Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование технологии разработки потолочного целика при подземной отработке железистых кварцитов КМА

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

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Хобта, Михаил Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА

Состояние вопроса

1.1. Геологические особенности месторождения

1.1.1. Общие сведения о месторождении

1.1.2. Геологическая характеристика месторождения

1.2. Система разработки

1.3. Выводы и задачи исследования

ГЛАВА

Изучение способов погашения пустот (камер) с целью последующего увеличения извлечения запасов руд

2.1. Варианты погашения пустот при подземной разработки

2.2. Анализ применения гидравлической закладки при подземной разработке полезных ископаемых

ГЛАВА

Изучение свойств массива закладки

3.1. Методы исследования

3.2. Определение физико-технических и водно-физических свойств гидрозакладки

ГЛАВА

Разработка технологической схемы выемки части остающихся запасов при заложенных камерах

4.1. Математическое моделирование напряженно - деформационного состояния целиков

4.1.1 Методы исследований

4.2. Естественное напряженное состояние массива горных пород на шахте им. Губкина

4.3. Напряженное состояние целиков и массива вокруг очистного пространства без закладки

4.3.1. Представление о массиве горных пород как о несвязанной, дезинтегрированной среде

4.3.2. Представление о массиве горных пород как о сплошной и упругой среде

4.3.3. Представление о массиве горных пород, как о пластической среде

4.3.4. Расчет предельного напряженного состояния массива горных пород, нарушенного системой выработок 66 4.4 Влияние упругой волны взрыва на целики при этажно-камерной системе разработки

4.4.1. Оценка влияния упругой волны взрыва на целики

4.4.2. Процессы трещинообразования с последующим проявлением откольного эффекта взрыва при прохождении взрывной волны по массиву

4.4.3. Процессы трещинообразования с последующим проявлением откольного эффекта взрыва при прохождении взрывной волны через плотный контакт двух сред

4.5. Система частичной отработки потолочного целика на шахте им. Губкина

4.5.1 Особенности заполнения камеры гидрозакладкой с возведением слоя твердеющей закладки (настала)

4.5.2 Отбойка и транспортировка отбитой руды 92 4.5.2 Экономическая оценка варианта системы разработки с частичной выемкой потолочного целика

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование технологии разработки потолочного целика при подземной отработке железистых кварцитов КМА"

В настоящее время добыча полезных ископаемых сопряжена с освоением месторождении со сложными горно-геологическими условиями. Увеличение мощностей горнодобывающих предприятий требует больших затрат на освоение новых запасов полезного ископаемого, обеспечение безопасности и снижения влияния горных работ на окружающую среду.

На данном этапе развития горного дела вопросы наиболее полного извлечения запасов возникли при разработке бассейна железных руд Курской магнитной аномалии (КМА). Бассейн КМА располагается в южной части Среднерусской возвышенности и имеет форму полосы протяженностью более 600 км с северо-запада на юго-восток и шириной 150-250 км. КМА является одним из крупнейших месторождений богатых железных руд и железистых кварцитов в мире. [10]

КМА разрабатывается многими крупными горнодобывающими предприятиями в основном открытым способом. Однако при залегании рудного тела на больших глубинах и сложных гидрогеологических условиях ведения вскрышных работ становится более эффективна разработка месторождения подземным способом.

Коробковское железорудное месторождение КМА отрабатывается подземным способом шахтой им. Губкина, которая введена в эксплуатацию в начале 50-х годов. На шахте применяется этажно-камерная система разработки. К настоящему времени на шахте отработано более 400 камер с объемом подземных пустот порядка 40 млн. м3. С позиции комплексного освоения недр применяемые на шахте им. Губкина параметры системы разработки обладают существенным недостатком - весьма низкой степенью извлечения запасов этажа (более 60% запасов остается в поддерживающих целиках). Кроме того, параметры камер выбраны, как показывают проведенные на руднике геомеханические исследования, с очень высоким резервом прочности в ущерб рациональному извлечению запасов и возможному снижению затрат на добычу. Для наиболее полного извлечения запасов в современных условиях развития горного производства главным образом применяются системы разработки с твердеющей закладкой или закладкой повышенной плотности (пастообразная закладка). Однако для условий месторождения КМА по экономическим соображениям закладка отработанных камер с добавлением вяжущего компонента приведет к недопустимому увеличению себестоимости конечного продукта.

Основными отходами добычи и переработки железистых кварцитов являются хвосты обогащения, хранение которых приводит к дополнительным затратам и отчуждению значительных территорий на поверхности. Поэтому в соответствии с рабочим проектом, составленным институтом "Центрогипроруда", принято решение по опытному заполнению отработанных камер хвостами обогащения обогатительной фабрики №1. Для проведения опытных работ выбраны камеры 14/9 и 14/10, которые располагаются на отработанном юго-восточном участке и примыкают к девятому и десятому юго-восточным штрекам. Применена технология гидравлической закладки без сгущения и обезвоживания закладываемых хвостов. Для изоляции горных работ от закладываемого материала сооружены три изолирующие перемычки, конструкция которых позволяет производить частично управляемый дренаж закладываемого материала. Перемычки представляют собой комплект изогнутых стальных двутавровых балок, расположенных в бетонном теле. Перемычки опираются на породу в пределах верхнего и нижнего врубов, боковые врубы отсутствуют.

В процессе заполнения и осушения камер гидрозакладка влияет на перераспределение горного давления на междукамерные и межпанельные целики, что существенно скажется на их несущей способности.

Актуальностью данной работы является оценка влияния гидравлической закладки на конструктивные элементы системы разработки (междукамерные и межпанельные целики) с позиции их устойчивости и последующее решение проблемы наиболее полного извлечения полезного ископаемого.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Хобта, Михаил Юрьевич

Заключение

Диссертация является научной квалификационной работой, содержащей решение актуальной для горнорудной промышленности задачи по увеличению извлечения полезного ископаемого с использованием в качестве закладки хвостов обогащения.

Основные научные и практические результаты работы:

1. Установлено среднее содержание фракций в хвостах обогащения ш. им Губкина: более 0,5 мм- 0,72%, 0,5-0,25 мм- 7,7 %, 0,25-0,1 мм- 24,5%, менее 0,1 мм- 67,4%. Из этого следует, что образцы представляют тонкий песок с размерами частиц 0,1-Ю,05 мм.

2. Коэффициент фильтрации гидравлической закладки зависит от гранулометрического состава и колеблется от 0,0044- 0,0074 м/сут (фракция 0,1-0,25мм) до 0,005-0,012 м/сут (фракция 0,25-0,5мм).

3. Путем лабораторных испытаний установлены изменения коэффициента бокового распора гидрозакладки от влажности. При влажности 10 - 30% он равен 0,172-0,178. Наименьшее значение коэффициента бокового распора гидрозакладки наблюдается при её полном осушении и даже достигает отрицательных значений, чем и объясняется образование трещин на поверхности между стенками камер и гидрозакладкой предположительно на глубину до 15 м. Наибольший коэффициент бокового распора в заполняемых камерах будет проявляться на границе вода - твердая фракция.

4. При решении задачи напряженно-деформированного состояния массива с камерами высотой 70 и 80 м установлено, что напряжения концентрируются в верхней трети части целиков, напряжение массива справа и слева от крайних камер перераспределяется в глубь массива пород.

5. Увеличение высоты очистных камер более 70 м вызывает частичное разрушение потолочного целика. При большей высоте камеры возможны разрушения междукамерных целиков, что приведет к увеличению пролета камеры и разрушению потолочины. При частично заложенных камерах закладка воспринимает на себя часть напряжений, подпирая целик за счет бокового распора, положительно влияя на устойчивость системы целиков.

6. В процессе прохождения (в заложенной гидрозакладкой камере) отраженной волны взрыва при отбойке соседней камеры величина напряжения растяжения будет равна 32,8 МПа, по сравнению с системой разработки без закладки она уменьшается на 65,8%, при этом уменьшается количество трещин, образующихся вследствие взрыва, что увеличивает несущую способность междукамерных целиков.

7. Отработка потолочного целика над заложенной камерой возможна при возведении слоя твердеющей закладки (настила) толщиной 0,20-0,25 м.

8. При отработке шести камер в год (объемом 30 тыс. м3 каждая) производительность рудника увеличивается на 630 тыс. т. При этом экономический эффект составит 23-24 млн. руб.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Хобта, Михаил Юрьевич, Москва

1. А.А.Фурман. Закладка выработанного пространства. Углетехиздат.1958.

2. А.И.Илыптейн, Ю.М.Либерман, Е.А.Мельников, В.Рахимов, В.М.Рыжик. Методы расчета целиков и потолочин камер рудных месторождений. Наука. 1964.

3. А.Л.Требуков, С.Г. Лейзерович, Методика расчета минимально необходимой прочности твердеющей закладки при сплошной выемке. Горный журнал,№3,1975.

4. А.Л.Требуков. Применение твердеющей закладки при подземной добычи руд. Москва. Недра. 1981.

5. А.Н.Воробьев. Математическое моделирование. Учебное пособие. Часть З.Москва 2000.

6. А.П.Балаганский, Н.Г.Ялымов. Изоляция подземных пустот на рудниках.

7. А.Сидоров. Мокрая закладка. Москва. 1923.

8. Вызов В.Ф. Перспективы развития подземных горно-обогатительных комбинатов // Горный журнал, №4, 1992//

9. В.А.Артеменко, В.Н.Ельников, С.Г.Лейзерович. Комбинат"КМАРуда" в условиях рыночных отношений.//Горный журнал №1-2,1996//

10. В.В.Добровольский, Э.И.Гайко. Влияние гидравлической закладки на проявление горного давления и выбросоопасность. Фрунзе. 1972.

11. В.Д.Палей. Определение нормативной прочности твердеющей закладки. Горный журнал, №3, 1983.

12. В.Н.Ельников, С.Г.Лейзерович. Методика и технология проведения опытных работ по подземному складированию хвостов обогащения на комбинате "КМАРуда".1. ГИАБ, N3.1999.13."Водный кодекс РФ".

