Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование систем разработки прибортовых запасов медноколчеданных месторождений при проектировании комбинированной геотехнологии

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

Автореферат диссертации по теме "Обоснование систем разработки прибортовых запасов медноколчеданных месторождений при проектировании комбинированной геотехнологии"

КОНТРОЛЬНЫЙ ЭКЗЕМПЛЯР I

На правах рукописи

004Ь

5876

ГРИГОРЬЕВ ВЛАДИМИР ВЕНИАМИНОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ ПРИБОРТОВЫХ ЗАПАСОВ МЕДНОКОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ КОМБИНИРОВАННОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ

Специальности: 25.00.22 - Геотехнология (подземная, открытая и строительная)

25.00.21 - Теоретические основы проектирования горнотехнических систем

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 3 ДЕК 2010

Магнитогорск 2010

004615876

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Научные руководители:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор калмыков Вячеслав Николаевич;

доктор технических наук, профессор Айнбиндер Игорь Израилевич

доктор технических наук, профессор Савич Игорь Николаевич; кандидат технических наук Гордеев Алексей Иванович

ГОУ ВПО «Уральский горно-геологический университет»

Защита диссертации состоится 17 декабря 2010 г. в 13С0 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.111.02 при ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» по адресу: 455000, Челябинская обл., г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, малый актовый зал.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ГОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Автореферат разослан «16» ноября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук Корнилов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Крутопадающие рудные месторождения с большой глубиной распространения осваиваются преимущественно с использованием комбинированных геотехнологий. За предельными контурами карьеров остаются значительные запасы, которые дорабатываются подземным или открыто-подземным способами. Наибольшие сложности возникают при проектировании технологии выемки прибортовых запасов, поскольку их отработка вызывает нарушение устойчивости бортов карьеров, сопровождается разлетом рудной массы в выработанное пространство, возникают проблемы с вентиляцией подземных выработок, транспортом и подъемом отбитой руды. Поэтому, поиск, выбор и обоснование параметров систем разработки прибортовых запасов при комбинированной разработке месторождений, обеспечивающих эффективное и безопасное освоение запасов различных морфологических типов с наибольшей полнотой извлечения с учетом специфики условий залегания и использования сочетания элементов технологий открытых и подземных горных работ, представляет весьма актуальную задачу.

Несмотря на большой объем исследований в этой области, нормативные документы для проектирования рациональных систем разработки прибортовых запасов отсутствуют. Нет методик выбора конструкций систем разработки, не определены эффективные области их применения для запасов, характеризующихся различными технологическими, морфологическими и геомеханическими параметрами, не обоснован рациональный порядок извлечения запасов.

Цель работы - обоснование методики выбора систем разработки прибортовых запасов, располагающихся за предельными контурами карьеров, обеспечивающих высокую эффективность и полноту комплексного использования недр.

Идея работы состоит в адаптации конструктивных и технологических параметров систем разработки прибортовых запасов соответствующим условиям их районирования по топологическим, морфологическим и геомеханическим факторам.

Объект исследований - прибортовые запасы, располагающиеся за предельными контурами карьеров.

Предмет исследования - конструкция и параметры системы разработки прибортовых запасов при комбинированной геотехнологии.

Основные задачи исследований:

- анализ опыта отработки прикарьерных запасов рудных месторождений, параметров подземных горных работ;

- обобщение условий залегания прибортовых запасов, их классификация и оценка факторов, влияющих на технологические решения и параметры отработки прибортовых запасов;

- оценка геомеханического состояния прикарьерного массива месторождения в процессе освоения запасов, районирование прикарьерного массива по морфологическим и топологическим факторам" и горным возможностям;

- конструирование систем разработки прибортовых запасов, обоснование рациональных параметров и порядка подземных горных работ;

- технико-экономическая оценка технологических схем; обоснование методики выбора систем разработки; промышленная апробация и внедрение технологических схем освоения прибортовых запасов медноколчеданных месторождений.

Положения, выносимые на защиту:

1. Классификация прибортовых запасов по морфологическим и топологическим признакам позволяет в различных горно-технических и горногеологических условиях выбрать эффективный вариант отработки.

2. Участки прибортовых запасов мощностью до 20 м, непосредственно выходящие в борт карьера, целесообразно извлекать системами открыто-подземной разработки с преимущественным использованием элементов открытых горных работ в режиме интенсивной выемки запасов и использования резерва кратковременной устойчивости бортов и их крепления.

3. Внутреннее отвалообразование на стадии открытых горных работ обеспечивает эффективное применение систем разработки подэтажного обрушения для освоения прибортовых запасов.

4. Эффективное освоение прибортовых запасов за предельными контурами карьеров обеспечивается применением открыто-подземных и подземных систем разработки, дифференцированных по морфологическим типам запасов.

Методы исследований. Использован комплексный подход, включающий изучение строения, свойств и состояния пород; моделирование геомеханических процессов; экономико-математическое моделирование освоения прибортовых запасов, методы обобщения и систематизации результатов промышленной апробации рекомендаций.

Научная новизна заключается в:

- создании типовых технологических схем освоения прибортовых запасов за предельными контурами карьеров при комбинированной геотехнологии, дифференцированных по морфологическим типам запасов, состоянию подрабатываемых бортов карьеров, способам разработки;

- обосновании области эффективного применения систем подземной и открыто-подземной разработки и порядка выемки прибортовых запасов по геомеханическим и технологическим факторам;

- разработке методики выбора эффективных технологических схем освоения запасов за предельными контурами бортов карьеров, основанной, в отличие от ранее применяемых, на использовании систем открытой, подземной и открыто-подземной разработки.

Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается представительностью и надежностью исходных данных; использованием апробированных методик расчета параметров систем разработки и технико-экономических показателей; подтверждается сопоставимостью результатов математического моделирования, аналитических расчетов, лабораторных и натурных исследований, положительными результатами апробации рекомендаций в промышленных условиях.

Практическая значимость работы состоит в разработке методики выбора комбинированных систем разработки прибортовых запасов, обосновании технологических параметров, обеспечивающих безопасность, эффективность, полноту и качество извлечения руд, и их внедрении при освоении меднокол-

чеданных месторождений.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при составлении и промышленном внедрении рабочих проектов отработки прикарь-ерных запасов медноколчеданных месторождений Учалинское, Сибайское, Молодежное; внедрены в учебные курсы дисциплин высшего профессионального образования: «Системы разработки», «Технология отработки ценных руд в сложных условиях» по специальностям 130404 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых» и 130403 «Открытые горные работы» ГОУ ВПО «МГТУ».

Апробация работы. Результаты, основные положения и выводы докладывались на международных научно-технических конференциях: «Неделя горняка - 2006 - 2010 гг.» (Москва); «Комбинированная геотехнология: проектирование и геомеханические основы» (Магнитогорск, Сибай, Екатеринбург, 2001, 2003, 2005, 2007, 2009 гг.); научно-технических конференциях МГТУ и технических совещаниях Учалинского ГОКа.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 13 работах, в том числе 5 работ в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 101 наименований и содержит 158 страниц машинописного текста, 87 рисунков, 16 таблиц.

Работа выполнена в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова на кафедре «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых». Исследования, представленные в диссертации, выполнялись в рамках хоздоговорных НИР и государственного контракта № 02.740.11.0038.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Наиболее сложными в освоении при последовательной открыто-подземной разработке являются запасы за предельными контурами в бортах, дне и на сопряжениях бортов и дна карьера. Разработке и обоснованию параметров технологических схем освоения запасов за предельными контурами карьеров в различных горно-геологических условиях, посвящены работы Ю.В. Волкова, В.К. Вороненко, А.И. Гордеева, Ю.В. Демидова, A.B. Зинурова, В.И. Зобнина, A.B. Зубкова, Д.М. Казикаева, В.Н. Калмыкова, Д.Р. Каплунова, В.В. Куликова, А.Б. Макарова, Э.Ю. Мещерякова, М.В. Рыльниковой, И.Н. Савич, К.Н. Трубецкого, М.Н. Цыгалова, А.Д. Черных, М.Ф. Шнайдера, В.А. Щелкано-ва, З.Г. Ярмухаметова и др.

Анализом достаточно большого опыта отработки прибортовых запасов установлено, что на технологию выемки прибортовых запасов, конструкцию систем разработки и их параметры оказывает влияние большое число факторов - геологических, технологических, геомеханических. Имеются и специфические, вызванные наличием карьерной выемки, такие как: расположение рудных участков в зоне геомеханического влияния карьера; предельное состояние подрабатываемых массивов бортов и возможность их обрушения, образование аэродинамических, гидравлических, климатических связей подземных выработок с атмосферой.

