gscienceMining Science and Technology (Russia)Горные науки и технологии2500-0632The National University of Science and Technology MISiIS (NUST MISIS)10.17073/2500-0632-2023-09-160gscience-547Research ArticleMINING ROCK PROPERTIES. ROCK MECHANICS AND GEOPHYSICSСВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД. ГЕОМЕХАНИКА И ГЕОФИЗИКАEffect of water inflows on the strength characteristics of the Lovozero rare-metal deposit rocksВлияние водопритоков на прочностные характеристики пород Ловозерского редкометалльного месторожденияhttps://orcid.org/0000-0001-6567-2877КалашникА. И.KalashnikA. I.

Анатолий Ильич Калашник – кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, руководитель лаборатории геофлюидомеханики

г. Апатиты

Scopus ID 7004943696, Researcher ID E-3197-2017

Anatoly I. Kalashnik – Dr. Sci.(Eng.), Head of Laboratory

Apatity

Scopus ID 7004943696, Researcher ID E-3197-2017

a.kalashnik@ksc.ruГорный институт Кольского научного центра РАНРоссияMining Institute of the Kola Scientific Center of the RASRussian Federation20242612202494387394Copyright © Kalashnik A.I., 20242024Калашник А.И.Kalashnik A.I.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mst.misis.ru/jour/article/view/547

The Lovozero rare-metal deposit is represented by a series of sheet-like ore bodies of small and medium thickness exposing on the northwestern slopes of the Lovozero massif. The purpose of the work is to assess the impact of water inflows on the strength characteristics of the rocks of the Lovozero rare-metal deposit developed by the Karnasurt mine. The data on water inflow into Karnasurt mine workings, which exploits two ore bodies of the Lovozero rare-metal deposit, are considered. Statistical processing of the data on water volumes collected by the mine over the latest 4 years was performed, with assessment of their changes during a calendar year. The peculiarities associated with calendar climatic changes were identified. The main purpose of the study was to assess the effect of water inflows on the strength characteristics of the rocks composing the support pillars. The analysis and calculations of precipitation accumulation within the mine allotment and water inflows into the mine workings were performed and compared with actual data on mine waters. The samples of the most representative rocks of the deposit were collected and tested for dry and water-saturated compressive and tensile strength. The quantitative indicators of the changes in the strength characteristics of rocks due to water saturation were determined. It was found that the water saturation led to a decrease in the rock strength by up to 10–20%, especially for compressive strength values.

Ловозерское редкометалльное месторождение представлено свитой пластообразных пологопадающих рудных залежей малой и средней мощности, выходящих на поверхность на северо-западных склонах Ловозерского массива. Целью работы является оценка влияния водопритоков на прочностные характеристики пород Ловозерского редкометалльного месторождения, разрабатываемого рудником «Карнасурт». Рассмотрены данные о поступлении воды в горные выработки рудника «Карнасурт», отрабатывающего две согласно залегающие рудные залежи Ловозерского редкометалльного месторождения. Выполнена статистическая обработка объемов воды, собираемой рудником за последние 4 года, с оценкой динамики их поступления в течение календарного года. Выявлены особенности, связанные с календарными климатическими изменениями. Основной целью работы являлась оценка влияния водопритоков на прочностные характеристики пород, слагающие опорные целики. Выполнены анализ и расчеты осадконакопления в пределах горного отвода рудника и формирующихся водопритоков в горные выработки, а также сравнение их с фактическими данными по рудничной воде. Отобраны образцы наиболее представительных пород месторождения и выполнены испытания их на прочность на сжатие и на растяжение в сухом и водонасыщенном состояниях. Определены количественные показатели изменения прочностных характеристик пород вследствие водонасыщения. Установлено, что водонасыщение привело к снижению прочности пород до 10–20 %, особенно для значений на сжатие. Полученные результаты дают основание для необходимости учета обводненности пород при расчете устойчивости как опорных целиков, так и обнажений пород в выработках рудника «Карнасурт».

