Обоснование рациональных способов управления состоянием массива при отработке ранее подработанных рудных тел

Ногаев, Алан-Бек Хаджи-Муратович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Обоснование рациональных способов управления состоянием массива при отработке ранее подработанных рудных тел
ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование рациональных способов управления состоянием массива при отработке ранее подработанных рудных тел"

На правах рукописи

НОГАЕВ Алан-Бек Хаджи-Муратович

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ СОСТОЯНИЕМ МАССИВА ПРИ ОТРАБОТКЕ РАНЕЕ ПОДРАБОТАННЫХ РУДНЫХ ТЕЛ (на примере Талнахского месторождения)

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

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ВЛАДИКАВКАЗ 2006

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 Разоренов Юрий Иванович Кандидат технических наук, доцент Джанаев Махарбек Иванович

Ведущее предприятие:

Защита состоится 16 декабря 2006 г. в 14 часов на заседании специализированного диссертационного Совета Д 212.246.02 при Северо-Кавказском горнометаллургическом институте (государственном технологическом университете) по адресу:

362021, РСО-Алания, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44, факс. 407-300. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Московский государственный горный университет

Автореферат разослан 15 ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор техн. наук, проф.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Основой сырьевой базы цветной металлургии России являются медноникелевые месторождения Талнаха, на долю добычи из которых приходится более 15% мирового производства никеля, более 10% кобальта, 3% меди и других металлов. Структура запасов месторождений такова, что основной объем металлов изначально находился в относительно бедных вкрапленных рудах, доля которых в рудно-сырьевом балансе по мере выемки богатых руд заметно растет.

Практика разработки на рудниках Талнахского рудного узла показывает, что в результате выемки сплошных богатых руд подработанная кровля имеет весьма неравномерное распределение напряжений и деформаций. 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 при выемке подработанных руд. Исходя из этого, главным условием осуществления эффективной разработки вкрапленных руд является применение систем разработки с закладкой выработанного пространства. Однако применяемые технологии отработки запасов вкрапленных руд с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями гарантируют регулируемость напряжений в геомеханической системе, но сопровождаются значительным расходом вяжущих и инертных заполнителей для закладочных работ. Поэтому разработка и обоснование эффективных способов управления геомеханическим состоянием рудовмещающего массива на основе повышения устойчивости элементов природно-техногенной системы «налегающие породы -рудовмещающий массив — искусственный массив» при подземной отработке запасов в зонах влияния ранее подработанного и заложенного пространства — важная и актуальная задача.

Цель работы - разработка способов управления состоянием горного массива при отработке запасов в зонах подработки на основе повышения поддерживающих свойств закладочных массивов при одновременном снижении затрат на их возведение.

Идея работы заключается в оптимальном обеспечении геомеханической сбалансированности элементов природно-техногенной системы за счет использования энергетического эффекта объемного сжатия и комбинирования разнопрочных закладочных смесей.

Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий обобщение и анализ опыта управления состоянием массива при подземной разработке месторождений, натурные исследования состояния и структурных особенностей рудовмещающего массива, измерение параметров полей напряжений методами разгрузки, гидроразрыва скважин и дискованием керна, аналитические расчеты, моделирование напряженно-деформированного состояния массива горных пород на оптически активных материалах и сравнительный технико-экономический анализ способов управления состоянием рудовмещающего массива.

Задачи исследований:

• изучение инженерно-геологических условий разработки запасов ранее подработанных руд;

• установление закономерностей напряженно-деформируемого состояния налегающей толщи пород, рудовмещающего и массива из твердеющей закладки в рамках единой геомеханической системы;

• выявление механизма влияния ранее заложенного пространства на устойчивость вышележащей части запасов вкрапленных руд;

• обоснование рациональных способов управления состоянием рудовмещающего массива при отработке подработанных руд;

• разработка вариантов подземной отработки запасов в зонах влияния ранее подработанного и заложенного пространства с низким эксплуатационными затратами;

• опытно-промышленная проверка предложенных технологических решений и их технико-экономическая оценка.

Научные положения, защищаемые в работе:

• Размеры зоны критических напряжений в условиях выемки подработанных руд определяются, параметрами оседания ранее заложенного выработанного пространства и тектонической нарушенностью рудовмещающего массива, при этом величина оседания с максимумом у линии забоя зависит от мощности и компрессионных характеристик закладочного массива, а параметры перегиба — деформационными свойствами налегающей толщи.

• Закладочный массив вступает в работу с отставанием на 40-50м от фронта очистных работ и концентрацией опорного давления на кромках, в центральной части подработанной зоны происходит уменьшение напряжений, на границе отработки залежи богатых руд значительно возрастают вертикальная и касательная компоненты напряжений.

• Применение при отработке ранее подработанных рудных тел вариантов сплошной камерной системы с наклоном стенок камер на нетронутый массив и с закладкой выработанного пространства разно-прочными составами, позволяющих регулировать уровень напряжений и деформаций для целенаправленного использования высвобождающейся в ходе работ энергии для повышения устойчивости элементов природно-техногенной системы, обеспечивает повышение безопасности горных работ и снижение производственных затрат.

Научная новизна работы:

• Установлены закономерности деформирования и сдвижения налегающей толщи, рудовмещающего массива и ранее заложенного пространства, при отработке руд подработанных первоочередной выемкой богатых сплошных руд в условиях Талнахского рудного узла.

• Выявлены закономерности распределения напряжений в массиве в зависимости от величины и ориентации тектонических структур и техногенного состояния ранее заложенного выработанного пространства.

• Установлены зависимости коэффициента концентрации напряжений в закладке от порядка отработки камер и поддерживающих свойств закладочного массива.

• Разработана методика определения давления закладочного массива из разнопрочной закладки на бока и основание выработанного пространства, учитывающий уплотнение материала закладки с увеличением конструктивных параметров камеры в условиях объемно-напряженного состояния.

• Предложены нетрадиционные для данных условий технологические схемы создания разнопрочных искусственных массивов, обеспечивающие эффективное управление состоянием рудовмещающего массива подработанных руд, высокие показатели качества и полноты извлечения руды из недр.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается представительностью и надежностью исходных данных; применением апробированных методов исследований; сопоставимостью результатов аналитических, лабораторных и натурных экспериментов; опытно-промышленной проверкой разработанных научно-технических решений.

Практическое значение работы состоит в разработке рациональных технологий управления состоянием рудовмещающего мас-

сива со сплошной выемкой руды и погашением выработанного пространства разнопрочной закладкой, позволяющих повысить эффективность и безопасность отработки запасов подработанных 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 рабочего проекта отработки вкрапленных руд на первоочередном участке рудника «Комсомольский» Заполярного филиала ОАО «ГМК «Норильский никель» с ожидаемым экономическим эффектом более 6 млн. р./г.

Апробация работы. Результаты, основные положения и выводы диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на: Международных научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2003 - 2006 гг.); II Всероссийской научно-практической конференции «Горно-металлургический комплекс России: состояние, перспективы развития» (Владикавказ, 2003 г.); Всероссийском конкурсе на лучшие научные работы студентов и аспирантов по естественным, техническим наукам и инновационным научно-образовательным проектам (г. Москва, 2004 г.); III Всероссийской научно-практической конференции «Горно-добывающий комплекс России: состояние, перспективы развития» (Владикавказ, 2005 г.); НТС рудоуправления «Талнахское» ЗФ ОАО «ГМК «Норильский ни-кель»(Талнах, 2005 г.); на ежегодных НТК СКГМИ (ГТУ) (Владикавказ, 2002 - 2006 гг.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 7 печатных работах.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 131 наименования и содержит 125 стр. машинописного текста, 28 рисунков, 13 таблиц.