Прибортовые запасы, расположенные за предельным контуром карьера, характеризуются сложным reoлогическим строением, наличием изолиро-

ванных участков, растянутостью запасов по периметру карьера и высоте борта, приуроченностью к выклинкам, зонам тектонических нарушений, залежам с невысоким содержанием металла, торцевым частям карьера.

К настоящему времени разработаны и апробированы достаточно надежные методы определения геометрических параметров и показателей систем подземной разработки для прибортовых запасов: пролетов обнажений, размеров целиков, потолочин, пригрузок, прочностных свойств искусственных несущих элементов, а также показателей разубоживания и потерь. Вместе с тем, отсутствуют типовые технологические схемы отработки прибортовых запасов, нет методики выбора рациональных систем разработки, не обоснованы конструкции, параметры и области применения открыто-подземных систем разработки.

В качестве объекта исследований приняты медноколчеданные месторождения Урала, характеризующиеся широким диапазоном изменения технологических характеристик руд и пород, глубиной карьеров, объемами и местом расположения запасов, значениями параметров полей напряжений, состоянием карьера, наличием внутренних отвалов пород.

На выбор систем разработки большое влияние оказывают форма, размеры, месторасположение запасов от контура карьера. На основе анализа геологии прибортовых запасов Уральских месторождений предлагается при-бортовые запасы по этим признакам разделить на выклинки и пласты, примазки и локальные зоны (таблица).

Таблица - Классификация прибортовых запасов

Морфология участков прибортовых запасов Место расположения относительно борта карьера Удаленность участков от контура карьеров

Выклинки, пласты - участки залежи любой мощности и угла падения, простираю-щие в массив борта карьера 1 .Торцы вытянутых карьеров 2.3оны упора - рудные «треугольники» 1.С выходом на предельный контур 2. Без выхода на контур карьера

Примазки - участки залежи, мощностью до 20 м, растянутые по поверхности бор-тов карьера. Угол падения близок или равен углу борта карьера В любом месте борта карьера С выходом на предельный контур карьера

Локальные, изолированные участки залежи, имеющие пространственные размеры меньше размеров подземного блока . В любом месте борта карьера 1.С выходом на предельный контур 2.0тделены от контура карьера безрудным участком пород

Несмотря на многообразие и специфичность горно-геологических и горнотехнических условий на момент завершения открытых работ, представляется возможным разработать типовые конструкции систем разработки и обосновать области их применения, составить рекомендации по определению параметров и порядка отработки прибортовых запасов. Исследовались следующие разработанные варианты (рис.1) их освоения.

а)

б)

ШШ

в)

¡ттт.............5

ипвша

шШт

д)

з)

е)

и)

ШЖк* ЖЗшЗ о

ЖЩШр!,>

Ж'

Лш

А

л)

м)

А

ЩГ/

Рис. 1. Варианты освоения прибортовых запасов: а, б, в, г, д, е, ж ,з - с сохранением массива борта в устойчивом состоянии; и, к, л, м - с нарушением устойчивости прибортового массива (а - камерными системами разработки с закладкой твердеющими смесями под защитой барьерного целика; б - тоже, без оставления барьерного целика, т.е. открытыми в карьер камерами; в - слоевыми системами разработки с твердеющей закладкой и оставлением изолирующего целика; г - тоже, дополнительно для изоляции выработанного пространства заходки формируется породный отвал; д - тоже, но из карьера и с формированием породного отвала; е - камерными системами разработки с оставлением неизвлекаемых целиков; ж - открыто-подземными системами разработки; з - тоже, но с креплением массива борта; и - зтажно или подэ-тажно - камерными системами разработки с погашением МКЦ и сооружением изолирующего пор одного отвала; к - открытыми заходками; л - подэтажного обрушения с сооружением породного отвала; м - открытыми заходками (врезками).

Проводилось также изыскание вариантов отработки барьерных целиков после отхода фронта подземных очистных работ.

Ознакомление с вариантами систем разработки показывает, что все они характеризуются различными показателями эффективности и возможны к применению только для определенных морфологических типов прибортовых запасов. Так для выклинивающихся участков залежи применимы системы

разработки: камерные, слоевые, этажного и подэтажного обрушения, для примазок - открыто-подземные, подэтажного обрушения, а для локальных зон -открыто-подземные, врезками. На основании исследований по выбору систем подземной разработки Н.И. Трушкова, Р.П. Каплунова, Г.Н. Попова, М.И. Агошкова, O.A. Байконурова, Ю.В. Волкова и др. разработана методика сравнительной оценки и выбора вариантов систем открытой, открыто-подземной разработки и определения области их применения наряду с традиционными системами подземной разработки прибортовых запасов. Выбор рациональных вариантов предлагается проводить по критерию максимальной прибыли при освоении погашаемых запасов.

При расчете затрат на добычу учитывалось влияние таких горнотехнических факторов, как наличие карьерного пространства, аэродинамических связей. Дополнительные затраты, связанные с влиянием близости карьерного пространства, принимались по данным практики или использовались коэффициенты удорожания.

Пространственные параметры извлекаемых прибортовых запасов по месторождениям: мощность залежи, протяженность, содержание полезного компонента, глубина расположения от поверхности, угол наклона рудного тела, величина запасов изменяются в широком диапазоне, охватить который при расчетах не представляется возможным. Поэтому для получения сопоставимых технико-экономических показателей в качестве базовых принимались условия, характерные для Уральских медноколчеданных месторождений.

Для обеспечения сопоставимости получаемых технико-экономических показателей проводилась группировка применимых технологических схем по данному морфологическому типу осваиваемых прибортовых запасов согласно приведенной выше классификации. Местоположение залежей относительно контура карьера учитывалось при определении параметров несущих элементов систем разработки, что позволяет отразить особенности геомеханического состояния приконтурного массива подрабатываемого борта.

В вариантах с формированием барьерных (изолирующих) целиков учитывался либо ущерб от потерь в случаях их оставления, либо затраты на выемку при их последующей отработке другими вариантами систем разработки.

Параметры отвалов скальных пород определялись в зависимости от их назначения и технологии добычи. Рассматривались два режима формирования пригрузки - внутреннего и внешнего отвалообразования.

Для сравнительной оценки различных вариантов освоения прибортовых запасов были разработаны 11 базовых экономико-математических моделей. В качестве примера приведена экономико-математическая модель для варианта освоения прибортовых запасов с использованием камерных систем разработки с твердеющей закладкой и оставлением барьерного целика:

Прибыль:

(1) (2)

(3)

(4)

Себестоимость:

С„ =(К,Р ■укду'-{с„р •[(«, з)-^ +3>5'"< -[С«,+

+ С,ар)]+К„ ЛКД-(С^+С^ + С^+щ ^-п,0,-ст} + 1.С6-{Уц -у-Кд)'1' (5)

где L - длина блока, м; Н - высота блока, м; у - плотность пород, т/м3; а - содержание полезного компонента, %; е0 - коэффициент извлечения металла при обогащении; £м - коэффициент извлечения металла в металлургическом переделе; Ко - коэффициент действительной доходности рудника 0,5-0,7; П1 -число выработок длиной 1_; пг - число заездов на блок; 1з - длина заездов, м; Эгор Эвер - площадь соответственно горизонтальных и вертикальных выработок, м ; С гор. СВер, Сбур, Сам, Сзар, Свып, СДОст| Сзакл, СВЗд - затраты соответственно на проходку 1 м3 горизонтальных и вертикальных выработок; затраты на бурение1 м, стоимость взрывчатых материалов, заряжание 1 м скважины, выпуск 1 м3 рудной массы, закладку 1м3 пустот, доставку, стоимость 1 м3 воздуха; пз - количество используемых машин в блоке; N - мощность машин, л.с.; Пвозд - норма подачи воздуха, м3/с на 1 л.с.; П4 - количество вертикальных выработок; сук - ущерб за счет затрат на извлечение запасов барьерного целика; Кзёп - коэффициент заполнения скважин, доли ед.

Использовались данные рудников по освоению медноколчеданных месторождений: Учалинское, Сибайское, Молодежное.

На рис. 2 показаны графические зависимости получаемой прибыли при освоении прибортовых запасов в виде выкпинки различными вариантами систем разработки. В расчетах приняты следующие исходные данные: пролет камер 15 м, ширина слоевой заходки 3 м, высота подэтажа 15 м. Ширина барьерного целика 15 м. Стоимость 1 т условного металла - 150 тыс. р. (5000$), прочность твердеющей закладки - 3 МПа. Пригрузка из скальных пород создана в режиме внутреннего отвалообразования. Исследованы два варианта освоения запасов: с извлекаемыми барьерными целиками и неизвле-каемыми. Выемка запасов барьерных целиков рассмотрена в вариантах: открытыми заходками и системами подэтажного обрушения (рис. 3). Наибольший эффект достигается при камерных системах разработки с твердеющей закладкой под защитой барьерных целиков с последующей выемкой их вариантами открытых камер или открыто-подземной разработки.

