesGoodarzi A., Oraee-Mirzamani N. Assessment of the Dynamic Loads Effect on Underground Mines Supports. In: 30th International Conference on Ground Control in Mining. 2011. P. 74–79.Goodarzi A., Oraee-Mirzamani N. Assessment of the Dynamic Loads Effect on Underground Mines Supports. In: 30th International Conference on Ground Control in Mining. 2011. P. 74–79.Woodward K., Wesseloo J. Observed spatial and temporal behaviour of seismic rock mass response to blasting. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2015;115(11):1044–1056.Woodward K., Wesseloo J. Observed spatial and temporal behaviour of seismic rock mass response to blasting. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy. 2015;115(11):1044–1056.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;(1(2)):21–28.Golik V.I., Savelkov V.I., Gashimova Z.A., Kelekhsaev V.B. Models of natural and technical systems interaction based on geotechnical sustainability in ore mining. Vector of Geosciences. 2018;(1(2)):21–28. (In Russ.).Голик В., Комащенко В., Моркун В., Ирина Г. Повышение эффективности взрывного разрушения на руднике новых методов инициирования скважинных зарядов в карьерах. Металлургическая и горнодобывающая промышленность. 2015;7(7):383–387.Golik V., Komashchenko V., Morkun V., Irina G. Increasing effectiveness of explosive rock breakage at mines using new methods for initiating blasthole charges in open pits. Metallurgical and Mining Industry. 2015;7(7):383–387. (In Russ.).Cardu M., Seccatore J., Vaudagna A., Rezende A., Galvão F., Bettencourt J. S., Tomi de G. Evidences of the influence of the detonation sequence in rock fragmentation by blasting. Part I. REM: Revista Escola de Minas. 2015;68(3):337–342.Cardu M., Seccatore J., Vaudagna A., Rezende A., Galvão F., Bettencourt J. S., Tomi de G. Evidences of the influence of the detonation sequence in rock fragmentation by blasting. Part I. REM: Revista Escola de Minas. 2015;68(3):337–342.Khani A., Baghbanan A., Norouzi S., Hashemolhosseini H. Effects of fracture geometry and stress on the strength of a fractured rock mass. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 2013;(60):345–352.Khani A., Baghbanan A., Norouzi S., Hashemolhosseini H. Effects of fracture geometry and stress on the strength of a fractured rock mass. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 2013;(60):345–352.Kidybinski A. The role of geo-mechanical modelling in solving problems of safety and effectiveness of mining production. Archives of Mining Sciences. 2010;55(2):263–278.Kidybinski A. The role of geo-mechanical modelling in solving problems of safety and effectiveness of mining production. Archives of Mining Sciences. 2010;55(2):263–278.Najafi A. B., Saeedi G. R., Farsangi M. A. E. Risk analysis and prediction of out-of-seam dilution in longwall mining. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2014;70:115–122.Najafi A. B., Saeedi G. R., Farsangi M. A. E. Risk analysis and prediction of out-of-seam dilution in longwall mining. International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences. 2014;70:115–122.Oraee-Mirzamani K., Ping Y. J., Zhong C. W., Sen Y. D., Qiang Y. J. Numerical determination of strength and deformability of fractured rock mass by FEM modeling. Computers and Geotechnics. 2015;64:20–31.Oraee-Mirzamani K., Ping Y. J., Zhong C. W., Sen Y. D., Qiang Y. J. Numerical determination of strength and deformability of fractured rock mass by FEM modeling. Computers and Geotechnics. 2015;64:20–31.Golik V., Komashchenko V., Morkun V., Irina G. Improving the effectiveness of explosive breaking on the bade of new methods of borehole charges initiation in quarries. Metallurgical and Mining Industry. 