Обоснование параметров технологии закладки выработанного пространства при подземной отработке сильнонарушенных руд

Хубулов, Олег Юрьевич

Автореферат диссертации по теме "Обоснование параметров технологии закладки выработанного пространства при подземной отработке сильнонарушенных руд"

ХУБУЛОВ Олег Юрьевич

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ ЗАКЛАДКИ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА ПРИ ПОДЗЕМНОЙ ОТРАБОТКЕ СИЛЬНОНАРУШЕННЫХ РУД

Специальность 25.00.22 - «Геотехнология (подземная, открытая, строительная)»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 3 ИЮН 2011

ВЛАДИКАВКАЗ 2011

4851048

Работа выполнена на кафедре «Технология разработки месторождений» им. М.И. Агошкова Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета)

Научный руководитель:

Доктор технических наук, профессор Габараев Олег Знаурович

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Игнатов Виктор Николаевич

Кандидат технических наук, доцент Джанаев Махарбек Иванович

Ведущее предприятие: Московский государственный горный университет

Защита состоится 1 июля 2011 г. в 15-30 часов на заседании специализированного диссертационного Совета Д 212.246.02 при СевероКавказском горно-металлургическом институте (государственном технологическом университете) по адресу:

362021, РСО-Алания, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44,

факс. 407-105.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан 30 мая 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совет доктор техн. наук, проф.

М.В. Гегелашвили

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Для восполнения выбывающих мощностей и увеличения объемов добычи медно-никелевых руд на «Талнахском» и «Октябрьском» месторождениях развитие горных работ определяет вскрытие и подготовку новых горизонтов богатых руд, большая часть из которых залегает в сложных горно-геологических и горно-технических условиях. Вследствие этого, повышаются требования к технологии добычи полезного ископаемого и возникают проблемы в обеспечении безопасности ведения работ.

Технологии с закладкой выработанного пространства обеспечивают безопасную и эффективную эксплуатацию месторождений в этих условиях, однако высокая стоимость вяжущих и инертных заполнителей снижает экономическую эффективность применения твердеющей закладки. Обеспечить возрастающие объемы закладочных работ и снизить затраты на их производство возможно за счет разработки оптимальных параметров технологий погашения выработанного пространства и за счет применения составов закладочных смесей с использованием отходов производства, хвостов обогащения и металлургических шлаков.

В этой связи, разработка технологий закладки выработанного пространства, обеспечивающих ресурсосбережение и безопасность отработки мощных сильнонарушенных рудных тел, за счет повышения несущей способности закладочных массивов и снижения затрат на их возведение является важной и актуальной для горнорудной промышленности задачей.

Диссертация является частью завершенных научно-исследовательских работ по темам «Разработка и обоснование эффективных вариантов систем разработки при выемке руд в условиях рудника «Скалистый», №192-3538/06, «Использование отвальных породных хвостов ТОФ для закладки выработанного пространства рудников Талнаха», №010001230019.

Цель работы - обоснование рациональных параметров технологии закладки выработанного пространства на основе отходов медно-никелевого производства, обеспечивающих ресурсосбережение и безопасность при подземной разработке участков мощных пологопадающих залежей сильнонарушенных руд.

Идея работы - ресурсосбережение и безопасность подземной отработки сильнонарушенных руд с твердеющей закладкой выработанного пространства достигается за счет опережающей разгрузки по кровле рудного тела и размещением защитного слоя в местах наибольшей нарушея-ности рудовмещающего массива, с формированием закладочного массива с использованием отходов горнометаллургического производства.

Объект исследований - мощные сложноструктурные пологопа-дающие рудные тела - локализуются в условиях, которые целесообразно рассмотреть на примере Талнахского месторождения медно-никелевых РУД-

Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий: анализ и обобщение ранее выполненных исследований, теоретические и экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях. Обработка и анализ экспериментальных данных производилась методами математической статистики с реализацией на ЭВМ.

Научные положения, защищаемые в работе:

1. Основными факторами, оказывающими влияние на устойчивость обнажения искусственного массива, наряду с уровнем и характером распределения напряжений в его краевой части и механическими характеристиками, являются параметры геотехнологической схема работы этого участка: конструкция схемы очистных работ, размеры и прочность закладки защитного слоя.

2. С увеличением пролета выработанного пространства в окрестностях закладочного массива, при сплошной камерной системе разработки, увеличивается протяженность зоны опорного давления впереди очистных работ на 40-45 м, с максимумом 34 МПа в 10 м от фронта очистной выемки.

3. Повышение устойчивости элементов природно-техногенной системы «налегающие породы - рудовмещающий массив - массив из твердеющей закладки» при отработке запасов сильнонарушенных руд, обеспечивается технологиями сплошной камерной выемки с опережающей разгрузкой по кровле рудного тела и с размещением защитного слоя из высокомарочной твердеющей смеси прочностью не менее 3,5-4 МПа в местах наибольшей нарушенности рудовмещающего массива.

Научная новизна работы:

1. Выявлены закономерности изменения напряженно-деформированного состояния массива в зоне очистных работ при сплошных камерных системах разработки, в зависимости от механических свойств закладочного массива и порядка ведения работ, позволяющих обосновать параметры технологии закладки выработанного пространства.

2. Разработана методика расчета нормативной прочности твердеющей закладки, учитывающая влияние ограничения боковой поверхности закладочного массива.

3. Выполнено научное обоснование параметров, разработанных ресурсосберегающих технологии отработки сильнонарушенных руд с опережающей разгрузкой по кровле рудного тела и с размещением защитного слоя из высокомарочной твердеющей смеси в местах наибольшей нарушенное™ рудовмещающего массива.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается обобщением и использованием большого объема статистических данных по разработке рудных месторождений, применением современных методов исследований, достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований с результатами опытно-промышленных работ при надежности не менее 90 %, внедрением технологии в производство на руднике «Скалистый» Заполярного филиала ОАО «ГМК «Норильский никель».

Научное значение работы состоит в раскрытии и обосновании взаимосвязей, определяющих эффективность и параметры технологии закладки выработанного пространства отходами медно-никелевого производства, при отработке участков руд в зонах интенсивных тектонических нарушений.

Практическое значение работы состоит в разработке рациональных параметров технологии закладки выработанного пространства отходами медно-никелевого производства, обеспечивающих ресурсосбережение и безопасность отработки мощных сильнонарушенных рудных тел подземным способом. Результаты исследований могут быть использованы действующими горно-рудными предприятиями, научно-исследовательскими и проектными организациями.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при составлении проекта на отработку запасов руд на первоочередном участке рудника «Скалистый» Заполярного филиала ОАО «ГМК «Норильский никель» с ожидаемым экономическим эффектом более 12 млн. р./г. Результаты теоретических исследований использованы в учебном процессе СКГМИ (ГТУ) при подготовке специалистов в области подземной геотехнологии.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на: Международных научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2007 - 2010 гг.); V Всероссийской научно-практической конференции «Горно-металлургический комплекс России: состояние, перспективы развития» (Владикавказ, 2007г.); VII Международной конференции «Устойчивое развитие горных территорий в условиях глобальных изменений» (Владикавказ, 2010 г.); НТС ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» (Норильск, 2010 г.); на ежегодных НТК СКГМИ (ГТУ) (Владикавказ, 2006 - 2011 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 135 с. машинописного текста, содержит 60 рис., 9 табл., список литературы из 137 наименований и 1 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Сложнострукхурные месторождения отличаются неблагоприятными условиями разработки в силу своего происхождения. Развитие горных работ еще более ослабляет устойчивость массивов с достижением максимальных значений напряженности при погашении пустот. В результате развития инженерно-геологических явлений в массиве вокруг выработок возникают зоны трещиноватости или нарушенное™ пород, характеризующиеся резким снижением прочности или ослаблением приконтурных пород. Такие условия характерны для отработки месторождений «Гай-ское», «Талнахское», «Учалинское», «Североуральское», «Октябрьское», «Верхнекамское», «Стрельцовское», «Новоберезовское», «Маныбайское», «Малеевское», «Орловское», «Левак», «Хорн», «Локербай», «Керетти», «Маунт Айза», «Кобор» и др.

б

Анализ опыта подземной разработки запасов руд в зонах природной и техногенной нарушенное™, высокого горного давления сводится к следующему: технологии с закладкой выработанного пространства являются средством перераспределения напряжений в рудовмещающем массиве; дальнейшее увеличение объемов закладочных работ ограничивается значительным расходом дорогостоящих вяжущих в составе закладочных смесей, затраты на закладку выработанного пространства достигают до 30% от себестоимости добычи руды; использование хвостов обогатительных фабрик, котельных и металлургических шлаков для приготовления закладочных смесей позволяет снизить затраты на закладочные работ; технологии разгрузки горных пород от повышенных напряжений опережающей выемкой слоев по почве или по кровле залежей является перспективным способом управления состоянием массива; отработка запасов в прираз-ломных зонах требует безопасного ведения работ путем обеспечения устойчивости налегающей толщи пород, рудовмещающего и закладочного массивов в рамках единой геомеханической системы.