Рис. 2. Графики влияния содержания металла на величину сравнительной прибыли при освоении прибортовых запасов в виде выклинивающихся участков

Рис. 3. Варианты отработки барьерных целиков: а - открытыми заходками; б - системой подэтажного обрушения

Экономически целесообразная область применения вариантов систем разработки иллюстрируется рис. 4. Для прибортовых запасов в виде выклинок и принятого уровня цен на металл наименьшее значение содержания полезного компонента достигается при системах разработки: камерные с закладкой и подэтажного обрушения.

Результаты расчетов свидетельствуют о существенном влиянии цены металла на область применения вариантов систем разработки, поэтому учет конъюнктуры рынка необходим при выборе технологических схем отработки.

Рис. 4. Предельно допустимое содержание полезного компонента для применяемых систем разработки

Установлено, что при невысокой ценности руд экономически целесообразно вести выемку прибортовых запасов подземным способом только при значительных объемах. Существенно отражается на эффективности освоения необходимость формирования изолирующих породных отвалов (рис. 5).

Из технологических факторов исследовалось влияние на себестоимость добычи следующих конструктивных и технологических параметров и показателей систем разработки: пролет камеры и высота, мощность барьерного целика, высота подэтажа, нормативная прочность твердеющей закладки, коэффициенты подготовки, потерь, разубоживания.

Слоевые системы Этаясно - камерные разработки с закладкой системы разработки с погашением МКЦ

Камерные системы Камерные системы

разработки с разработки с оставлением закладкой не извлекаемых целиков

Системы этажного и под эта жного обрушения

-300000,0

700

Запасы, тыс. т.

Рис. 5. Графики зависимости сравнительной прибыли от объема

запасов

На рис. 6 представлена зависимость себестоимости добычи от пролета камеры. Из данных графика следует, что возможно за счет варьирования геометрических параметров очистных камер снизить себестоимость на 5-10 %, что объясняется уменьшением коэффициента подготовки.

Размеры барьерного целика в борту карьера также отражаются на себестоимости добычи 1 т погашаемых запасов (рис. 7). При малой мощности целиков возрастают затраты на их извлечение, подобный эффект наблюдается и при их большой мощности (рис. 7). Наименьшая себестоимость соответствует ширине целика, равной 10-15 м, при условии, что обеспечивается устойчивость конструкции в процессе освоения запасов. Такой характер изменения себестоимости объясняется совокупным влиянием соотношения объемов целика и основных запасов, и удельного объема подготовительно-нарезных работ при изменении размеров барьерного целика.

¿«5,0 •2.

\

¡•715,0 : 715,0 ¿5 745,0 ■ и гал- \

\

\

\

Шири 1$аририотцс. тп,н 25

Рис. 6. Графическая зависимость Рис. 7. График зависимости

себестоимости добычи 1 т руды от себестоимости добычи 1 т руды от пролета камеры ширины барьерного целика

При освоении прибортовых запасов возрастают требования к прочностным характеристикам закладки в связи со специфическими условиями работы искусственного массива, что снижает эффективность очистной выемки из-за роста доли затрат на управление горным давлением.

Причинами повышенной себестоимости добычи подземным способом прибортовых запасов в прикон-турной зоне является достаточно высокий объем подготовительных и нарезных выработок и сокращенный из-за геометрии борта карьера объем извлекаемых запасов, что приводит к росту коэффициента подготовки (рис. 8).

Влияние высоты подэтажа на себестоимость добычи системами подэтажного обрушения показано на рис. 9. Данная зависимость получена для следующих условий: а=2 %, размеры блока 100x50x60 м, высота расположения основания блока от дна карьера 60 м.

При слоевых системах разработки с закладкой оценивалось влияние таких факторов, как высота расположения блока от дна карьера, способ формирования отвала пород. Причинами существенного роста себестоимости и снижения прибыли при использовании пригружающих отвалов является, наряду с режимом формирования пригрузки, зависимость объемов отвалов от места расположения извлекаемых запасов в борту карьера.

Рис 8. Значения коэффициента подготовительно-нарезных работ по вариантам систем разработки

12 13

Высота подотажа, м

Рис. 9. Графики зависимости себестоимости добычи 1 т руды системами разработки подэтажного обрушения от высоты подэтажа

Анализ результатов расчета (рис. 10) позволяет сделать вывод о том, что использование породных отвалов для пригрузки бортов, создания защитного экрана, предупреждающего разброс рудной массы при отбойке, а также в качестве рабочей площадки при слоевых системах разработки, экономически целесообразно только для добычи руд с высоким содержанием металла (2 -2,5%) при малой высоте отвала (40 - 60 м), т.е. при расположении прибортовых запасов вблизи дна карьера.

При формировании пригрузки в режиме внутреннего отвалообразова-ния, за счет сокращения транспортных затрат на перемещение вскрышных пород высота отвалов для систем разработки с обрушением может быть увеличена до 100-120 м. В случаях, когда проектом предусмотрено размещение

вскрышных пород в карьере, эффективность систем разработки с обрушением руд и пород возрастает, и область их применения существенно расширяется.

с отвалообразование, при содержа»™ полезного компонета 2,5 %, 2%, 1,5%

200000,0 100000,0 0,0 -100000,0

О

50

Высота расположения основания блока от дна карьера, м

Внутреннее отвалообразование, при содержании полезного компонента 2,5 %, 2%, 1,5%

600000,0 500000,0

400000,0 300000,0

Рис. 10. График зависимости сравнительной прибыли при системах разработки с обрушением и пригрузкой борта породами от высоты расположения участка прибортовых запасов от дна карьера и содержании полезного компонента: а -1,5%; б - 2%; в - 2,5%5

Совокупное влияние объема прибортовых запасов блока (участка) и содержания полезного компонента на величину прибыли для основных вариантов систем разработки в виде поверхностей отклика показано на рис. 11, из которых следует, что граница безубыточности варьируется в значительном диапазоне. Графики свидетельствуют о зависимости запасов, рентабельных к освоению, от содержания полезных компонентов. Так при камерных системах разработки с закладкой, граница безубыточности лежит в зоне, когда объемы запасов более 600 тыс.т и содержание полезного компонента более 1,0 %, а для слоевых - объемы более 950 тыс.т, содержание - более 1,5 %.

а)

Рис. 11. Поверхности отклика зависимости сравнительной прибыли от влияющих факторов при применении: а - камерных систем разработки; б - слоевых; в - с обрушением руды и вмещающих пород

Аналогичный объем исследований был выполнен для другого распространенного морфологического типа прибортовых запасов - примазок, характеризующихся небольшой мощностью, растянутостью по поверхности борта. Рассматривался участок прибортовых запасов со следующими параметрами: длина залежи по простиранию борта карьера 50 м, мощность - 10-25 м, высота распространения по борту карьера - 60 м, содержание полезных компонентов в руде - 0,5-5-2,5%. К сравнению были приняты следующие варианты сис-

Запагы,ты4_т

Содгрини« П. Г, *г

31пгсы,тыс.т

^ Сез«рк4ние п. %

тем разработки: открытыми заходками с использованием оборудования подземного и открытого способов разработки; подэтажного обрушения с образованием породного отвала из вскрышных работ. При использовании открыто-подземных систем разработки предусматривалось, с целью обеспечения устойчивости борта, проведение вскрышных работ и укрепление его с помощью тросовых анкеров.

Наибольший эффект освоения запасов обеспечивается при вариантах добычи открытым и открыто-подземным способом и креплением борта (рис. 12, а). Варианты открытых заходок и подэтажного обрушения, вследствие дополнительных затрат на проведение выработок, создание изолирующих отвалов пород, проигрывают другим вариантам, что влечет существенное повышение минимального содержания полезного компонента, при котором фиксируется нулевая прибыль. Расчеты свидетельствуют о том, что существует минимальный объем запасов в виде примазок, который целесообразно извлекать рассматриваемыми вариантами систем разработки.

а)

б)

Рис. 12. Зависимости сравнительной прибыли от: а - содержания полезного компонента; б - мощности участка залежи

Моделирование освоения запасов в виде примазок показывает на экономическую целесообразность отработки примазок достаточно большой мощности при всех рассматриваемых вариантах (рис. 12, б). Однако ограничивающим фактором будут выступать геомеханические параметры, а именно: свойства пород и устойчивость подработанного борта.

Содержание полезного компонента. %

Для освоения запасов в виде локальных, изолированных участков, имеющих небольшие размеры, по разному ориентированных относительно борта карьера, были проработаны два варианта технологических схем: врезками с использованием подземного оборудования и открытым способом с частичным разносом борта карьера.

На рис. 13а показано влияние содержания металла в балансовых запасах на величину сравнительной прибыли, из которого видно ощутимое преимущество открытого способа разработки по сравнению с подземным. По мере роста коэффициента вскрыши это преимущество уменьшается. Использование технологии открытых горных работ позволяет вовлечь в эксплуатацию участки с невысоким содержанием полезного компонента.