2015;7(7):383–387.Golik V., Komashchenko V., Morkun V., Irina G. Improving the effectiveness of explosive breaking on the bade of new methods of borehole charges initiation in quarries. Metallurgical and Mining Industry. 2015;7(7):383–387. (In Russ.).Молев М. Д., Страданченко С. Г., Масленников С. А. Теоретическое и экспериментальное обос-нование построения региональных систем мониторинга безопасности техносферы. Журнал инженерных и прикладных наук АРПН. 2015;10(16):6787–6792.Molev M. D., Stradanchenko S. G., Maslennikov S. A. Theoretical and experimental substantiation for creating regional systems for technosphere safety monitoring. Journal of Engineering and Applied Sciences of Russian Academy of Technologies. 2015;10(16):6787–6792. (In Russ.).Golik V., Komashchenko V., Morkun V., Zaalishvili V. Enhancement of lost ore production efficiency by usage of canopies. Metallurgical and Mining Industry. 2015;7(4):325–329.Golik V., Komashchenko V., Morkun V., Zaalishvili V. Enhancement of lost ore production efficiency by usage of canopies. Metallurgical and Mining Industry. 2015;7(4):325–329. (In Russ.).Molev M. D., Stradanchenko S. G., Maslennikov S. A. Theoretical and experimental substantiation of construction regional security monitoring systems technospheric. ARPN Journal of Engineering and Applied Sci-ences. 2015;10(16):6787–6792.Molev M. D., Stradanchenko S. G., Maslennikov S. A. Theoretical and experimental substantiation of construction regional security monitoring systems technospheric. ARPN Journal of Engineering and Applied Sci-ences. 2015;10(16):6787–6792. (In Russ.).Голик В. И., Савелков В. И. Гашимова З. А., Келехсаев В. Б. К мониторингу состояния массива пород при освоении недр в течение неопределенно долгого периода времени. Вектор ГеоНаук. 2018;(1(2)):48–60.Golik V. I., Savelkov V. I. Gashimova Z. A., Kelekhsaev V. B. On monitoring of rock mass conditions during subsoil use for indefinite period of time. Vector of Geosciences. 2018;(1(2)):48–60. (in Russ.).Семенова И. Э., Аветисян И. М., Земцовский А. В. Геомеханическое обоснование отработки запа-сов глубокого горизонта в сложных горно-геологических и геодинамических условиях. Горный информаци-онно-аналитический бюллетень. 2018;(12):65–73.Semenova I. E., Avetisyan I. M., Zemtsovsky A. V. Geotechnical substantiation of extraction of deep level reserves under complicated mining, geological and geodynamic conditions. Mining Informational and Ana-lytical Bulletin. 2018;(12):65–73. (in Russ.).Куранов А. Д. Методика прогнозирования напряженно-деформированного состояния горного массива при комбинированной разработке Коашвинского месторождения. Горный журнал. 2015;(1):67–71.Kuranov A. D. Technique for predicting rock mass stress-strain state during combined mining of the Koashvinskoye deposit. Mining Journal. 2015;(1):67–71. (In Russ.).Заалишвили В. Б., Бурдзиева О. Г., Закс Т. В., Кануков А. С. Информационный мониторинг распределённых физических полей в пределах урбанизированной территории. Геология и геофизика Юга России. 2013;(4):8-16.Zaalishvili V. B., Burdzieva O. G., Zaks T. V., Kanukov A. S. Informational monitoring of distributed physical fields within an urbanized area. Geology and Geophysics of the South of Russia. 2013;(4):8-16. (In Russ.).Плешко М., Панкратенко А., Ревякин А., Щекина Е., Холодова С. Новые технологии подземных сооружений в условиях сдержанных городских условий. In: E3S Web of Conferences. 2018;33:02036. DOI: 10.1051/e3sconf/20183302036.Pleshko M., Pankratenko A., Revyakin A., Schekina E., Kholodova S. New technologies for underground structures in restrained urban conditions. In: E3S Web of Conferences. 2018;33:02036. DOI: 10.1051/e3sconf/20183302036. (In Russ.).Дмитрак Ю. В., Логачева В. М., Подколзин А. А. Геофизическое прогнозирование нарушенности и обводненности массива горных пород. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2006;(11):35–36.Dmitrak Yu. V., Logacheva V. M., Podkolzin A. A. Geophysical prediction of broken condition and watering of rock mass. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2006;(11):35–36. (In Russ.).Качурин Н. М., Стась Г. В., Корчагина Т. В., Змеев М. В. Геомеханические и аэрогазодинамиче-ские последствия подработки территорий горных отводов шахт Восточного Донбасса. Известия Тул. гос. ун-та. Сер. «Науки о Земле». 2017;(1):170–182.Kachurin N. M., Stas G. V., Korchagina T. V., Zmeev M. V. Geotechnical and gas dynamic conse-quences of undermining of mining lease areas for Eastern Donbass mines. Proceedings of Tula State University. Series "Earth Sciences". 2017;(1):170–182. (In Russ.).Качурин Н. М., Стась Г. В., Калаева С. З., Корчагина Т. В. Геоэкологическая оценка эффективности защиты окружающей среды и природоохранительных мероприятий при подземной добыче угля. Изве-стия Тульского государственного университета. Сер. Науки о Земле. 2016;(3):62-79.Kachurin N. M., Stas G. V., Kalayeva S. Z., Korchagina T. V. Geoecological assessment of environ-mental protection effectiveness and environmental protection measures in the process of underground coal mining. Proceedings of Tula State University. Series "Earth Sciences". 2016;(3):62-79. (In Russ.).Дмитрак Ю. В., Логачева В. М., Подколзин А. А. Геофизическое прогнозирование нарушенности и обводненности массива горных пород. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2006;(11):35–36.Dmitrak Yu. V., Logacheva V. M., Podkolzin A.A. Geophysical prediction of broken condition and wa-tering of rock mass. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2006;(11):35–36. (In Russ.).Заалишвили В. Б., Бурдзиева О. Г., Закс Т. В., Кануков А. С. Информационный мониторинг распределенных физических полей в пределах урбанизированной территории. Геология и геофизика Юга России. 2013;(4):8–16.Zaalishvili V. B., Burdzieva O. G., Zaks T. V., Kanukov A. S. Informational monitoring of distributed physical fields within an urbanized area. Geology and Geophysics of the South of Russia. 2013;(4):8–16. (In Russ.).Комащенко В. И., Васильев П. В., Масленников С. А. Технологиям подземной разработки месторождений КМА – надежную сырьевую основу. Известия Тул. гос. ун-та. Сер. «Науки о Земле». 2016;(2):101-114.Komashchenko V.I., Vasiliev P.V., Maslennikov S.A. Reliable raw material base for KMA deposit un-derground mining. Proceedings of Tula State University, Series "Earth Sciences". 2016;(2):101-114. (in Russ.).Snelling P. E., Godin L., McKinnon S. D. The role of geologic structure and stress in triggering remote seismicity in Creighton Mine, Sudbury, Canada. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 2013;58:166–179.Snelling P. E., Godin L., McKinnon S. D. The role of geologic structure and stress in triggering remote seismicity in Creighton Mine, Sudbury, Canada. International Journal of Rock Mechanics & Mining Sciences. 2013;58:166–179.Каплунов Д. Р., Рыльникова М. В., Радченко Д. Н. Расширение сырьевой базы горнорудных предприятий на основе комплексного использования минеральных ресурсов месторождений. Горный журнал. 2013;(12):29–33.Kaplunov D. R., Rylnikova M. V., Radchenko D. N. Expansion of resources base of mining enterprises based on multiple use of deposit mineral resources. Mining Journal. 2013;(12):29–33. (In Russ.).Грязев М. В., Качурин Н. М., Захаров Е. И. Тульский государственный университет: 85 лет на службе отечеству. Горный журнал. 2016;(2):25–29.Gryazev M. V., Kachurin N. M., Zakharov E. I. Tula State University: 85 years in the service of the motherland. Mining Journal. 2016;(2):25–29. (In Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.