Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование эффективной технологии подземной разработки золоторудных жил малой мощности наклонного залегания

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование эффективной технологии подземной разработки золоторудных жил малой мощности наклонного залегания"

На правах рукописи

Павлов Александр Митрофанович

УДК 622.272

ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОМ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ ЗОЛОТОРУДНЫХ ЖИЛ МАЛОЙ МОЩНОСТИ НАКЛОННОГО ЗАЛЕГАНИЯ (НА ПРИМЕРЕ ИРОКИНДИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ)

Специальность: 25.00.22 — Геотехнология (подземная, открытая,

строительная)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Иркутск 2006

Работа выполнена в Иркутском государственном техническом университете

Научный руководитель: заслуженный деятель наук Республики Бурятия,

доктор технических наук, профессор

Ляхов Алексей Иванович '

заслуженный работник ВШ РФ, заслуженный деятель наук Республики Бурятия, доктор технических наук, профессор Махно Дмитрий Евсеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Лизункин Владимир Михайлович

кандидат технических наук, профессор Костромитинов Константин Николаевич

Ведущая организация: ОАО «Институт Иргиредмет»

Защита диссертации состоится "24" октября 2006 г. в 14— на заседании диссертационного совета Д. 212. 073. 04 в Иркутском государственном техническом университете по адресу: 664074, Иркутск, ул. Лермонтова 83, корпус «К», Конференц-зал.

факс: 8 (3952) 405-100; e-mail: l.gor@istu.edu

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Иркутского государственного технического университета.

Отзывы на автореферат в 2 экз., заверенные печатью учреждения, просим направлять на имя ученого секретаря совета.

Автореферат разослан " 14 " сентября 2006 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, заслуженный работник ВШ РФ докт.техн.наук, профессор

Н.Н.Страбыкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

При отработке тонких и маломощных жил добывается около 40 % руды подземным способом и более половины всего драгметалла. При этом доля отработки наклонных жил составляет 18 %. Традиционные технологии выемки жил характеризуются низкой производительностью труда (1.80-2.43 т.руды/чел.смену), большими потерями руды и металла (до 15 %) при высоком уровне разубоживания (до 40-75 %).

Золоторудные жильные месторождения малой мощности имеют ряд особенностей: сложное геологическое строение и тектоническая нарушенность, крайне неравномерное распределение запасов в недрах, ограниченные размеры очистного пространства, многообразие условий по устойчивости руд и вмещающих пород. На устойчивость горных пород влияют физико-механические свойства руды и вмещающих пород, изменчивость формы рельефа кровли, угол падения жилы, тектоническая нарушенность, наличие многолетней мерзлоты и др. Все это дополнительно осложняет отработку месторождений полезных ископаемых.

Совершенствования технологии выемки наклонных жил малой мощности направлены, в основном, на уменьшение объемов оставляемых целиков, снижение затрат на крепление и поддержание выработанного пространства. При совершенствовании существующих технологий не всегда обосновываются устойчивые размеры целиков и обнажений камер, параметры крепления и другие конструктивные элементы систем разработки, что затрудняет их более широкое применение.

Поэтому вопросы изыскания эффективных и безопасных технологий разработки золоторудных наклоннозалегающих маломощных жил являются актуальными и не теряют своей значимости.

Цель диссертационной работы — обоснование эффективного способа подземной разработки золоторудных наклонных жил малой мощности в условиях многолетней мерзлоты, обеспечивающего безопасность работ при рациональном использовании недр.

Основная идея работы заключается в отработке маломощных жил золоторудных месторождений наклонными уступами в широком забое с креплением очистного пространства и локализацией образующихся пустот при соблю-

дении дополнительных технологических требований, связанных с разработкой наклонной залежи в условиях многолетней мерзлоты.

Цель работы обусловила следующие задачи исследований:

1. Обзор и анализ отечественного и зарубежного опыта подземной разработки золоторудных наклоннозалегающих маломощных жил с учетом особенностей геотехнологии Ирокиндинского месторождения.

2. Изыскание эффективных методов управления геомеханическими процессами и обоснование рациональных параметров конструктивных элементов систем разработки с учетом горно-геологических факторов.

3. Исследование механизма образования сверхнормативных потерь и ра-зубоживания руды в процессе ее добычи и возможности их существенного сокращения на основе совершенствования процессов очистной выемки и систем разработки.

4. Совершенствование систем разработки и технологий на основе применения специальных средств механизации при очистной выемке.

5. Обоснование и разработка безопасных технологий погашения опорных целиков.

6. Разработка и обоснование эффективных технологий отработки маломощных жил наклонного падения в условиях многолетнемерзлых пород.

7. Изыскание рациональных способов локализации образующихся пустот.

8. Промышленная проверка научных и технических разработок. Внедрение результатов исследований в производство.

Предмет исследований - сложноструюурное рудное поле Ирокиндинского месторождения ОАО «Бурятзолото».

Методы исследований В работе применен комплекс исследований, включающий: научный анализ и обобщение опыта; графо-аналитические исследования структурной организации элементов тектоники; лабораторные исследования напряженно-деформированного состояния горных выработок и целиков с применением математического моделирования; промышленные эксперименты по исследованию напряженно-деформированного состояния массива и конструктивных элементов систем разработки; проектно-конструкторские изыскания по созданию эффективных вариантов систем разработки; опытно-промышленная их проверка и технико-экономическое обоснование эффективности.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. В условиях многолетней мерзлоты, вмещающие породы представляют собой однородную среднеустойчивую упругую среду, сцементированную влагой с отдельными участками расслоения, что позволяет применять сплошную систему отработки запасов без оставления целиков, а также проводить погашение опорных целиков ранее отработанных блоков обратным ходом с анкерным или стоечным креплением зон рассланцевания при локализации пустот.

2. При анализе потерь полезного ископаемого, которые в условиях разработки маломощных наклоннозалегающих жил в мношлетнемерзлом массиве пород могут достигать 15%, следует учитывать дополнительные потери рудной мелочи в местах искусственной «наморозки». Снижение их общего уровня до 1-3 % возможно за счет применения специально разработанной технологии.

3. Технология разработки маломощных жил в многолетнемерзлых породах должна включать отработку залежи по простиранию наклонными уступами широким забоем, контурное взрывание с заградительными экранами, применение передвижной буровой машины и скреперной доставки, механизированную вакуумную зачистку руды в смеси с антисмерзаемыми реагентами, крепление призабойного пространства и локализацию образующихся пустот, благодаря чему обеспечивается существенное улучшение условий труда и снижение потерь полезного ископаемого в недрах.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендации обуславливается: соответствием физических и математических моделей реальному состоянию массива горных пород, подтвержденному сходимостью результатов; представительным объемом лабораторных, аналитических и натурных исследований; положительной апробацией разработанных технических решений, их внедрением в производство с большим экономическим эффектом. Научная новизна работы состоит в:

- анализе потерь полезного ископаемого, характера их распределения и выявлении причин разубоживания, включая потери рудной мелочи в почве

^ очистных камер и скреперных дорожках в результате «наморозки» руды;

- классификации устойчивости обнажений горного массива по геологическим факторам: рельефу кровли, условиям залегания жилы, трещиновато-сти, сланцеватости и прочности пород, температуре массива;

обосновании параметров устойчивости пролетов камер и способов крепления призабойного пространства при отработке жил широкими заходками без оставления охранных целиков и локализации отработанных пустот; новом подходе к комбинации применения различных видов крепления призабойного пространства в зонах рассланцевания пород, обеспечивающих безопасные условия погашения целиков и отработки жил в условиях многолетней мерзлоты;

обосновании шага зачистки руды с учетом ее отбойки наклонными уступами и применения заградительного экрана, вакуумной технологии и реагентов, препятствующих смерзанию руды;

обосновании проведения подготовительных горнопроходческих работ широким забоем с рудными карманами, исключающими (полностью или частично) надштрековые и подштрековые целики;

применении селективной выемки тонких жил при сплошной отработке запасов этажа с оставлением пустых пород в зонах локализации пустот; разработке новой технологии выемки маломощных многолетнемерзлых золотосодержащих жил наклонного падения, обеспечивающей более благоприятные условия ведения работ при существенном снижении уровня потерь полезного ископаемого в недрах;

широкой апробации выдвигаемых научных положений и разработанных технических решений в производственных условиях, подтверждающих выявленные закономерности. Практическая ценность работы заключается: в разработке технологии погашения опорных целиков при обеспечении безопасности работ и существенном снижении уровня потерь полезного ископаемого в недрах;

в обосновании эффективной системы разработки маломощных жил наклонными уступами в широком забое с креплением очистного пространства при периодической локализации образующихся пустот; в разработке технологии подземной отработки золотосодержащих жил, учитывающей специфику ведения работ в условиях многолетнемерзлого массива с наклонным залеганием рудного тела;

в обосновании способа поддержания зон рассланцевания пород стоечной и анкерной крепью, включая гидростойки, устойчивые к взрывной волне.

На основе выполненных исследований разработаны методические и нормативные документы, рекомендованые для практического применения Бурятским управлением по технологическому и экологическому надзору, в частности:

— расчета параметров крепления кровли гидравлическими стойками при отработке целиков;

— расчета параметров крепления кровли взрывозащитными гидростойками и сталеполимерной анкерной крепью;

— методам локализации выработанного пространства;

— создания изолирующих бутовых полос.

Реализация результатов работы Все решения и технические разработки прошли успешные промышленные испытания в условиях Ирокиндинского месторождения с положительным экономическим эффектом. Новая технология отработки маломощных наклоннозалегающих жил в условиях многолетнемерз-лых пород принята в качестве основной при отработке рудных тел названного месторождения в силу ее технических и экономических преимуществ по сравнению с существующей системой разработки.

Апробация работы Основные положения работы докладывались и обсуждались: на научно-технических конференциях горного факультета (г. Иркутск, 2003-2006 гг); на технических совещаниях в ОАО «Бурятзолото» (Улан-Удэ, 2003-2006 гг.); на научно-технической конференции «День горняка» (Москва, МГТТИ, 2006 г.); на международной конференции «Игошинские чтения» (Иркутск, 2005 г.).

Личный вклад автора диссертации заключается в: анализе и обобщении литературных источников и технической документации по вопросу отработки тонких и маломощных жил наклонного залегания; выявлении и анализе причин потерь полезного ископаемого в недрах; постановке и обобщении исследований по оценке устойчивости обнажений, обосновании методов управления горным давлением; разработке технологии погашения опорных целиков и более эффективного способа отработки маломощных жил; обосновании способа и новой технологии ведения горных работ при непосредственном участии во внедрении всех технических решений и разработок в производство; подготовке методической и нормативной документации по принципиальным вопросам пога-

шения целиков и разработки маломощных жил, рекомендованных к реализации Бурятским управлением по технологическому и экологическому надзору.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ в технических журналах, включая рецензируемые издания, сборниках научных трудов и тезисах докладов конференций, в которых отражена суть научных положений, выносимых на защиту.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, изложена на 153 страницах машинописного текста, содержит 57 рисунков, 13 таблиц, список использованных источников из 84 наименований и приложения на 19 страницах.

Автор бесконечно признателен своему научному руководителю заслуженному деятелю наук Республики Бурятия, доктору технических наук, профессору Ляхову Алексею Ивановичу! и научному консультанту - заслуженному работнику ВШ РФ, заслуженному деятелю наук Республики Бурятия, доктору технических наук, профессору Махно Дмитрию Евсеевичу за полезные и своевременные советы. Автор глубоко благодарен специалистам ОАО «Бурятзоло-то» и рудника «Ирокинда», преподавателям кафедр разработки месторождений полезных ископаемых и геологической съемки, поисков и разведки (ИрГТУ) за содействие в проведении лабораторных и промышленных экспериментов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава посвящена анализу отечественного и зарубежного опыта разработки золоторудных наклоннозалегающих жил малой мощности, исследованиям по совершенствованию технологии, геомеханических процессов и определению параметров конструктивных элементов систем разработки. Приведен анализ горно-геологических и горно-технических условий разработки жил Ирокиндинского рудного поля и выявлены потенциальные резервы применяемых технологий. Сформулированы цель и задачи исследований.

Вторая глава посвящена геологическому обоснованию устойчивости обнажений кровли. Приведены результаты исследований напряженно-деформированного состояния горного массива, целиков, обнажений кровли. Обоснованы методы управления устойчивостью кровли при выемке опорных и внутриблоковых целиков. Изложены результаты инструментальных измерений напряженного состояния горных пород и лабораторных исследований. Проведены проектно-конструкторские изыскания устойчивости обнажений кровли на

основе выявленных закономерностей. Обоснованы методы управления горным давлением и локализации подземных пустот, системы разработки жил наклонными уступами в широком забое с креплением очистного пространства.

В третьей главе приведены аналитические условия взаимосвязи качества добытой рудной массы с уровнями потерь и разубоживания руды. Исследован механизм образования потерь и разубоживания руды при выполнении основных процессов ее добычи камерно-столбовой системой разработки с креплением очистного пространства. Научно-методически обоснованы направления сокращения потерь и разубоживания руды и металла.

В четвертой главе обоснованы особенности предлагаемой технологии подземной разработки наклоннозалегающих золотоносных жил малой мощности, изложены этапы ее промышленной реализации. Приведены результаты промышленной проверки рекомендаций исследований в производственных условиях и дана оценка их экономической эффективности.

В заключении диссертации обобщены результаты выполненных исследований в соответствии с поставленными научными задачами.

В приложении к работе приведены материалы, подтверждающие реализацию предлагаемой технологии выемки маломощных наклонных жил. Даны акты экономической эффективности предлагаемых технических решений.

Сложность горно-геологических условий залегания маломощных наклонных жил определяет разнообразие применяемых систем и технологий их разработки. Как правило, это камерно-столбовые системы разработки с различными способами крепления и управления кровлей.

В решение проблемы совершенствования технологий разработки жил значительный вклад внесли: Агошков М.И., Борисов С.С., Боярский В.А., Богданов Г.И., Галченко Ю.П., Зайцев Б.М., Каплунов Р.П., Кравцов В.В., Коробейников П.Г., Лобанов Д.П., Ляхов А.И., Малахов Г.М., Мансуров Л.А., На-зарчик А.Ф., Олейников И.А., Рафиенко Д.И., Цихоня М.Л. и др.

Главным в успешной реализации технических решений является глубокое изучение геомеханических процессов, определяющих параметры систем разработки. В решение проблем управления процессами сдвижения горных пород наиболее значимы работы авторов: Авершина С.Г., Акимова Л.Г., Бахурина И.М., Дьяковского В.Б., Казаковского Д.А, Каплыбаева Ж.М., Кашникова Ю.А., Коробкова М.В., Кузнецова М.А., Колбенкова С.П., Короткова М.Б., Турчанинова И.А., Фисенко Г.Л., Борщ-Компанейца В.И., Зелисева В.М., Кузнецова

С.Т., Нестерова М.П., Петухова И.А., Попова И.И., Хохлова И.В., Сашурина И.Д., Шадрина А.Г., Черняева В.И., Мухлера P.A. и др.

Несмотря на представленный анализ ранее выполненных исследований, следует констатировать, что отработка маломощных жил наклонного залегания производится трудоемкими и малопроизводительными системами разработки с низким уровнем механизации технологических процессов при больших потерях руды в недрах.

Выполненные автором исследования в направлениях поиска и разработки более эффективных технологий выемки тонких жил наклонного залегания позволили сформулировать и доказать следующие научные положения:

1. В условиях многолетней мерзлоты, вмещающие породы представляют собой однородную среднеустойчивую упругую среду, сцементированную влагой с отдельными участками расслоения, что позволяет применять сплошную систему отработки запасов без оставления целиков, а также проводить погашение опорных целиков ранее отработанных блоков обратным ходом с анкерным или стоечным креплением зон рассланцевания при локализации пустот.

В геологическом строении Ирокиндинского месторождения принимают участие различные по составу интрузивные образования. Здесь распространены габбро, габбро — диориты, граниты, плагиограниты, прорванные мелкими телами и дайками габбро-диабазов.

Месторождение включает серию гидротермальных убого-сульфидных золотосодержащих кварцевых жил, которые приурочены к наклонным (30-50°) и весьма протяженным тектоническим зонам рассланцевания. Кварцевые жилы имеют северо-западное, северо-восточное и субширотное простирание.

Жилы имеют извилистые очертания в плане и более ровные по падению, отмечаются значительные колебания их мощности. Переходы от раздувов к пережимам, как правило, постепенные. Вмещающие породы на контактах интенсивно изменены и в различной степени рассланцованы. Мощность зоны измененных пород колеблется от нескольких сантиметров до 1 м и в редких случаях достигает нескольких метров.

Месторождение локализовано в зоне многолетней мерзлоты. Геотермический градиент в среднем равен 0,4° на 100 метров. Средняя температура горных пород на глубине - 2,5°С. Мощность толщи многолетнемерзлых пород до 400 м. Глубина сезонного оттаивания на склонах северной экспозиции не пре-

вышает 1 м, на склонах южной экспозиции -2 м. Льдистость и криогенная температура пород определяется характером пористости рыхлых отложений. В трещинах встречается лед в виде линз и мелких прожилков. Мощность отдельных линз льда достигает 5-10 см, мощность прожилков не превышает 1-2 см. Ниже глубины проникновения региональной трещиноватости (100 - 120 м) распространена так называемая "сухая" мерзлота, т.е. породы, не содержащие видимых кристаллов льда. Температура пород повышается с глубиной и колеблется в пределах от минус б градусов (вблизи поверхности) до минус 0,4-МЗ,8°С (на глубине).

Жилы залегают в зоне устойчивой мерзлоты. На устойчивость кровли оказывают влияние геологические факторы, такие как изменчивость поперечного разреза рудовмещающей зоны; угол наклона жилы и форма рельефа кровли очистного пространства; интенсивность проявления блоковой тектоники, влияющей на целостность рудного тела; температурный режим в очистном пространстве. Оценка состояния кровли очистного пространства должна производиться с учетом интегрального влияния всех рассматриваемых факторов. Разработана и предложена классификация категорий устойчивости пород, вытекающая из конкретных условий Ирокиндинского месторождения (табл.1). В предлагаемой классификации в качестве реальных геологических обстановок принято - три, а именно, естественный «свод» (купол), прогиб и переходная область между ними, которые определяют геологическое состояние кровли очистного пространства. В зависимости от влияния рассмотренных выше геологических факторов, в каждом из трех состояний определены условия соответствия устойчивости кровли трем, принятым по В НИМИ категориям: «устойчивое», «среднеустойчивое» и «неустойчивое».

Коэффициент крепости пород по шкале проф. М.М.Протодьяконова составляет 8-14, плотность в среднем равна 0.0263 МН/м3. Влажность пород низкая -0.3 %.

В процессе исследований проведены определения фактических первоначальных напряжений горного массива методом щелевой разгрузки. Измерения производились на квершлаге и штреках жилы № 35 по методике ИГД УрО РАН. Всего проведено измерений в 22-х разгрузочных щелях.

Полученные величины напряжений составляют: вертикальные ав = (-7,4±0,9)МПа; горизонтальные напряжения по простиранию рудных тел

Таблица 1

Классификация состояний кровли очистного пространства по категориям устойчивости пород при отработке ма-

ломощных жил наклонного падения в условиях многолетней мерзлоты

Естественные геологические условия положения кровли очистного пространства Геологические факторы Категория устойчивое™ Примечание

Мощность рассланцо-ванной зоны в висячем боку жилы, м Угол наклона осевой поверхности жилы, град. Наличие блоковой тектоники (целостность массива) Мерзлотный режим Состояние естественного висячего контакта жилы

Наличие льда в трещинах «сухая» мерзлота ненарушенное иарушешюе

Естественный свод (купол), вызванный пологим изгибом осевой поверхности рудной жилы (зоны) или увеличением их мощности 0,1-0,2 субгоризонтальный Нет + - + - Устойчивая При выявлении одного или нескольких отрицательных факторов (знак минус) категория понижается на один ранг.

0,2-0,5 субгоризонтальный Нет + + + - Среднеусгойчи-вая

0,5-1 и более суб горизонтальный Нет - + - + Неустойчивая

Естественный прогиб (провес) кровли, вызванный пологим изгибом осевой поверхности рудной жилы (зоны) или увеличением их мощности 0,1-0,2 субгоризонтальный Нет + - + - Устойчивая

0,2-0,5 субгоризок-тальнын Крупноблоковая отдельность + + + - Среднеустойчи-вая

0,5-1 и более субгоркзон-талышй мелкоблоковая отдельность - + - + Неустойчивая

Переходная зона от естественного свода к естественному прош-бу 0,1-0,2 30-50 Нет + - + - Устойчивая

0,2-0,5 20-30 Круппоблоковая отдельность + + + - Среднеустойчи-вая

0,5-1 и более До 20 мелкоблоковая отдельность - + - + Неустойчивая

<^пр=(-9,3±1,4)МПа; горизонтальные напряжения вкрест простирания рудных тел ап=(-8,6±1,8) МПа. Вертикальные и горизонтальные напряжения примерно равны, отклонения не превышают точности измерений. Такое распределение напряжений в пространстве хорошо согласуется с гипотезой А.Гейма, по которой ств= стпр= стп=уН, где у - плотность горных пород, МН/м3, Н — глубина разработки, м.

В условиях многолетней мерзлоты вмещающие породы представляют собой однородную упругую среду, в которой действуют гидростатические напряжения. Поэтому, для оценки напряжений в конструктивных элементах систем разработки был использован метод математического моделирования по программе ELAST-2, разработанной докт. физ.-мат. наук В.И.Машуковым в ИГД СО РАН. Всего исследовано 20 моделей, отражающих различные стадии выемки запасов жилы по восстанию на глубинах разработки 100-500 м.

Анализ результатов моделирования позволяет отметить следующее. Напряжения в наиболее опасных участках контура выработок и камеры имеют сжимающий характер. На стенке откаточного штрека средние напряжения составляют: при выемке камеры на глубине 100 м — от -2,3 до -2,5 МПа, на глубине 500 м - от -11,5 до -12,7 МПа. В кровле штрека напряжения изменяются: на глубине 100 м от -3,6 МПа до -3,9 МПа, 500 м - от -17,9 МПа до -19,7 МПа. В почве надштрековош целика напряжения составляют соответственно от -2,7 МПа до -3,2 МПа, от -13,4 МПа до -16,0 МПа. В кровле и почве камеры соответственно от -1,6 МПа до -2,3 МПа и от -8,0 МПа до -11,5 МПа. В забое камеры соответственно от -2,2 МПа до -3,5 МПа и от -3,4 МПа до -17,7 МПа.

На всех рассмотренных участках напряжения меньше допустимых (-47,8 ^--222,7 МПа). Кровля выработанного пространства в гидростатическом поле напряжений по А.Гейму претерпевает небольшие сжимающие напряжения и находится в устойчивом состоянии. На крепь будут давить только отслаивающие породы непосредственной кровли на ослабленных тектонически нарушенных участках. В углах откаточного штрека и надштрекового целика возможны обрушения отдельных блоков пород. Эти участки необходимо своевременно крепить.

Натурными измерениями напряжений в кровле камеры определены величины в -2-=--4 МПа, что подтвержает данные моделирования. Конвергенция висячего и лежачего боков жилы составила от 0 до 2-5-4 мм. Это подтверждает упругое деформирование кровли. Пластических деформаций (10 см и более), которые бы предшествовали процессам разрушения, не выявлено.

Таким образом, установлено, что в условиях многолетнемерзлых пород кровли камер имеют упругое деформирование и не разрушаются. Отслоение пород возможно по зонам тектонического рассланцевания различной мощности, либо по трещинам различного ориентирования, некоторые из которых представлены глинисто-льдистым лимонитизированным субстратом. Высота слоя возможного обрушения пород не превышает 1-2 м. Опорные целики при камерно-столбовой системе разработки рекомендуются к выемке при креплении, очистного пространства стойками или кустами стоек, а также передвижной гидравлической крепью типа Е1Ьгос. При этом подземные пустоты предложено погашать способом локализации отработанного пространства.

Для условий Ирокиндинского рудника по данным геолого-маркшейдерских измерений толщина зон рассланцевания пород, которые могут обрушаться и давить на крепь, составляет 1-2 м. При возможном давлении на крепь слоя вмещающих пород 1,0 м шаг установки крепи составляет: при устойчивых породах - 4,0x4,0 м; при средней устойчивости - 3,0x3,0 м; при неустойчивых - 2,0x2,0 м. (см. табл. 1)

При возможном давлении на крепь слоя вмещающих пород 2,0 м шаг установки крепи составляет: при устойчивых породах — 2,0x2,0 м; при средней устойчивости — 1,5x1,5 м; при неустойчивых — 1,0x1,0 м.

При больших площадях обнажений кровли выработанных пространств не исключаются процессы обрушения. Шаг обрушения кровли предлагается рассчитывать по формуле:

[о,5х (Н-Х)2 х ух tg2(к14 — ф/тАх 5т2а) х tg(p + CмxH

I — . .. ...... ........ .....^ /1 \

об уНх вт® (вт® - соей) х tg<p) * ^ ^

где Н - глубина горных пород, м.; X - усадка обрушенных пород, м.; у - плотность пород, МН/м3; <р -угол трения пород в массиве, град.; со - угол наклона линии сдвига к горизонтам, град.; См -сцепление пород, МПа.

В формуле (2) величину сцепления См для условий Ирокиндинского рудника рекомендуется вычислять (с учетом методик В НИМИ и Иргиредмета) по выражению:

где С0 - сцепление пород в монолите (образцы), МПа; а - коэффициент, зависящий от прочности пород в образце и характера трещиноватости; в - средний размер элементарного блока породы, м.; Н- глубина горных работ, м.

Установлено, для условий Ирокиндинского месторождения при Н=100-300 м шаг обрушения составляет 65 м, что сопоставимо с данными аналогичных условий на Кукисвучсмеррском и Норильском месторождениях, на которых шаг обрушения для глубины 200 м равен- 58 м.

Предложено подземные пустоты на этажных горизонтах после выемки внутриблоковых и опорных целиков погашать. В этом случае длина обнажения кровли по простиранию примерно равна шагу обрушения. Произведена оценка опасности движения воздушного потока в случае обрушения кровли для условий Ирокиндинского месторождения (методики Именитова В.Р., Ялымо-ваН.Г.).

Расчет скорости движения воздушного потока из камеры определяется:

Sk'

ГПн

2-q-

тг V cosa

У т ах =-j=--ПЧ

где Sk - площадь кровли камеры, м2; q - ускорение силы тяжести, м/сек2; /ненормальная выемочная мощность рудного тела, м; ос - угол падения рудного тела в градусах.

В зависимости от скорости воздуха определяется давление воздушного потока, из выражения:

P-C-r. V2

~q * maii > (4)

где Р - давление воздуха, МПа; С - безразмерный коэффициент лобового сопротивления; уа - плотность воздуха, МН/м3; q - ускорение силы тяжести, м/сек2.

Для исключения опасности воздействия воздушной волны, рекомендуется подземные пустоты локализовывать бутовыми полосами пород, создаваемыми путем подрыва висячего и лежачего боков жилы.

Ширина бутовой полосы вычисляется по формуле:

¡-LEjl

9-Г. ' (5)

где Кр - коэффициент разрыхления пород; & - коэффициент внутреннего трения; у„ - плотность обрушенных пород, МН/м3.

По данным Именитова В.Р., Ялымова Н.Г. и др., допустимая скорость воздушного потока, безопасная для людей, составляет 15 м/сек, допустимое давление - 19 кПа. На основе формул (3-5), с учетом указанных критических величин скорости и давления воздуха, определены допустимые площади обнажения кровли при средней величине выемочной мощности жилы 1,2 м, которые составляют соответственно: 8,5 тыс. м2; 2,0 м - 16,2 тыс. м2; 3,0 - 24,8 тыс. м2. При этом минимальная ширина бутовой полосы должна быть около 2 м. (рис. 1)

а б

Рис. 1. Графики зависимости а) давления воздуха; б) ширины бутовой полосы от площади выработанного пространства:

1,2,3 — при выемочной мощности соответственно 1,2 м; 2,0 м; 3,0 м.

2. При анализе потерь полезного ископаемого, которые в условиях разработки маломощных наклоннозалегающих жил в многолетнемерзлом массиве пород могут достигать 15 %, следует учитывать дополнительные потери рудной мелочи в местах искусственной «наморозки». Снижение их общего уровня до 1-3 % возможно за счет применения специально разработанной технологии.

В ходе исследований в условиях рудника «Ирокинда» установлено, что при отработке наклонно залегающих жил малой мощности в условиях много-летнемерзлых пород потери полезного ископаемого складываются из: прикон-турных потерь, потерь в опорных и охранных целиках и дополнительных по-

терь в виде рудной мелочи, накапливающейся в почве очистных камер, которые при несвоевременной уборке образует зоны «наморозки». При этом суммарное, первичное и вторичное разубоживание балансовых руд доходит до 40 %. Все это снижает общий коэффициент извлечения полезного ископаемого из недр до 0,53 и требует изыскания специальных технических решений для сокращения потерь руды.

Применение камерно-столбовой системы разработки с креплением очистного пространства и высокий уровень потерь руды в недрах вызывает необходимость поэтапной выемки запасов с последующим погашением целиков. На рис. 2 приведена схема погашения целиков на примере отработки блока 2-С1-3 с оценкой содержания золота при использовании для уборки рудной мелочи специальной вакуумной установки типа «Trans Vac». На первой стадии отработки блока общие потери запасов во внутриблоковых, междукамерных и междуэтажных целиках, включая рудную мелочь, достигают 40-50 %. Потери в целиках находятся под контролем и нормируются. В меньшей степени поддаются учету потери полезного ископаемого в рудной мелочи, скапливающиеся на почве блока, в пределах транспортной дороги очистного пространства.

Для объективной оценки возможностей снижения эксплуатационных потерь при погашении целиков в блоке 2-С1-3 были взяты пробы содержания золота в рудной мелочи до ее уборки специальной вакуумной установкой (42 пробы) и после использования установки (44 пробы). Результаты исследований представлены на рис.2. Среднее содержание золота составило в первом случае 31.4 г/т, во втором - 27,8 г/т. Полученные данные показывают, что рудная мелочь за один проход вакуумной установки не убирается полностью. Влажные и рыхлые отложения руды в условиях низких температур смерзаются, образуя зоны «наморозки». Для подборки руды и исключения потерь необходимо применение специальных антисмерзающихся реагентов и повторная зачистка руды.

Результаты исследований показывают, что 80-85 % рудной мелочи имеет крупность частиц более 1 мм, масса частиц менее 1 мм не превышает 10-20 %. Оперативная зачистка рудной мелочи вакуумной установкой в таких условиях вполне реальна, но с применением специальных реагентов, предотвращающих ее смерзание.

Применение вакуумной технологии извлечения рудной мелочи снижает коэффициенты истинных потерь металла и рудной массы на 0,02 доли единицы, при этом коэффициент извлечения металла и рудной массы повышается соот-

ветственно на 0,03 и 0,02 доли единицы. Для дальнейшего увеличения выхода металла рационально применение повторной зачистки полотна рабочего пространства выемочного блока установкой с предварительным рыхлением и размораживанием скоплений рудной мелочи, при этом коэффициент извлечения полезного компонента из недр возрастает до 0,80. Выполненные исследования позволили проанализировать и выявить причины потерь полезного ископаемого, позволяющие прогнозировать их уровень и более обоснованно подходить к повышению качества добычи руды.

Рис.2. Схема погашения целиков блока 2-С1-3 при вакуумной технологии удаления рудной мелочи.

Условные обозначения: содержания золота, соответственно, О-до уборки установкой; Х - после вакуумной зачистки;СИ- оставленные целики; вынимаемые целики.

В целом выполненные исследования и разработки позволили существенно снизить потери и повысить выход металла. Практически доказана возможность эффективного и безопасного погашения целиков с последующей локализацией отработанного пространства. Появилась возможность прогнозировать уровень потерь рудной мелочи и разработать технологию по снижению их объема.

3. Технология разработки маломощных жил в многолстнсмсрзлых породах должна включать отработку залежи по простиранию наклонными уступами широким забоем, контурное взрывание с заградительными экранами, применение передвижной буровой машины и скреперной доставки, механизированную вакуумную зачистку руды в смеси с антисмерзас-мыми реагентами, крепление призабойного пространства и локализацию образующихся пустот, благодаря чему обеспечивается существенное улучшение условий труда и снижение потерь полезного ископаемого в недрах.

На основе комплекса выполненных исследований отработку маломощных жил предлагается вести более эффективным способом — наклонными уступами в широком забое с креплением очистного пространства при периодической локализации образующихся подземных пустот (рис. 3).

Данная система позволяет повысить производительность труда в 1,5-2,0 раза, снизить плановые потери металла в пять раз и практически довести вторичное разубоживание до одного процента, при этом значительно улучшить условия труда и безопасность работ. Автором предложено заменить деревянную крепь в сочетании с целиками более эффективными видами крепления: гидравлическим, типа ELBROC OMNI 80; сталеполимерной крепью (СПАК); сочетанием этих видов крепей с полимерной сеткой и деревом.

Все перечисленные виды крепи успешно прошли промышленные испытания на руднике «Ирокинда». Применение данных видов крепления позволяет в условиях многолетней мерзлоты обеспечивать поддержание кровли очистного пространства жил малой мощности и удержать от обрушения ложную кровлю при работе без оставления целиков. После отработки блоков подземные пустоты погашаются путем их локализации.

Для исключения потерь в надшрековых и подштрековых целиках в процессе подготовительных и нарезных работ в блоке штреки проходятся «широким забоем» с рудными карманами, которые одновременно используются для складирования пустых пород (рис.4).

Штрек

Рис. 3. Система разработки наклонными уступами в широком забое с креплением очистного пространства при периодической локализации образующихся подземных пустот:

1 — буровой станок на санях; 2 - гидростойка; 3 — экран (полимерная сетка); 4 — рудстойка; 5 — досчатый отшив; 6 — отшив скреперной дорожки; 7 — вакуумная установка.

Рис.4 Проходка штреков «широким забоем» и с рудным карманом

Отбойка жилы производится уступом по простиранию. Бурение шпуров осуществляется специально разработанной самопередвигающейся буровой установкой, выпускаемой ЦРММ ОАО «Бурятзолото». Такая схема позволяет производить буровые работы независимо от процессов доставки руды и зачистки блока. Длина шпуров не более двух метров, что обеспечивает работу без подрывки кровли при изменении мощности и углов залегания жилы. Отбойка руды производится на свободную плоскость обнажения. Ширина отбиваемого уступа не более 8 м, что позволяет достичь максимальной уходки забоя «под пятаки» без переизмельчения руды с частичной доставкой ее взрывом. При наличии ослабленной зоны рассланцевания ложной кровли применяется контурный метод взрывания. Для предотвращения разброса руды используется заградительный экран из полимерной сетки, навешенной на гидрокрепь (рис.5).

Рис.5. Заградительный экран в блоке 24С1-14 жилы 35

Для снижения потерь металла в руде применена зачистка рудной мелочи с помощью вакуумной установки типа «Trans Vac» (производство ЮАР). Для предотвращения смерзания руды используется специальный реагент, которым

посыпается подошва призабойного пространства перед бурением шпуров. После зачистки подошвы блока на 15 м по простиранию производится ограждение отработанного пространства органной крепью, снимается гидрокрепь и пустоты локализуются. После локализации пустот доступ людей в отработанный блок запрещен. В данной системе нарезные работы сведены к минимуму. В случае выхода участка с тонкой жилой, его отработка производится с селективной выемкой и складированием породы в отработанном пространстве.

Предлагаемая технология отработки маломощных наклоннозалегающих жил прошла промышленные испытания в условиях рудника Ирокинда. Ее применение обеспечило повышение производительности труда в 1,5-2,0 раза при существенном сокращении числа высококвалифицированных рабочих, что имеет особое значение при вахтовом методе организации работ. Улучшены условия труда, повышена безопасность работ. Значительно сокращены потери полезного ископаемого при добыче. Все это обеспечило реальный экономический эффект в размере 2,372 млн. рублей. Ожидаемый экономический эффект по руднику — 41,941 млн. рублей в год. Разработанная технология рекомендована Бурятским управлением по техническому и экологическому надзору к более широкому применению при отработке золоторудных месторождений полезных ископаемых.

Заключение

Выполненная диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой дано новое решение задачи обоснования эффективной технологии разработки маломощных жил наклонного залегания в условиях многолетнемерзлых пород, имеющей важное научно-прикладное значение при добыче золоторудных месторождений полезных ископаемых.

Основные научные и прикладные результаты работы сводятся к следующему:

1. Проанализированы и выявлены причины технологических потерь полезного ископаемого в недрах и разработан комплекс мероприятий по их сокращению.

2. Разработана классификация устойчивости обнажений боковых пород в условиях новой технологии отработки маломощных жил наклонного падения.

3. Научно обоснованы закономерности поддержания устойчивых обнажений в условиях мерзлых пород, на основании которых разработана и реализована технология погашения опорных целиков ранее отработанной залежи.

4. Разработана эффективная технология отработки маломощных жил наклонными уступами в широком забое с креплением очистного пространства при периодической локализации пустот, обеспечивающая безопасность работ и сокращение потерь в недрах.

5. Разработанные технологии апробированы в условиях рудника «Иро-кинда», доказали свою работоспособность и эффективность по сравнению с существующими способами отработки жил.

6. На основе выполненных исследований разработаны методические и нормативные документы, рекомендованные для практического применения Бурятским управлением по технологическому и экологическому надзору:

- Временная методика расчетов параметров крепления кровли гидравлическими стойками ELBROC OMNI 80 при выемке целиков;

- Временная методика расчетов параметров крепления кровли очистных блоков взрывозащищенными гидравлическими стойками ELBROC OMNI 80 и анкерной сталеполимерной крепью (СПАК) в условиях многолетне-мерзлых пород;

- Временные указания погашения выработанного пространства методом локализации бутовыми полосами при выемке целиков на жилах Ирокин-динского рудного поля;

- Временная техническая инструкция по созданию изолирующих бутовых полос при погашении выработанного пространства способом локализации на жилах Ирокиндинского рудного поля.

7. Разработанная технология отработки жил наклонными уступами в широком забое рекомендована в качестве основного способа выемки золотоносного месторождения рудника «Ирокинда».

8. Экономический эффект от реализации предлагаемых технических решений составляет 2,732 млн.руб. в год. Ожидаемый экономический эффект по руднику - 41,941 млн. рублей в год.

Основные результаты исследований, выполненных автором, опубликованы в следующих работах:

1. Ляхов А.И., Хорохонов Ю.Б., Павлов А.М. Методика нормирования удельного веса опорных целиков для рудника Ирокинда // Проблемы развития минеральной базы Восточной Сибири, выпуск третий. ИрГТУ, 2003. - С.67-73.

2. Ляхов А.И., Хорохонов Ю.Б. Павлов А.М. Технология выемки опорных целиков, оставляемых при отработке наклоннозалегающих жил Ирокиндин-скою месторождения // Проблемы развития минеральной базы Восточной Сибири, выпуск четвертый. ИрГТУ, 2004. - С. 138-141.

3. Ляхов А.И., Хорохонов ЮБ., Хышиктуев C.B., Николаев А.Н., Токтонов В.В., Павлов А.М., Солдатов П.Я., Щербик А.Ф. Определение удельного веса использования опорных целиков при отработке рудных жил Ирокиндин-ского месторождения // Безопасность труда в промышленности. 2004. - № 2. -С. 29-31.

4. Хышиктуев C.B., Хайзик В.И., Павлов A.M. Сотрудничество Бурятского Управления по технологическому и экологическому надзору и ОАО «Бурят-золото» в деле обеспечения промышленной безопасности //Горный журнал. 2004, №11.-С. 75-77.

5. Павлов А.М. Совершенствование подземной разработки золотосодержащих наклонных жил малой мощности в условиях рудника Ирокинда // Проблемы развития минеральной базы Восточной Сибири, выпуск шестой. ИрГТУ, 2006.-С. 91-97.

6. Павлов A.M., Филонюк В.А., Сосновская Е.Л. Полнота и качество извлечения руды и металла при стадийной отработке маломощных пологозалегаю-щих золотокварцевых жил на руднике Ирокинда: Проблемы развития минеральной базы Восточной Сибири, выпуск шестой. ИрГТУ, 2006. - С. 97-107.

7. Павлов A.M. Эффективная технология подземной разработки золоторудных жил малой мощности наклонного залегания (на примере Ирокиндинского месторождения): Вестник ИрГТУ, 2006, № 2. - С. 20-21.

Подписано в печать 05.09.2006. Формат 60 х.84 / 16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,5. Уч.-изд. л. 1,75. Тираж 100 экз. Зак. 410. Поз. плана 23н.

ИД № 06506 от 26.12.2001 Иркутский государственный технический университет 664074, Иркутск, уЛ. Лермонтова, 83

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Павлов, Александр Митрофанович

Введение.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Отечественный и зарубежный опыт подземной разработки золоторудных наклоннозалегающих жил малой мощности.

1.2. Анализ исследований по совершенствованию технологий разработки наклоннозалегающих жил малой мощности.

1.3.Геомеханические процессы горных пород и обоснование параметров систем разработки.

1 АГорногеологические особенности Ирокиндинского месторождения и анализ применяемых технологий выемки наклоннозалегающих жил.

1.5.Цель и задачи исследований.

2. ИЗЫСКАНИЕ ЭФФЕКТИВНЫХ МЕТОДОВ УПРАВЛЕНИЯ ГЕОМЕХАНИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ КОНСТРУКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ С УЧЕТОМ ГОРНОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ.

2.1. Обоснование устойчивости обнажений кровли в зависимости от геологических условий.

2.1.1 Анализ влияния геологических условий на устойчивость обнаженной кровли очистного пространства.

2.1.2 Классификация состояний кровли по степени устойчивости обнажений.

2.2. Исследование напряженно-деформированного состояния горного массива, целиков, обнажений кровли.

2.2.1. Определение первоначального напряженного состояния горного массива инструментальными измерениями в шахте.

2.2.2. Математическое моделирование напряженно-деформированного состояния опорных целиков и обнажений кровли при отработке жил.

2.3. Методы управления геомеханическими процессами.

2.3.1. Обоснование параметров устойчивых обнажений кровли камер.

2.3.2. Обоснование параметров крепления очистных камер.

2.3.3. Локализация подземных пустот.

Выводы.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА ИЗВЛЕЧЕНИЯ ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО ИЗ НЕДР ПРИ ТРАДИЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ ОТРАБОТКИ МАЛОМОЩНЫХ ЖИЛ НАКЛОННОГО ЗАЛЕГАНИЯ.

3.1 Теоретические основы изучения взаимосвязи показателей качества извлечения полезного компонента из недр с уровнем потерь и разубоживания руды.

3.2 Потери и разубоживание руды при выполнении основных процессов ее добычи.

3.2.1 Морфология рудных тел и распределение в них металла.

3.2.2. Потери руды и металла и их анализ.

3.2.3. Разубоживание руды, его виды и зависимость от состояния вмещающих пород.

3.2.4. Характеристика потерь и разубоживания при последовательном погашении запасов в блоке 2 СрЗ.

3.3. Оценка показателей полноты и качества извлечения полезного ископаемого из недр и возможностей их повышения.

Выводы.;.

4. ОБОСНОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ МАЛОМОЩНЫХ ЗОЛОТОРУДНЫХ ЖИЛ НАКЛОННОГО ЗАЛЕГАНИЯ.

4.1. Научно-методическое обоснование основных направлений по созданию эффективной технологии.

4.1.1 .Совершенствование процессов очистной выемки.

4.1.2. Безопасная и эффективная выемка целиков.

4.1.3. Разработка рудных тел наклонными уступами широким забоем по простиранию с креплением очистного пространства, локализацией пустот и элементами селективной выемки.

4.2. Результаты реализации новой эффективной технологии отработки запасов в блоках в условиях рудника «Ирокинда» и экономическая эффективность рекомендаций.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование эффективной технологии подземной разработки золоторудных жил малой мощности наклонного залегания"

При отработке тонких и маломощных жил добывается около 40 % руды подземным способом и более половины всего драгметалла в странах СНГ. При этом доля отработки наклонных жил составляет 18 %. Традиционные технологии выемки жил характеризуются низкой производительностью труда (1.80-2.43 т.руды/чел.смену), большими потерями руды и металла (до 15 %) при высоком уровне разубоживания (до 40-75 %).

Золоторудные жильные месторождения малой мощности имеют ряд особенностей: сложное геологическое строение и тектоническая нарушен-ность, крайне неравномерное распределение запасов в недрах, ограниченные размеры очистного пространства, многообразие условий по устойчивости руд и вмещающих пород. На устойчивость горных пород влияют физико-механические свойства руды и вмещающих пород, изменчивость формы рельефа кровли, угол наклона жилы, тектоническая нарушенность, наличие многолетней мерзлоты и др. Все это дополнительно осложняет отработку месторождений полезных ископаемых.

Совершенствования технологии выемки наклонных жил малой мощности направлены, в основном, на уменьшение объемов оставляемых целиков, уменьшение затрат на крепление и поддержание выработанного пространства. При совершенствовании существующих технологий не всегда обосновываются устойчивые размеры целиков и обнажений камер, параметры крепления и другие конструктивные элементы систем разработки, что затрудняет их более широкое применение.

Поэтому вопросы изыскания эффективных и безопасных технологий разработки золоторудных наклоннозалегающих маломощных жил являются актуальными и не теряют своей значимости.

Цель диссертационной работы - обоснование эффективного способа подземной разработки золоторудных наклонных жил малой мощности в условиях многолетней мерзлоты, обеспечивающего безопасность работ при рациональном использовании недр.

Основная идея работы заключается в отработке маломощных жил золоторудных месторождений наклонными уступами широким забоем с креплением очистного пространства и локализацией образующихся пустот при соблюдении дополнительных технологических требований, связанных с разработкой наклонной залежи в условиях многолетней мерзлоты.

Цель работы обусловила следующие задачи исследований:

1. Обзор и анализ отечественного и зарубежного опыта подземной разработки золоторудных наклоннозалегающих маломощных жил, в том числе особенностей существующей геотехнологии Ирокиндинского месторождения.

2. Изыскание эффективных методов управления геомеханическими процессами и обоснование рациональных параметров конструктивных элементов систем разработки с учетом горно-геологических факторов.

3. Исследование механизма образования сверхнормативных потерь и разубоживания руды в процессе ее добычи и возможности их существенного сокращения на основе совершенствования процессов очистной выемки и систем разработки.

4. Совершенствование систем разработки и технологий выемки руды на основе применения специальных средств механизации очистной выемки, отвечающих условиям отработки наклоннозалегающих маломощных жил.

5. Обоснование и разработка безопасных технологий погашения опорных целиков.

6. Разработка и обоснование эффективных технологий отработки маломощных жил наклонного падения в условиях многолетнемерзлых пород.

7. Обоснование способов локализации образующихся пустот.

8. Промышленная проверка научных и технических разработок и внедрение результатов исследований в производство.

Предмет исследований - сложноструктурное рудное поле Ирокиндинского месторождения ОАО «Бурятзолото».

Методы исследований. В работе применен комплекс исследований, включающий: научный анализ и обобщение опыта; графо-аналитические исследования структурной организации элементов тектоники; лабораторные исследования напряженно-деформированного состояния горных выработок и целиков с применением математического моделирования; промышленные эксперименты по исследованию напряженно-деформированного состояния массива и конструктивных элементов систем разработки; проектно-конструкторские изыскания по созданию эффективных вариантов систем разработки; опытно-промышленная их проверка и технико-экономическое обоснование эффективности.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. В условиях многолетней мерзлоты, вмещающие породы представляют собой однородную среднеустойчивую упругую среду, сцементированную влагой с отдельными участками расслоения, что позволяет применять сплошную систему отработки запасов без оставления целиков, а также проводить погашение опорных целиков ранее отработанных блоков обратным ходом с анкерным или стоечным креплением зон рассланцевания при локализации пустот.

2. При анализе потерь полезного ископаемого, которые в условиях разработки маломощных наклоннозалегающих жил в многолетнемерзом массиве пород могут достигать 15 %, следует учитывать дополнительные потери рудной мелочи в местах искусственной «наморозки». Снижение их общего уровня до 1-3 % возможно за счет применения специально разработанной технологии.

3. Технология разработки маломощных жил в многолетнемерзлых породах должна включать отработку залежи по простиранию наклонными уступами широким забоем, контурное взрывание с заградительными экранами, применение передвижной буровой машины и скреперной доставки, механизированную вакуумную зачистку руды в смеси с антисерзаемыми реагентами, крепление призабойного пространства и локализацию образующихся пустот, благодаря чему обеспечивается существенное улучшение условий труда и снижение потерь полезного ископаемого в недрах.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обуславливается соответствием физических и математических моделей реальному состоянию массива горных пород, подтвержденному сходимостью результатов, длительными лабораторными, аналитическими и натурными исследованиями, положительной апробацией разработанных технических решений и их внедрением в производство.

Научная новизна работы состоит в: ■ анализе потерь полезного ископаемого, характера их распределения и выявлении причин разубоживания, включая потери рудной мелочи в почве очистных камер и скреперных дорожках в результате «наморозки» руды; классификации устойчивости обнажений горного массива по геологическим факторам: рельефу кровли, условиям залегания жилы, трещиновато-сти, сланцеватости и прочности пород, температуры массива. обосновании параметров устойчивости пролетов камер и способов крепления призабойного пространства при отработке жил широкими заходка-ми без оставления охранных целиков и локализации отработанных пустот; новом подходе к комбинации применения различных видов крепления призабойного пространства в зонах рассланцевания пород, обеспечивающих безопасные условия погашения целиков и отработки жил в условиях многолетней мерзлоты; обосновании шага зачистки руды с учетом ее отбойки наклонными уступами и применения заградительного экрана, вакуумной технологии и реагентов, препятствующих смерзанию руды; обосновании проведения подготовительных горнопроходческих работ штреком с рудными карманами, исключающими (полностью или частично) надштрековые и подштрековые целики; применении селективной выемки тонких жил при сплошной отработке запасов этажа с оставлением пустых пород в зонах локализации пустот; разработке новой технологии выемки маломощных многолетнемерзлых золотосодержащих жил наклонного падения, обеспечивающей более благоприятные условия ведения работ при существенном снижении уровня потерь полезного ископаемого в недрах; широкой апробации выдвигаемых научных положений и разработанных технических решений в лабораторных и производственных условиях, подтверждающих выявленные закономерности.

Практическая ценность работы заключается: в разработке технологии погашения опорных целиков при обеспечении безопасности работ и существенном снижении уровня потерь полезного ископаемого в недрах; в обосновании эффективной системы разработки маломощных жил наклонными уступами в широком забое с креплением очистного пространства при периодической локализации образующихся пустот; в разработке технологии подземной отработки золотосодержащих жил, учитывающей специфику ведения работ в условиях многолетнемерзлого массива с наклонным залеганием рудного тела; в обосновании способа поддержания зон рассланцевания пород стоечной и анкерной крепью, включая гидростойки, устойчивые к взрывной волне.

На основе выполненных исследований разработаны методические и нормативные документы, рекомендованные для практического применения Бурятским межрегиональным управлением по технологическому и экологическому надзору: расчета параметров крепления кровли гидравлическими стойками при отработке целиков; расчета параметров крепления кровли взрывозащитными гидростойками и сталеполимерной анкерной крепью; методам локализации выработанного пространства; создания изолирующих бутовых полос.

Реализация результатов работы

Все решения и технические разработки прошли успешные промышленные испытания в условиях Ирокиндинского месторождения с положительным экономическим эффектом. Новая технология отработки маломощных наклоннозалегающих жил в условиях многолетнемерзлых пород принята в качестве основной при отработке рудного поля названного месторождения в силу ее технических и экономических преимуществ по сравнению с существующей системой разработки.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях горного факультета (г. Иркутск, 2003-2006 гг); на технических совещаниях в ОАО «Бурятзолото» (Улан-Удэ, 2003-2006 гг.); на научно-технической конференции «День горняка» (Москва, МГГТИ, 2006 г.); на международной конференции «Игошин-ские чтения» (Иркутск, 2005 г.).

Личный вклад автора диссертации заключается: в анализе и обобщении литературных источников и технической документации по вопросу отработки тонких и маломощных жил наклонного залегания; в выявлении и анализе причин потерь полезного ископаемого в недрах; в постановке исследований и обобщении результатов по оценке устойчивости обнажений горных пород и обосновании методов управления горным давлением; в разработке технологии погашения опорных целиков и более эффективных способов отработки маломощных жил; в обосновании способа и технологии проведения горных работ и непосредственном участии в реализации всех технических решений и разработок в производство; в подготовке методической и нормативной документации по принципиальным вопросам погашения целиков и разработки маломощных жил, рекомендованных к реализации Бурятским межрегиональным управлением по технологическому и экологическому надзору.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ в технических журналах, сборниках научных трудов и тезисах докладов конференций, включая реферируемые издания, в которых отражена суть научных положений,"выносимых на защиту.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, изложена на 153 страницах машинописного текста, содержит 57 рисунков, 13 таблиц, список использованных источников из 84 наименований, и приложения на 19 страницах.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Павлов, Александр Митрофанович

Выводы

1.Предлагаемая технология разработки наклоннозалегающих маломощных золотосодержащих жил при локализации отработанных пространств, включающая применение передвижных буровых установок, прогрессивных видов крепления, оградительных экранов, вакуумную подборку руды в комплексе с антисмерзающими реагентами позволяет: повысить уровень механизации и организации труда, обеспечив увеличение производительности горнорабочих с 1,5-3,5 мЗ/чел.см. до 6.3 мЗ/чел.см; высвободить из технологического процесса до 35 высококвалифицированных ГРОЗ, что имеет особое значение при организации работы вахтовым методом; снизить запыленность забоя и виброопасность работы оборудования; снизить затраты на лесоматериалы, ВВ и их расход; обеспечить более благоприятные и безопасные условия труда горнорабочих.

2.Разработанная технология подтвердила свою эффективность в условиях Ирокиндинского месторождения. Промышленная реализация технологии погашения балансовых целиков и нового способа добычи обеспечили: снижение уровня потерь металла при добыче с 12,4 до 1-3%; получение экономического эффекта в размере 2,372 млн. рублей; ожидаемый экономический эффект по руднику - 41,941 млн. рублей в год.

3. Результаты промышленных испытаний в условиях Ирокиндинского месторождения полностью подтвердили эффективность новой технологии отработки маломощных наклоннозалегающих жил и погашение балансовых целиков.

4. Основные технические элементы новой технологии, а именно способы и параметры крепления, методы локализации пустот и возведения бутовых полос рекомендованы Бурятским управлением по технологическому и экологическому надзору к более широкой реализации при разработке золоторудных месторождений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненная диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой дано новое решение задачи обоснования эффективной технологии разработки маломощных жил наклонного залегания в условиях многолетнемерзлых пород, имеющей важное научно-прикладное значение при добыче золоторудных месторождений полезных ископаемых.

Основные научные и прикладные результаты работы сводятся к следующему:

1. Проанализированы и выявлены причины технологических потерь полезного ископаемого в недрах, разработан и реализован комплекс мероприятий по их сокращению.

2. Разработана классификация устойчивости обнажений боковых пород в условиях новой технологии отработки маломощных жил наклонного падения.

3. Научно обоснованы закономерности поддержания устойчивых обнажений в условиях мерзлых пород, на основании которых разработана и реализована технология погашения опорных целиков ранее отработанной залежи.

4. Разработана эффективная технология отработки маломощных жил наклонными уступами в широком забое с креплением очистного пространства при периодической локализации пустот, обеспечивающая безопасность работ и сокращение потерь в недрах.

5. Разработанные технологии апробированы в условиях рудника «Ирокинда», доказали свою работоспособность и эффективность по сравнению с существующими способами отработки жил.

6. На основе выполненных исследований разработаны методические и нормативные документы, рекомендованные для практического применения Бурятским межрегиональным управлением по технологическому и экологическому надзору:

Временная методика расчетов параметров крепления кровли гидравлическими стойками ELBROC OMNI 80 при выемке целиков;

Временная методика расчетов параметров крепления кровли очистных блоков взрыаозащищенными гидравлическими стойками ELBROC OMNI

80 и анкерной сталеполимерной крепью (СПАК) в условиях многолетнемерзлых пород;

Временные указания погашения выработанного пространства методом локализации бутовыми полосами при выемке целиков на жилах Ирокиндинского рудного поля;

Временная техническая инструкция по созданию изолирующих бутовых полос при погашении выработанного пространства способом локализации на жилах Ирокиндинского рудного поля.

7. Разработанная технология отработки жил наклонными уступами в широком забое рекомендована в качестве основного способа выемки золотоносного месторождения рудника «Ирокинда».

8. Экономический эффект от реализации предлагаемых технических решений составляет 2,732 млн.руб. в год. Ожидаемый экономический эффект по руднику - 41,941 млн. рублей в год.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Павлов, Александр Митрофанович, Иркутск

1. Агошков, М.И. Подземная разработка рудных месторождений / М.И. Агошков, Г.М. Малахов. М.: Недра, 1966. - 663 с.

2. Агошков, М.И. Разработка рудных и россыпных месторождений / М.И. Агошков, С.С. Борисов, В.А. Боярский. М.: Госгортехиздат, 1962. - 679 с.

3. Акимов, А.Г. Методика изучения трещиноватости массива и учет влияния трещиноватости на сдвижения при подземной разработке рудных месторождений / А.Г. Акимов // Тр. ВНИМИ Л., 1964. - C6.L I. - С.55-69.

4. Акимов, А.Г. Определение величин угловых параметров сдвижения на рудных месторождениях / А.Г. Акимов // Горный журнал. 1965. - №2 -С. 57-62.

5. Аманжолов, Э.А. Новые технологии и материалы для крепления горных выработок / Э.А. Аманжолов, С.А. Шаймердинов, Б.Х. Кошумов // Горный журнал, «Цветные металлы», специальный выпуск. 2005. - С. 2325.

6. Баранов, О.А. Расчет параметров технологических процессов подземной добычи руд / О.А. Баранов М.: Недра, 1985. - С.64-69.

7. Барон, Л.И. Определение свойств горных пород / Л.И. Барон, Б.М. Логун-цов, Е.С. Позин. -М.: Недра, 1962. 331 с.

8. Борисенко, С.Г. Выемка целиков / С.Г. Борисенко. М.: Металлургиздат, 1951.- 142 с.

9. Борисенко, С.Г. Зависимость напряжений в кровле камер и целиках от угла падения залежи / С.Г. Борисенко, А.Н. Каленченко // В кн.: Реферативная информация; Сер. Угольная и горнорудная промышленность. Киев: Вища школа, 1971. - С.22-23.

10. Ю.Борисенко, С.Г. Камерная система разработки в горнорудной промышленности / С.Г. Борисенко, Ф.А. Копица. М.:Госгортехиздат, 1960.-400 с.

11. Борисенко, С.Г. Расчет на прочность элементов блоков при разработке рудных месторождений / С.Г. Борисенко, Е.И. Комский. Киев: Техника, 1970.-79 с.

12. Борисенко, С.Г. Расчет целиков на прочность при разработке крутых залежей / С.Г. Борисенко, Г.С. Гаркуша // Горный журнал 1978. - № 5 - С. 58-61

13. Борщ-Компаниец, В.И. Механика горных пород, массивов и горное давление / В.И. Борщ-Компаниец. М.: МГИ, 1968. - 484 с.

14. Букринский, В.А. Изучение связи трещиноватости с тектоническими структурами горных пород / В.А. Букринский, А.В. Михайлова. М.: Недра, 1963,- 98 с.

15. Влох, Н.П. Измерение напряжений в массиве крепких горных пород / Н.П. Влох, А.Д. Сашурин. М.: Недра, 1970. - 124 с.

16. Влох, Н.П. Управление горным давлением на подземных рудниках / Н.П. Влох. М.: Недра, 1994. -208 с.

17. Временные правила охраны сооружений, природных объектов и горных выработок от вредного влияния подземных горных разработок на золоторудных месторождениях Иркутск, 1994.-76 с.

18. Временные правила охраны сооружений, природных объектов и горных выработок от вредного влияния подземных горных разработок месторождений руд цветных металлов с неизученным процессом сдвижения горных пород Л.: ВНИМИ, 1986. - 74 с.

19. Галаев, Н.З. Основные направления в совершенствовании разработки нижних горизонтов апатитовых рудников / Н.З. Галаев, В.И. Крапивин // Горный журнал. -1971. №4. - С. 43-46.

20. Галаев, Н.З. Управление состоянием массива горных пород при подземной разработке рудных месторождений: Учеб. для вузов / Н.З. Галаев. -М.: Недра, 1990.-176 с.

21. Гзовский, М.В. Тектонические поля напряжений / М.В. Гзовский // Изв. АН СССР. Сер. геофиз. 1954.- №5.- С.29-36

22. Жуков, В.В. Расчет элементов систем подземной разработки по фактору прочности / В.В. Жуков Л.: Наука, 1977. - 206 с.

23. Замесов, Н.Ф. Создание и совершенствование технологии очистной выемки и принципы конструирования систем разработки в условиях больших глубин / Н.Ф. Замесов // Перспективы подземной добычи руд на больших глубинах. М.: ИПКОН АН СССР, 1985. - С. 9-26.

24. Зубков, А.В. Влияние геолого-тектонического строения месторождения на изменение напряжений массива горных пород с глубиной / А.В. Зубков // ФТПРПИ. 1982. - № 1 - С. 16-20.

25. Изыскание эффективных способов разработки жильных месторождений (Сб. трудов совещания по вопросам изыскания эффективных способовразработки жильных месторождений. 4-6 июня 1963 г.). Иркутск, 1964. -135 с.

26. Ильницкая, Е.И. Свойства горных пород и методы их определения / Е.И. Ильницкая и др.. М.: Недра, 1969. - 394 с.

27. Ильштейн, A.M. Методы расчета целиков и потолочин камер рудных месторождений / A.M. Ильштейн и др. М.: Наука, 1964. - 144 с.

28. Именитов, В.Р. Локализация пустот при подземной добыче руды / В.Р. Именитов, В.Ф. Абрамов, В.В. Попов. М.: Недра, 1983. - 188 с.

29. Исаев, К.О. Геомеханическое обоснование системы разработки глубоких горизонтов Иртышского рудника / К.О. Исаев, А.Б. Макаров // Горный журнал, «Цветные металлы», специальный выпуск. 2005. - С. 39-41.

30. Каплунов, Р.П. Подземная разработка рудных месторождений в зарубежных странах / Р.П. Каплунов. М.: Недра, 1964. - 305 с.

31. Коробейников, П.Г. Раздельная выемка тонких и весьма тонких пологопа-дающих жил / П.Г. Коробейников. Магадан: ВНИИ-1,1959. - 69 с.

32. Крушатин, Р.Ф. Сдвижение горных пород при отработке слепых залежей на уральских меднорудных месторождениях / Р.Ф. Крушатин // Тр. УНИПРмедь: Свердловск. 1969. - вып. XII. - С. 52-71.

33. Кузнецов, М.А. Сдвижение горных пород на рудных месторождениях / М.А. Кузнецов и др.. М.: Недра, 1971. - 124 с.

34. Курленя, М.В. Развитие технологии подземных горных работ / М.В. Кур-леня, В.И. Штеле, В.А. Шалауров. Новосибирск: Наука, 1985. - 184 с.

35. Курленя, М.В. Расчет полей напряжений и смещений для переменных границ очистного пространства / М.В. Курленя, В.Е. Миренков, Г.Н. Хан. // Физ.-техн. пробл. разраб. полезн. ископаемых. 1986. - № 6. - С. 9-14.

36. Лерман, Б.Д. Совершенствование горных работ на Иртышском руднике / Б.Д. Лерман, Г.Р. Садыков, В.Н. Беляшов // Горный журнал, 1971. №3. -С. 76-77.

37. Ляхов, А.И. Извлечение и потери полезных ископаемых в процессе добычи / А.И. Ляхов. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004.- 67 с.

38. Ляхов, А.И. Методика нормирования удельного веса опорных целиков для рудника Ирокинда / А.И. Ляхов, Ю.Б. Хорохонов, A.M. Павлов // Проблемы развития минеральной базы Восточной Сибири, выпуск третий: сб. науч. тр. Иркутск: ИрГТУ, 2003. - С. 67-73.

39. Ляхов, А.И. Научно-технические основы создания эффективных технологий и систем подземной разработки жильных месторождений малой мощности / А.И. Ляхов, Л.М. Радченко // Горный журнал. Изв. ВУЗов. 1995. -№ 3-4.-С. 6-10.

40. Ляхов, А.И. Совершенствование подземной разработки тонкожильных золоторудных месторождений пологого и наклонного падения / А.И. Ляхов // Горный журнал. 1998. - № 5.- С.47-49.

41. Ляхов, А.И. Технология разработки жильных месторождений / А.И. Ляхов. М.: Недра. 1984. 240 с.

42. Максимов, А.П. Горное давление и крепь выработок / А.П. Максимов. -М.: Недра, 1973.-288 с.

43. Марков, Г.А. Тектонические напряжения и горное давление в рудниках Хибинского массива / Г.А. Марков. Наука, 1977. - 213 с.

44. Методические указания по нормированию, определению и учету потерь и разубоживания золотосодержащей руды (песков) при добыче. Иркутск, 1994.-265 с.

45. Назарчик, А.Ф. Разработка жильных месторождений / А.Ф. Назарчик, И.А. Олейников, Г.И. Богданов. М.: Недра, 1977. - 240 с.

46. Необутов, Г.П. Исследование формирования льдопородного закладочного массива при послойном намораживании пород / Г.П. Необутов, Г.П. Шкулев, В.П. Зубков // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. Новосибирск, 1998. - № 2. - С. 66-70.

47. Нестеренко, Г.Т. Методические указания по установлению размеров камер и целиков при камерных системах разработки руд цветных металлов / Нестеренко, Г.Т. и др.. Л.: ВНИМИ, 1972. - 82 с.

48. Павлов, A.M. Эффективная технология подземной разработки золоторудных жил малой мощности наклонного залегания (на примере Ирокиндинского месторождения) / A.M. Павлов // Вестник ИрГТУ. 2006. - № 2. -С. 20-21.

49. Петухов, И.А. Основные направления исследований в области сдвижения горных пород / И.А. Петухов //Сб.науч.тр. ВНИМИ, 1969. Вып. 72. - С. 10-18.

50. Правила технической эксплуатации рудников, приисков и шахт, разрабатывающих месторождения цветных, редких и драгоценных металлов. -М.: Недра, 1980.- 109 с.

51. Рафиенко, Д.И. Совершенствование разработки жильных месторождений/ Рафиенко Д.И. и др.. -М.: Наука, 1986.-216 с.

52. Рахимов, В.Р. Механические процессы в массиве горных пород при камерной системе разработки / В.Р. Рахимов. Ташкент: Фан УзССР, 1980. -198 с.

53. Рогинский, В.М. Проектирование и расчет железобетонной штанговой крепи / В.М. Рогинский. М.: Недра, 1971.- 80 с.

54. Руководство по определению безопасных объемов пустот, выбору и расчету изолирующих сооружений при подземное разработке рудных месторождений Киргизии. Фрунзе: Илим, 1976 . - 50 с.

55. Савенко, В.Ф.Ударные воздушные волны в подземных выработках / В.Ф. Савенко, А.А. Гуран, П.С. Малый. -М.: Недра, 1973. 152 с.

56. Сдвижение и разрушение горных пород / С.Д. Викторов, М.А. Иофис, С.А. Гончаров; Отв.ред. К.Н.Трубецкой. М.: Наука, 2005. - 277 с.

57. Слесарев, B.J1. Определение оптимальных размеров целиков различного назначения / B.JI. Слесарев. М.: Углетехиздат, 1948. -196 с.

58. Справочник по горнорудному делу / под. ред. В.А.Гребнюка, Я.С. Пыжель, И.Е.Ерофеева. М.: Недра, 1983. - 816 с.

59. Стаматиу, М. Расчет целиков на соляных рудниках / М. Стаматиу. М.: Госгортехиздат, 1963. - 148 с.

60. Технико-экономическая оценка извлечения полезных ископаемых из недр

61. М.И. Агошков и др.. М.: Недра, 1974. - 312 с.

62. Технология добычи руды из жильных месторождений Казахстана/ Ерга-лиев А.Е. и др.. Алма-Ата: Наука, 1974. - 238 с.

63. Технология разработки золоторудных месторождений./Под редакцией Не-ганова В.П. М. Недра. 1995. - 336 с.

64. Турчанинов, И.А. Основы механики горных пород / И.А. Турчанинов, М.А. Иофис, Э.В. Каспарьян. Д.: Недра, 1989.- 488 с.

65. Турчанинов, И.А. Тектонические напряжения в земной коре и устойчивость горных выработок / И.А. Турчанинов и др.. JL: Наука, 1978. - 256 с.

66. Указания по определению параметров процесса сдвижения, условий устойчивости земной поверхности и подработки горных выработок на Иро-киндинском месторождении / Акимов А.Г., Громов В.В. Санкт-Петербург, 2000.-39 с.

67. Указания по охране сооружений, природных объектов и горных выработок от вредного влияния подземных разработок на Березовском золоторудном месторождении Урала / Тарасенко В.И и др.. Иркутск, Ирги-редмет: 1983. - 60 с.

68. Хышиктуев, С.В. Сотрудничество Бурятского Управления по технологическому и экологическому надзору и ОАО «Бурятзолото» в деле обеспечения промышленной безопасности / С.В. Хышиктуев, В.И. Хайзик, A.M. Павлов // Горный журнал. 2004. - № 11. - С. 75-77.

69. Цитович, Н.А. Механика грунтов / Н.А. Цитович. М.: Высшая школа.-1983.-С. 74-75.

70. Цитович, Н.А. Механика мерзлых грунтов / Н.А. Цитович. М.: Высшая школа.- 1973.-С. 39-50.

71. Цыгалов, М.Н. Подземная разработка с высокой полнотой извлечения руд. -М.: Недра, 1985.-272 с.

72. Шевяков, JI. Д. О барьерных целиках при разработке месторождений с покидаемыми опорных столбами / JI. Д. Шевяков // Методы определения размеров опорных целиков и потолочин. М.: Изд-во АН СССР, 1962. -С. 73-78.

73. Юн, Р.Б., Аханов Т.М., Мальшакова Н.И. Повторная разработка наклонных залежей с закладкой выработанного пространства / Р.Б. Юн, Т.М.

74. Аханов, Н.И. Мальшакова // Горный журнал, «Цветные металлы», специальный выпуск. 2005. - С. 16-17.

75. Ялымов, Н.Г. Погашение пустот при подземной разработке руд / Н.Г. Ялымов. Фрунзе: Илим, 1979. -126 с.

76. Coates, D.F. Predictions and measurement of pillar stresser / D.F. Coates, A. Ignatieff. Canada Mining J.87. - 1966. - № 1. - pp. 50-56.