а)

б)

Рис. 13. Зависимости сравнительной прибыли от: а - содержания полезного компонента при освоении прибортовых запасов в виде локальных участков; б - объема запасов

Так же, как и при освоении участков других типов, имеет место влияние на прибыль объема запасов (рис. 13, б), которое свидетельствует о возможности освоения открытым способом небольших объемов, сосредоточенных в локальных участках (30-40 т.) и при низкой стоимости металла 36-5 тыс. руб. (1,2-1,5 тыс. $). В то время как при подземном способе добычи необходимы запасы порядка 100-110 т. при цене 1 т металла 75-84 тыс. руб. (2,5-2,8 тыс.$).

Сравнительная оценка технологических схем отработки прибортовых запасов различных морфологических типов свидетельствует о существовании для каждого типа запасов своих оптимальных вариантов систем разработки, а также о возможности применения открыто-подземных систем разработки.

200000 180000 160000 140000 120000 ЮОООО 80000 60000 40000 20000 О

-20000 -40000 -60000

способом с

коэффицне нгом вскрыши

1мЗ/т.2мЗ/тЗм: /т у**- _____

Отработ са врезками с

ИСПОЛЬЭО! •нивм ПДМ о

дист< нциэнным

УНИ

1 1,5 2

Содержание полезного компонента, °/а

400000 ?! 350000

Отра )ОТКЯ от фЫТЫМ

коэфф щиенгс ас крыш] <

1м: ¡Т2лаУТ ЗмЗ/т ^___ .......

врезкг ми с

1 юпользе ПД ванием Ч

200 220 240 Запасы, тыс.т.

Для выбора рационального порядка отработки запасов в виде выклинок, на примере Учалинского месторождения, рассмотрены несколько принципиальных технологических схем выемки руды системами разработки: камерной с твердеющей закладкой, камерной с погашением целиков, горизонтальными слоями с твердеющей закладкой, с обрушением руды и вмещающих пород.

Для обоснования рационального порядка отработки прибортовых запасов проведено математическое моделирование методом конечных элементов напряженно-деформированного состояния горного массива на различных стадиях развития фронта подземных горных работ в плоской задаче. Исследование геомеханического состояния массива производилось путем имитации выемки запасов камер со сплошным направлением развития работ с твердеющей закладкой при ширине камер 20 м и высоте, равной высоте этажа - 80 м и подэтажа- 40 м. Анализ результатов оценки устойчивости подрабатываемого борта показывает, что при любом направлении развития фронта работ величины коэффициента запаса устойчивости (КзУ) по всем вероятным линиям скольжения не ниже единицы. Ведение очистных работ в направлении от массива к откосу обеспечивает относительно большие значения КзУ в сравнении с обратным.

Установлено, что при восходящем порядке отработки выклинки с заполнением выработанного пространства твердеющей закладкой достигается более высокая устойчивость бортов карьера. Погашение барьерного целика после полной отработки и закладки основных прибортовых запасов, исходя из результатов моделирования, существенно не повлияет на устойчивость борта карьера.

С использованием приведенных выше результатов исследований было проведено проектирование принятых к реализации систем разработки для выемки прибортовых запасов и их промышленное внедрение на рудниках, эксплуатирующих медноколчеданные месторождения: Учалинское, Молодежное, Сибайское.

Учалинское месторождение. Северная выклинка. Освоение запасов

в прибортовой зоне на северном фланге Учалинского карьера проводилось камерной системой разработки с твердеющей закладкой и оставлением рудного барьерного целика мощностью 12 м, отработка которого предусмотрена после окончания работ. Наличие повышенных горизонтальных сжимающих напряжений в торцевых частях карьера (до 30 МПа) в сочетании с высокими сдвигающими нагрузками на МКЦ от пород подработанного борта карь-ера, при барьерном целике не-достаточной мощности осложнило применение камерных систем разработки на нижних горизонтах северной выклинки (рис. 14).

Рис.14. Продольный разрез по северному флангу Учалинского месторождения: 1 - контур карьера; 2 -зона обрушения; 3 -временный рудный целик; 4 - участковый наклонный съезд; 5 -закладка пустот твердеющей смесью

Выемку запасов руды в границах профилей 19-22 проектируется вести открытым способом (99769 т). Одновременно проводятся подземные горные выработки для отработки запасов в профилях 22-23 подземным способом (161699 т).

Производство открытых горных работ включает вскрытие горизонтов и

их отработку с существующего транспортного петлевого съезда по восточному борту карьера. После окончания открытых работ выполняется пригрузка откоса борта внутренним отвалом до отметки 280 м. При этом минимальная ширина пригружающих пород составляет 30 м (рис. 15).

Применяемая система разработки -подэтажного обрушения с торцовым вы-выпуском руды. Параметры заходок: ширина 12-14, длина до 30 м, высота от 22 до 35 м и в среднем 25 м. При отработке участка получены следующие показатели использования недр: потери - 19,2 %; разубожи-вание -17 %.

Гюгрджш орг.

Рис. 15. Схема отработки при-бортовых запасов системой подэтажного обрушения Запасы в профильных линиях 22-23 на I этапе (рис. 16) извлекаются камерной системой разработки с последующей закладкой. На II этапе используется система подэтажного обрушения. На III отработка прикарьерных запасов осуществляется открыто-подземной системой разработки (прирезкой) вдоль борта карьера. Выемка оставшихся запасов, расположенных выше горизонта 300 м, осуществляется массовым обрушением на выработанное пространство карьера. Выпуск отбитой руды - с помощью ПДМ TORO -400 с заездом в карьер и использованием дистанционного управления. Учалинское месторождение. Западный борт, запасы в профильных линиях 49 - 57. Объем отрабатываемых прибортовых запасов

- 8800 м3 (рис. 17). Бурение вееров скважин осуществляется установкой СОЛО 1008 и НКР-100М. При отбойке основных запасов предусматривается опережающее взрыва-

ние щелевых зарядов скважин для постановки борта карьера под углом 75°. Отгрузка горной массы производится из карьера экскаваторами или погрузчиком TOPO -400, транспортирование руды - автосамосвалами типа: ТОРО-35Д, БелАЗ к рудоспуску №1 или на промежуточный отвал руды. Получены следующие показатели:

Рис.16. Схема отработки запасов в профилях 22-23

1 X^N^K

\< VJ

~,......Í....... [¿¿А

Рис. 17. Схема отбойки запасов в западном борту Учалинского карьера

потери - 2,1 %; разубоживание - 5,2 %.

Месторождение Молодежное. Камера 1 панели 1 (южная часть p.m.

№1) (рис. 18). Очистное пространство камеры поддерживается за счет естественной устойчивости руды и вмещающих пород и оставления неизвлекаемого барьерного целика мощностью 15м. После отработки основных запасов камеры | выработанное пространство заполняется твердеющей закладкой. Получены следующие показатели: объем камеры 12,2 тыс. м3; потери - 5,3 %; разубоживание -10 %.

Месторождение Сибайское. Камера К № 1 участка «Новый Си-бай» расположена в юго-западном борту Сибайского карьера. Параметры камеры: ширина - 9 м; длина - 60 м; средняя высота - 20 м. Система разработки - открытая в карьер камера (рис. 19). Отрезная щель формируется взрыванием восходящих веернорасположенных скважинных зарядов. Для качественного оконтуривания откоса обуривается строчка скважин по основному массиву под углом 55° на расстоянии 1 м друг от друга по всей длине бурового штрека. Отгрузка руды из камеры осуществляется с погрузочных заездов ПДМ типа ТОРО-400,ТОРО-301 в автосамо-свапы ТН 320. Показатели по системе разработки: объем камеры - 10,8 тыс; м3; потери - 6,4 %; разубоживание - 3,7 %.

По результатам исследований предложена методика выбора систем освоения прибортовых запасов, базирующаяся на оценке целесообразности использования открытых и открыто-подземных систем разработки.

При расчете экономического эффекта учитывались доходы, которые были получены за счет перехода с подземного способа разработки, как это предусмотрено в проекте освоения оставшихся за предельным контуром запасов, на открытый и открыто-подземный. Из общего объема освоенных прибортовых запасов, намеченных проектом к доработке подземным способом, на долю открытого и открыто-подземного приходится 982,9 тыс.т. Общий расчетный экономический эффект от внедрения при освоении прибортовых запасов систем открытой и открыто-подземной разработки на Учалинском месторождении составил в ценах 2010 г. 148,82 млн. рублей.

Рис. 18. Схема отработки запасов камеры 1 панели 1

ч -55 -й?

\ \ чУ

-Я7

кстур харъзра У 4в

•: \ -.«я?

