Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Изыскание и обоснование параметров технологии повторной открытой разработки обрушенных при подземной добыче мощных железорудных залежей

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Изыскание и обоснование параметров технологии повторной открытой разработки обрушенных при подземной добыче мощных железорудных залежей"

Нй прпвэх рукописи ' Деревлпшш Игорь Владимирович

ИЗЫСКАНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ ПСВТСРЯ-Ж ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ ОПУШЕННЫХ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ ДОБЫЧЕ

• ' . • МОЩНЫХ ШЕЗОРЩЫХ ЗАЛШЕЙ « •

II.00.II - охрана округлощей'сродц и рациональное использование природных ресурсов

05Л5.03 - открытая разработка месторождений полезных ископаем

Автореферят диссертации нэ соискгние ученой степени кпндидртр технических наук

Москве - 1996 г.

I

Работе выполнена на кафедре горного дела 'мленерного ф#культетп Российского университета дружбы народов.

Научный руководитель: академик ЫАН БШ, доктор технических неук, профессор Кешпнр Л.Н.]

Официальные оппоненты: •■ . ' \.

доктор технических неук, профессор фликов В.В',. ['

кандидат технические наук, старший научный сотрудник Самойлов В.А.

, »

Ведущая организация: ('".'■'

проектный институт Центргипроруда (г »Белгород )|

Защите диссертации Состоится "26 " декабря , Д995 г. ъ)^ч»с. ня звееденяи диссертационного совета К. 053.22.26 ! в Российском университете дружби народов по адресу: 117302, Москва, ул.Орджонякидзо.^З, . -...1

С диссертацией ыожно ознакомиться в научной библиотеке Российского университета друябы неродов (117190, 13осква,Ул* Циклухо-йяклея, 6). -

Автореферат разослан

:-ноября 1995 г.

Ученый секретгрь диссертационного совете, . '

кандидат химических наук., доцент ^ В.Н.Чистохвалов

■ гД>

ОЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актульаность рвботы. Подъем железорудной промышленности возможен при условии интенсивного освоения месторождений в районах с максимальной концентрацией разведенных запасов руды, на базе которых экономически целесообразно строительство крупных горнодобывающих предприятий современного типа.

Быстрое развитие открытого способа разработки мчстсрожде-ний полезных ископаемых - характерная особенность освоения 'минеральных ресурсов России, Украины, Казахстана и других стран ближнего зарубежья. Открытый способ применяется не только для.разработки новых месторояодений, а также часто его используют, когда ранее месторождения разрабатывались подземным способом.

Применение повторной открытой разработки месторождений полезных ископаемых а зонах обрушения подземных рудников дает возможность уменьшения размера плацадеЙ, отводимых для несельскохозяйственных .нужд и повышения экономической эффективности горных рвбот. В настоящее время повторную открытую раз-• работку можно считать назревшей задачей для многих месторождений руд черных и цветных металлов. Также есть все основания расценивать ее, квк актуальную научную проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение»

Выемка полезного ископаемого из недр без заполнения очистного пространстве закладочным материалом влечет за собой обрушение пород висячего и, частично лежачего, боков с образованием зоны обрушения. В зонах обрушения пахт, согласно стятис-■лическим даш!ым, находится более 3055 отработанных запасов богатых руд, потерянных в процессе подземной разработки месторождений .

При изыскании участков месторождений, пригодных для повторной открытой разработки, прежде всего, устанавливается техническая возможность проведения открытых работ а зоне обрушения подземного рудника, и на основе этого исследуется ее экономическая целесообразность и определяются рациональные масштабы открытых работ. На выбор участков месторождений оказывают влияние: природный, горнотехнические и экономические фаКТОрЫ.

К природным относят факторы, харпктеризующие горно-гео-* логические условия залегания месторождения, количество и качество полезных ископгемых, физико-механические свойства руд и горных пород и т.д. К горнотехническим относятся фпкторы, 'характеризующие современное состояние подземных горных работ, состояние юссиво горных пород и зоны обрушения шгхт, системы подземной разработки месторождений и их параметры и т.д. К' экономическим следует .относить факторы, характеризующие масштаб ы подо су них ррбот и ожидаемое количество потерянных руд, потребность в С1ф0й руде и перспективы развития горнорудной промышленности, более полнее использование людских и материальных ресурсог игедого дзЯетрукдегс рудника.