Исследования представленные в диссертации выполнялись в рамках госбюджетной и хоздоговорной НИР.

Автор выражает искреннюю признательность сотрудникам кафедры «Технология разработки месторождений» СКГМИ (ГТУ), специалистам рудоуправления «Талнахское» и лаборатории горного давления ГМОИЦ ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» за ценные советы и оказанную помощь в выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Развитие горных работ при отработке запасов в зоне подработки еще более ослабляет устойчивость массивов с достижением максимальных значений напряженности при погашении пустот. Подработанная кровля в результате первоочередной выемки руд 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. Основными факторами, благоприятствующими проявлениям динамических форм горного давления, являются: наличие целиков и изрезанность горными выработками ранее заложенного пространства; отработка встречными забоями; глубина работ; тектоническая нарушенность массива и др. Такие условия характерны для отработки месторождений «Маныбай-ское», «Талнахское», «Октябрьское», «Броккен-Хилл», «Маунт-Айза» и других.

Анализ опыта подземной разработки запасов руд в зоне подработки сводится к следующему: отработка запасов в зонах подработки требует безопасного ведения работ путем обеспечения устойчивости налегающей толщи пород, рудовмещающего и закладочного массивов в рамках единой геомеханической системы; высокая стоимость вяжущих и инертных заполнителей является основным сдерживающим фактором широкого использования твердеющей закладки; для отработки запасов в зоне подработки наиболее рациональны системы разработки с закладкой выработанного пространства, обеспечивающие плотное заполнение пустот с увеличением показателя всестороннего объемного сжатия твердеющих смесей; значительные глубины и отсутствие экспериментальных данных предопределяет сложность выбора эффективной технологии выемки вкрапленных руд.

Вопросы теории и практики управления состоянием массива горных пород, а также технологии формирования закладочных массивов при разработке месторождений полезных ископаемых исследованы в трудах: М.И. Агошкова, И.И. Айнбиндера, Д.М. Бронникова, О.З. 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, Л.А. Крупника, Е.В. Кузьмина, Ю.И. Разоренова, М.В. Рыльниковой, И.Н. Савича, А.П. Тапсиева, А.Л. Требукова, В.И. Хомякова, М.Н. Цыгалова, В.А. Шестакова, Н.ГЯлымова и др.

Деформации в дискретных массивах зависят от стадии развития очистных работ. В результате деформационных процессов, связанных с первоочередной отработкой богатых руд в массиве вкрапленных руд, вокруг выработок возникают зоны трещиноватости или нару-шенности пород, характеризующиеся резким снижением прочности или ослаблением приконтурных пород. Надежное управление массивом обеспечивается в том случае, когда пустоты заполняются закладочным материалом, который при твердении эквивалентен природному массиву по прочности.

Анализ современного состояния теории и практики разработки ранее подработанных участков месторождений позволяет выделить в качестве перспективного способа управления состоянием рудовме-щающего 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 добычу руды и последствиями разработки. Для рудников Талнахского рудного узла оптимальны технологии, которые обеспечивают надежную устойчивость подработанного рудовмещающего массива при минимальных затратах на производство очистных работ, независимо от нарушенное™ и глубины ведения работ.

Оптимизационные задачи решались нами применительно к условиям Талнахского месторождения вкрапленных медно-никелевых руд в поле рудника «Комсомольский» Заполярного филиала ОАО «ГМК «Норильский никель». Участок месторождения подработанных вкрапленных руд представляет собой достаточно хорошо выдержанное по мощности до 60 м тело линзообразной формы, полого, под углом 5-10°, погружающееся к северо-востоку и прослеживается в этом направлении около 5 км. Ширина залежи достигает 1,3 км, глубина залегания — колеблется от 420 до 640 м. Структурное строение месторождения определяется непосредственной близостью Норильско-Хараелахского разлома с определяющими сбросами, определяющие большое количество тектонических нарушений различных порядков (рис.1).

Для инженерно-геологического районирования месторождения проведены комплексные исследования, включающие исследование трещиноватости массива с построением вариационных кривых и диаграмм плотностей трещин, определение размеров структурных бло-

ков и модулей трещиноватости и определение коэффициента ослабления пород.

Условные обозначения: |г* г.1*! Оливинввые габвро-Аолеркты

[г» г[*| Пикритовые гоббро-амчмты

I У* I ^аксигой>* гоббро-цояернты 1 | Пластовые геяа далеритоь

^^^ Сплошные сульфидные руды

| Г, ) Геологические границы г | иежду разностями пород

N771 Тектонические нарушения в виде г г I плоскостей шммжия и мн Ароблени*

Подземные ыиработки

Рис. 1. Тектонический план района горизонта 380 м.

Полученные результаты показали, что подработанный массив вкрапленных руд 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 трещи-новатость массива вкрапленных руд, тем самым снижая прочность массива; вблизи подработанного пространства и тектонических нарушений существуют области пониженных прочностных и упругих характеристик, в которых прочность рудного массива в 2-5 раз ниже, а модуль упругости в 2-3 раза меньше, чем в центральных частях блоков.

Исследования показали, что исходное напряженное состояние массива близко к гидростатическому: вертикальная компонента напряжения во вкрапленных рудах ау=7Н«14-16МПа приблизительно равна горизонтальным компонентам ах и сту.

Проектом института «Норильскпроект» для отработки мощной части залежи вкрапленных руд рудника «Комсомольский» предусматривалось применение варианта сплошной камерной системы разработки «вертикальные блоки», однако высокая стоимость твердеющей закладки для погашения выработанного пространства яви-

лось основным сдерживающим фактором широкого его использования.

Для оптимизации параметров горных работ нами выполнен комплекс натурных исследований по оценке напряженно-деформированного состояния массива подработанных вкрапленных руд в зоне опорных нагрузок.

В пределах рассматриваемого поля извлекаются запасы подстилающей залежи сплошных руд, залегающей на глубине 550-600м. Выемка производится системами с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями, прочностью 4-6 МПа. В процессе работ по сплошным рудам сохраняется сеть откаточных выработок гор.471м и выработок вентиляционно-закладочных горизонтов -300м- 330м. ,

Пролет подработки залежи очистными работами по сплошным рудам достиг 600м. С увеличением пролета подработки расширяется зона максимальных смещений, в которой продолжаются определяемые временем оседания кровли. Сдвижения достигли поверхности и величина их здесь растет. Наибольшим деформациям подвержены породы в интервале до 40-60м от кровли сплошных руд. На рис.2 приведено сравнение экспериментальных и расчетных данных (пунктирная кривая) о смещениях массива по широтному разрезу в центральной части выработанного пространства в 45м над ним.

х\м

мм

Рис.2. Сдвижение подработанного массива при достигнутом пролете отработки сплошных руд в 40 м над - их кровлей (пунктирная кривая — данные натурных наблюдений).

Параметры оседания определяются компрессионными свойствами закладочного массива в почве залежи и деформационными свойствами налегающей толщи. Максимум деформаций наблюдается

в части рудного массива у границы с выработанным пространством. Такое деформирование способствует развитию в рудном массиве растягивающих по горизонтали напряжений, что снизит устойчивость рудных обнажений. Полученные значения смещений (около 80мм) на поверхности в центральной части отработанного участка обладают хорошей сходимостью с экспериментальными данными.