Рис. 19. Схема отработки запасов камеры К № 1 участка «Новый Сибай»

Заключение

В диссертационной работе изложены научно обоснованные технологические разработки по изысканию рациональных систем разработки приборто-вых запасов и обоснованию области их применения в условиях освоения месторождений комбинированным способом. Изучением горно-геологических особенностей прибортовых запасов, их классификацией по морфологическим и топологическим признакам, конструированием систем разработки, моделированием процесса освоения и промышленной апробацией технологических решений доказана возможность и целесообразность открытых и открыто-подземных систем разработки для выемки запасов за предельными контурами карьеров, что способствует повышению эффективности и полноты использования недр и имеет существенное значение для экономики страны.

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

1. Установлено, что запасы за предельными контурами карьеров отличаются большим разнообразием по морфологии, ценности, объемам, месту расположения относительно контура, геомеханическим условием, что предопределяет многообразие технологических схем их освоения. Их выемка осложнена влиянием активных гидродинамических, аэродинамических связей, повышенным горным давлением, предельным состоянием бортов карьера.

2. Предложена классификация прибортовых запасов по морфологическим и геологическим признакам на пластообразные и выклинки, примазки, локальные с выходом и без выхода в карьер. Для карьеров вытянутой формы по геомеханическому фактору выделяются прибортовые запасы в торцевых частях и на прямолинейных участках контура.

3. Разработаны типовые системы подземной и открыто-подземной разработки для освоения прибортовых запасов, учитывающие специфику геологических, геомеханических условий, а также морфологию расположения дорабатываемых участков месторождения.

4. Установлено, что отработку прибортовых запасов, представленных рудными телами в виде пластообразных и выклинивающихся участков, уходящих в борт карьера, следует производить системами разработки с твердеющей закладкой под защитой извлекаемого барьерного целика со сплошным порядком развития работ от массива к откосу борта.

5. Освоение запасов локальных участков, примазок, выходящих на контур карьера, экономически целесообразно вести системами разработки с обрушением руды и вмещающих пород только при наличии внутренних отвалов и применительно к запасам, расположенным в основании борта. Формирование лригрузки из внешних отвалов приводит к существенному удорожанию добычи.

6. Показано, что выемка участков рудных залежей небольшой мощности, распределенных вдоль откоса борта, а также барьерных целиков, экономически целесообразна системами открыто-подземной разработки, характеризующимися сочетанием элементов технологий открытых и подземных работ. Безопасность работ и устойчивость обнажений достигается за счет высокой интенсивности выемки местными врезками, формирования пригрузки и единых откосов большой высоты, крепления анкерами.

7. Разработана методика выбора рациональных технологических схем ос-

воения прибортовых запасов за предельными контурами карьеров, основанная на использовании, наряду с подземными, систем открытой и открыто-подземной разработки, обеспечивающих существенное повышение эффективности горных работ.

8. Экономический эффект от внедрения открытых и открыто-подземных технологий освоения прибортовых запасов на Учалинском месторождении составил 148,82 млн. руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

В изданиях, рекомендованных ВАК России

1. Григорьев В.В. Отработка Учалинского медноколчеданного месторождения комбинированным способом /Самусенко А.К., Григорьев В.В., Волков Ю.В. и др. //Известия вузов. Горный журнал. -1994.- № 6.- С.11-14.

2. Григорьев В.В. Развитие горного производства на Учалинском месторождении медноколчеданных руд /Григорьев В.В., Сараскин A.B., Орлов М.П., Исаев В.Ю. //Известия вузов. Горный журнал. - 2004. - № 3. - С.20-26.

3.Григорьев В.В. Технология выемки запасов рудных «треугольников» при открыто-подземной разработке месторождений /Мещеряков Э.Ю., Угрю-мов А.Н., Григорьев В.В. //Горный информационно-аналитический бюллетень. -2009.-№10.-0.361-363.

4. Григорьев В.В. Опыт развития работ в карьере при переходе на подземную доработку Учалинского месторождения /Григорьев В.В., Калмыков

B.Н., Рыльникова М.В. // Горный журнал. - 2010. - № 5. - С.88-92.

5. Григорьев В.В. Изыскание вариантов систем разработки для выемки прибортовых запасов при комбинированной геотехнологии /Калмыков В.Н., Григорьев В.В., Волков П.В. //Вестник МГТУ. -2010. - № 1. - С.17-22.

В прочих изданиях

6. Григорьев В.В. Обоснование параметров искусственного перекрытия на границе открытых и подземных работ Учалинского месторождения /Самусенко А.К., Григорьев В.В., Калмыков В.Н. и др. //Состояние и перспективы развития научно-технического потенциала Южно-Уральского региона: Сб. науч. тр. по материалам межгосуд. науч.-техн. конф. -Магнитогорск, 1994. -

C.48-49.

7. Григорьев В.В. Применение комбинированной геотехнологии на месторождениях, разрабатываемых Учалинским ГОКом /Гибадуллин З.Р., Григорьев В.В. //Комбинированная геотехнология: проектирование и геомеханические основы: Сб. тезисов. - Магнитогорск, 2001. - С.30-32.

8. Григорьев В.В. Состояние и перспективы развития комбинированной геотехнологии на Учалинском месторождении медно-колчеданных руд /Григорьев В.В., Сараскин A.B., Исаев В.Ю. //Комбинированная геотехнология: масштабы и перспективы применения: Сб. тезисов Международ, науч.-техн. конф. - Магнитогорск, 2005. - С.6-8.

9. Григорьев В.В. Съемка контуров выработанных пространств с использованием специального оборудования /Григорьев В.В., Тарасов Е.М., Кут-лубаев И.М. //Комбинированная геотехнология: масштабы и перспективы применения: Сб. трудов. Международ, науч.-техн. конф,- Магнитогорск, 2006. -С.142-144.

10. Григорьев B.B. Применение известково-шлакового вяжущего - путь к бесцементной закладке /Калмыков В.Н., Белобородов И.С., Григорьев В.В., Сараскин //Материалы Уральской горнопромышленной декады. - Екатеринбург, 2005. - С.22.

11. Григорьев В.В. Исследование напряженно-деформированного состояния массива в процессе открыто-подземной разработки запасов в юго-восточном борту Учалинского карьера /Калмыков В.Н., Маннанов Р.Ш., Сараскин A.B., Григорьев В.В. //Комбинированная геотехнология: развитие способов добычи и безопасность горных работ: Материалы Международ, науч.-техн. конф. - Магнитогорск, 2003. - С.150-157.

12. Патент РФ № 2270921. Закладочная смесь /Соавторы: В.Н. Калмыков, И.С. Белобородов, A.B. Сараскин. - Опубл. 27.02.2006, - Бюл. Na 6.

13. Патент РФ N2 2282724. Закладочная смесь /Соавторы: В.Н. Калмыков, И.С. Белобородов, A.B. Сараскин, А.Н. Монтянова - Опубл. 27.08.2006, -Бюл. № 24.

Подписано в печать 15.11.2010. Формат 60x84 1/16. Бумага тип.№ 1.

Плоская печать. Усл.печ.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 887.

455000, Магнитогорск, пр. Ленина, 38 Полиграфический участок ГОУ ВПО «МГТУ»

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Григорьев, Владимир Вениаминович

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1. Анализ опыта освоения прибортовых запасов при последовательной открыто-подземной разработке месторождений.

1.2. Факторы, определяющие конструкцию системы разработки и технологию выемки прибортовых запасов.

1.3. Анализ методик выбора систем разработки и обоснования их параметров.

1.4. Горно-геологические и геомеханические особенности освоения медноколчеданных месторождений южного урала.

1.5. Цель, задачи и методы исследований.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ИЗВЛЕКАЕМЫХ ПРИБОРТОВЫХ ЗАПАСОВ, КОНСТРУИРОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ОТРАБОТКИ.

2.1. Исследование свойств и состояния массива пород в прибортовой зоне.

2.2. Оценка напряженно-деформированного состояния прибортового массива.

2.3. Классификация прибор говых запасов месторождений, осваиваемых комбинированной геотехнологией.

2.4. Конструирование систем разработки прибортовых запасов и их классификация.

2.5. Разработка методики выбора оптимальных вариантов систем разработки при освоении прибортовых запасов.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВАРИАНТОВ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ ПРИБОРТОВЫХ ЗАПАСОВ.

3.1. Составление экономико-математических моделей для сравнительной оценки систем разработки.

3.2. Оценка факторов, влияющих на сравнительную эффективность систем разработки при освоении прибортовых запасов.

3.3. геомеханическое обоснование технологии и порядка отработки прибор! овых запасов.

4. ПРОМЫШЛЕННАЯ АПРОБАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ВЫЕМКИ ПРИБОРТОВЫХ ЗАПАСОВ. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ.

4.1. Проектные решения по системам разработки запасов в бортах карьеров и результаты их внедрения на медноколчеданных месторождений Урала.