Ученые vi производственники России, Казахстана и Украины гели поиски решений задач повторной разработки рудных месторождений посяо их подземной отработки в направлении разработки оставленных целиков открытого способом и никак не касались проблем разработки обрушенного пространства. ' '

Цель работы состоит в изыскадаи и рвзреботке технологии и методики расчета параметров открытой резрабстки обрушенного при подземной добыче руды выработанного пространства, При -этом необходимо выявление мест рационального расположения 1 выемочно-погрузочного оборудования, обеспечивающих поладь ) безопасность рабочих и оборудования, р также способствую^« призобойкому разделению руды -и породы. j

Идея работы заключается в возможности ^открытой рапрябот-¡til обрушенных руды и гелегцающих пород при подземной разработке, в использовании рудной иассы в качестве сырья для металлургической промышленности и в рациональней использования драглайнов с большой длиной стрелы, способных, рпеполвгаяь на целике, отрабатывать до 100 петров рудной массы обрушенного пространства ькрест простирания уступают большой рксоты.

"i

Научная новизне. Установлено, что в обрушенном пространстве после подземной разработки мощных железорудных звлежей содержатся значительные количества разрыхленных руд рвзличчо-рр минералогического состава. Среднее содержание железе в рудной массе 42%. ;

Выявлено, что наибольший эффект при полной безопасности работ и при минимальном воздействии нр 01сружаюп(ую среду рудную массу из обрушенного пространства цслосообразно отрабатывать драглайном с максимальной длиной стрелы.

Рйэррботрца методики расчетов ¿трвметров забоя, выбора типорпэмерр драглайна, обоснования местоположения и пнрамет-роп бункерных и скреперных установок.

Исследованы и обоснованы технологические cxewj и последовательность отработки 'рудной 1,-яссп ия обрушенного пространства. Рекомендовано отрабатышть обрушенное пространство дряглайиа«!, рясполжбШими ня' яоридях, Ив тронутыми подземными горными работе*« лежачего и шитого ¿ока. Высота отри-' бетивоемого уступа обставляет 70^90 петров,

Научные лрлмепия^йшосиме т .защиту.«

1. Установлено на основе-исследования минералогического н химического состава обрушенных пород подземными горными работами и анализ» геологических, маркшейдерских и научно» исследовательских ребог ВИТИ, КПРИ и Института геомехяники Укрэшм, что ё зоне обрушения средней содержание железа сос-тавдлат 42%, средний "размер куска составляет 215 тл, Встречаются отдельные разности [гревымающиз 1500 мм.

2. Выявлено, что длина стрелы драглвПна должна быть 100 м и более. Расстояние между положениями перегрузочного бункера 1,48 длины стрелы.

3. На рабочем горизонте-рациональна работа одного драд1-лрйня. Производственная мощность драглайна ограничивается *

• возможностями транспортных средств. •

i. 4. Доказана возможность разработки рудной масеы-без применения буровзрывных рсбот. При дарине зоны обрушения более 1,8 Аст необходимо доставке рудной мессы в рабочуа зону драглайна мощными скреперными уотеновкаш. . , , Разработана методика расчета основных параметров скре- . перов на базе тяговых механизыов драглайнов. '

3

Обоснопряность и достоверность научных положений, выво- " дов и рекомендаций обеспечивается:

- сходимостью геологической, маркшейдерской и исследовательской документации ввтор» с данными КИГРЙ, КГРИ и йн~ ституто1' геомехпники Укргины. Разница уровня оценок не превышает 9$£, ■ 1

- б корректном использовании методов инженерно-окономи-ческогс анализа, математической статистики, вариантов и геометрического анализа.

Практическая значимость результатов исследований зпклю-чоется р обосновании ррциснальности повторной после подземных ррбот разработке обрученной горной массы и применении технологических схем добычи рудной массы драглайнвыи с длиной страны 100 м и более и ковшом 25 м3 и более и выявлении рациональной достеысч в рабочую зону карьере рудной массы 1 спецнельчнки чяпртнс-скреперными установками.