Определение параметров поля напряжений выполнялось численным моделированием методом конечных элементов. Для оценки достоверности численного анализа использовались данные наблюдений ВНИМИ за сдвижениями подработанного массива и результаты определения давления в закладочном массиве.

На рис.3 представлены расчетные эпюры напряжений в закладочном массиве при пролетах подработки вкрапленных руд, соответственно, 350, 450 и 600м.

Давление в центральной части закладочного массива при пролете отработки сплошных руд 600 м составляет 10,7-11,4 МПа. Закладочный массив начинает воспринимать нагрузку на расстоянии 40-50 м от очистного фронта, что согласуется с данными натурных наблюдений.

Напряженно-деформированное состояние подработанного массива, которое сформировалось в результате отработки залежи богатых руд, представлено в табл. 1.

Р.МПа 12

300 Х\м

Рис. 3. Расчетные эпюры давления на закладку при различных , пролетах отработки сплошных руд: 1 — пролет 350 м; 2 — 450 м; 3 — 600 м.

Таблица 1

Распределение напряжений над зоной очистных работ

Параметры напряжений, МПа Удаление от центра отработки залежей, м

в левую сторону от линии простирания

100 200 300 400 500 600 700

Горизонтальная составляющая а) исходное состояние б)в процессе работ 15,2 19,0 15,7 18,7 15,9 18,0 16,0 17,5 16,0 17,0 16,0 16,5 16,0 16,1

Вертикальная составляющая а) исходное состояние б) в процессе работ 16,6 27,9 16,2 22,2 16,0 18,6 15,3 17,0 14,8 16,0 14,7 14,9 14,7 14,4

в п равую сторону от линии простирания

100 200 300 400 500 600 700

Горизонтальная составляющая а) исходное состояние б) в процессе работ 14,5 8,0 14,0 5,1 13,8 12,8 13,6 16,0 13,5 15,0 13,4 14,1 13,3 13,8

Вертикальная составляющая а) исходное состояние б) в процессе работ 17,7 5,0 18,2 4,0 18,6 18,0 18,9 29,4 18,8 22,5 19,4 21,9 20,0 21,9

Сравнение экспериментальных и расчетных данных показало, что давление в центральной части подработанной зоны происходит уменьшение напряжений, на границе отработки залежи богатых руд значительно возрастают вертикальная и касательная компоненты напряжений.

На рис. 4 представлены расчетные эпюры распределения дополнительных напряжений (вызванных отработкой залежи богатых руд) в 45 м над кровлей закладочного массива. С увеличением пролета выработанного пространства по сплошным рудам возрастает протяженность зоны опорного давления впереди очистного фронта и концентрация напряжений в нем, до 48 м опорное давление распространяется впереди очистного забоя на 40 - 45 м с максимумом на расстоянии 10 м от фронта очистной выемки. Распространению опорного давления способствует большая изрезанность рудного массива подготовительными выработками. С ростом выработанного пространства до 160 - 200 м и 320 - 350 м опорное давление распространялось, соответственно на 50 - 60 м и 90 - 120 м с максимумом напряжений в 16-20м от кромки забоя.

бб.МПа

вбг

Л* \ 66«

б н

г *г„

V / \

/ \ I \

.-сПО^^ -»о

\ г-:;

50 ¡00 150 У

___ 1 __I

— /

лбу /

Рис.4. Распределение дополнительных напряжений над выработанным пространством б-ой панели.

Исследования показали, что в условиях выемки подработанной залежи перераспределение напряжений, вызванное расширением выработанного пространства, будет сопровождаться в первую очередь оседанием разрабатываемого массива впереди очистного фронта за счет податливости слоя закладки в почве. Величина оседания с максимумом у линии забоя определится компрессионной характеристикой закладочного массива и мощностью его, а параметры перегиба — деформационными свойствами налегающей толщи.

Напряженное состояние массива горных пород в зависимости от поддерживающих свойств закладочных материалов исследовано на моделях из оптически-активных материалов методом фотоупругости. Изготовлены три серии моделей, различающихся состоянием пустот. В первой серии пустоты оставили незаполненными, во второй пустоты заполнены разно-прочными смесями, в третьей - комбинированно с вариантами опережающего заполнения малопрочной и прочной закладкой.

На основе сопоставления параметров напряжений в структурно нарушенной и в однородной моделях проведена оценка влияния зоны подработки на характер распределения и величину напряжений.

Динамика изменения напряжений в элементах геомеханической системы представлена в табл.2.

Таблица 2

Модель Левая сторона Правая сторона

Cîv сгх 0V

1,1 5,1 3,1 5,0 2,9

1,2 6,8 6,0 5,9 4,5

11,1 2,0 1,8 2,2 1,9

11,2 4,5 3,5 3,6 2,6

11,3 1,8 1,4 1,7 1,3

11,4 3,4 2,9 2,9 1,8

11,5 1,7 1,22 1,7 1,3

11,6 3,6 2,6 2,9 2,2

III,1 3,1 2,5 3,1 2,4

III,2 4,4 3,6 4,0 3,2

111,3 2,8 2,1 2,7 2,2

111,4 4,0 3,2 3,4 2,6

Результаты моделирования на эквивалентных материалах показали, что напряженное состояние массива существенно различается в зависимости от степени его нарушенности и состояния пустот, в зависимости от этих факторов границы изменения величины напряжений довольно широки: от 1,22 до 6,8 МПа; наиболее безопасны варианты с заполнением пустот прочным материалом, варианты заполнения только прочным или комбинированным по прочности материалом различаются несущественно, что позволяет расценивать закладку разнопрочными составами как потенциальный способ управления напряженно-деформированным состоянием рудовмещающих массивов в зоне подработки.

Величина деформации закладки зависит от ее физико-механических свойств, от времени, необходимого для полной стабилизации массива закладки и рудовмещающих пород, и напряжений, действующих у контура закладки и внутри массива. Объемное напряженное состояние массива по мере удаления от зоны очистных работ изменяется от состояния, близкого к обобщенному растяжению и обобщенному сдвигу, до состояния обобщенного сжатия в глубине массива. При заполнении очистного пространства закладкой, массив начинает работать как несущий конструктивный элемент геомеханической системы и находится в условиях объемного сжатия cr \ > а 2 ~ а 3. В зонах структурно-тектонических изменений, при искажении тензора главных напряжений, состояние объемного сжатия может

обеспечиваться условием а \ < а 2 = сг з

Поддерживающий эффект искусственного массива развивается постепенно по мере того, как горные породы деформируются в достаточной степени и выдавливаются в заполненное пространство.

Наступает момент, когда закладочный массив начинает воспринимать полное давление толщи налегающих пород

ег =£г =~[°2 (1)

ог2=огъ=Къ+<Гх)

(2)

1-//

где: // - коэффициент Пуассона, Е - модуль упругости закладочного массива, МПа.

С увеличением коэффициента Пуассона ц до 0,5 в уравнении (3) о-1 обращается в ноль и представляется возможным определить деформацию закладочного массива, находящегося в объемно-напряженном состоянии. Для установления величины упрочнения массива из твердеющей закладки при объемном сжатии проведены исследования в промышленных условиях. Качество твердеющей закладки определялось испытанием контрольных кубов в возрасте 28 суток, изготовленных из раствора, взятого на сливе смесителя и испытанием керна из массива закладки. Для определения прочности закладочного массива из-за изолирующих перемычек выбуривали керн, из которого изготовляли образцы цилиндра с высотой, близкой к диаметру, которые испытывали при одноосном сжатии. Отбор керна для определения величины упрочнения закладочного массива произведен по 7 камерам, которые были отработаны сплошной камерной системой разработки с твердеющей закладкой. Результаты исследований представлены в табл.3 и 4.