4.2. Расчет экономической эффективности внедрения систем разработки прибортовых запасов.

4.3. Методические рекомендации по выбору систем разработки для освоения прибортовых запасов за предельными контурами карьеров

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование систем разработки прибортовых запасов медноколчеданных месторождений при проектировании комбинированной геотехнологии"

Крутопадающие рудные месторождения с большой глубиной распространения осваиваются преимущественно с использованием комбинированных геотехнологий. За предельными контурами карьеров остаются значительные запасы, которые дорабатываются подземным или открыто-подземным способами. Наибольшие сложности возникают при проектировании технологии выемки прибортовых запасов, поскольку их отработка вызывает нарушение устойчивости бортов карьеров, сопровождается разлетом рудной массы в выработанное пространство, возникают проблемы с вентиляцией подземных выработок, транспортом и подъемом отбитой руды. Поэтому, поиск, выбор и обоснование параметров систем разработки прибортовых запасов при комбинированной разработке месторождений, обеспечивающих эффективное и безопасное освоение запасов различных морфологических типов с наибольшей полнотой извлечения с учетом специфики условий залегания и использования сочетания элементов технологий открытых и подземных горных работ, представляет весьма актуальную задачу.

Несмотря на большой объем исследований в этой области, нормативные документы для проектирования рациональных систем разработки прибортовых запасов отсутствуют. Нет методик выбора конструкций систем разработки, не определены эффективные области их применения для запасов, характеризующихся различными технологическими, морфологическими и геомеханическими параметрами, не обоснован рациональный порядок извлечения запасов.

Цель работы — обоснование методики выбора систем разработки прибортовых запасов, располагающихся за предельными контурами карьеров, обеспечивающих высокую эффективность и полноту комплексного использования недр.

Идея работы состоит в адаптации конструктивных и технологических параметров систем разработки прибортовых запасов соответствующим усло виям их районирования по топологическим, морфологическим и геомеханическим факторам.

Объект исследований - прибортовые запасы, располагающиеся за предельными контурами карьеров.

Предмет исследования — конструкция и параметры системы разработки прибортовых запасов при комбинированной геотехнологии.

Основные задачи исследований:

- анализ опыта отработки прикарьерных запасов рудных месторождений, параметров подземных горных работ;

- обобщение условий залегания прибортовых запасов, их классификация и оценка факторов, влияющих на технологические решения и параметры отработки прибортовых запасов;

- оценка геомеханического состояния прикарьерного массива месторождения в процессе освоения запасов, районирование прикарьерного массива по морфологическим и топологическим факторам и горным возможностям;

- конструирование систем разработки прибортовых запасов, обоснование рациональных параметров и порядка подземных горных работ;

- технико-экономическая оценка технологических схем; обоснование методики выбора систем разработки; промышленная апробация и внедрение технологических схем освоения прибортовых запасов медноколчеданных месторождений.

Положения, выносимые на защиту:

1. Классификация прибортовых запасов по морфологическим и топологическим признакам позволяет в различных горно-технических и горногеологических условиях выбрать эффективный вариант отработки.

2. Участки прибортовых запасов мощностью до 20 м, непосредственно выходящие в борт карьера, целесообразно извлекать системами открыто-подземной разработки с преимущественным использованием элементов открытых горных работ в режиме интенсивной выемки запасов и использования резерва кратковременной устойчивости бортов и их крепления.

- 3. Внутреннее отвал ообразованис на стадии открытых горных работ обеспечивает эффективное применение систем разработки подэтажного обру шения.* для освоения прибортовых запасов. 4 '-'/

41 Эффективное освоение прибортовых запасов за предельными контурами карьеров* обеспечивается -применением открыто-подземных и подземных систем разработки, дифференцированных по морфологическим типам запасов:

Методы исследований. Использован комплексный подход, включающий изучение строения, свойств и состояния: пород; моделирование геомеханических процессов; экономико-математическое моделирование освоения прибортовых запасов, методы обобщения- и систематизации результатов промышленной апробации рекомендаций.

Научная новизна заключается в:

- создании типовых технологических схем освоения прибортовых запасов за предельными; контурами карьеров при комбинированной геотехноло

• * ' гии, дифференцированных по морфологическим типам запасов; состоянию подрабатываемых бортов карьеров, способам разработки;

- обосновании области эффективного применения систем: подземной и открыто-подземной разработки и порядка выемки прибортовых запасов по геомеханическим и технологическим факторам;

- разработке методика выбора эффективных технологических схем освоения запасов за предельными контурами бортов карьеров; основанной;, в отличие от ранее применяемых, на использовании систем открытой, подземной и открыто-подземной разработки.

Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается представительностью и надежностью исходных данных; использованием апробированных методик расчета параметров систем разработки и технико-экономических показателей; подтверждается сопоставимостью результатов математического моделирования, аналитических расчетов, лабораторных и натурных исследований, положительными результатами апробации рекомендаций в промышленных условиях.

Практическая значимость работы состоит в разработке методики выбора комбинированных систем разработки прибортовых запасов, обосновании технологических параметров, обеспечивающих безопасность, эффективность, полноту и качество извлечения руд, и их внедрении при освоении медноколчеданных месторождений.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при составлении и промышленном внедрении рабочих проектов отработки при-карьерных запасов медноколчеданных месторождений Учалинское, Сибай-ское, Молодежное; внедрены в учебные курсы дисциплин высшего профессионального образования: «Системы разработки», «Технология отработки ценных руд в сложных условиях» по специальностям 130404 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых» и 130403 «Открытые горные работы» ГОУ ВПО «МГТУ».

Апробация работы. Результаты, основные положения и выводы докладывались на международных научно-технических конференциях: «Неделя горняка - 2006-2010 гг.» (Москва); «Комбинированная геотехнология: проектирование и геомеханические основы» (Магнитогорск, Сибай, Екатеринбург, 2001, 2003, 2005, 2007, 2009гг.); научно-технических конференциях МГТУ и технических совещаниях Учалинского ГОКа.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 13 работах, в том числе 5 работ в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 101 наименований и содержит 164 страницы машинописного текста, 87 рисунков, 16 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Григорьев, Владимир Вениаминович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе изложены научно обоснованные технологические разработки по изысканию рациональных систем разработки прибор-товых запасов и обоснованию области их применения в условиях освоения месторождений комбинированным способом.

Изучением горно-геологических особенностей прибортовых запасов, их классификацией по морфологическим и топологическим признакам, конструированием систем разработки, моделированием процесса освоения и промышленной апробацией технологических решений доказана возможность и целесообразность открытых и открыто-подземных систем разработки для выемки запасов за предельными контурами карьеров, что способствует повышению эффективности и полноты использования недр и имеет существенное значение для экономики страны.

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

1. Установлено, что запасы за предельными контурами карьеров отличаются большим разнообразием по морфологии, ценности, объемам, месту расположения относительно контура, геомеханическим условиям, что предопределяет многообразие технологических схем их освоения. Их выемка осложнена влиянием активных гидродинамических, аэродинамических связей, повышенным горным давлением, предельным состоянием бортов карьера.

2. Предложена классификация прибортовых запасов по морфологическим и геологическим признакам на пластообразные и выклинки, примазки, локальные с выходом и без выхода в карьер. Для карьеров вытянутой формы по геомеханическому фактору выделяются прибортовые запасы в торцевых частях и на прямолинейных участках контура.

3. Разработаны типовые системы подземной и открыто-подземной разработки для освоения прибортовых запасов, учитывающие специфику геологических, геомеханических условий, а также морфологию и расположение дорабатываемых участков месторождения.

4. Установлено, что отработку прибортовых запасов, представленных рудными телами в виде пластообразных и выклинивающихся участков, уходящих в борт карьера, следует производить системами разработки с твердеющей закладкой под защитой извлекаемого барьерного целика со сплошным порядком развития работ от массива к откосу борта.

5. Освоение запасов локальных участков, примазок, выходящих на контур карьера, экономически целесообразно вести системами разработки с обрушением руды и вмещающих пород только при наличии внутренних отвалов и применительно к запасам, расположенным в основании борта. Формирование пригрузки из внешних отвалов приводит к существенному удорожанию добычи.

6. Показано, что выемка участков рудных залежей небольшой мощности, распределенных вдоль откоса борта, а также барьерных целиков, экономически целесообразна системами открыто-подземной разработки, характеризующимися сочетанием элементов технологий открытых и подземных работ. Безопасность работ и устойчивость обнажений достигается за счет высокой интенсивности выемки, формирования пригрузки и единых откосов большой высоты, крепления анкерами.

7. Разработана методика выбора рациональных технологических схем освоения прибортовых запасов за предельными контурами карьеров, основанная на использовании, наряду с подземными, систем открытой и открыто-подземной разработки, обеспечивающих существенное повышение эффективности горных работ.

8. Экономический эффект от внедрения открытых и открыто-подземных технологий освоения прибортовых запасов на Учалинском месторождении составил 148,82 млн. руб.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Григорьев, Владимир Вениаминович, Магнитогорск

1. A geomechanics classification system for the rating of roch mass in mint desing (Laubschor D.H. I.S. Afr. Inst. Minning ant Met. 1990, №10, p. 257-271.

2. A.c. 1104274 СССР, Кл. E 21. С 41/00. Способ разработки законтурных запасов руды в прибортовых зонах карьера / М.Н. Цыгалов, В.Ф. Булатов, В.Н. Калмыков и др. Опубл. 23.07.1984. - Бгол. № 27.

3. A.c. 1176077 СССР. Способ комбинированной разработки полезных ископаемых в приконтурной зоне карьера / М.Н. Цыгалов, H.A. Галиакперов, А.И. Имангалиев, В.Н. Калмыков, С.Б. Демин. Открытия и изобретения. — 1985. Бюл. № 32.

4. A.c. 1176078 СССР. Способ комбинированной разработки полезных ископаемых в приконтурной зоне карьера / М.Н. Цыгалов, H.A. Галиакперов, А.И. Имангалиев, В.Н. Калмыков, М.В. Рыльникова. Открытия и изобретения. 1985. - Бюл. № 32.

5. A.c. 1333771 СССР. Способ доработки карьеров, преимущественно што-кообразных залежей / А.Г. Шапарь, В.М. Разживин, С.М. Бро и др. Открытия и изобретения. — 1987. — Бюл. № 32.

6. Айнбиндер И.И., Калмыков В.Н., Романько Е.А. Пути снижения потерь и разубоживания руды при отработке приконтурных запасов системами разработки с обрушением руды и вмещающих пород. Вестник МГТУ. -Магнитогорск: МГТУ им. Г.И Носова, 2007.- № 1. С. 14-18.

7. Безопасность взрывных работ в промышленности / под ред. Б.Н. Кутузова. -М.: Недра, 2009.- 176 с.

8. Богацкий В.Ф., Пергамент В.Х. Сейсмическая безопасность при взрывных работах. М.: Недра, 1978 .

9. Влох Н.П. Управление горным давлением. М.: Недра. 1994. 206 с.

10. Волков Ю.В., Соколов И.В. Подземная разработка медноколчеданных месторождений Урала. Екатеринбург: УрО РАН, 2006. - 232 с.

11. Волков Ю.В., Соколов И.В., В.Д. Камаев. Выбор систем подземной разработки рудных месторождений. Екатеринбург: УрО РАН, 2002. - 124с.

12. Геомеханическое обоснование параметров очистной выемки-при доработке Учалинского месторождения подземным способом: Отчет по НИР. МГМА Тема 96 - 02. - Магнитогорск, 1997.

13. Геомеханическое обоснование порядка и конструктивных параметров систем разработки Учалинского месторождения: Отчет по НИР. МГМА -Тема 97 03. - Магнитогорск, 1998.

14. Гибадуллин З.Р. Комбинированная геотехнология на месторождениях ОАО «Учалинский ГОК» // Комбинированная геотехнология: масштабы и перспективы применения: Сборник трудов по материалам межд. науч.-техн. конф. Магнитогорск: МГТУ, 2006. С 23-36.

15. Григорьев В.В., Калмыков В.Н., Рыльникова М.В. Опыт развития работ в карьере при переходе на подземную доработку Учалинского месторождения. Горный журнал. Екатеринбург, 2010. - № 5.

16. Григорьев В.В., Сараскин A.B., Орлов М.П., Исаев В.Ю. Развитие горного производства на Учалинском месторождении медноколчеданных руд // Горный журнал. Екатеринбург, 2004. - № 3. - С. 20-26.

17. Демидов Ю.В. Концепция и научные проблемы комбинированной разработки мощных рудных месторождений Кольского полуострова. Открыто -подземная разработка мощных рудных месторождений. Апатиты: Кольский научный центр РАН, 1995. - С. 12 - 15.

18. Единые правила безопасности при взрывных работах (ПБ 13-407-01).

19. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных открытым способом (ПБ 03-498-02). М.: ФГУП «НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003. 152 с.

20. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений подземным способом (ПБ 03-553-03).

21. Закладочные работы в шахтах: Справочник под ред. Д.М. Бронникова, М.Н. Цыгалова. М., 1989. 400 с.

22. Зотеев О.В. Методические указания по использованию программного комплекса FEMP. Екатеринбург: УГГН, 2001.

23. Зубков A.B. Геомеханика и геотехнология. Екатеринбург: УрО РАН, 2001.-335 с.

24. Ивашов H.A. Обоснование способов вскрытия запасов за контурами карьеров при комбинированной разработке месторождений // Дисс. . канд. техн. наук. Магнитогорск, 2007.

25. Илимбетов А.Ф., Рыльникова М.В., Власов С.И. Обоснование параметров технологии разработки открыто-подземного яруса при комплексном освоении медноколчеданных месторождений / Вестник МГТУ. Магнитогорск: МГТУ им. Г.И. Носова, 2007. - № 1. - С. 18-24.

26. Инструкция по безопасному ведению горных работ при комбинированной совмещенной разработке рудных и нерудных месторождений полезных ископаемых (РД 06-174-97). М.: ФГУП «НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2004. - 28 с.

27. Инструментальные наблюдения- за поверхностью, зданиями и сооружениями на промплощадке Учалинского подземного рудника и состоянием устойчивости бортов карьера при его подработке подземными горными работами: Отчет по НИР / Унипромедь, 2001.

28. Инструментальные наблюдения за состоянием массива при отработке запасов руды в северной выклинке: Отчет по НИР / Уралмеханобр. УГМК, 2004.

29. Исследование устойчивости северного борта Учалинского карьера при доработке запасов подземными горными работами: Отчет по НИР / Екатеринбург. У нипромедь Тема 92 - 13, 1992.

30. Казикаев Д.М. Геомеханические процессы при совместной и повторной разработке руд. М.: Недра, 1981.

31. Казикаев Д.М. Особенности геомеханических задач при открыто подземной разработке месторождений. Основные направления развития открыто - подземного способа разработки. - М.: ИПКОН АН СССР, 1987. -С. 30-33.

32. Казикаев Д.М. Особенности геомеханических процессов и управления ими при совместной разработке месторождений. // Горный журнал, 1986. -№8. С. 55 - 57.

33. Калмыков В.Н. Обоснование параметров выемки запасов прикарьерных зон системами разработки с закладкой. // Дисс. . докт. техн. наук. М., 1995.

34. Калмыков В.Н., Белобородов И.С., Григорьев В.В., Сараскин A.B. Применение известково-шлакового вяжущего путь к бесцементной закладке / Материалы Уральской горнопромышленной декады. - Екатеринбург: УГГА, 2005.-С. 22.

35. Калмыков В.Н., Григорьев В.В., Волков П.В. Изыскание вариантов систем разработки для выемки прибортовых запасов при комбинированной геотехнологии. Вестник МГТУ. Магнитогорск: МГТУ им. Г.И. Носова, 2009. -№ 1. - С. 17-22.

36. Калмыков В.Н., Рыльникова М.В. Особенности формирования полей напряжений приконтурного массива при открыто подземной разработке // Развитие методов проектирования рудников при комплексном освоении месторождений. - М.: ИПКОН РАН, 1989. - С. 26 - 31.

37. Каплунов Д.Р., Калмыков В .Н., Рыльникова М.В. Комбинированная гео-технология.-Mi: Руда и металлы, 2003.

38. Каплунов Д.Р. О принципах проектирования комбинированной разработки месторождений при комплексном освоении недр. Актуальные проблемы освоения месторождений и использования минерального сырья. М.: МГГУ.1993.-С. 59-68.

39. Каплунов Д.Р., Юков В.А. Геотехнология перехода от открытых к подземным горным работам: Учебное пособие.- М.: Издательство «Горная книга», 2007.

40. Куликов В.В. Совместная и повторная разработка рудных месторождений. 2-е изд., перераб. и доп. М., 1972. - 328 с.

41. Лузин П.Н. Комбинированная разработка Саткинского месторождения магнезитов / Комбинированная геотехнология: проектирование и геомеханические основы: Сборник трудов по материалам межд. науч.-техн. конф.'-Магнитогорск: МГТУ, 2001. С. 54-57.

42. Макаров А.Б. Практическая геомеханика. Пособие для горных инженеров. М.: Горная книга, 2006. - 391 с.

43. Методические указания по определению параметров сдвижения горных пород, охраны сооружений и горных выработок на месторождениях цветных металлов.

44. Методические указания по оценке устойчивости горных массивов по данным геологической документации пород. М.: В1ШМИ, 1982. - 35 с.