рудникдобычаводопритокигорные породыцеликисвойствапрочностьводонасыщенностьудароопасностьЛовозерское редкометалльное месторождениерудник «Карнасурт»mineextractionwater inflowsrockspillarspropertiesstrengthwater saturationrockburst hazardLovozero rare metal depositKarnasurt mineReferencesБессонов И. И., Боборыкин В. Н., Калашник А. И. и др. Совершенствование технологии подземной разработки маломощных рудных месторождений Кольского полуострова. Монография. Апатиты: КНЦ АН СССР; 1989. 156 с.Bessonov I. I., Boborykin V. N., Kalashnik A. I. et al. Improving the technology of underground mining of thin ore deposits of the Kola Peninsula. Monograph. Apatity: Kola Science Centre AS SSSR Publ.; 1989. 156 p. (In Russ.)Ловчиков А. В. Сильнейший горно-тектонический удар на подземных рудниках и в шахтах России: рудник «Умбозеро», 17 августа 1999 года (магнитуда m = 5, энергетический класс k = 11,8). Монография. Апатиты: ФИЦ КНЦ РАН; 2022. 127 с. http://doi.org/10.37614/978.5.91137.456.3Lovchikov A. V. The strongest mining-tectonic impact in underground mines and mines in Russia: Umbozero mine, August 17, 1999 (magnitude m = 5, energy class k = 11.8). Monograph. Apatity: Kola Science Centre of the Russian Academy of Sciences Publ.; 2022. 127 p. (In Russ.) http://doi.org/10.37614/978.5.91137.456.3.Адушкин В. В., Ловчиков А. В., Гоев А. Г. О возникновении катастрофического горно-тектонического удара на руднике «Умбозеро» в Ловозерском массиве в Центральной части Кольского полуострова. Доклады Российской академии наук. Науки о Земле. 2022;504(1):85–90. https://doi.org/10.31857/S2686739722050036Adushkin V. V., Lovchikov A. V., Goev A. G. The occurrence of a catastrophic rockburst at the Umbozero Mine in the Lovozero Massif, Central Part of the Kola Peninsula. Doklady Earth Sciences. 2022;504(1):85–90. (In Russ.) https://doi.org/10.31857/S2686739722050036Пургина Д. В., Кузеванов К. И. Водопритоки в подземные горные выработки под влиянием внешних граничных условий при разработке угольных месторождений (на примере шахты Алексиевская). Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2018;329(4):79–96.Purgina D. V., Kuzevanov К. I. Water inflow into mine under the influence of external boundary conditions at coal deposit exploitation (Kuzbass). Izvestiya Tomskogo Politekhnicheskogo Universiteta. Inzhiniring Georesursov. 2018;329(4):79–96. (In Russ.)Gui H, Lin M, Song X Identification and application or roof bed separation (water) in coal mines. Mine Water and the Environment. 2018;37(2):376–384. http://doi.org/10.1007/s10230-018-0518-0Gui H, Lin M, Song X Identification and application or roof bed separation (water) in coal mines. Mine Water and the Environment. 2018;37(2):376–384. http://doi.org/10.1007/s10230-018-0518-0Davis A., Zhan G., Sims N. et al. Is treatment of mine dewatering water necessary prior to rapid infiltration basin recharge? A case study. Mine Water and the Environment. 2022;41:58–73. http://doi.org/10.1007/s10230-021-00839-2Davis A., Zhan G., Sims N. et al. Is treatment of mine dewatering water necessary prior to rapid infiltration basin recharge? A case study. Mine Water and the Environment. 2022;41:58–73. http://doi.org/10.1007/s10230-021-00839-2Enany P., Shevchenko O., Drebenstedt C. Experimental evaluation of airlift performance for vertical pumping of water in underground mines. Mine Water and the Environment. 2021;40:970–979. http://doi.org/10.1007/s10230-021-00807-wEnany P., Shevchenko O., Drebenstedt C. Experimental evaluation of airlift performance for vertical pumping of water in underground mines. Mine Water and the Environment. 2021;40:970–979. http://doi.org/10.1007/s10230-021-00807-wFan K., Li W., Wang Q. et al. Formation mechanism and prediction method of water inrush from separated layers within coal seam mining: A case study in the Shilawusu mining area, China. Engineering Failure Analysis. 