Реплизяц-.щ. В ксчесгве материала для учебного-процессе диссертация принят?■кафедрой горного даия.

Апробация ргботы. Основные научные положения диссерте*-ции доклгдыврлись и были одобрены нь научно-технических конференциях Российского университет« дружбы народов в 1991-1995 гг.

Публикация. ¡То результатом выполненных исследований опубликовано три работы и одна принята к печати.

Структура и объем работы. Дкссертгционная работа состоит из введения, четырех глав, заключения,•спика использованной литературы из 1.06 наименований. Диссертация изложена на

страницах машинописного тексте, содержит ^^ рисунков и таблиц.

о

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Многие месторождения руд черных и цветных металлов были отработаны подземныу способом. При подземной разработке в недрах оставалось 20-^0$ геологически^ запасов полезного ископаемого. Для наиболее полного извлечений полезного ископаемого и рационального использования недр применяется повторная разработке ранее отработанных месторождений. Как пример рассматривается Криворожский железорудный бассейн, где основную добычу . богатых железных руд б.олее 100 лет вели подземным способом. Повторную открытую разработку железорудных месторождений рассматривали, как процесс извлечения ранее потерянных богатых . руд из-целиков и необрушенных массивов, находящихся в зоне'обручения подземных рудников. Для более полного использования згпасов,:9§лезорудного сырья при повторной, открытой разработке : экономически целесообразно производить выемку всех сортов руд и. железистых пород, расположенных в зонах обрушения шахт в ' . чистом виде или после обогащения которых можно использовать в химической и металлургической промышленности.

¡ Проблемам повторной открытой разработки месторождений же-• леэних руд и цветных металлов посвящены работы: Юматова Б.П., Полищука А.К., Арсентьева«А.И., Куликова В.В., Щелкрнов» В.А., Казикаева Д.М., Вовка A.A., Черного Г.И. и др.

Обзор литературных источников позволяет сделать вывод, что вопросу открытой повторной разработке обрушенного пространства подземных'рудников не уделялось'должного внимания. Повторная открытая разработка.• подразумевала извлечение из зон обру'. шения шахт ранее потерянных запасов полезного ископаемого, '•находящихся в неразрушенном состоянии. Исследованию состояния, разрушенной рудной массы в пределах зоны обрушения были посвящены работы А.И.Арсентьеве и А.К.Полищука. Но в них не было уделено внимания технологическим решениям извлечения рудной массы из обрушенного пространства. Практически вся рассмотренная литературе, посвященная проблеме повторной открытой разработке относится к 60-70 годам.

Вопросу повторной разработки в плане полного использования недр не уделялось должного внимания.

Как наиболее характерные примеры приведены Никелевое месторождение Каула, Норильское медноникелевое месторождение и №р-

<■. 5

»рузское месторождение, где решение пройдем открытой повторной разработки было нрпррвлено да извлечение целиков и руды остав- , ленной в массиве. В диссертации приведены примеры отечественных и згрубежных рудных месторождений, где применялись в ос-! новном совместные и комбинированные системы ррзреботки. Болеё подробно описан пример карьере в поле шахты "Коммунар~Победа|" рудника им.Дзержинского. Опыт интересен тем, что рассматриваемся исключительно повторная открытая разработке участка местом рождения РУ им.Дзержинского. I

Из рассмотренной литературы следует, чтр: _

- никто из авторов не рассматривал и не ¡исследовал повторную разработку обрушенных подземной добычей й вмещающих пород! открытым способом; • | • |

- ряд авторов доказывают рациональность 'открытой разработки высокими уступами, но при этом не определяют границ использования типоразмеров выемочно-логрузочного оборудования. . '

Припеден анализ результатов геологических обследований I обрушенных и подработанных массивов после разработки месторождений шахтным способом. " | ' \