45. Мещеряков Э.Ю. Совершенствование способа управления состоянием прикарьерного массива при подземной разработке ценных руд (на примере Учалинского месторождения) // Дис. . канд. техн. наук. Магнитогорек, 1998.

46. Мещеряков Э.Ю. Совершенствование технологии подземной разработки медноколчеданных месторождений Южного Урала. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова», 2007. - 140 с.

47. Серавкин И.Б., Пирожок П.И., Скуратов В.Н. и др. Минеральные ресурсы Учалинского ГОКа. Уфа, 1994. - 328 с.

48. Нормы технологического проектирования горнодобывающих предприятий металлургии с подземным способом разработки. Санкт - Петербург: Гипроруда, 1993.-234 с.

49. Определение геомеханического состояния массива горных пород северного фланга Учалинского месторождения, разработка рекомендаций по параметрам подземных горных работ ниже горизонта 380 м: Отчет по НИР / Магнитогорск. ЗАО «Маггеоэксперт», 2006.

50. Определение напряженно-деформированного состояния массива горных пород и геомеханическое обоснование эффективной и безопасной отработки Учалинского месторождения ниже дна карьера и в выклинках: Отчет по НИР / ООО «Уралмеханобр УГМК», 2003.

51. Определение напряженно-деформированного состояния массива горных пород и геомеханическое обоснование эффективной и безопасной отработки Учалинского месторождения ниже дна карьера и в выклинках: Отчет по НИР / Магнитогорск, 2007.

52. Определение физико-механических свойств руд и пород Учалинского подземного рудника: Отчет по НИР / ИПКОН РАН, 1993.

53. Осинцев В.А., Беркович В.М., Анюхин Ю.В. Комплексный открыто-подземный способ разработки рудных месторождений с крутыми нерабочими бортами карьеров // Горный журнал, 2005. № 1. - С.21-25.

54. Отраслевая инструкция по определению, нормированию и учету потерь и разубоживания руды на рудниках Министерства цветной металлургии. В кн. «Сборник инструктивных материалов по охране и рациональному использованию полезных ископаемых». М.: Недра, 1977.

55. Ошмянский И.Б. Рациональные варианты вентиляционной системы при отработке верхнего яруса открыто-подземной разработки: Тез. докл. науч-но-техн. семинара. Кривой Рог: КГРИ, 1990.

56. Пат. 2186984 Российская Федерация. Способ выемки законтурных запасов полезного ископаемого под дном карьера и в его бортах. В.И. Зобнин, Е.А. Чижов, В.Г. Лукичев, A.A. Светлаков. Открытия и изобретения. 2002. Бюл. № 22.

57. Пат. 2239061 Российская Федерация. Способ комбинированной разработки полезных ископаемых в прибортовой зоне карьера / В.И. Зобнин, В.Г. Лукичев, Е.А. Чижов. Открытия и изобретения. 2004. Бюл. № 30.

58. Пат. 2239061 Российская Федерация. Способ комбинированной разработки полезных ископаемых в приконтурной зоне карьера / В.И. Зобнин, В.Г. Лукичев, A.A. Светлаков. Открытия и изобретения. 2002. Бюл. № 23.

59. Пат. 2270921 Российская Федерация. Закладочная смесь / В.Н. Калмыков, И.С. Белобородов, A.B. Сараскин. Опубл. 27.02.2006, - Бюл. № 6.

60. Пат. 2282724 Российская Федерация. Закладочная смесь / В.Н. Калмыков, И.С. Белобородов, A.B. Сараскин, А.Н. Монтянова Опубл. 27.08.2006, -Бюл. № 24.

61. Положение о руководстве и ведении взрывных работ на строящемся Молодежном подземном руднике ОАО «Учалинский ГОК». Учалы", 2005.

62. Правила охраны недр ПБ 07-601-03.- М.: ГУП «НТЦ по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России», 2003.

63. Рекомендации на доработку запасов руды северной выклинки Учалинско-го месторождения. Екатеринбург: Унипромедь, 2002.

64. М.В. Рыльникова, Е.А. Блюм. Имитативное моделирование горнотехнических систем при проектировании комбинированной геотехнологии // Горный журнал, 2005. № 4. - С. 47-50.

65. Рыльникова М.В. Обоснование параметров выемки охранных целиков бортов карьеров системами с твердеющей закладкой //Дисс. . канд. техн. наук. Л., 1985.-208 с.

66. Рыльникова М.В. Обоснование параметров комбинированной геотехнологии освоения медноколчеданных месторождений Урала. Автореферат диссертации докт. техн. наук. М., 1999.

67. Рыльникова М.В. Технология комплексного освоения месторождений комбинированным способом. Магнитогорск: МГТУ, 1998. - 133 с.

68. Рыльникова М.В., Зинуров A.B. Обоснование технологии отработки законтурных запасов в основании юго-восточного борта Учалинского карьера комбинированными горными работами / Горные науки на рубеже 21 века: Сб науч. тр. Пермь: УрО РАН, 1997. - С. 67-72.

69. Рыльникова М.В., Калмыков В.Н. Оценка напряженного состояния массива пород Учалинского месторождения. Подземная разработка мощных рудных месторождений: Межвуз. сб. науч. тр. Магнитогорск: МГМИ, 1990. - С. 42 - 46.

70. Рыльникова М.В., Калмыков В.Н., Мещеряков Э.Ю. Опыт подземной разработки прикарьерных запасов Учалинского медноколчеданного месторождения // Горный информационно аналитический бюллетень. - М 1997. -№3.- С. 56-61.

71. Рыльникова М.В., Мещеряков Э.Ю. К вопросу классификации способов комбинированной разработки месторождений. Горный информационно аналитический бюллетень. М., 1997. - №3. - С. 61 - 67.

72. Самусенко А.К., Григорьев В.В., Волков Ю.В. и др. Отработка Учалин-ского медноколчеданного месторождения комбинированным способом // Горный журнал, 1994. №6. - С. 11 - 14.

73. Соловьев A.A., Зобнин В.И. Схемы выемки законтурных запасов руды на карьерах // Горный журнал, 2007. № 5. - С. 12-14.

74. Тангаев И.А. Буримость и взрываемость горных пород. М.: Недра, 1978.- 184с.

75. Тектонические напряжения в земной коре и устойчивость горных выработок. М.: Наука, 1989.

76. Терентьев В.И., Черных А.Д. Комплексная открыто подземная разработка прибортовых и подкарьерных запасов рудных месторождений. - М.: Ротапринт ИПКОН РАН, 1988. - 244 с.

77. Технологический регламент на ведение очистных работ на подземных рудниках «Учалинского ГОКа» /, ООО «Уралмеханобр УГМК». Екатеринбург, 2006 .

78. Типовая инструкция по безопасному проведению массовых взрывов в подземных выработках (утв. пост. № 10 Госгортехнадзора России от 14.05.93).

79. Туринцев Ю.И. Разработка, исследование и внедрение инженерных методов управления и способов контроля устойчивости бортов меднорудных карьеров // Дис. .д-ратехн. наук. Свердловск, 1975.

80. Турчанинов И.А., Марков Г.А., Иванов В.И. и др. Тектонические напряжения в земной коре и устойчивость горных выработок. Апатиты: Наука, 1978. - 256 с.

81. ТЭО «Доработка Молодежного месторождения подземным способом». -Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 2002.

82. Хохряков B.C. Оценка эффективности инвестиционных проектов открытых горных разработок: Учебное пособие. Екатеринбург: УТТА, 1996. -180 с.

83. Цыгалов М.Н., Калмыков В.Н., Рыльникова М.В. Геомеханические и технологические особенности отработки руд в охранных целиках бортов карьера // Горный журнал, 1986. №5. - С. 24 - 27.

84. Цыгалов Ю.М. Исследование твердеющей закладки для разработки при-контурных запасов карьеров // Дис. . канд. техн. наук. Магнитогорск, 1982.- 155 с.

85. Черных А.Д., Брюховецкий О.С., Лосинский А.П. Доработка запасов руд за контурами карьеров с закладкой выработанного пространства //Разработка месторождений твердых полезных ископаемых. Итоги науки и техники / ВИНИТИ АН СССР. М, 1987. - С. 3-12.

86. Шестаков В.А. Проектирование горных предприятий: Учебник. 2-е изд. перераб, 2003. 800 с.

87. Шнайдер М.Ф., Вороненко В.К. Совмещение подземных и открытых разработок рудных месторождений. М.: Недра, 1985. - 132 с.

88. ЮО.Щелканов В.А. Комбинированная разработка рудных месторождений. -М.: Недра, 1974.

89. Ярмухаметов З.Г. Обоснование технологии подземной разработки при-контурных запасов карьеров (на примере Сибайского месторождения). Автореферат дис. канд. техн. наук. Магнитогорск, 1998.