Таблица 3

Характеристика закладки нижней части камер

Камера 26 27 28 30 31 32 33

Заложенный объем камеры, м 4509 4208 4389 4669 4501 4830 4496

Прочность образцов, МПа Коэффициент упрочнения смеси 4.6 2,3 5,0 2,5 5,1 2,55 5,3 2,65 5,6 2,8 6,1 3,05 5.22 2,61

Таблица 4

Характеристика технологии закладки кровли камер (нормативная прочность 4 МПа)

Камера . , 25 27 . 28 30 31 32 33

Заложенный объем камеры,м Прочность образцов, МПа Коэффициент упрочнения смеси 4509 6,4 1,6 4208 5,6 1,4 4389 6,0 1,5 4669 6,3 1,58 4501 5,6 1,4 4830 5,7 1,42 4496. 6.2 1,55

Из табл. 3 и 4 видно, что прочность массива твердеющей закладки превышает нормативную. Приращение прочности по сравнению с нормативной обеспечивается вводом искусственных массивов из твердеющей закладки в режим объемного сжатия.

Поддерживающие свойства разрушенных геоматериалов, подаваемых в камеру в качестве сыпучей закладки, определяются их давлением в плоскости, ориентированной по нормали к закладочному потоку а2р и боковым давлением за счет горизонтального распора ахр, которые зависят в значительной мере от плотности укладки закладки

V ■

Рассмотрим горизонтальный слой толщиной с!Н на некоторой

глубине от поверхности закладочного массива. В результате статического давления и динамических нагрузок вышерасположенных слоев а2р частицы выделенного слоя будут уплотняться. Плотность .закладочного массива в слое будет зависеть от высоты заложенной камеры Нк и аппроксимируется достаточно точно экспоненциальной зависимостью вида:

ур = ЬеШк, (4) "

- у К ,

где о и А - коэффициенты уравнения регрессии: Ь = ; А.=0,0043 м ,

у и Кр — объемный вес и коэффициент разрыхления породной закладки.

Используя условие предельного равновесия из механики сыпучих сред, с учетом уплотнения закладки при объемном сжатии разработана методика для определения вертикального давления закладочного массива: при а<90°

sincr—f cosа

X+fctgpc л | 2nf при a=90

MQ{\+fctgx) о

.^Кчо?^)'^I- <5>

ехр(ЛНм )- exp^- ~~-hk

(6)

ЛМ0+2п/

где g — ускорение силы тяжести; Г - коэффициент трения закладки о стенки камеры; п - коэффициент бокового давления, М0 - ширина очистного пространства.

Подставив значения коэффициентов уравнения регрессии Ь и X из выражения (4) в формулу (6), величину нормального давления породной закладки при а=90° определяем из уравнения:

<т. =

gYKKvM0 ' < ~ - ^

ехр(0,0043Як)-ехр

(7)

/у

(0,0043М0 + 2nf)-1,55!

Аналогично, путем ввода коэффициентов b и А, в выражении (5), получаем уравнение для расчета а/ при а<90°. Величину бокового давленияч ахр рассчитывают:

а/ = та/. (8)

Отличие предложенной методики расчета давления массива из сыпучей породной закладки на бока и основание выработанного пространства от известной состоит в использовании коэффициента уплотнения закладочного массива Ку (Куп= 0,5808 + 0,00699 Нк + 0,00375 а + 0,00362 М0) в условиях объемного неравно-компонентного сжатия.

Исследования закономерностей взаимодействия разрушенных геоматериалов и рудовмещающих массивов позволили разработать технологические решения, обеспечивающие эффективное управление состоянием рудовмещающего массива при вовлечении в отработку ранее подработанных руд. Основу рекомендуемых технологий составляют высокопроизводительные варианты сплошных камерных систем разработки с наклоном стенок камер на нетронутый массив и с закладкой выработанного пространства разнопрочными составами.

В основу варианта с наклоном стенок камер на рудный массив положена зависимость размеров камер от угла наклона стенок (рис.5). Наклоняя стенку на массив под углом 75-80°, увеличивают длину и высоту камеры без снижения устойчивости. Оконтуривание камеры по плоскости стенки и по кровле производится взрыванием контур-

ных скважин. Контурные щели длиной 15-20 м располагают параллельно через 0,8-0,9 м по границе камеры. Щель служит экраном, снижающим сейсмическое влияние взрывов на стенки камер.

ГТТПТ?--"

111111 |>

•I || ¡1

¡0...... 36-Л. 1!

г1|1_. ------ _____4_____

150 до линии рагреза

- 2

Рис. 5. Вариант камерной системы разработки с наклоном стенок камер на рудный массив: 1 -твердеющая закладка; 2 - ранее заложенное пространство; 3 -контурная щель

Сплошная разработка камер с твердеющей закладкой с наклоном стенок на нетронутый массив позволяет повысить устойчивость массива и снизить разубоживание руды закладкой в среднем на 2,7-4,6%. Вариант системы разработки не нарушает условий сплошной выемки, не снижает концентрацию и интенсивность очистных работ.

Соотношение фактических и расчетных параметров обнажений позволяет считать, что выработанное пространство при отработке запасов вкрапленных руд будет находиться под защитой заклинившихся структурных отдельностей. Поэтому для погашения выработанного пространства на отдельных участках используют закладочные составы различной прочности (рис.6): для днищ и потолочин — твердеющую (асж=1,5-2 МПа); для верхней частей камер - упрочненную цементно-породную (асж=0,8-1 МПа); для остальных пустот - породную (сгсж=0,2-0,8 МПа). Очистные работы ведут с опережением выемки нижележащего подэтажа вышележащим. После отбойки и выпуска запасов подэтажей и отработки целиков днища приступают к погашению выработанного пространства.

. - > К*-«гч »V. • • ► • л ' I - •.•>•'•••»

И ¡1

!| II

II »

|1 Н

[ШГ:1 - Т

Е22 - 2

Ш - з

Ш - ч

Рис. 6. Технология с погашением выработанного пространства разнопроч-ными закладочными смесями: 1 - ранее заложенное пространство; 2 - твердеющая — прочная закладка; 3 - твердеющая - слабопрочная закладка; 4 - малопрочная закладка.

Первоначально формируют искусственный массив из твердеющей закладки в основании камер. Затем по условию обеспечения поддерживающих свойств рассчитывают параметры выработанного пространства, которое подлежит заполнению малопрочным закладочным составом. Заполнив необходимый объем камеры породой, приступают к закладке оставшейся части цементно-породной смесью. Грансостав пород подбирают с расчетом наибольшей пустотности для более эффективного проникновения песчано-цементного раствора.

Разработанная технология позволяет создавать прочные массивы в местах наибольших напряжений в приконтактной зоне и менее прочные во внутренних зонах закладочного массива.

Применение в опытно-промышленных условиях разработанных вариантов сплошной камерной системы обеспечило снижение затрат на закладку выработанного пространства за счет замены до 25-30% объема твердеющей смеси на цементной основе на более дешевые низкопрочные составы, повысить интенсивности ведения очистных работ и производительности труда в среднем на 15-17%, с сохранением качественных показателей 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. 5.