Вопросы теории и практики управления состоянием массива горных пород, а также технологии формирования закладочных массивов при разработке месторождений полезных ископаемых исследованы в трудах академиков М.И. Агошкова, И.И. Айнбиндера, Б.П. Бадгиева, Д.М. Бронникова, 0.3. Габараева, Ю.П. Галченко, В.И. Голика, Н.Ф. Замесова, В.Н, Игнатова, М.А. Иофиса, К.Г. Каргинова, Д.Р. Каплунова, В.Н. Калмыкова, Е.А. Котенко, В.П. Кравченко, Л.А. Крупника, Г.Г. Ломоносова, А.Н. Монтяновой, М.В. Рыльниковой, И.Н. Савича, А.П. Тапсиева, А.Л. Требу-кова, К.Н. Трубецкого, В.И. Хомякова, М.Н. Цыгалова, В.А. Шестакова и др.

Анализ современного состояния теории и практики разработки мощных месторождений полезных ископаемых тектонически-нарушенных руд и в условиях высокого горного давления позволяет выделить в качестве перспективного способа управления состоянием рудовмещающего массива технологии с погашением выработанного пространства закладкой различного состава и несущей способности. При этом проблема оптимизации способов управления горным давлением сводится к установлению адекватной зависимости между параметрами технологий, затратами на добьгчу руды и последствиями разработки. Однако, несмотря

на имеющийся опьгг и ряд новых технологических решений, способы управления состоянием рудовмещающего массива нуждаются в совершенствовании. Поэтому разработка способов управления состоянием рудовмещающего массива при отработке сильнонарушенных руд и обоснование оптимальных технологических параметров закладки выработанного пространства отходами горно-металлургического производства - важная и актуальная задача.

Поставленная цель и идея работы позволили сформулировать следующие задачи исследований:

1. Исследование закономерностей поведения массива тектонически-нарушенных руд при техногенном вмешательстве.

2. Оценка напряженно-деформированного состояния массива из твердеющей закладки с учетом блочного строения рудовмещающего массива.

3. Определение устойчивости обнажений массива из твердеющей закладки при различных параметрах нагружения.

4. Выявление механизма влияния порядка ведения очистных работ на несущую способность массива из твердеющей закладки.

5. Разработка и обоснование ресурсосберегающих и безопасных вариантов подземной отработки участков сильнонарушенных руд с низким эксплуатационными затратами на закладочные работы.

6. Опытно-промышленная проверка предложенных технологических решений и их технико-экономическая оценка.

Задачи исследований решались применительно к условиям Талнах-ского месторождения медно-никелевых руд в поле рудника «Скалистый» Заполярного филиала ОАО «ГМК «Норильский никель». На первоочередном участке отработки конфигурация рудной первой Северной залежи (рис.1) обусловлена синклинальной структурой в приразломной части массива. В поперечном сечении залежь имеет линзовидную форму с достаточно резким уменьшением мощности в направлении восточного, северного и южного флангов. На западе наблюдается выклинивание рудного тела вблизи главного шва Норильско-Хараелахского разлома.

Для инженерно-геологического районирования месторождения проведены комплексные исследования, включающие исследование трещино-ватости массива с построением вариационных кривых и диаграмм плотно-

стей трещин, определение размеров структурных блоков и модулей тре-щиноватости и определение коэффициента ослабления пород.

Полученные результаты показали, что массив горных пород в пределах залежи необходимо рассматривать как дискретную среду, сложенную блоками по меньшей мере пяти порядков, отличающимися размерами, геометрией, сцеплением по границам раздела и характером напряженного состояния блоков; деформационные процессы протекающие в ранее заложенном пространстве увеличивают трещиноватость рудовмещающего массива, тем самым снижая прочность пород вблизи отработанного пространства и тектонических нарушений; более 35% массива сплошных сульфидных руд будут вскрываться вдоль тектонических нарушений в зонах интенсивной трещиноватости и на контактах пород.

Рис. 1. Схема расположения залежей Исследования показали, что вер-

С-1 и С-2 рудника «Скали-

тикальная составляющая естественно-

стыи»

го поля напряжений в рудовмещаю-щем массиве, вызванная гравитационными силами будет возрастать с юга на север и изменяться от 20 до 40 МПа. Горизонтальная составляющая при коэффициенте бокового распора, который, по аналогии с другими рудниками Талнаха, составляет 0,4 - 0,8, может изменяться от 10 до 30 МПа

Проектом института «Норильскпроект» для отработки богатых и медистых руд на первоочередном участке предусматривается применение слоевых систем разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями, однако высокая стоимость твердеющей закладки для погашения выработанного пространства явилось основным сдерживающим фактором широкого его использования.

Для обоснования рациональных параметров технологии закладки выработанного пространства нами выполнен комплекс исследований по оценки напряженно-деформированного состояния залежи С-1 для различных этапов ее отработки.

В результате установлено, что рудовмещающий массив имеет весьма неравномерное распределение напряжений и деформаций: зоны сжатия чередуются с зонами растяжений как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях. Это создает условия для неравномерного распределения опорного давления и деформаций оседания разрабатываемого массива впереди очистного фронта. При неуправляемом поведении толщи налегающих пород это может приводить к трудно прогнозируемым последствиям, в первую очередь в зоне очистных работ. Установлено, что при принятом порядке ее отработки напряженное состояние изменяется мало, взаимовлияния горных работ между широтной и меридиональной отработкой не наблюдается. Однако, с увеличением площади выработанного пространства (рис.2) зона повышенного горного давления ау/уН>1,2 возрастает с 14 м до 31 м, что отразится на напряженном состоянии в плоскостях откаточного и вентиляционного горизонтов с горными выработками.

Дальнейшее развитие очистных работ неизбежно приведет к формированию зон повышенного горного давления на различных участках отработки залежи. На этих участках создаются условия опасности динамических проявлений горного давления при проведении и поддержании нарезных и очистных выработок.

Определение параметров поля напряжений выполнялось методом каротажа скважины и численным моделированием методом конечных элементов. Для оценки достоверности численного анализа использовались

Рис. 2. Прогнозная карга напряженного состояния рудной залежи С-1

данные наблюдений ВНИМИ за сдвижениями подработанного массива и результаты определения давления в закладочном массиве.

На рис. 3 показано распределение давления на кровлю закладочного массива в широтном направлении в зависимости от расстояния расчетных точек закладочного

массива выработанных рйсз Зависимость давления налегающих пород на за-пространств рудника кладочный массив от расстояния до забоя

«Скалистый». Расчетные точки выбраны в соответствии с выделенными

выше зонами геомеханического состояния закладочного массива.

Максимальные значения коэффициента концентрации напряжений (Кн) в закладочном массиве равны: /Сг=1,15 на расстоянии Ы/Н= 0,58 при у=10%, и #„=1,2 на расстоянии !/#= 0,85 при у=2%.

Вертикальная составляющая горного давления в искусственном массиве линейно возрастает по мере удаления от его обнажения к центру выработанного пространства (рис. 4). В центре выработанного пространства её величина достигает значения уН.

Увеличение пролета выработанного пространства сопровождается незначительным ростом расслоения пород, расположенных выше этой отслоившейся толщи. Исследования показали, что с увеличением пролета выработанного пространства увеличивается протяженность зоны опорного давления впереди очистного фронта. При пролете выработанного пространства до 48 м опорное давление распространяется впереди забоя на

- 1,4

а р

п .3?

й Й

& "

Б х

?! I

Ц 0,4

-е- 2

0

■..... 1

............-I"------- _________I. ....

|

----------1..............-

г У \ 1 ■ з&в !| 1 Щ

ЩЛ ру». /ШШ ш 1 Ц Щ |Ц

,_ 1лтв 1 Я И

* Ьш Расстояние ©г бсганиого обнажения (ЦХ м —-4

I

Рис. 4. Распределение напряжений в окрестности очистной выработки £,„„ Ьр, /„, - ширина зон опорного давления, разгрузки, упругого и пластического

40-45 м с максимумом (34 МПа) в 10 м от фронта очистной выемки.