В диссертации подробно изложены результаты по Криворожскому железорудному бассейну, который делится нэ]отную л севернук! группы рудников. Особое внимание уделяется рассмотрению место-» рулений южной группы, которые характеризуются неустойчивыми I . рулами и вмещающими породами с коз£фициснтом Крепости от 2 до 8. При разработке от^ месторождений применялась системы с обрушением руды и вмещающих пород. Установлено, ч+о абсолютное количество потерянных руд в недррх зависит от мощности и угля падения рудного тела, высоты этажа (подэтажа) и других факторов. На основе этого повторная р^эргботха месторокденчй открытым способом является наиболее актуальной для месторождений южной группа рудников им.Дзержинского, им.Нарлр "Либкнехта, 'им.Кирова и "Ин-гуяец". Особенно показательным выглядит месторождение НУ им. Дзержинского, так как в последнее время практически на всем | руднике прекращены ргботи по добыче железной руды. • !

Нами проведены контрольные лабораторные исследования, целью которых било определить экспериментально размещение з пространстве потерянных чистых и розубскенных руд после отработки; воспроизводство отработки залежей тяхт "Коммунар-Победа", "Гигант-Глубокая" и "Саксагань" годеяиревпли до глубины -290 м по наиболее характерным разрезам. 6

После проведения исследований в лаборатории НГРЙ было сдёллнэ сравнение результатов замеров площрдей потерянных" руд по денным лабораторрге опытов и их подсчетов по статистическим сведениям, которое указывает на их высокую сходимость. При отработке мест9рождения больщо^ мощности пвнелями при сплошных рудных телах в ходе лабораторных экспериментов баш отмечены основные особенности пространственного распо: гкения потерянных 6огртых1й разубоженных руд:

-^.слой богатых чистых потерянных руД располагается на . лежачем боку отрабатываемых залежей. Толщина зтого слоя зависит от размеров побелей, расположенных у контакта с лежачим боком, угла прдени^ лежащего бокя рудного тела и расположением выпускных дучек не (Лежачем боку месторождения; 5

■ | | - слой разубоженных руд по мере отработки месторождения опускае£рд вниз, смещаясь в сторону лежачего бока. Толщина • слоя разубоженных руд увеличивается при, понижении очистных работ на высоту одного подэтажи примерно на. 20-25$.

Результаты контрольного ла'бораторного опыта подтвердили вышеприведенные выводы о размещении в пространстве потерянных руд после отработки месторождения подземным способом.

■ Гранулометрический состав обрушенного пространства после подземной добычи железных руд в Кривбпесе детально проанализирован по публикациям и результатам контрольных буровых скважин. На основе проведенных исследований данных литературы, маркшейдерских и геологических материалов сделан вывод:'обрушенная горная масса зоны обрушения по гранулометрическому составу и степени разрушения не требует дополнительной подготовки для механической выемки ее из зоны обрушенного при подземной добыче пространства. Для исследования горной массы об- . рушенного пространства были исследованы физико-механические свойства богатых руд и рудосодержащих пород. Установлено, что исследованные физико-механические свойства руды и пород в 'целике и в обрушенном массиве достаточны для определения основных технологических параметров открытой разработки.

На основании анализа публикаций, отчетов НИР и геолого-маркшейдерских служб и выводов к исследованию приняты следующие научные задачи:

- обоснование рациональности открытой разработки рудной массы, образованной при обрушении руды и вмеезющих пород в результате подземной добычи богатых рця,;

• ■ ?

- анализ научных исследований и практики повторной открытой разработки месторождений после подземной добычи полезного ископаемого; I

- изыскание и обоснование технологии, механизации и организации выемки рудной массы из обрушенного пространство; >

- разработка и обоснование методики инженерного расчете 1 параметров' технологии и механизации выемки рудной массы из I обрушенного пространства, .; ;

Вопрос переработки бедных железных руд и особенно окисленных кпарцигов до недавнего времени практически, не поднимался;! они вывозились в отвалы, как вскрышные породы. Были разработ-! ки и полупромышленная апробация по обогащении окисленных кварцитов, но это также достигалось путем их частичного использо-| вгичя. Главная, на наш взгляд, проблема использования повтор-ной открытой разработки месторождений Кривбасса заключается в> том, что практически не .ведутся работы в зоне обрушения, за | исключением целиков разделяющих зоны обручения. ЭкспериментаЛьно и натурными исследованиями было доказано, что рудная масса зоны обрушения рудника им.Дзержинского представляет собой ; транспортабельную массу. Возникает вопрос.- Как возможно осуществить выемочно-погруоочно-транспортные работы из. зоны ! обрушения рудников? Нами исследогано несколько решений выше- ( изложенной задачи: ' • , '