Таблица 5

Технико-экономические показатели вариантов систем разработки

Наименование показателей Ед. изм. сплошная камерная базовый вариант рекомендуемые варианты со сплошной выемкой руды

с наклоном стенок камер с разно-прочной закладкой

Разубоживание руды % 16,2 13,4 17,3

Потери руды при добыче % 5,6 4,6 6,9

Себестоимость добычи 1т руды руб. 1047 1024,9 914,2

Затраты на 1т металла в концентрате руб. 101187 98195 96943

Эффективность на 1т металла руб. 5992 7244

Применение рекомендуемых вариантов систем со сплошным порядком отработки при выемке балансовых запасов вкрапленных руд в зоне подработки в пределах одной выемочной единицы в объеме 18000 м3 тонн по сравнению с базовой технологией обеспечивает экономический эффект более 4,56 - 5,14 млн. руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

, В диссертации дано новое решение актуальной научно-технической задачи по обоснованию способов управления состоянием массива при отработке ранее подработанных рудных тел, основанных на оптимальном обеспечении геомеханической сбалансированности элементов природно—техногенной системы за счет использования энергетического эффекта объемного сжатия и комбинирования разнопрочных закладочных смесей.

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

2. Выявлено, что размеры зоны критических напряжений в условиях выемки подработанных руд определяются параметрами оседания ранее заложенного выработанного пространства и тектонической нарушенностыо рудовмещающего массива, при этом величина оседания с максимумом у линии забоя зависит от мощности и компрессионных характеристик закладочного массива, а параметры перегиба — деформационными свойствами налегающей толщи.

3. Натурными замерами напряжений определено, что исходное напряженное состояние массива близко к гидростатическому: вертикальная компонента напряжения во вкрапленных рудах ау=уН«14-16МПа приблизительно равна горизонтальным компонентам. В процессе производства работ в центральной части подработанной зоны происходит уменьшение напряжений, на границе отработки залежи богатых руд значительно возрастают вертикальная и касательная компоненты напряжений.

4. Установлено, что в окрестностях очистной камеры возникает приконтурная зона повышенной трещиноватости мощностью до 3-4м, в которой после закладки выработанного пространства и перевода элементов природно-техногенной системы в условия объемного неравно-компонентного сжатия коэффициент структурного ослабления ниже на 30-50% по сравнению с базовым значением.

5. Выявлено, что закладочный массив вступает в работу с отставанием на 40-50м от фронта работ и концентрацией опорного давления на кромках. Вблизи подработанного пространства и тектонических нарушений существуют области пониженных прочностных и упругих характеристик, в которых прочность рудного массива в 2-5 раз ниже, а модуль упругости в 2-3 раза меньше, чем в не подработанных частях массива вкрапленных руд.

6. Моделированием на эквивалентных материалах установлено, что при погашении выработанного пространства наиболее безопасны варианты с заполнением пустот прочным материалом, варианты заполнения только прочным или комбинированным по прочности материалом различаются несущественно, что позволяет расценивать закладку разнопрочными составами как потенциальный способ управления напряженно-деформированным состоянием рудовмещающих массивов в зоне подработки.

увеличением конструктивных параметров камеры в условиях объемно-напряженного состояния.

8. Определено, что нормативная прочность твердеющей закладки при отработке запасов ранее подработанных руд дифференцируется в интервале 0,5-3,0 МПа, в зависимости от взаимодействия рудных и искусственных массивов с приоритетным влиянием факторов своевременного введения массива из закладки в условия объемного сжатия.

10. Применение на руднике «Комсомольский» разработанных вариантов сплошной камерной системы разработки обеспечило снижение затрат на закладку выработанного пространства за счет замены до 25-30% объема твердеющей смеси на цементной основе на более дешевые низкопрочные составы, повысить интенсивности ведения очистных работ и производительности труда в среднем на 15-17%, с сохранением качественных показателей добычи на достигнутом уровне.

11. Технико-экономическая оценка разработанных технологических решений показала что, при отработке балансовых запасов руды в пределах одной выемочной единицы-панели в объеме 18000 м по сравнению с базовой технологией позволит получить экономический эффект в размере 4,56 — 5,14 млн. руб. в зависимости от применяемых вариантов технологий перевода закладочных массивов в режим объемного неравно-компонентного сжатия.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

в издании рекомендованном ВАК РФ

I. Исмаилов Т.Т., ГабараевО.З., Ногаев А.Х. Закономерности взаимодействия рудовмещающих массивов и разрушенных геоматериалов в объемном напряженном состоянии // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2006.—№10.-С. 28-31. в прочих изданиях

2. Щедрое А.Е., Никшин С.Г., Габараев О.З., Ногаев А.Х. Прогнозная оценка устойчивости обнажений и несущей способности массива из твердеющей закладки при разработке вкрапленных руд. Гор-

но-металлургический комплекс России: состояние, перспективы развития. Материалы II Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 70-летию кафедры «Технология разработки месторождений» имени М.И. Агошкова. Владикавказ, 2003. - С. 88-91.

3. Ногаев А.Х., Никшин С.Г. Оценка напряженного состояния массива при отработке вкрапленных руд на руднике «Комсомольский». Тезисы докладов научно-технической конференции, посвященной 65-летию научно-исследовательского сектора, г. Владикавказ, 2004.-С. 33-34.

4. Габараев ОЗ., Ногаев А. X, Этезов И.Х. Технологии управления состоянием рудовмещающего массива при разработке месторождений комбинированным способом // Цветная металлургия, 2004. -№12.-С. 2-8.

5. Плиев И.Г., Ногаев АХ., Кусов Г.Б. Технологии управления состоянием рудовмещающего массива при разработке месторождений комбинированным способом. Материалы итоговой конференции: Всероссийский конкурс на лучшие научные работы студентов по естественным, техническим наукам и инновационным научно-образовательным проектам. М., 2004 г. - С. 311-313.

6. Габараев О.З., Ногаев А.Х., Плиев И.Г. Обоснование технологических параметров выемки руд при разработке месторождений комбинированным способом. Горно-добывающий комплекс России: состояние, перспективы развития. Материалы III Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 100-летию М.И. Агошкова. Владикавказ, 2005. — С. 74-79.

7. Ногаев А.Х., Дзапаров М.Э. Исследование свойств породной закладки. Горно-добывающий комплекс России: состояние, перспективы развития. Материалы III Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 100-летию М.И. Агошкова. Владикавказ, 2005.-С. 111-113.

Сдано в набор 01.11.2006 г., подписано в печать 15.11.2006 г.

Гарнитура Тайме. Печать трафаретная. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Усл. печ. л. 1,25. Тираж 100 экз. Заказ № 179.