2019;103:158–172. http://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.04.057Fan K., Li W., Wang Q. et al. Formation mechanism and prediction method of water inrush from separated layers within coal seam mining: A case study in the Shilawusu mining area, China. Engineering Failure Analysis. 2019;103:158–172. http://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.04.057Кузнецов Н. Н. Исследование влияния обводненности на энергонасыщенное состояние иерархично-блочной геологической среды. Проблемы недропользования. 2017;(1):64–71. http://doi.org/10.18454/2313-1586.2017.01.064Kuznetzov N. N. Study of watercut influence on the energy saturated state of hierarchically block geological medium. Problemy Nedropol'zovaniya. 2017;(1):64–71. (In Russ.) http://doi.org/10.18454/2313-1586.2017.01.064Козырев А. А., Батугин А. С., Жукова С. А. О влиянии обводненности массива на его сейсмическую активность при разработке апатитовых месторождений Хибин. Горный журнал. 2021;(1):31–36. http://doi.org/10.17580/gzh.2021.01.06Kozyrev A. A., Batugin A. S., Zhukova S. A. Influence of water content on seismic activity of rocks mass in apatite mining in Khibiny. Gornyi Zhurnal. 2021;(1):31–36. (In Russ) http://doi.org/10.17580/gzh.2021.01.06Калашник А. И., Дьяков А. Ю. Оценка нарушенности скальных пород георадарным зондированием с использованием водонасыщения для контрастности. Вестник МГТУ. 2019;22(1):129–137. http://doi.org/10.21443/1560-9278-2019-22-1-129-137Kalashnik A. I., Dyakov A. Yu. Evaluation of rock disturbance by GPR sensing using water saturation for contrast. Vestnik MGTU. Trudy Murmanskogo Gosudarstvennogo Tekhnicheskogo Universiteta. 2019;22(1):129–137. (In Russ.) http://doi.org/10.21443/1560-9278-2019-22-1-129-137Аузина Л. И. Особенности обводненности золоторудных месторождений Витимо-Патомского нагорья. Известия Сибирского отделения секции наук о Земле Российской академии естественных наук. Геология, разведка и разработка месторождений полезных ископаемых. 2017;40(1):127–136.Auzina L. I. Water encroachment features of Vitim-Patom highland gold deposits. Izvestiya Sibirskogo Otdeleniya Sekcii Nauk o Zemle Rossijskoj Akademii Estestvennyh Nauk. Geologiya, Razvedka i Razrabotka Mestorozhdenij Poleznyh Iskopaemyh. 2017;40(1):127–136. (In Russ.)Kalashnik A., Zaporozhets D. Information Technologies in Monitoring of Urbanized Territories in the Western Russian Arctic Sector. Lecture Notes in Networks and Systems. 2023;509:837–844. http://doi.org/10.1007/978-3-031-11058-0_84Kalashnik A., Zaporozhets D. Information Technologies in Monitoring of Urbanized Territories in the Western Russian Arctic Sector. Lecture Notes in Networks and Systems. 2023;509:837–844. http://doi.org/10.1007/978-3-031-11058-0_84Wu L., Bai H., Ma D. Prediction and Prevention of Water Inrush Hazards from Bed Separation Space. Mine Water and the Environment. 2021;40:657–670. http://doi.org/10.1007/s10230-020-00748-wWu L., Bai H., Ma D. Prediction and Prevention of Water Inrush Hazards from Bed Separation Space. Mine Water and the Environment. 2021;40:657–670. http://doi.org/10.1007/s10230-020-00748-wМелихов М. В., Калашник А. И. Космомониторинг геологических рисков в горной промышленности Баренцева Евро-Арктического региона России. Горная промышленность. 2023;(S1):128–134. http://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-S1-128-134Melikhov M. V., Kalashnik A. I. Space monitoring of geological risks in the mining industry of the Barents Euro-Arctic region of Russia. Russian Mining Industry. 2023;(S1):128-134. (In Russ.) http://doi.org/10.30686/1609-9192-2023-S1-128-134

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