Закладочный массив до момента обнажения любой из поверхностей находится в условиях объемного сжатия под действием собственного веса и пригрузки, создаваемой вышележащими горными породами. На рис. 5 представлена физико-механическая модель разрушения закладочного мае- 1

Подвергнутую силовому воздействию приконтурную часть закладочного массива, расположенную в обнажении горной выработки, можно рассматривать как балку единичной толщины, к центру которой приложена нагрузка Р„р. Сжатие закладочного массива сопровождается повышением его прочности в соответствии с зависимостью

<Заеф=<5(,+К„Х), (1)

I

где <тщ - прочность деформированного закладочного массива на сжатие после нагружения его горным давлением, МПа; а0 - предел прочности закладочного массива на сжатие до нагружения, МПа; Ки - ( коэффициент пропорциональности, зависящий от состава и влажности закладочного массива; о - коэффициент компрессии.

На рис. 6 приведены графики, показывающие влияние компрессионных свойств твердеющей закладки на распределение вертикальной составляющей горного давления в зоне разгрузки.

После обнажения любой из поверхностей закладочного массива происходит перераспределение действующих в нем напряжений. Давление, создаваемое весом закладочного массива и пригрузкой вышележащих пород, сосредоточивается вдоль обнаженной поверхности, работая на отрыв материала закладочного массива, расположенного вблизи обнаженной ' поверхности от ее основной части. Если напряжения на контуре превы-

сива.

Рис. 5. Модель разрушения закладочного массива в обнажениях горных выработок (на рис. указан состав закладочной смеси: АЩЦ - ангидрит + щебень + цемент; ЩХЦ -щебень + хвосты обогащения + +цемент; цифры обозначают ма-рочность закладочного массива)

шают предел прочности закладочного массива, то происходит разрушение стенок горных выработок, состоящих из закладочного массива. Поскольку разрушение закладочного массива происходит под действием растягивающих компонент тензора напряжений, то основной характеристикой прочности, определяющей устойчивость вертикального обнажения стенок горных выработок, является предел прочности на растяжение.

t о,ь

•■ - . "*

v: .....

О 0,2 0,4 0,6 0,8

1 Относительное расстояние до забояДл/Н

Рис. 6. Изменение давления на закладочный массив в зависимости от расстояния до забоя и компрессионных свойств закладки при коэффициентах компрессии 2 и 10 %

Предельное значение нагрузки РХ=РЩ для вертикального обнажения, после которой балка разрушается, рассчитывают по формуле " г.-

, МПа

(2)

где Р„р - предельное значение тензора напряжений, МПа; ср - предел прочности закладочного массива на растяжение, МПа; В - ширина обнажения закладочного массива, м; а - толщина балки, м.

Для сохранения целостности балки вертикального обнажения необходимо, чтобы нагрузка Рх не превышала предельного значения нагрузки Рщ,, рассчитанного по формуле 2, при котором происходит разрушение балки:

Рх<Рпр

(3)

Из формул (2) и (3) следует, что неразрушение приконтурной поверхности закладочного массива в обнажении обеспечивается при условии

о- г^-^хЮ^МПа (4)

' В-а1

На рис. 7 показаны графики зависимости прочности от времени твердения бетонов для традиционных составов закладочных смесей на ангидрита очнлаковой и проектных на шлаково-хвостовой основе марки МЗО

полученных по данным лабораторных исследований. «т

5.

I ,

шхцмзо

АШЦЩ-30

03 7 20 28 40

во во юо

Время, сутки

120

т

160

180

Рис. 7. Зависимость прочности от времени твердения для закладочных составов МЗО

Краевая часть закладочного массива, непосредственно примыкающая к очистным выработкам и формирующая в них вертикальные обнажения, подвергается нагрузке, обусловленной лишь собственным весом закладочной смеси, и не воспринимает дополнительных пригрузок со стороны налегающих пород. Вместе с тем, существенное влияние на устойчивость вертикальных обнажений оказывает механическая схема нагру-жения краевой части закладочного массива, основной особенностью которой является залрещённость деформации всех её поверхностей за исключением обнажённой поверхности. Влияние этого фактора было учтено путём введения в формулу для расчёта нормативной прочности коэффициента, учитывающего ограничение деформации боковой поверхности К0.в.д~-

К.

о„=-

(5)

где <та. нормативная прочность закладки; К, — коэффициент запаса прочности. ог — действующая вертикальная составляющая напряжений у

обнажения; 10, — коэффициент длительной прочности; К0.бл - коэффициент, учитывающий влияние ограничения деформации боковой поверхности на уровень нормативной прочности.

На рис. 8 показана графическая зависимость этого коэффициента от относительной высоты обнажения для базового АШЩЦ и проектного 1ПХЦ составов, полученная по результатам лабораторных испытаний опытных образцов в одометрах с неполной боковой поверхностью.

Исследования устойчивости обнажений массива из твердеющей закладки при различных параметрах нагружения проводились на моделях из эквивалентных материалов. В ходе эксперимента имитировались условия нагружения закладочного массива в краевой части при сплошных камерных

■Ь

ни

ч\ ч \

«д

%4

0,8

I У

• жида

Рис. 8. Зависимость коэффициента К„ма от относительной высоты обнажённой поверхности опытных образцов закладки

системах разработки, определялась нагрузка, при которой происходило разрушение эквивалентного материала (рис. 9-12).

Рис. 9. Фото модели до начала нагружения (Р=0)

Рис.10. Фото модели при нагрузке Р=1,20 МПа спустя 7 минут после начала разрушения

Рис. 11. Фото модели при нагрузке Рис. 12. Фото модели после извлечения Р=1,53 МПа спустя 9 минут из стенда ее разрушенных эле-

после начала разрушения ментов

Наблюдения за динамикой разрушения обнажённой поверхности модели показали, что в первую очередь разрушалась малопрочная закладка в нижних слоях обнажения. Зона разрушения по завершении процесса приобрела форму трёхгранной призмы с вершиной, расположенной в глубине модели и основанием - в плоскости, в которой находилась обнажённая поверхность эквивалентного материала до её разрушения. Вверху модели сохранилась пачка слоёв высокомарочной закладки М100 мощностью 6,0 м. Максимальная глубина разрушения составила 7,1 м место непосредственно под сохранившейся пачкой высокомарочной закладки на высоте 14 м от почвы.

Исследования закономерностей поведения массива тектонически-нарушенных руд при техногенном вмешательстве позволили разработать варианты сплошной камерной системы (рис. 13), позволяющие регулировать уровень напряжений и деформаций для целенаправленного использования высвобождающейся в ходе работ энергии для повышения устойчивости элементов геомеханической системы «нетронутый массив — нарушенный массив — искусственный массив».

Основу рекомендуемых технологий отработки составляют варианты I систем разработки, основные принципы конструирования которых заключаются в следующем: ведение очистных работ сплошным фронтом как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, с минимальным разрушающим воздействием на массив производственными процессами по вы- I емке руды; создание защитного слоя из высокомарочной твердеющей сме- | си в местах наибольшей нарушенности рудовмещающего массива и наи-

больших напряжений; наиболее полное заполнение по всему периметру очистных камер закладочной смесью.

сооружением защитного слоя по верхнему контакту рудного тела: а) подработкой по почве рудного тела и с отработкой запасов восходящими веерами скважин; б) с подработкой и закладкой высокомарочной смесью в местах наибольшей нарушенносги рудовмещающего массива в) с отработкой нисходящими скважинами

Очистные работы ведутся под защитным перекрытием, создаваемым путем опережающей выемкой защитного слоя по верхнему контакту рудного тела в сплошном порядке. Отработку основных запасов камеры ведут

на высоту до 20м при ширине камеры до 8м. Последовательность ведения работ по отработке запасов заключается в проходке разрезного штрека по нижнему контакту руды с последующим расширением подсечки до 8 метров, высотой не более 3,5-4м. Бурение взрывных скважин осуществляют, параллельным или веерным комплектами, с соблюдением условий расположения скважинных зарядов, на расчетном расстоянии от искусственной кровли и боков камеры.

Очистное пространство при отработке камер заполняют закладкой М 30-40, очистное пространство защитного слоя и зон наибольшей нару-шенности рудовмещающего массива - высокомарочной твердеющей смесью М80-100, с нормативной прочность не менее 3,5-4 МПа в возрасте 28 суток. Нормативную прочность для остальных обнажений рассчитывают по разработанной методике. Показатели нормативной прочности представлены в таблице 1.

Таблица 1

Нормативная прочность закладки в вертикальных обнажениях

Высота вертикальной стенки, м Коэффициент запаса прочности Коэффициенты К<,6д для составов: Нормативные прочности закладки в вертикальных обнажениях для составов

А1ШЦЦ30 ШХЦЗО АШЩЦ30 ШХЦЗО

10 2,53 2,2 2,9 1,0 0,78

20 2,43 2,0 2,3 1,5 0,95

30 2,43 1,5 1,7 2,0 1,28

40 и более 2,43 1,01 М 2,5 1,99

Расширение области применения разработанных вариантов сплошной камерной выемки при отработке сильнонарушенных руд достигается путем увеличения податливости защитного слоя, придания наклона рудной стенки очистного слоя в сторону нетронутого массива под углом 6570°, заоткоски боков очистного слоя согласно углу падения нарушения с отбойкой зоны дробления, оформления очистного слоя за границами разрывного нарушения или оставления слоя руды мощностью не менее 3 м с последующей его отработкой очистными слоями смежной ленты.

Разработанная технология позволяет создавать прочные массивы в местах наибольшей нарушенности рудовмещающего массива и наиболь-

ших напряжений местах и менее прочные во внутренних зонах закладочного массива.

Использование в опытно-промышленных условиях разработанных вариантов сплошной камерной системы обеспечило снижение затрат на закладку выработанного пространства за счет замены до 25-30% объема высокомарочной твердеющей смеси М80-100 на анщдрито-шлаковой основе на более дешевые малопрочные составы М30-40 шлако-хвостововой основе, повышение интенсивности ведения очистных работ и производительности труда в среднем на 12-15% и сохраненить качественные показатели добычи на достигнутом уровне.

Оценку эффективности применения рекомендуемых вариантов систем разработки с закладкой выработанного пространства производим на основе критерия удельной прибыли за расчетный период времени по общепринятой методике. Результаты сравнительной экономической оценки базовой и рекомендуемых технологий отработки приведены в табл. 2.

Таблица 2

Технико-экономические показатели вариантов систем разработки

Наименование показателей Вариант слоевой системы разработки с опережающей разгрузкой по кровле (базовый вариант) Рекомендуемые варианты кам мы разработки с сооружение» слоя по верхнему кош-акту р. ерной систе-1 защитного одного тела

с отработкой запасов восходящими веерами скважин с подработкой в местах наибольшей на-рушенности массива с отработкой запасов нисходящими веерами скважин

Потери руды при добыче, % 2,0 3,0 2,8 3,0

Разубоживание руды, % 12,6 15,5 15,0 15,7

Производительность труда м /чел. смену в т.ч.:

проходческие работы 11,1 14,3 14,3 14,3

нарезные работы 22,6 22,9 22,8 22,9

очистные работы 70,7 88,37 82,6 85,4

по системе 34,5 43,12 41,2 42,6

Расход закладки М80-100 на 1т, м3/т 0,14 0,07 0,09 0,07

Расход закладки М30-40 на 1т, м3/т 0,1 0,17 0,15 0,17

Применение рекомендуемых вариантов систем разработки при выемке балансовых запасов руды в пределах одной выемочной единицы-панели (120x60x15) в объеме 446040 м3 по сравнению с базовой технологией позволит получить экономический эффект в размере 3,7 - 15,3 млн. руб. в зависимости от применяемых вариантов технологий очистной выемки, за счет снижения затрат на закладочные работы и повышение интенсивности ведения очистных работ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся законченной квалификационной работой, дано решение актуальной научно-технической задачи обоснования рациональных параметров технологии закладки выработанного пространства при подземной отработке участков мощных пологопадающих залежей сильнонарушенных руд, имеющей важное научное и практическое значение для экономики горнорудной промышленности страны.

Основные научные и практические результаты, выводы и рекомендации заключаются в следующем:

1. Установлено, что массив горных пород в пределах залежи представляет собой неоднородную среду, сложенную системой взаимодействующих блоков различных порядков и величин, ограниченных разрывными нарушениями, представленными сместителями с зеркалами скольжения и заполненными вторичным дробленным материалом.

2. Выявлено, что элементы залегания региональных разломов определяют пространственную ориентацию нарушений более высоких порядков и основных систем трещин. Наибольшая нарушенность отмечается в кровле сплошных руд и в габбро-долеритах приконтактной зоны, где значения коэффициента Кн менее 0,15.

3. Определено, что вертикальная составляющая естественного поля напряжений в рудовмещающем массиве, вызванная гравитационными силами будет возрастать с юга на север и изменяться от 20 до 40 МПа. Горизонтальная составляющая при коэффициенте бокового распора, который составляет 0,4 - 0,8, может изменяться от 10 до 30 МПа.

4. Выявлено, что с увеличением пролета выработанного пространства в окрестностях закладочного массива увеличивается протяженность зо-

ны опорного давления впереди фронта очистных работ. При пролете выработанного пространства до 48 м опорное давление распространяется впереди очистного забоя на 40-45 м с максимумом 34 МПа в 10 м от фронта очистной выемки.

5. Установлено, что основными факторами, оказывающими влияние на устойчивость обнажения искусственного массива, наряду с уровнем и характером распределения напряжений в его краевой части и механическими характеристиками, являются параметры геотехнологической схема работы этого участка: конструкция схемы очистных работ, размеры и прочность закладки защитного слоя.

6. Выявлено, что при использовании сплошных камерных систем разработки в краевой части закладочного массива образуется прямоугольная призма, боковая грань которой представляет собой обнажение закладки в очистной выработке, устойчивость которой определяется условием неразрушения упомянутой призмы в закладочном массиве.

7. Разработана методика расчета нормативной прочности твердеющей закладки, учитывающая влияние ограничения боковой поверхности закладочного массива.

8. Моделированием процессов деформирования и разрушения закладочного массива в вертикальных обнажениях, проведенное на моделях из эквивалентных материалов установлено, что после приложения нагрузок в первую очередь разрушается малопрочная закладка в нижних слоях обнажения.

9. Определено, что нормативная прочность твердеющей закладки дифференцируется в интервале 0,5-4,0 МПа в зависимости от параметров напряженного состояния рудовмещающего и искусственного массивов, при этом при переходе на проектные закладочные смеси шлаки-хвосты-цемент за счет более их высоких компрессионных свойств уровень нормативной прочности закладки в вертикальных обнажениях снижается на 0,20,5 МПа

10. Разработаны варианты сплошной камерной выемки с опережающей разгрузкой по кровле рудного тела и с размещением защитного слоя из высокомарочной твердеющей смеси в местах наибольшей нарушенности рудовмещающего массива, обеспечивающие повышение устойчивости элементов природно-техногенной системы «налегающие породы - рудов-

мещающий массив - выработанное пространство, заполненное закладочной смесью» при подземной разработке запасов сильнонарушенных руд.

11. Доказано, что рекомендуемые варианты сплошной камерной системы разработки снижают затраты на закладку выработанного пространства за счет замены до 25-30% объема высокомарочной твердеющей смеси М80-100 на ангидрито-шлаковой основе на более дешевые малопрочные составы М30-40 на шлако-хвостововой основе, повышают интенсивность очистных работ на 12-15%, при сохранение качественных показателей добычи на достигнутом уровне.

12.Установлено, что применение рекомендуемых вариантов систем разработки при выемке балансовых запасов руды в пределах одной выемочной единицы-панели в объеме 446040 м3 по сравнению с базовой технологией позволит получить экономический эффект в размере 3,7-153 млн. руб. в зависимости от применяемых вариантов технологий очистной выемки.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

в издании рекомендованном ВАК РФ

1. Хубулов О.Ю. Аналитический метод определения предела прочности закладочного массива в обнажениях горных выработок // Горный журнал, 2010. - №6. - С. 78-82.

2. Хубулов О.Ю. Совершенствование технологии производства закладочных работ на рудниках ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» // Горный журнал, 2010. -№6. - С. 82-84.

3. Анушенков А.Н., Усков В.А., Артеменко Ю.В., Хубулов О.Ю. Увеличение производительности существующих закладочных комплексов на рудниках ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» // Горный журнал, 2010. -№6.-С. 85-87.

4. Аршавстй В.В., Хуцишвили В.И., Бадтиев Б.П., Баскаев П.М., Нафталь М.Н., Малинин А.М., Хубулов О.Ю. Способ приготовления закладочной смеси // Патент RU 2383743 С1, МПК, E21F 15/00, опубликованный 10.03.2010.

5. Малинин A.M., Хуцишвили В.И., Хубулов О.Ю. Состояние и перспективы закладочных работ Талнахских рудников // Цветные металлы, 2007.-№7.-С. 13-15.

в прочих изданиях

6. Габараев О.З., Хубулов О.Ю., Петрова О.В. Технологии выемки богатых руд с предварительным созданием сплошных защищенных зон. Устойчивое развитие горных территорий в условиях глобальных изменений. Материалы VII Международной конференции. Владикавказ, 2010. -С. 320-325.

7. Габараев 0.3., Хубулов О.Ю., Петрова О.В. Технологические схемы отработки запасов сильноразрушенных руд в условиях высокого горного давления. Устойчивое развитие горных территорий в условиях глобальных изменений. Материалы VII Международной конференции. Владикавказ, 2010. - С. 326-331.

8. Хубулов О.Ю. Опыт использования хвостов обогащения для приготовления закладочных смесей. Горно-добывающий комплекс России: состояние, перспективы развития. Материалы V Всероссийской научно-практической конференции. Владикавказ, 2007. -С.60-69.

9. Сабанов Н.А., Хубулов О.Ю. Способы повышения качества закладочных смесей. Горно-добывающий комплекс России: состояние, перспективы развития. Материалы V Всероссийской научно-практической конференции. Владикавказ, 2007. - С.108-126.

Сдано в набор 27.05.11 г., подписано в печать 30.05.11 г. Гарнитура Times. Печать трафаретная. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 143.

Типография ООО НПКП «МАВР», Лицензия Серия ПД №01107 362040, г. Владикавказ, ул. Августовских событий, 8, тел. 44-19-31

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Хубулов, Олег Юрьевич

Введение

1. Анализ технологии закладки выработанного пространства при 9 разработке сильнонарушенных руд

1.1. Структурные особенности строения месторождения

1.2. Опыт отработки запасов сильнонарушенных руд системами разработки с закладкой выработанного пространства

1.3. Анализ технологии отработки запасов руд на руднике «Скалистый»

1.4. Цель, задачи и методы исследований

2. Исследование закономерностей поведения рудовмещающего массива при техногенном вмешательстве

2.1. Структурные особенности строения месторождения

2.2. Определение нарушенное™ месторождения 34 2.3 Влияние трещиноватости массива на устойчивость обнажений

2.4. Анализ геомеханической обстановки

2.5. Прогнозная оценка напряженного состояния залежи с учетом блочного строения массива

2.6. Методы оценки напряженно-деформированного состояния подрабатываемого массива

2.7. Исследование закономерностей распределения давления на кровлю закладочного массива 47 Выводы

3. Обоснование параметров технологии закладки выработанного пространства отходами медно-никелевого производства

3.1. Влияние уровня нормативных требований к прочности закладки в обнажениях на интенсивность ведения горных работ

3.2. Исследования напряженно-деформированного состояния закладочного массива.

3.3. Давление на закладочный массив

3.4. Исследования устойчивости обнажений массива из твердеющей закладки при различных параметрах нагружения

3.5. Разработка методики расчета нормативной прочности закладочного массива с учетом состава закладочной смеси и характеристики горной выработки

3.6. Рекомендуемые варианты сплошной камерной системы разработки 95 Выводы 101 Разработка рекомендаций по внедрению разработанных технологических решений при отработке запасов на руднике «Скалистый»

4.1. Опытно-промышленная проверка результатов исследований

4.2. Определение нормативной прочности твердеющей закладки

4.3. Технико-экономическое обоснование и сравнительный анализ существующей и предлагаемой технологи разработки 112 Выводы 115 Заключение 117 Литература 120 Приложения

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование параметров технологии закладки выработанного пространства при подземной отработке сильнонарушенных руд"

Технологии с закладкой выработанного пространства обеспечивают безопасную и эффективную эксплуатацию месторождений в этих условиях, однако высокая стоимость вяжущих и инертных заполнителей снижает экономическую эффективность применения твердеющей закладки. Обеспечить возрастающие объемы закладочных работ и снизить затраты на их производство возможно за счет разработки оптимальных параметров технологий погашения выработанного пространства и за счет применения составов закладочных смесей с использованием отходов производства, хвостов обогащения и металлургических шлаков.

В этой связи, разработка технологий закладки выработанного пространства, обеспечивающих ресурсосбережение и безопасность отработки мощных сильнонарушенных рудных тел, за счет повышения несущей способности закладочных массивов и снижения затрат на их возведение является важной и актуальной для горнорудной промышленности задачей.

Диссертация является частью завершенных научно-исследовательских работ по темам «Разработка и обоснование эффективных вариантов систем разработки при выемке руд в условиях рудника «Скалистый», №192-3538/06, «Использование отвальных породных хвостов ТОФ для закладки выработанного пространства рудников Талнаха», № 010001230019.

Цель работы - обоснование рациональных параметров технологии закладки выработанного пространства на основе отходов медно-никелевого производства, обеспечивающих ресурсосбережение и безопасность при подземной разработке участков мощных пологопадающих залежей сильнонарушенных руд.

Идея работы — ресурсосбережение и безопасность подземной отработки сильнонарушенных руд с твердеющей закладкой выработанного пространства достигается за счет опережающей1 разгрузки по кровле рудного тела и размещением защитного слоя в местах наибольшей нарушенности рудовмещающего массива, с формированием закладочного массива с использованием отходов горнометаллургического производства.

Объект исследований - мощные сложноструктурные пологопадающие рудные тела - локализуются в условиях, которые целесообразно рассмотреть на примере Талнахского месторождения медно-никелевых руд.

Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий: анализ и обобщение ранее выполненных исследований, теоретические и экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях. Обработка и« анализ экспериментальных данных производилась методами математической статистики с реализацией на ЭВМ.

Научные положения, защищаемые в работе:

1. Основными факторами, оказывающими влияние на устойчивость обнажения искусственного массива, наряду с уровнем и характером распределения напряжений в его краевой части и механическими характеристиками, являются параметры геотехнологической схема работы этого участка: конструкция схемы очистных работ, размеры и прочность закладки защитного слоя.

2. С увеличением пролета выработанного пространства в окрестностях закладочного массива, при сплошной камерной системе разработки, увеличивается протяженность зоны опорного давления впереди очистных работ на 40-45 м, с максимумом 34 МПа в 10 м от фронта очистной выемки.

3. Повышение устойчивости элементов природно-техногенной системы «налегающие породы — рудовмещающий массив - массив из твердеющей закладки» при отработке запасов сильнонарушенных руд, обеспечивается технологиями сплошной камерной выемки с опережающей разгрузкой по кровле рудного тела и с размещением защитного слоя из высокомарочной твердеющей смеси- прочностью не менее 3,5-4 МПа в местах наибольшей нарушенности рудовмещающего массива.

Научная новизна работы:

1. Выявлены закономерности изменения напряженно-деформированного состояния массива в зоне очистных работ при сплошных камерных системах разработки, в зависимости от механических свойств закладочного массива и порядка ведения работ, позволяющих обосновать параметры технологии закладки выработанного пространства.

2. Разработана методика расчета нормативной прочности твердеющей закладки, учитывающая влияние ограничения боковой поверхности закладочного массива.

3. Выполнено научное обоснование параметров, разработанных ресурсосберегающих технологии отработки сильнонарушенных руд с опережающей разгрузкой по кровле рудного тела и с размещением защитного слоя из высокомарочной твердеющей'смеси в местах наибольшей нарушенности рудовмещающего массива.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается обобщением и использованием большого объема статистических данных по разработке рудных месторождений, применением современных методов исследований, достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований с результатами опытно-промышленных работ при надежности не менее 90 %, внедрением технологии в производство на руднике «Скалистый» Заполярного филиала ОАО «ГМК «Норильский никель».

Научное значение работы состоит в раскрытии и обосновании взаимосвязей, определяющих эффективность и параметры технологии закладки выработанного пространства отходами медно-никелевого производства; при отработке участков руд в зонах интенсивных тектонических нарушений.

Практическое значение работы состоит в разработке рациональных параметров технологии закладки выработанного пространства отходами медно-никелевого производства, обеспечивающих ресурсосбережение и безопасность отработки мощных сильнонарушенных рудных тел подземным способом. Результаты исследований могут быть использованы действующими горно-рудными предприятиями, научно-исследовательскими и проектными организациями.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при составлении проекта на отработку запасов руд на первоочередном участке рудника «Скалистый» Заполярного филиала ОАО «ГМК «Норильский никель» с ожидаемым экономическим эффектом более 12 млн. р./г. Результаты теоретических исследований использованы в учебном процессе СКГМИ (ГТУ) при подготовке специалистов в области подземной геотехнологии.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на: Международных научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2007 - 2010 гг.); V Всероссийской научно-практической конференции «Горно-металлургический комплекс России: состояние, перспективы развития» (Владикавказ, 2007г.); VII Международной конференции «Устойчивое развитие горных территорий в условиях глобальных изменений» (Владикавказ, 2010 г.); НТС ЗФ ОАО «ГМК

Норильский никель» (Норильск, 2010 г.); на ежегодных НТК СКГМИ (ГТУ) (Владикавказ, 2006 - 2011 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.

Обьем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 134 с. машинописного текста, содержит 60 рис., 9 табл., список литературы из 137 наименований и 1 приложения.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Хубулов, Олег Юрьевич

Выводы.

4.1. Эффективность применения технологий управления состоянием подработанного рудовмещающего массива при подземной отработке участков руд в зонах повышенной нарушенности сплошными камерными системами разработки с закладкой выработанного пространства определяется совокупностью значений, учитывающих величину производимой* продукции, затрат на ее производство и получаемой прибыли с учетом фактора времени.

4.2. По условию геомеханической сбалансированности системы «нетронутый массив — нарушенный массив — искусственный, массив» предподчтителен сплошной порядок отработки камер с элементами регулирования уровня напряжений технологическими приемами.

4.3. В зависимости от соотношения объемом композиции твердеющей, породной и упрочненной породной закладки удельная прибыль руды возрастает на 8-10 % по сравнению с вариантами с твердеющей закладкой за счет снижения расхода вяжущих и инертных заполнителей в 2,0-2,5 раза.

4.4. Для отработки запасов на руднике «Скалистый» рекомендуются варианты сплошных камерных систем разработки с размещеним защитного слоя в местах наибольшей нарушенности рудовмещающего массива: вариант сплошной камерной системы разработки с отработкой запасов восходящими веерами скважин и с сооружением защитного слоя по верхнему контакту рудного тела, при отработка средне и сильнонарушенных руд;

- вариант сплошной камерной системы разработки с отработкой запасов восходящими веерами скважин с предварительным созданием защищенной зоны по кровле и подработкой по почве рудного тела, при отработке сильнонарушенных руд;

- вариант сплошной камерной системы разработки с отработкой запасов нисходящими веерами скважин и с сооружением защитного слоя по верхнему контакту рудного тела, при отработке участков в зонах интенсивной трещиноватости и слабой устойчивости верхней части сплошных руд.

4.5. Применение рекомендуемых вариантов систем разработки при выемке балансовых запасов руды в пределах одной выемочной единицы-панели (120x60x15) в объеме 446040 м3 по сравнению с базовой технологией позволит получить экономический эффект в размере 3,7 - 15,3 млн. руб. в зависимости от применяемых вариантов технологий очистной выемки, за счет снижения затрат на закладочные работы и повышение интенсивности ведения очистных работ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся законченной квалификационной работой, дано решение актуальной научно-технической задачи обоснования рациональных параметров технологии закладки выработанного пространства при подземной отработке участков мощных пологопадающих залежей сильнонарушенных руд, имеющей важное научное и практическое значение для экономики горнорудной-промышленности страны.

Основные научные и практические результаты, выводы* и рекомендации заключаются в следующем:

1. Установлено, что массив горных пород в пределах залежи представляет собой неоднородную среду, сложенную > системой взаимодействующих блоков различных порядков и величин, ограниченных разрывными нарушениями, представленными сместителями с зеркалами скольжения и заполненными вторичным дробленным материалом.

2. Выявлено, что элементы залегания региональных разломов определяют пространственную ориентацию нарушений более высоких порядков и основных систем трещин. Наибольшая нарушенность отмечается в кровле сплошных руд и в габбро-долеритах приконтактной зоны, где значения коэффициента Кн менее 0,15.

3. Определено, что вертикальная составляющая естественного поля напряжений в рудовмещающем массиве, вызванная гравитационными силами будет возрастать с юга на север и изменяться от 20 до 40 МПа. Горизонтальная составляющая при коэффициенте бокового распора, который составляет 0,4 -0,8, может изменяться от 10 до 30 МПа.

4. Выявлено, что с увеличением пролета выработанного пространства в окрестностях закладочного массива увеличивается протяженность зоны опорного давления впереди фронта очистных работ. При пролете выработанного пространства до 48 м опорное давление распространяется впереди очистного забоя на 40-45 м с максимумом 34 МПа в 10 м от фронта очистной выемки.

5. Установлено, что основными факторами, оказывающими влияние на устойчивость обнажения искусственного массива, наряду с уровнем и характером распределения напряжений в его краевой части и механическими характеристиками, являются параметры геотехнологической схема работы этого участка: конструкция схемы очистных работ, размеры и прочность закладки защитного слоя.

6. Выявлено, что при использовании1 сплошных камерных систем разработки в краевой части закладочного массива образуется прямоугольная призма, боковая грань которой представляет собой обнажение закладки в очистной выработке, устойчивость которой определяется условием неразрушения упомянутой призмы в закладочном массиве.

7. Разработана методика расчета нормативной прочности твердеющей закладки, учитывающая влияние ограничения боковой поверхности закладочного массива.

8. Моделированием процессов деформирования и разрушения закладочного массива в вертикальных обнажениях, проведенное на моделях из эквивалентных материалов установлено, что после приложения нагрузок в первую очередь разрушается малопрочная закладка в нижних слоях обнажения.

9. Определено, что нормативная прочность твердеющей закладки дифференцируется в интервале 0,5-4,0 МПа в зависимости от параметров напряженного состояния рудовмещающего и искусственного массивов, при этом при переходе на проектные закладочные смеси шлаки-хвосты-цемент за счет более их высоких компрессионных свойств уровень нормативной прочности закладки в вертикальных обнажениях снижается на 0,2-0,5 МПа

10. Разработаны варианты сплошной камерной выемки с опережающей разгрузкой по кровле рудного тела и с размещением защитного слоя из высокомарочной твердеющей смеси в местах наибольшей нарушенности рудовмещающего массива, обеспечивающие повышение устойчивости элементов природно-техногенной системы «налегающие породы рудовмещающий массив - выработанное пространство, заполненное закладочной смесью» при подземной разработке запасов сильнонарушенных РУД

11. Доказано, что рекомендуемые варианты сплошной камерной системы разработки снижают затраты на закладку выработанного пространства за счет замены до 25-30% объема высокомарочной твердеющей смеси М80-100 на ангидрито-пшаковой основе на более дешевые малопрочные составы М30-40 на шлако-хвостововой основе, повышают интенсивность очистных работ на 1215%, при сохранение качественных показателей добычи на достигнутом уровне.

12.Установлено, что применение рекомендуемых вариантов систем разработки при выемке балансовых запасов руды в пределах одной выемочной единицы-панели в объеме 446040 м3 по сравнению с базовой технологией позволит получить экономический эффект в размере 3,7 — 153 млн. руб. в зависимости от применяемых вариантов технологий очистной выемки.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Хубулов, Олег Юрьевич, Владикавказ

1. Хомяков В. И. Зарубежный опыт закладки на рудниках. - М.: Недра, 1984.-С. 224.

2. Каплунов Д.Р., Шубодеров В.И. Перспективы разработки рудных месторождений комбинированным способом // Горный журнал. 1997. - №8. -С. 16-19.

3. Казикаев Д.М. Особенности геомеханических процессов и управления ими при совместной разработке месторождений // Горный журнал. 1986.-№8.-С. 55-58.

4. Галаев Н.Э. Управление состоянием массива горных пород при подземной разработке рудных месторождений. М.: Недра, 1990. - С. 176.

5. Влох Н.П. Управление горным давлением на подземных рудниках. -М.: Недра, 1994.-С. 205.

6. Котенко Е. А., Порцевский А.К. Управление устойчивостью горного массива закладкой различного вида // Цветная металлургия. — 1992. — №1. — С. 7-9.

7. Ялымов Н.Г. Погашение пустот при подземной разработке руд. — Фрунзе: Илим, 1979. С. 230.

8. Иофис М>А. Научные основы управления деформационными и дегазационными процессами при разработке полезных ископаемых. М.: ИПКОН АН СССР, 1984. - С. 210

9. Казикаев Д.М. Геомеханические процессы при совместной и повторной разработке руд. М.: Недра, 1981. - С. 288.

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

11. Разработка месторождений с закладкой / Под редакцией С. Гранхольма-М.: Мир, 1987. С. 517.

12. Баклашов И.В. Деформирование и разрушение породных массивов. -М.: Недра.-С. 271.

13. Цыгалов М.Н., Калмыков В.Н., Рыльникова М.В. Геомеханические и технологические особенности отработки руд в охранных целиках // Горный журнал. 1986. - №5. - С. 49-51.

14. Анохин А.Г., Андреев A.A., Хомутов Е.В. Управление горным давлением при отработке разделительного массива на руднике «Октябрьский» // Горный журнал. 2007. - №4. с. 20-22.

15. Бадтиев Б.П., Кожиев Х.Х., Гига В.М., Бодалов В.Е., Хуцишвили В.И., Яхеев В.В. Уникальная технология закладочных работ на руднике «Комсомольский» // Горный журнал. 2007. - №1. - С. 15-18.

16. Анистратов Ю.И. Расчет параметров процесса подготовки горных пород к выемке // Горный журнал. 1996. - №7-8. - С. 51-53.

17. Иофин C.JL Интенсификация горного производства. М.: ЦЭИ, 1992.-С. 92.

18. Авдеев O.K., Коваленко В.Н. Твердеющая закладка на подземных рудниках. М.: ЦНИИатоминформ. - 1983. - С. 80.

19. Требуков A.JI. Применение твердеющей закладки при подземной добыче руд. М.: Недра, 1981. - С. 172.

20. Шестаков В.А. Рациональное использование недр. М.: Недра, 1990. -С. 223.