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

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Ногаев, Алан-Бек Хаджи-Муратович

Введение

1. Состояние изученности вопроса, цели и задачи исследований

1.1. Условия локализации мощных пологопадающих месторождений

1.2. Опыт ведения очистных работ в зонах подработки запасов

1.3. Анализ теории и практики управления состоянием горного 31 массива при отработке ранее подработанных рудных тел

1.4. Цель, задачи и методы исследований

2. Исследование закономерностей поведения массива 40 подработанных руд при техногенном вмешательстве

2.1. Исследование структурных особенностей строения 40 месторождения

2.2. Исследование прочностных и деформационных свойств массива

2.3. Исследование исходного напряженного состояния массива

2.4. Исследование геомеханической обстановки в зоне отработки 53 подработанных руд

2.5. Прогнозная оценка устойчивости обнажений и несущей способности массива

2.6. Деформационные процессы в налегающем массиве и залежи 62 подработанных вкрапленных руд

2.7. Исследование состояния массива горных пород в зоне 65 подработки на моделях из оптически активных материалов

Выводы

3. Разработка способов управления состоянием массива ранее подработанных рудных тел

3.1. Особенности деформирования закладочного массива при объемном сжатии

3.2. Натурные исследования величины упрочнения массива из 79 твердеющей закладки

3.3. Закономерности взаимодействия рудовмещающих массивов и 83 разрушенных геоматериалов в объемном напряженном состоянии

3.4. Технологии разработки вкрапленных руд

3.4.1. Технология с наклоном стенок камер на нетронутый массив 90 и контурным взрыванием скважин

3.4.2. Технология с отбойкой руды из подэтажных ортов на 93 породную закладку

3.4.3. Технология с погашением выработанного пространства 95 разнопрочной закладкой

Выводы

4. Обоснование рациональной технологии разработки запасов 100 подработанных руд

4.1. Опытно-промышленная проверка и реализация результатов 100 исследований

4.2. Эффективность подземной добычи руд сплошными камерными 105 системами разработки с закладкой выработанного пространства Выводы 108 Заключение 110 Литература

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование рациональных способов управления состоянием массива при отработке ранее подработанных рудных тел"

Актуальность работы. Основной сырьевой базы цветной металлургии России являются медноникелевые месторождения Талнаха, на долю добычи из которых приходится более 15% мирового производства никеля, более 10% кобальта, 3% меди, значительная часть платины, палладия и других металлов. Структура запасов месторождений такова, что основной объем металлов изначально находился в относительно бедных вкрапленных рудах, доля которых в рудно-сырьевом балансе по мере выемки богатых руд заметно растет.

Практика разработки на рудниках Талнахского рудного узла показывает, что в результате выемки сплошных богатых руд подработанная кровля 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 при выемке подработанных руд. Исходя из этого, главным условием осуществления эффективной разработки вкрапленных руд является применение систем разработки с закладкой выработанного пространства. Однако применяемые технологии отработки запасов вкрапленных руд с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями гарантируют регулируемость напряжений в геомеханической системе, но сопровождаются значительным расходом вяжущих и инертных заполнителей для закладочных работ. Поэтому разработка и обоснование эффективных способов управления геомеханическим состоянием рудовмещающего массива на основе повышения устойчивости элементов природно-техногенной системы «налегающие породы - рудовмещающий массив - искусственный массив» при подземной отработке запасов в зонах влияния ранее подработанного и заложенного пространства - важная и актуальная задача.

Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий обобщение и анализ опыта управления состоянием массива при подземной разработке месторождений, натурные исследования состояния и структурных особенностей рудовмещающего массива, измерение параметров полей напряжений методами разгрузки, гидроразрыва скважин и дискованием керна, аналитические расчеты, моделирование напряженно-деформированного состояния массива горных пород в зоне подработки на оптически активных материалах и сравнительный технико-экономический анализ способов управления состоянием рудовмещающего массива.

Задачи исследований:

• изучение инженерно-геологических условий разработки запасов ранее подработанных руд;

•установление закономерностей напряженно-деформируемого состояния налегающей толщи пород, рудовмещающего и массива из твердеющей закладки в рамках единой геомеханической системы;

•обоснование рациональных способов управления состоянием рудовмещающего массива при отработке подработанных руд;

•разработка вариантов подземной отработки запасов в зонах влияния ранее подработанного и заложенного пространства с низким эксплуатационными затратами;

• опытно-промышленная проверка предложенных технологических решений и их технико-экономическая оценка.

Научные положения, защищаемые в работе:

• Размеры зоны критических напряжений в условиях выемки подработанных руд определяются параметрами оседания ранее заложенного выработанного пространства и тектонической нарушенностыо рудовмещающего массива, при этом величина оседания с максимумом у линии забоя зависит от мощности и компрессионных характеристик закладочного массива, а параметры перегиба - деформационными свойствами налегающей толщи.

• Применение при отработке ранее подработанных рудных тел вариантов сплошной камерной системы с наклоном стенок камер на нетронутый массив и с закладкой выработанного пространства разнопрочными составами, позволяющих регулировать уровень напряжений и деформаций для целенаправленного использования высвобождающейся в ходе работ энергии для повышения устойчивости элементов природно-техногенной системы, обеспечивает повышение безопасности горных работ и снижение производственных затрат.

Научная новизна работы:

Практическое значение работы состоит в разработке рациональных технологий управления состоянием рудовмещающего массива со сплошной выемкой руды и погашением выработанного разнопрочной закладкой, позволяющих повысить эффективность и безопасность отработки запасов подработанных 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 рабочих проектов отработки вкрапленных руд на первоочередном участке рудника «Комсомольский» Заполярного филиала ОАО «ГМК «Норильский никель» с ожидаемым экономическим эффектом более 6 млн. р./г.

Апробация работы. Результаты, основные положения и выводы диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на: Международных научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2003 -2006 гг.); II Всероссийской научно-практической конференции «Горнометаллургический комплекс России: состояние, перспективы развития» (Владикавказ, 2003 г.); Всероссийском конкурсе на лучшие научные работы студентов и аспирантов по естественным, техническим наукам и инновационным научно-образовательным проектам (г. Москва, 2004 г.); III Всероссийской научно-практической конференции «Горно-добывающий комплекс России: состояние, перспективы развития» (Владикавказ, 2005 г.); НТС рудоуправления «Талнахское» ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель»(Талнах, 2005 г.); на ежегодных НТК СКГМИ (ГТУ) (Владикавказ, 2002 - 2006 гг.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 7 печатных работах.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Ногаев, Алан-Бек Хаджи-Муратович

Выводы.

4.1. Эффективность применения технологий управления состоянием подработанного рудовмещающего массива при подземной отработке участков руд в зонах повышенной нарушенное™ и в условиях высокого горного давления 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 вкрапленных руд и наиболее эффективны варианты сплошной камерной системы:

-технология с наклоном стенок камер на нетронутый массив и контурным взрыванием скважин при отработке запасов на кромках рудного тела, зонах повышенной нарушенное™ и опорного давления;

-технология с погашением выработанного пространства разнопрочной закладкой при отработке средненарушенных руд вне зон повышенной нарушенное™.

4.5. Экономический эффект, при отработке балансовых запасов руды в пределах одной выемочной единицы-панели в объеме 18000 м3 по сравнению с базовой технологией позволит получить экономический эффект в размере 4,56 -5,14 млн. руб. в зависимости от применяемых вариантов технологий перевода закладочных массивов в режим объемного неравно-компонентного сжатия, за счет снижения затрат на закладочные работы и повышение интенсивности ведения очистных работ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации дано новое решение актуальной научно-технической задачи по обоснованию способов управления состоянием массива при отработке ранее подработанных рудных тел, основанных на оптимальном обеспечении геомеханической сбалансированности элементов природно-техногенной системы за счет использования энергетического эффекта объемного сжатия и комбинирования разнопрочных закладочных смесей.

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

1. Установлено, что в пределах района месторождения массив рудовмещающих пород необходимо рассматривать как дискретную среду, сложенную блоками по меньшей мере пяти порядков, отличающимися размерами, геометрией, сцеплением по границам раздела и характером напряженного состояния блоков. В пикритовых породах структурные блоки имеют форму плит, в габбро-долеритах - изометрических кубов, призм и глыб, поэтому устойчивость минимальна в пикритах и максимальна в габбро-долеритах.