- разработка обрушенного пространства вев^ышной мехлопатой с погрузкой в бункер;

~ разработка обрушенного пространства дрйглайном с погрузкой в бункер;

- разработка обрушенного пространства специальными кянэтно-скреперньлти установками; _ ■ " ' 1

- вчпуск горной массы на подземные горные выработки.

При рассмотрении' варианта использования вскрышной мехлопаты в условиях разработки обрушенного пространства основным параметром является величина ширины зяходки мехлопаты. Величина ■ А„, и в итоге определяет максимальные возможности мехлопаты, а такче максимальные объекты работ , мэ по отработке обрушенного пространства на одно положение бункерной установки.

Изыскание рационального расположения бункера относительно мехлопаты велось на основе решения геометрических задач.

В

Решение поставленной задачи позволило установить, что' объем горной месс х, извлекаемый мехлопвтой при работе на одно положение бункере, определяется зависимостью:

; * ■ № • Ь. С1- «3

.где: Ьт - шаг перемещения мехлспвты, м;

И™**- максимальная высота.черпания, м;

А3 - ширина заходки мехлопвты, м.

Результаты исследования применения вскрышной мехлопаты при разработке обрушенного пространства показали весьма ограниченные возможности мехлопаты из-за резкого снижения времени выполнения выемочно-погрузочных рябо? (коэффициент использования рабочего времени не превышает ^ ^ 0,23) и необходимости выполнения большого объема вспомогательных работ.

Установлено, что при разработке обрушенного пространство драглайном максимальный объем горной массы будет извлечен при максимальной длине стрелы; Местоположение бункерной установки .определяется длиной стрелы, углом падения зглежи, глубиной и высотой копания драглайн" при работе на одно положение бункера (рис.1). Шаг передвижки драглайна , кроме названных ве-

личин, определяется величиной - половиной угла поворота

дррглайна при разработке крайних точек забоя (рис.1). После многочисленных сопоставлений конструктивных особенностей и технических данных драглайнов было определено значение угля

£) = 48°, котсрый практически одинаков для драглайнов с длиной стрелы от 100 до 130 метров. В результате исследований шаг передвижки .драглайна рекомендуется определять:

Ьи* = М8 Аст, М.

Проведенными исследованиями разработана и рекомендуется к практическому использования методика расчета объемов рудной массы, перемещаемой драглайном не одно положение бункера. Так как объемы извлекаемые с начального и конечного положений драглайна будут равны между собой, то рассматривается один объем. Полный объем извлекаемой горной массы состоит из

№ заб.~ °^ьемр зр6оя, ^Х^обр.ст." 0(5ъсмв» обручающегося у ' задней стенки забоя и двух ^ 0£р - объем, обрушагащийсЯ в забой с боковых стенок, которые выражаются функцией длины стрелы: * . о

m

,\Х/ ЗРб.= °'34 Аст.'

Wo6p.CT.= °'048 ACT.< м3 Woflp.eorf- °'009 Аст. . м3/

Объем извлекаемый драглайном из одного забоя равен: 0,41 А^ , м3

Соответственно'полный объем горной массы перемещаемый драглайном на одно положение бункера будтг равен:

. . ^полн. = 0'82 Аст.'

Для инженерных расчетов принимался:

\Уполн. - Аст. .

Объемы горной массы разрабатываемой на одно положение бункера в зависимости от длины стрелы .цраглрйна колеблются от 800 тыс.м3 до 1,75 млн.м3.

Неизвлеченный из забоя объем горной массы определяется исходя из паргметрр и геометрии забоя драглайна (рис.2).

Рис.2.

Заключение

В диссертационной работе автором предсрвлею решение

(я рриродных f расчета па.

задач научной проблемы рационального использован ресурсов, а также'изыскание технологии и методик i рсыетров повторной открытой разработки обрушенного при подзем ..ной добыче выработанного ггрсса'панотвв. „ ' •

Наиболее существенные научные выводы и практические результаты заключаются в следующем:

I. На осцове аналчза публикаций и практических исследований обоснована рациональность разработки рудной массы, образованной при обрушении руды и вмещающих пород в результате подземной добычи богатых руд. # '

. ?.. Предложена и обоснована технология открытой повторной разработки разрушенной рудной массы драглайнами.

3. Разработана технология, организация и выемочно-погру-зочных работ и методика расчета парш..этроэ забоя драглайна при его, работе в зоно обрушения.

4. Выявлены зависимости горных и технико-зконоуичеоких показателей от .длины стрелы и вместимости ковша драглайна.

5 . Обоснована необходимость доставки рудной и .горной мае сы в рабочую зону драглайна мощными скреперными установками. Разработана методика расчете основных параметров скреперов щ базе тяговы? механизмов драглвйнов.

6. 'Обоснованы технологические и схематические решения открытой повторной разработки при использовчнии„дреглайна, скреперных уртеновок и бункерных.устройств и предложены рациона льдае схемы, ' , ,

7. Укрупненные технико-екрноми«еские показатели применения раяреботеншй технология доказывают ее преимущество при рациональном и полном использовании недр. Экономический эффект в ценах I9S& г, составляет 0,36 руб.на тонну добываемой богатой руды в обрушенной пространства шахт РУ им.Дзержинского в сравнанни с открытой, разработкой межшахтного целика лри годовой производственной мощности О,Б млн.т.

^ Основные? положения диссертационной роботы опубликованы з следующих пуб/'«кадиях:

1. К вопросу о необходимости открытой разработки, рудных залежей, извлекаемых шахтным способом систомангс сбрутпением руды и вмещающих пород.// Сб.научных трудов РУДН. - М., 1993, 3 с. .

2. Расчет технологической счемн разработку обрушенного пространства при использовании механической лопата с погрузкой горной массы е бункерную установку. // Деп. в ЦШЭИуголь, вып.?? 5. - И., 1995, 4 с.

3. Н определенно параметров забоя при отработке обрушенного пространства драглайном с погрузкой горной массм в бункер.// Дегг. в ЦШЭ'Луголь. - М., 1995, ntra.fi 7, II с,

(в соавторстве).

4. Повторная разработка обрушенного прострпнствз драглайном с погрузкой горной массы в бункер.// Горный чурдел'. -М., 1996 (в соавторстве) принята к печати, 10 с.

Деревяаишг Игорь' Владимирович

Изыскание к обоснованна параметров терюяопш повторной открытой разработки обрушей ш;<! прр при подз&мной добыче иощних I аеле аор^дкык. • . залежей '

Мощные крутопадаюс1ио залежи богатых аелазных руд¡Криворожского бессойна разрабатывались подземйин способон системами с обрушением руды и вмещающих пород. ,В недрах терялось до 40 % богатых руд'. Повторная разработка обрученного пространства возможна только открытии' способом. В диссертации обоснована технология разработки обрушенной рудной массы драглрйнанл и предложены рациональные схемы дсставкй рудной массы в рабочую зону драглайна при ширина зонм обруаония более 100 петров. . ' ' ' •

, DerevyusMiin Igor yiadimirovich

Viol-Jiin0 cut and substantiation of the technology Of repeated open-east mining of caved thick • ote ; bodies worked o.ut by underground • method -

- 'ihick etoeply , dipping deposits of rich iron ores of the Rtivoy Rog basin were mined by underground cub-leVel and'blbok earing methods, Afcout . 406 of rich oree have bs<3ti lent ■ 'iti tiio eiitrailB. Secondary raining of caved .ore ie possible Ofily by opefi-Cast method.' The technology of lo'ot cup Jtiillhfi by draglines is proposed and grounded in-th8. tM3j.fei ^ fietionaj. Bihsmes ' of convegi'ng oro mass to ^hS op«itatlye ^pado of dragline With, tha ?zone of caving

JVerHOO iftSttbS .fite suggested.,; :: v.

«. t ' > ■ ■ . 1