Моделирование водопроводящей зоны трещиноватости в Prorock
В журнале Mining (MDPI) опубликована статья «Integrated Physical and Numerical Assessment of the Formation of Water-Conducting Fracture Zones in Deep Ore Mines with Structural Faults». Авторы статьи - Одинцов Егор и Гусев Владимир Николаевич, представляющие Кафедру маркшейдерского дела Санкт-Петербургского горного университета.
Работа посвящена оценке развития водопроводящей зоны в подработанном массиве при ведении очистных работ. Исследования выполнены на примере глубокого полиметаллического рудника, характеризующегося сложными гидрогеологическими условиями, наличием водоносных горизонтов и тектонических нарушений.
К водопроводящей зоне относятся раскрытые трещины, которые полностью пересекают отдельные слои и соединяют соседние стратиграфические единицы. Именно такие трещины могут формировать непрерывные пути миграции флюида через перекрывающую толщу.
В работе применён комплексный подход: физическое моделирование, моделирование расчёты в UDEC и Prorock. Такая схема позволила сопоставить наблюдаемое развитие трещин в физической модели с механизмом разрушения, полученным в численном расчёте.
Физическое моделирование показало поэтапное развитие трещиноватости: от локального обрушения непосредственной кровли и раскрытия отдельных трещин до их восходящего распространения, объединения и формирования связанной зоны трещиноватости.
В Prorock была построена двумерная конечно-дискретная модель массива. В модели задали граничные условия, физико-механические свойства пород и последовательность выемки. Калибровку выполнили по физическому эксперименту — по высоте зоны обрушения на шестом этапе выемки.
(a) анализ перемещений в ПО Tema Motion 2D по линиям опорных точек: линия 1 расположена на 20 м выше кровли отрабатываемого слоя, линия 3 — на 60 м, линия 5 — на 100 м и линия 7 — на 140 м соответственно;
(b) анализ перемещений в ПО UDEC: линия 1 расположена на 20 м выше кровли отрабатываемого слоя;
(c) анализ перемещений методом цифровой корреляции изображений в ПО GOM Correlate.
После калибровки модель использовали для оценки того, как изменяется высота водопроводящей зоны трещиноватости при увеличении длины зоны выемки.
Численное моделирование в Prorock воспроизвело развитие этой зоны в перекрывающей толще и позволило построить зависимость высоты водопроводящей зоны трещиноватости от длины зоны выемки:
Высокая согласованность между физическими наблюдениями, откалиброванными численными расчетами показывает, что предложенная схема моделирования достоверна для оценки развития водопроводящих зон трещиноватости в конкретных геологических и горнотехнических условиях, рассмотренных в данном примере.
Отдельный результат связан с влиянием тектонического нарушения. В рассмотренной модели деформации и интенсивное трещинообразование были локализованы по одну сторону разлома. Нарушение сплошности проявило себя как структурный экран, ограничивающий распространение деформаций через плоскость разлома.
При этом такой вывод нельзя автоматически переносить на все разломы. В других условиях разлом может, работать как водопроводящий канал. Его роль зависит от геометрии, раскрытости и положения относительно зоны выемки.
Таким образом была проведена оценка высоты водопроводящей зоны и прослеживание механизма её формирования: от локального обрушения кровли до объединения раскрытых трещин в связанную проводящую систему.
Моделирование в ПО Prorock позволило выявить потерю сплошности массива и формирование потенциальных путей фильтрации флюида в перекрывающей толще.
Авторы:
Egor Odintsov и Vladimir Gusev - Санкт-Петербургский горный университет;
Zidong Zhao, Kai Wang и Wenwei Wang - College of Mining Engineering, Taiyuan University of Technology, Китай.
🔗 Integrated Physical and Numerical Assessment of the Formation of Water-Conducting Fracture Zones in Deep Ore Mines with Structural Faults