2. Выявлено, что размеры зоны критических напряжений в условиях выемки подработанных руд определяются параметрами оседания ранее заложенного выработанного пространства и тектонической нарушенностыо рудовмещающего массива, при этом величина оседания с максимумом у линии забоя зависит от мощности и компрессионных характеристик закладочного массива, а параметры перегиба - деформационными свойствами налегающей толщи.

3. Натурными замерами напряжений определено, что механизм развития напряжений и деформаций в рудовмещающем массиве вкрапленных руд определяется взаимодействием структурных блоков, образованных тектоническими нарушениями. Исходное напряженное состояние массива близко к гидростатическому: вертикальная компонента напряжения во вкрапленных рудах сгу=уН«14-16МПа приблизительно равна горизонтальным компонентам. В процессе производства работ в центральной части подработанной зоны происходит уменьшение напряжений, на границе отработки залежи богатых руд значительно возрастают вертикальная и касательная компоненты напряжений.

4. Установлено, что при отработке ранее подработанных руд в окрестностях очистной камеры возникает приконтурная зона повышенной трещиноватости мощностью до 3-4м, в которой после закладки выработанного пространства и перевода элементов природно-техногенной системы в условия объемного неравно-компонентного сжатия коэффициент структурного ослабления ниже на 30-50% по сравнению с базовым значением.

7. Разработана методика определения давления закладочного массива из разнопрочной закладки на бока и основание выработанного пространства, учитывающий уплотнение материала закладки с увеличением конструктивных параметров камеры в условиях объемно-напряженного состояния.

9. Для отработки подработанных вкрапленных руд разработаны эффективны варианты сплошной камерной системы с наклоном стенок камер на нетронутый массив и контурным взрыванием скважин и с погашением выработанного пространства разнопрочной закладкой, позволяющие регулировать уровень напряжений и деформаций для целенаправленного использования высвобождающейся в ходе работ энергии для повышения устойчивости элементов природно-техногенной системы.

10. Применение на руднике «Комсомольский» Талнахского рудоуправления Заполярного Филиала ОАО «ГМК «Норильский никель» разработанных вариантов сплошной камерной системы разработки обеспечило снижение затрат на закладку выработанного пространства за счет замены до 2530% объема твердеющей смеси на цементной основе на более дешевые низкопрочные составы, повысить интенсивности ведения очистных работ и производительности труда в среднем на 15-17%, с сохранением качественных показателей добычи на достигнутом уровне.

11. Технико-экономическая оценка разработанных технологических решений показала что, при отработке балансовых запасов руды в пределах одной выемочной единицы-панели в объеме 18000 м3 по сравнению с базовой технологией позволит получить экономический эффект в размере 4,56 - 5,14 млн. руб. в зависимости от применяемых вариантов технологий перевода закладочных массивов в режим объемного неравно-компонентного сжатия.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Ногаев, Алан-Бек Хаджи-Муратович, Владикавказ

1. Исследование физико-механических свойств горных пород Норильских месторождений. Научный отчет ИГД им.А.А.Скочинского, Москва, 1964. - 93 с.

2. Разработать и внедрить рациональные способы и параметры управления горным давлением в очистных выработках на действующих рудниках Талнаха. Научный отчет (заключительный). ГМОИЦ-ВНИМИ, Норильск-Ленинград, 1984. 76 с.

3. Разработать и внедрить рациональные способы и параметры управления горным давлением в очистных выработках на действующих рудниках Талнаха. Научный отчет (промежуточный). ГМОИЦ-ВНИМИ, Норильск-Ленинград, 1983. 45 с.

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

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

6. Рекомендации для проекта отработки первоочередного участка вкрапленных руд на руднике «Комсомольский». Гипроникель, ИПКОН АН СССР, ВНИМИ, ГМОИЦ НГМК, Ленинград-Норильск, 1981 г. 102 с.

7. Технологическая инструкция по производству закладочных работ на рудниках НГМК. Норильск, 1986 г. 74 с.

8. 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. 65 с.

9. Рудник «Комсомольский». Выемка подработанных вкрапленных руд системой «вертикальные блоки» на опытном участке северо-восточного поля. Общая пояснительная записка. Норильскпроект, 1991 г. 121 с.

10. Sassos М.Р. New ideas for mining at Inco.// Engineering and Mining Journal.- 1986, v. 186, No 6, p. 36-39,41.

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

12. Underground at Inco // Ganadian Mining Journal.-1985, November, p 21.

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

14. Walker S. New Brunswick hoste the word s largest zink mine // International Mining.-l988.October, p.37-41

15. Управление горным давлением в тектонически напряженных массивах / Под. ред. М.В. Курлени: в 2 ч. -Апатиты: КНЦ РАН, 1996. -4.1-2.

16. Хомяков В. И. Зарубежный опыт закладки на рудниках. М.: Недра. -1984.-224 с.

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

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

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

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

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

22. Ялымов Н.Г. Погашение пустот при подземной разработке руд. -Фрунзе: Илим, 1979. 230 с.

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

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

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

26. Иофин C.JL, Тихомиров А.П., Шкарпетин В.В. Опыт работы рудников стран-членов СЭВ. М.: Цветметинформация, 1977. - 48 с.

27. Баклашов И.В. Деформирование и разрушение породных массивов. -М.: Недра.-271 с.

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

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

30. Винницкий К.Е. Управление параметрами технологических процессов на открытых разработках. М.: Недра. - 1984.

31. Иофин C.JI. Интенсификация горного производства. М.: ЦЭИ, 1992.-92 с.

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

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

34. Репп К.Ю. и др. Материалы для искусственных целиков и технология их возведения. М.: Недра, 1968.

35. Шестаков В.А. Рациональное использование недр. М.: Недра, 1990.223 с.

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

37. Инструкция по безопасному ведению горных работ на рудных и нерудных месторождениях, объектах строительства подземных сооружений, склонных и опасных по горным ударам, 1999 г. (РД 06-329-99).

38. Указания по безопасному ведению горных работ на Тал нахском и Октябрьском месторождениях, склонных и опасных по горным ударам, 2001 г.

39. Методические указания по управлению горным давлением при сплошных системах разработки с твердеющей закладкой на рудниках Норильского ГМК, 1987 г.

40. Технологическая инструкция по разработке сплошных сульфидных руд слоевыми и камерными системами разработки с использованием дистанционно-управляемых погрузочно-транспортных машин на рудниках Норильского ГМК, 1988 г. 73с.

41. Тапсиев А.П. Геомеханические основы технологии разработки мощных пологих залежей полиметаллических руд системами с твердеющей закладкой выработанного пространства. Автореф. докт.дис. - Новосибирск, 2000.-40с.

42. Мосинец В.Н., Абрамов А.В. Разрушение трещиноватых и нарушенных горных пород. М.: Недра, 1982. - 248 с.

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

44. Будько А.В. Выбор и совершенствование систем разработки. М.: Недра, 1971.-256 с.

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

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

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

48. Коваль А.И., Рудас Н.И., Вукало В.К. Маркшейдерское обеспечение комбинированной разработки Тырныаузского месторождения. // Горный журнал.- 1980,-№9. -С. 15-18.

49. Щелканов В.А. Подземные выработки на карьерах. М.: Недра, 1982. -128 с.

50. Мещеряков Э.Ю. Совершенствование способа управления состоянием прикарьерного массива при подземной разработке ценных руд. Авторефер. канд. дис. - Магнитогорск. - 1988. - 20 с.

51. Котенко Е.А. Ресурсосберегающие экологически щадящие технологии открытой разработки месторождений. // Горный вестник . 1998. - №2. -С. 2434.