13. В.Р.Именнтов. Управление горным давлением при подземной разработке. Учебное пособие. Москва. 1977.

14. Г.В.Пухальский, Г.Н. Бондаренко. Свойства бетонов на песках из отходов горнообогатительных комбинатов.-"Бетон и железобетон", 1975, №5.

15. Г.Г.Суржин. Исследование проявлений горного давления и совершенствование камерной системы разработки железистых кварцитов КМА с целью сокращения потерь в целиках. Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Москва. 1974.

16. Г.М.Бабаянц, Л.К.Вертлейб, Н.Я.Журин и др. Подземная разработка железистых кварцитов. Москва.Недра.1988.

17. Г.М.Горшколепов, С.Н.Журин, В.Н. Ельников, Д.М.Казикаев, Б.А. Фомин. Перспективы комплексного использования недр и горных выработок при отработке Коробковского месторождения. Горный журнал, 1999.

18. Галаев Н.З. Управление горным давлением при подземной разработке рудных месторождений. Ленинград, 1978.

19. Геология, гидрогеология и железные руды бассейна КМА. Москва. Недра. 1972.

20. Д.М.Казикаев. Геомеханические процессы при совместной и повторной разработке руд. Москва. "Недра" 1981.

21. Е.В.Кузьмин. Упрочнение горных пород при подземной добыче. Москва. "Недра" 1991.

22. Единые нормы и расценки на горнопроходческих работах Госгортехнадзор СССР.1. Москва. Недра. 1987.

23. Единые правила охраны недр при разработке месторождений твердых полезных ископаемых. Госгортехнадзор СССР. Москва. Недра. 1987.

24. Заклад очное хозяйство шахт и рудников. Москва, " Недра". 1978

25. Закладочные работы в шахтах. Справочник. Москва. " Недра". 1989.27.Закон РФ "О недрах".

26. Закон РФ "Об охране окружающей природной среды"

27. И.Ю.Шищиц. Использование подземного пространства для надежной изоляции радиоактивных и токсичных промышленных отходов. Часть 1.1996.

28. Именитов. Системы разработки рудных месторождений. Москва.1971.31 .Казикаев Д. М. Геомеханические процессы при совместной и повторной разработке руд. М., Недра, 1985.

29. Л.Д.Шевяков, П.И.Степанов, А.А.Зворыкин, В.И.Геронтьев. Мировой опыт разработки мощных угольных пластов. Гостопиздат. 1941

30. М.И.Весков, Э.И.Гайко, В.И.Симонов. Гидравлическая закладка для охраны наземных инженерных сооружений.- Безопасность труда в промышленности, 1982, №2.

31. Материалы экономического отдела ОАО " Комбинать КМАРуда".

32. Заклад очные работы в шахтах: Справочник/ Под ред. Д. М. Бронникова, М. Н. Цыгалова.-М. :Недра, 1989.-400с.

33. Н.А.Огневчук, Ф.К.Сорокин, Н.Е.Кирьянов. Разработка месторождения горизонтальными слоями с закладкой выработанного пространства бутобетоном.

34. Проект подготовки и отработки камеры N5/IIn,.

35. Р.Х.Балах. Разработка месторождений с закладкой хвостами обогащения. Алма-Ата. 1977.

36. Разработка месторождений с закладкой. Москва. Мир. 1987.

37. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. М., Недра, 1984.

38. Руппенейт К.В. Механические свойства горных пород. М., Углеиздат 1956.

39. Сборник руководящих материалов по охране недр при разработке месторождений полезных ископаемых. Госгортехнадзор. Москва. Недра. 1987.

40. Слесарев В.Д. Механика горных пород. М., Углеиздат 1948.

41. Справочник геофизика. Том 1. Гостоптехиздат. Москва. 1960.

42. Твердеющая закладка. Москва. 1965.

43. Фадеев А.Б. Метод конечных элементов. М., Недра 1987

44. Фисенко Г.Л. Предельное состояние горных пород вокруг горных выработок. М., Недра, 1976.

45. Фисенко Г.Л. Современные проблемы механики горных пород. Л.,Наука, 1972

46. Шевяков Разработка месторождений полезных ископаемых. М., 1965

47. Шестаков В.А. Проектирование горных предприятий. Москва. МГГУ.1995.

48. Шищиц И.Ю. Возможность и пути повторного использования подземныхвыработок по новому назначению.// Горный журнал, №8, 1995//

49. Ю.М. Баженов. Технология бетона. Москва. "Высшая школа" 1978.

50. Ю.П.Меньшиков, В.Г.Заварзин, В.Н.Юрков. Способы возведения бетонных целиков. Горнодобывающая промышленность Казахстана, 1962, N2

51. Е-05 0,02088 0,001963 1,5 0,00708 25 17,50013 0,01872 0,001963 1,5 0,00635 25 17,5

52. Е-05 0,017712 0,001963 1,5 0,00601 25 17,5

53. Е-05 0,03096 0,001963 2 0,00788 25 15

54. З.ЗЕ-06 0,004752 0,001964 20 200 0,001210 10 0госу;'.