21. Николаев Е.И. и др. Опыт разработки технологических схем закладочных комплексов рудников цветной металлургии Казахстана. // Цветная металлургия. 1982. - №13. с. 8-16.

22. Исследование физико-механических свойств горных пород Норильских месторождений. Научный отчет ИГД им. A.A. Скочинского, Москва, 1964.-С. 93.

23. Исследование закономерностей нагружения и поведения искусственного массива на рудниках «Комсомольский» и «Октябрьский» ИГД СО АН ССР, Новосибирск, 1982. С. 62.

24. Развитие методов диагностики, контроля и управления состоянием и свойствами горных пород. Научный отчет. ИГД СО АН СССР, Новосибирск, 1986. С. 67.

25. Рекомендации для проекта отработки первоочередного участка вкрапленных руд на руднике «Комсомольский». Гипроникель, ИПКОН АН СССР, ВНИМИ, ГМОИЦНГМК, Ленинград-Норильск, 1981 г. С. 102.

26. Разработать исходные данные для проектирования технологии горных работ при выемке вкрапленных руд на первоочередном участке рудника «Комсомольский». Отчет. МП-17Г.02.01.02.01., Ленинград, 1987 г. С 65.

27. Robertson В.Е. Mechanized narrow vein mining at tne Dome Mine,Timmins, Ontario // CIM Bulletin -1986.V.79, No 885, p. 39-44

28. Underground at Inco // Ganadian Mining Journal.-l985, November, p 21.

29. Wolff D. The mining operation of Metallgesellschaft // Mining Magazin.-1986, V. 154. No 4. p. 300-311.

30. Walker S. New Brunswick hoste the word s largest zink mine // International Mining. 1988,October. p.37-41

31. Сашурин А.Д., АглюковХ.И. Управление геомеханическими процессами возведением высокоплотного закладочного массива // Горный журнал. 2006. - №2. - С. 36-39.

32. Бадтиев Б.П., Кожиев Х.Х., Бабкин Е.А., Куликов Ф.М. Совершенствование технологии горных работ в сложных горно-геологических условиях Талнаха // Горный журнал. 2006. - №9. - С. 50-52.

33. Анохин А.Г., Андреев A.A., Хомутов Е.В. Управление горным давлением при отработке разделительного массива на руднике «Октябрьский» // Горный журнал. 2007. - №4. - С. 20-22.

34. Бадтиев Б.П., Кожиев Х.Х., Гига В.М., Бодалов В.Е., Хуцишвили

35. B.И., Яхеев В.В. Уникальная технология закладочных работ на руднике «Комсомольский» // Горный журнал. 2007. - № 1. - С. 15-18.

36. Хайрутдинов М.М. Пути совершенствования системы разработки с закладкой выработанного пространства // Горный журнал. 2007. - №11.1. C. 40-43.

37. Усков А.Х., Лейзерович С.Г. Результаты исследований и внедрения опытной технологии гидрозакладочных работ // Горный журнал. 2008. - №4. -С. 18-20.

38. Полькин В.Н., Кубрин С.М. Утилизация хвостов обогащения в ОАО «Гайский ГОК» // Горный журнал. 2009. - №4. - С. 33-36.

39. Бадтиев Б.П. Исследования проявлений горного давления в подработанных выработках // Горный журнал. 2009. — №6. - С. 38-40.

40. Бадтиев Б.П. Изучение деформируемости надрабатываемых выработок при ведении очистных работ // Горный журнал. — 2009. — №12. — С. 6-7.

41. Бадтиев Б.П., Галаов Р.Б., Марысюк В.П. Камерная система разработки вкрапленных руд в условиях подработки на руднике «Комсомольский» // Горный журнал. 2009. - №10. - С. 58-60.

42. Монтянова А.Н., Ефимов А.И, Латынин В.В., Тебякин В.И. Технологии закладочных работ при подземной разработке месторождений алмазов в криолитозоне Якутии // Горный журнал. — 2009. — №6. — С. 49-52.

43. Анохин А.Г., Шляпцев В.Ф., Плиев Б.З., Богайчук A.B. Совершенствование камерной системы разработки медистых руд на руднике «Октябрьский» // Горный журнал. 2010. - №6. - С. 66-68.

44. Карелин В.Н., Бадтиев Б.П., Марысюк В.П., Айнбиндер И.И., Аршавский В.В. Исследования влияния параметров камер на устойчивость обнажений массива подработанных вкрапленных руд // Горный журнал. 2010. -№6. - С. 55-57.

45. Бакулин В.А. Контроль устойчивости искусственной кровли при нисходящей слоевой выемке // Горный журнал. 2010. - №4. - С. 19-21.

46. Крупник Л.А., Шапошник Ю.Л., Шапошник С.Н. Исследование составов смесей для совершенствования закладочных работ на подземных рудниках Восточного Казахстана // Горный журнал. 2010. - №4. - С. 51-53.

47. Горбунова O.A. Разработка составов твердеющей смеси с упрочняющей полимерной добавкой на основе отходов горно-обогатительного производства // Горный журнал. 2010. - №1. - С. 83-85.

48. Тапсиев А.П. Геомеханические основы технологии разработкимощных пологих залежей полиметаллических руд системами с твердеющейзакладкой выработанного пространства. Автореф. докт.дис. - Новосибирск, 2000. - С. 40.

49. Мосинец В.Н., Абрамов A.B. Разрушение трещиноватых и нарушенных горных пород. М.: Недра, 1982. - С. 248.

50. Именитов В.Р., Абрамов В.Ф., Попов В.В. Локализация пустот при подземной добычи руды. М.: Недра, 1983. - С. 192.

51. Будько A.B. Выбор и совершенствование систем разработки. — М.: Недра, 1971.-С. 256.

52. Бронников Д.М., Замесов Н, Ф., Богданов Г.И. Разработка руд на больших глубинах. М.: Недра, 1982. - С. 292.

53. Петухов И.М., Ильин A.M. Горные удары. Прогноз и предотвращение. // Безопасность труда в промышленности. 1977. - №7. — С. 42-45.

54. Котенко Е.А., Чесноков Н.И., Грязнов М.В. Уранодобывающая промышленность капиталистических стран. М.: Атомиздат. 1979. - С. 270.

55. Айнбиндер И.И. Развитие интенсивных технологий подземной разработки удароопасных месторождений на больших глубинах. Автореф. докт. дис. - М-1997. - С. 38.

56. Байконуров О.А., Крупник JI.A., Петухов В.Н. Технология добычи руды с твердеющей закладкой. -М.: Недра, 1979. С. 151.

57. Джонс Р., Фэкэроу И. Неразрушающие методы испытаний бетонов. -М.: Стройиздат. 1974. - С. 292.

58. Подземная разработка мощных рудных месторождений: Межвуз. сборник / Под ред. М.Н. Цыгалова. Магнитогорск. - 1990. - С. 88.

59. Разработка месторождений с закладкой: Пер. с англ./ Под ред. С. Гранхольма. М.: Мир, 1987. - С. 519.

60. Закладочные работы в шахтах: Справочник (Под ред. Д.М. Бронникова, М.Н. Цыгалова. М.: Недра, 1989. - С. 400.

61. Совершенствование технологии возведения искусственных массивов из твердеющей закладки / Л.А. Крупник, Л.В. Пятигорский. Алма-Ата: Каз-НИИНТИ, 1987.-С. 64.

62. Мюллер Л: Механика скальных массивов. — М.: Мир, 1971'. С. 255.

63. Проскуряков Н.М. Управление состоянием массива горных пород. -М.: Недра, 1991.-С. 368.

64. Слепцов М.Н., Азимов Р.Ш., Мосинец В.Н. Подземная разработка месторождений цветных и редких металлов. — М.: Недра, 1986. С. 206.

65. Борщ-Компониец В.И., Макаров A.B. Горное давление при отработке мощных пологихрудныхзалежей.-М, Недра, 1986.-С 27!

66. HaT°B Обоснование эффективной технологии подземной

67. И др- Методика указания по технологиитовления и определению физико-механических свойств эквивалентах материалов. Л.: ВНИМИ, 1980. - С. 95.

68. Козина A.M. Методика решения практических задач управления горным давлением на крупномасштабных моделях из эквивалентных материалов. М: ИГД им. A.A. Скочинского, 1977. - С. 112.

69. Методические указания по определению механических свойств и напряжений в массиве пробами МГД. Л.: ВНИМИ. - 1979. - С. 74.

70. Бубнов В.К., Спирин Э.К., Голик В.И. Теория и практика добычи полезных ископаемых для комбинированных способов выщелачивания. — Акмола: Казахстан, 1992. С. 545.

71. Хубулов О.Ю. Аналитический метод определения предела прочности закладочного массива в обнажениях горных выработок. // Горный журнал, 2010. №6. - С. 78-82.

72. Аршавский В.В., Хуцишвили В.И., Бадтиев Б.П., Баскаев П.М., Нафталь М.Н., Малинин A.M., Хубулов О.Ю. Способ приготовления закладочной смеси // Патент RU 2383743 С1, МПК, E21F 15/00, опубликованный 10.03.2010.

73. Малинин A.M., Хуцишвили В.И., Хубулов О.Ю. Состояние и перспективы закладочных работ Талнахских рудников // Цветные металлы, 2007.-№7.-С. 13-15.

74. Хубулов О.Ю. Опыт использования хвостов обогащения для приготовления закладочных смесей. Горно-добывающий комплекс России: состояние, перспективы развития. Материалы V Всероссийской научно-практической конференции. Владикавказ, 2007. — С.60-69.

75. Сабанов H.A., Хубулов О.Ю. Способы повышения качества закладочных смесей. Горно-добывающий комплекс России: состояние, перспективы развития. Материалы V Всероссийской научно-практической конференции. Владикавказ, 2007. С. 108-126.

76. Определение физико-механических и компрессионных свойств закладочных бетонов ШХЦ. Отчёт. ОАО ВНИМИ по договору № РН-114-07. Этап II, С-Пб, 2008. С. 39.

77. Методические указания по исследованию проявлений горного давления на моделях из эквивалентных материалов. Л.: 1976. - С. 85. (Министерство угольной пром-сти СССР. В НИМИ)

78. Заключение о напряжённо-деформированном состоянии закладочного массива в выработке инструментальных наблюдений (ВИН) рудника «Октябрьский». Самородов Б.Н. Сообщение ЛГД-3-2001. Фонды ГМОИЦ, 2001г., С. 14.

79. Результаты исследований реологических свойств и прочностных характеристик закладки, приготавливаемой на закладочных комплексах РО, РТ и РК. Сообщение ЛТГР -6-2004. Руководитель: Хуцишвили В.И, Фонды ГМОИЦ, Норильск, 2004, С. 40.

80. Методические указания по определению нормативной-, прочности твердеющей закладки и оценке прочностных свойств искусственных массивов. Л.: 1975.-С. 43.

81. Методические указания по управлению горным давлением при сплошных системах разработки с твердеющей закладкой на рудниках Норильского ГМК.- Л.: 1987. С. 126.

82. Великосельский О.Л., Спирин А.Л., Смелянский Е. С. «Компресс-сионные свойства твердеющей закладки талнахских рудников». // Горный журнал. 1975г. - №8. - С. 45-48.

83. Курленя М.В., Опарин В.Н., Тапсиев А.П., Аршавский В.В. Геомеханические процессы взаимодействия породных и закладочных массивовпри отработке пластовых рудных залежей. Новосибирск: «Наука», 1997. -С. 350.

84. Моделирование в геомеханике. Ф.П. Глушихин, Г.Н. Кузнецов, М.Ф. Шклярский и др. М.: Недра, 1991. - С. 240.

85. Палий, Ю.Д. Орлов, Е.С. Смелянский Влияние компрессионных свойств твердеющей закладки на напряжённо-деформированное состояние рудного и закладочного массивов. // Горный журнал. 1974 г. - №6. - С. 63-66.

86. Оловянный А.Г. Некоторые задачи механики массивов горных пород. ВНИМИ, ООО «Стресс». СПб, 2003. С. 234.

87. Разработка нормативов прочности закладочного массива ШХЦ в вертикальных обнажениях. Отчёт. ОАО ВНИМИ по договору № РН-114-07. Этап IV С-Пб, 2009, С. 30.

88. Ветров С.В. Допустимые размеры обнажений горных пород при подземной разработке руд. М.: Наука, 1975. - С. 198.

89. Ляшенко В.И., Коваленко В.Н., Голик В.И., Габараев О.З. Бесцементная закладка на горных предприятиях. М.: ЦНИИцветмет экономики и информации, 1992. - С. 95.

90. Рыжков Ю.А., Волков А.Н., Гоголин В.А. Механика и технология формирования закладочных массивов. М.: Недра, 1985. - С. 241.

91. Габараев О.З. Управление состоянием напряженно-деформированных рудовмещающих массивов. — Владикавказ: Терек, 1999. — С. 221.

92. Ляшенко В.И., Голик В.И., Разумов А.Н. Погашение пустот при подземной разработке сложноструктурных месторождений // Безопасность труда в промышленности. 1991. - №3. - С. 42-47.

93. Монтянова А.Н. Формирование закладочных массивов при разработке алмазных месторождений в криолитозоне. М.: Горная книга, 2005. -С. 597.

94. Монтянова А.Н. Прогнозирование и контроль прочностных параметров закладочного массива, твердеющего в условиях пониженных температур // Горный журнал. 2000. - №7. - С. 82-84.

95. Монтянова А.Н. Обоснование технологии закладки выработанного пространства при разработке кимберлитовых трубок в криолитозоне.: Автореф. докт. дис. Магнитогорск, 2006. - С. 40.

96. Габараев: О.З. Исследование геомеханичесих свойств породной закладки в условиях объемного сжатия // «Горный информационно-аналитический бюллетень» МГГУ. 2001. - №8. - С. 211-214.

97. Полухин В;А. Геотехнология сооружения устойчивых горных выработок при разработке пластовых месторождений полезных ископаемых на больших глубинах. Автореф. докт. дис. — Новочеркасск. - 2004. - С- 40.

98. Струков К.И. Совершенствование технологии подземной отработки крутопадающих жил (на примере Кочкарского месторождения). — Автореф. канд. дис. Магнитогорск. - 2003. - С. 20.

99. Каргинов К.Г. Научно-методические основы выщелачивания свинца и цинка из бедных полиметаллических руд. Автореф; докт. дис. — Москва. — 2005.-С. 40;

100. Сараскин A.B. Обоснование способов поддержания подземныхвыработок в метасоматически измененных породах медноколчеданныхjместорождений. Автореф. канд. дис. — Магнитогорск. — 2005. - С. 20.

101. Чарковский К.И. Обоснование метода обратного расчета прочности междукамерных целиков по факту их разрушения. — Автореф. канд. дис. -Москва. 2004. - С. 22.

102. Терешин A.A. Обоснование способа управления искусственной кровлей при системе разработки горизонтальными слоями с нисходящей выемкой и закладкой. — Автореф. канд. дис. — Москва. — 2002. — С. 22.

103. Плиев И.Г. Обоснование технологических схем отработки запасов сильнонарушенных руд в условиях высокого горного давления (на примере эксплуатации месторождений Талнахского рудного узла). — Автореф. канд. дис. Владикавказ. - 2006. - С. 24.

104. Федоренко Б.В. Разработка технологических схем и обоснование параметров выемки сильнонарушенных руд глубоких горизонтов. Автореф. канд. дис. - Владикавказ. - 1993. - С. 20.

105. Именитов В .Р., Ковалев И.Д., Уралов Б.С. Моделирование оборудования и выпуска руды. М.: МГИ, 1961. - С. 151.

106. Насонов И.Д. Моделирование горных процессов. М.: Недра, 1978. -С. 256.

107. Моделирование как метод исследования в горной механике / Паду-ков В .А. // Зап. Ленингр. горн, ин-та. 1991. - №125. - С. 29-36.

108. Цытович H.A. Механика грунтов. М.: Высшая школа, 1979. -С. 272.

109. Правила технической эксплуатации рудников, приисков и шахт, разрабатывающих месторождения цветных, редких и* драгоценных металлов. — М.: Недра, 1981.-С. 108.

110. Мосинец В.Н., Авдеев В.К., Мельниченко В. М. Безотходная технология добычи радиоактивных руд. М.: Недра, 1987. - С. 286.

111. Лаверов Н.П., Хабиров В.В., Воробьев А.Е. Теоретические основы развития горно-добывающих и перерабатывающих производств Кыргызстана. — М.: Недра, 1993.-С. 316.ч

112. Шестаков В.А. Проектирование рудников. М.: Недра, 1987. -С. 231.

113. Галинов Ю.Н., Култышев В.И., Осейчук. О развитии технологий горнодобывающего уранового производства. // Горный вестник. 1998. - №3. -С. 12-16.

114. Методика определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: Наука, 1981. - С. 5-7.

115. Нормы технологического проектирования рудников цветной металлургии с подземным способом разработки. ВНТП 37-86. М.: МЦМ СССР, 1986.-С. 207.

116. Ардашев К.А., Ахматов В.И., Катков Г.А. Методы и приборы для исследования проявлений горного давления. М.: Недра, 1981. - С. 129.

117. Регламент технологических производственных процессов при ведении закладочных работ на рудниках ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» (РТПП-045-2004), Норильск 2005 г. С. 55.