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

53. Байконуров О.А., Крупник J1.A., Петухов В.Н. Технология добычи уды с твердеющей закладкой. М.: Недра, 1979. - 151 с.

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

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

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

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

58. Совершенствование технологии возведения искусственных массивов из твердеющей закладки / JI.A. Крупник, JI.B. Пятигорский. Алма-Ата: Каз-НИИНТИ, 1987.-64 с.

59. Мюллер Л. Механика скальных массивов. М.: Мир, 1971. - 255 с.

60. Проскуряков Н.М. Управление состоянием массива горных пород. -М.: Недра, 1991.-368 с.

61. Габараев О.З., Ногаев А. X., Этезов И.Х. Технологии управления состоянием рудовмещающего массива при разработке месторождений комбинированным способом // Цветная металлургия, 2004. №12. - С. 2-8.

62. Исмаилов Т.Т., О.З. Габараев, Ногаев А.Х. Закономерности взаимодействия рудовмещающих массивов и разрушенных геоматериалов в объемном напряженном состоянии // Горный информационно-аналитический бюллетень, 2006. №10. - С. 23-29.

63. Слепцов М.Н., Азимов Р.Ш., Мосинец В.Н. Подземная разработка месторождений цветных и редких металлов. М.: Недра, 1986. - 206 с.

64. Борщ-Компониец В.И., Макаров А.Б. Горное давление при отработке мощных пологих рудных залежей. М.: Недра, 1986. - 271 с.

65. Баклашов И.В., Картозия Б.А. Механические процессы в породных массивах. -М.: Недра, 1986. 291 с.

66. Крупник J1.A., Пятигорский JI.B., Ткачев В.М. Практика ведения закладочных работ на рудниках. Алматы: Казахстан, 1995. - 240 с.

67. Смелянский Е.С., Палий В.Д., Сакаева Т.Ш. Прогнозирование сдвижения земной поверхности при отработке крутопадающих рудных тел с твердеющей закладкой. // Горный журнал. 1986. - №5. - С. 51-54.

68. Коваль А.И.,Рудас Н.И.,Вукало В.К. Маркшейдерское обеспечение сомбинированной разработки Тырныаузского месторождения // Горный жур-Ш.-1980.- №9.- С.15-19.

69. Игнатов В.Н. Обоснование эффективной технологии подземной добычи при открыто-подземном способе разработки: Автореф. докт. дис.-Новочеркасск: 1998. 35 с.

70. Отаров К.М. Разработка и обоснование устойчивых параметров конструктивных элементов выемки высокогорных месторождений открыто-подземным способом: Автореф. канд. дис,- Владикавказ: 1999. 20 с.

71. Жумабаев Б.А., Степанов В.Я. Оценка напряженно-деформированного состояния массивов пород и склонов одиночной горы // Устойчивость горных склонов и подземных обнажений. Фрунзе: Илим, 1979г.

72. Сакавова К.И. Распределение напряжений в массиве пород в горных возвышенностях // Напряженно-деформированное состояние пород в горных районах. Фрунзе: Илим, 1985г.

73. Ялымов Н.Г. Напряженное состояние массива пород в горных районах // Проблемы механики горных массивов и разработки месторождений полезных ископаемых. Фрунзе: Илим, 1982г.

74. Ханзаги И. Метод определения степени трещиноватости пород.-М.: экспрес-информация ВИНИТИ, серия "Техника и технология буровых и горных разведочных работ". 1975. 104 с.

75. Ржевский В.В., Ямщиков B.C. Акустические методы исследования и контроля горных пород в массиве. М.: Наука, 1973. - 224 с.

76. Корн А.В., Прытков А.С. Использование сейсмоакустического метода для прогноза формы проявления горного давления // Горный журнал.-1984 № 4-С. 55-59.

77. Глушихин Ф.П. и др. Рациональное планирование экспериментов для изучения проявлений горного давления на моделях из эквивалентных материалов. -JI.: ВНИМИ, 1980. 103 с.

78. Злотников М.С. и др. Методика указания по технологии изготовления и определению физико-механических свойств эквивалентных материалов. JL: ВНИМИ, 1980.- 95 с.

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

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

81. Новак Ф.С., Арсов Я.Б. Оптимизация технологии металлов методами планирования эксперимента. М.: Машиностроение, 1980. - 304 с.

82. Винарский М.С., Жадан В.Т., Кулак Ю.Е. Математическая статистика в черной металлургии. Киев: Техника, 1973. - 220 с.

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

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

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

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

87. Габараев О.З. Управление состоянием напряженно-деформированных рудовмещающих массивов. -Владикавказ: Терек, 1999. 221 с.

88. 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.

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

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

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

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

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

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

95. Зинуров А.В. Разработка комбинированной геотехнологии выемки запасов в основании бортов карьеров (на примере медноколчеданных месторождений Урала). Автореф. канд. дис. - Магнитогорск. - 1999. - 24 с.

96. Каргинов К.Г. Научно-методические основы выщелачивания свинца и цинка из бедных полиметаллических руд. Автореф. докт. дис. - Москва. -2005.-40 с.

97. Сараскин А.В. Обоснование способов поддержания подземных выработок в метасоматически измененных породах медноколчеданных месторождений. Автореф. канд. дис. - Магнитогорск. - 2005. - 20 с.

98. Марковский К.И. Обоснование метода обратного расчета прочности междукамерных целиков по факту их разрушения. Автореф. канд. дис. -Москва. - 2004. - 22 с.

99. Терешин А.А. Обоснование способа управления искусственной кровлей при системе разработки горизонтальными слоями с нисходящей выемкой и закладкой. Автореф. канд. дис. - Москва. - 2002. - 22 с.

100. 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. - 24 с.

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

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

103. Насонов И.Д. Моделирование горных процессов. М.: Недра, 1978.256 с.

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

105. Цытович Н.А. Механика грунтов. М.: Высшая школа, 1979. - 272 с.

106. Правила технической эксплуатации рудников, приисков и шахт, разрабатывающих месторождения цветных, редких и драгоценных металлов. -М.: Недра, 1981.- 108 с.

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

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

109. Анистратов Ю.И. Технологические процессы открытых горных работ. М., Недра. - 1995. - 315 с.

110. Шестаков В.А. Проектирование рудников. -М.: Недра, 1987. 231 с.

111. Капленко Ю.П. Управление взрывами при подземной добыче руд в Кривбассе. Киев. Вища школа, 1977. - 103 с.

112. Воронюк А.С., Иванов В.И., Макшин В.Н. Вскрытие рудных месторождений в условиях горной местности. М.: ИПКОН РАН, 1992. - 220 с.

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

114. Мосинец В.Н., Лобанов Д.П., Тедеев М.Н., Абрамов А.В. и др. Строительство и эксплуатация рудников ПВ. М.: Недра, 1987. - 304 с.

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

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

117. Инструкция по безопасному ведению горных работ при комбинированной (совмещенной) разработке рудных и нерудных месторождений полезных ископаемых. М.: 1997. - 21 с.

118. Ардашев К.А., Ахматов В.И., Катков Г.А. Методы и приборы для исследования проявлений горного давления. М., Недра, 1981. 129 с.

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

Информация о работе

Ногаев, Алан-Бек Хаджи-Муратович
кандидата технических наук
Владикавказ, 2006
ВАК 25.00.22

Диссертация

Обоснование рациональных способов управления состоянием массива при отработке ранее подработанных рудных тел - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы