Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование технологии выемки природно-техногенных запасов на границе карьеров при комбинированной разработке медноколчеданных месторождений

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

Автореферат диссертации по теме "Обоснование технологии выемки природно-техногенных запасов на границе карьеров при комбинированной разработке медноколчеданных месторождений"

На права* рукописи

005012408

ВОЛКОВ ПАВЕЛ ВЛАДИМИРОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫЕМКИ ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫХ ЗАПАСОВ НА ГРАНИЦЕ КАРЬЕРОВ ПРИ КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕДНОКОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

12 мдр т

Магнитогорск - 2012

005012408

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

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Калмыков Вячеслав Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Славиковский Олег Валерьянович

кандидат технических наук Дик Юрий Абрамович

Ведущая организация:

Институт горного дела УрО РАН (ИГД УрО РАН), г. Екатеринбург

Защита состоится 21 марта 2012 г. в 1300 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.111.02 при ФГБОУ 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 ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова».

Автореферат разослан «20» февраля 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного доктор технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. При комбинированной разработке месторождений в недрах Земли обычно остаются природно-техногенные запасы (до 15-20 % от объема приконтурных запасов), не включенные в проект отработки. К ним относятся целики, оставленные на границе карьеров и служащие для разделения открытых и подземных горных работ, поддержания бортов в устойчивом состоянии, выемка которых осложнена высокой нарушенностью массивов, наличием аэродинамических связей очистного пространства с атмосферой карьеров, низкой устойчивостью подработанных бортов карьеров, находящихся в предельном состоянии, и характеризуется повышенными показателями потерь и разубоживания.

Несмотря на накопленный опыт и достаточно большой объем исследований в этой области, технологические схемы выемки целиков и обоснование их параметров, обеспечивающих безопасность работ и полноту использования недр, отсутствуют.

Поэтому изыскание технологии эффективного освоения запасов целиков различного функционального назначения, формируемых на границе открытых и подземных горных работ, сопровождающейся подработкой бортов, находящихся в предельном положении, является весьма актуальной задачей.

Исследования, представленные в диссертации, выполнялись при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации в рамках реализации государственных контрактов №16.515.11.5065 от 30.09.11r., (научный руководитель, академик РАН К.Н. Трубецкой), № П37 от 30.03.2010г., мероприятие 1.3.2 «Проведение научных исследований целевыми аспирантами» федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.

Цель работы - Разработка и обоснование параметров эффективных технологических схем выемки природно-техногенных запасов за предельными контурами карьеров при комбинированной разработке месторождений, обеспечивающих безопасность и полноту использования недр.

Идея работы состоит в использовании временной устойчивости подрабатываемых бортов карьеров, которая достигается креплением массива пород, пригрузкой и применением интенсивных технологий выемки для обеспечения безопасности и рационального использования недр.

Объект исследования - целики различного функционального назначения, формируемые на границе карьеров при комбинированной разработке месторождений.

Предмет исследования - состав и параметры технологических схем выемки целиков, формируемых на границе открытых и подземных горных работ.

Основные задачи исследования:

- анализ опыта отработки целиков, оставленных на границе карьеров при комбинированной разработке месторождений;

- обобщение условий формирования целиков, оценка геомеханического состояния прикарьерного массива;

- разработка технологических схем, обеспечивающих безопасность и полноту отработки запасов целиков;

- оценка факторов, влияющих на технологические решения по

отработке целиков;

технико-экономическая оценка вариантов и реализация технологических схем освоения целиков, оставленных на границе открытых и подземных горных работ, при комбинированной геотехнологии.

Положения, выносимые на защиту :

1. Классификация технологических схем по состоянию подрабатываемых бортов карьеров, функциональному назначению и местоположению относительно предельного контура карьера обеспечивает возможность выбора предпочтительного варианта отработки в различных горнотехнических и горногеологических условиях.

2. Обоснование состава и параметров технологических схем отработки природно-техногенных запасов на границе карьера следует производить с учетом резерва остаточной устойчивости подрабатываемых бортов карьера интенсивными технологиями добычных работ и комплекса мероприятии, компенсирующих потерю устойчивости с применением тросового крепления и прифузки прикарьерного массива.

3. Рациональная и безопасная отработка барьерных целиков в бортах и дне карьеров, находящихся в зоне влияния подземных горных работ, состояние которых отличается высокой нарушенностью породных массивов, обеспечивается применением систем подэтажного обрушения с устройством породных отвалов с параметрами, определяемыми по условиям регулируемого обрушения массивов бортов и предупреждения разброса рудной массы при взрывной отбойке.

4. Запасы охранных, поддерживающих целиков в бортах и дне карьеров, не подверженных влиянию подземных горных работ, целесообразно извлекать открытым или открыто - подземным способами при условии проведения комплекса мероприятий по обеспечению устойчивости

подрабатываемых массивов пород.

Методы исследований. Использован комплексный подход, включающий анализ строения, свойств и состояния массива пород; моделирование геомеханических процессов по отработке природно-техногенных запасов на границе карьера; экономико-математическое моделирование освоения оставленных запасов в целиках, методы обобщения и систематизации результатов промышленной реализации рекомендаций.

Научная новизна:

- Разработана классификация технологических схем освоения запасов различного назначения, формируемых за предельным контуром карьера, основанная на учете особенностей состояния подрабатываемых бортов .карьера, строения и расположения относительно контуров карьера для выбора' эффективных технологических схем выемки целиков, обеспечивающих безопасность работ и рациональное использование недр;

-выявлены степенные зависимости эксплуатационных затрат на выемку целиков от размеров отрабатываемого участка, параметров буровзрывных работ, площади сечения подготовительно - нарезных выработок для различных способов выемки и горнопроходческого оборудования;

- научно обосновано применение разработанных технологических схем выемки целиков, базирующихся на учете геомеханического состояния массивов целиков и подрабатываемых бортов карьеров, с обеспечением максимальной интенсивности технологических процессов проходческих и добычных работ.

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

Практическая значимость работы состоит в разработке технологических схем выемки целиков, обосновании их параметров, разработке методики выбора рациональных вариантов, обеспечивающих безопасность, эффективность, полноту и качество извлечения руд, для медноколчеданных месторождений Урала.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при составлении рабочих проектов отработки целиков, оставленных на границе карьеров, на медноколчеданных месторождениях 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» ФГБОУ ВПО «МГТУ», материалы использованы при выполнении государственных контрактов №16.515.11.5065 от 30.09.11г., № П37 от 30.03.2010г.

Апробация работы. Результаты, основные положения и выводы докладывались на международных научно-технических конференциях: «Неделя горняка - 2009 - 2012 гг.» (Москва); «Комбинированная геотехнология: комплексное освоение и сохранение недр» (Екатеринбург, Магнитогорск, 2009, 2011 гг.); на 67, 68, 69 научно-технических конференциях Магнитогорского государственного технического университета, технических советах Учалинского и Гайского ГОКов, Александринской ГМК.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 6 работах, в том числе 3 статьи, в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 92 наименований и содержит 155 страниц машинописного текста, 85 рисунков, 17 таблиц.

Автор выражает благодарность научному руководителю - проф., д-ру. техн. наук В.Н. Калмыкову, гл. научному сотруднику ИПКОН РАН, проф., д-ру. техн. наук М.В. Рыльниковой, сотрудникам кафедры ПРМПИ и Института горного дела и транспорта МГТУ им. Г.И. Носова за консультации, ценные замечания и рекомендации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

На границе открытых и подземных горных работ при комбинированном способе разработки крутопадающих месторождений формируются целики, являющиеся частью приконтурных запасов. Несмотря на нарушенность, сложные горнотехнические условия, по своим объемам, содержанию полезных компонентов они могут быть объектом освоения.

Выбору и обоснованию параметров технологических схем отработки приконтурных запасов при проектировании комбинированной геотехнологии в различных горно-геологических условиях посвящены труды академиков РАН М.И. Агошкова, К.Н. Трубецкого, члена - корреспондента РАН Д.Р. Каплунова, профессоров Ю.В. Волкова, В.К. Вороненко, Ю.В. Демидова, A.B. Зубкова, П.Э. Зуркова, Д.М. Казикаева, В.Н. Калмыкова, В.В. Куликова, Т.М. Мухтарова, С.И. Попова, М.В. Рыльниковой, И.Н. Савича, М.Н. Цыгалова, А.Д. Черных, М.Ф. Шнайдера, В.А. Щелканова и многих других ученых и инженеров.

В результате анализа достаточно большого опыта отработки приконтурных запасов, в состав которых входят целики, оставленные на границе открытых и подземных горных работ, установлено, что на технологию выемки оказывает влияние большое число факторов - геологических, технологических, геомеханических. Имеются и специфические, вызванные наличием карьерной выемки, такие как: предельное состояние подрабатываемых массивов бортов, высокая нарушенность и возможность их обрушения, образование аэродинамических, гидравлических, климатических связей подземных выработок с атмосферой. Однако, технологические схемы отработки целиков, как правило, не рассматриваются, предполагается, что отработка будет производиться по локальным проектам.

В настоящее время сформулированы основные принципы расчета устойчивости подработанных бортов карьеров, разработаны методики определения параметров рудных и искусственных целиков, формируемых на границе карьеров. Установлено, что характерной особенностью массивов целиков является высокая нарушенность, изолированность, растянутость по периметру карьера, что отрицательно сказывается на всех показателях разработки.

В качестве объекта исследований приняты целики различного функционального назначения, оставленные на границе карьеров при комбинированной разработке месторождений, характеризующиеся широким диапазоном изменения геомеханических и технологических характеристик руд и пород, объемов запасов, степенью нарушенное™, вследствие воздействия открытых и подземных горных работ, а также значительной изменчивостью

пространственных параметров.

На выбор технологических схем отработки рассматриваемых целиков большое влияние оказывает нарушенность массива, форма, размеры, месторасположение целиков, состояние карьерного пространства на момент завершения открытых и подземных горных работ. Для составления технологических схем отработки, целики, оставленные на границе карьеров, на основе анализа их функционального назначения, способов формирования, а также опыта их отработки, разделены на: барьерные, охранные, поддерживающие и изолирующие (табл. 1).

Таблица 1 - Характеристика целиков различного функционального назначения, формируемых на границе открытых и подземных горных работ.

Название целиков Функциональное назначение, параметры Место расположения относительно борта и дна карьера Область применения

Барьерные Разделение фронтов открытых и подземных горных работ. В бортах карьеров мощностью до 30м, и дне карь еров мощностью до 50 м В бортах карьеров Круто падающие месторождения ценных руд

В дне карьеров

Охранные Обеспечение сохранности объектов: карьерных съездов. штолен, перегрузочных пунктов. В бортах карьеров, мощностью до 50 м В бортах карьеров Крутопадающие месторождения со сложными г орногеол«этическими условиями

Поддержив аюшие Повышение устойчивости бортов карьеров. Мощностью до 20 м. высотой до 4-0 м. простирание до 50 м В боргах карьеров Крутопадающие месторождения ценных руд с большой глубиной распространения

Изолирующие Изоляция подземных выработок и очистных пространств В бортах или дне мощностью 3- 5м В бортах карьеров Крутопадающие

В дне карьеров и сложной морфологией

Несмотря на многообразие целиков, оставленных на предельном контуре карьера, и специфичность горно-геологических и горнотехнических условий их размещения, были разработаны типовые технологические схемы их отработки (рис, 1,2,3,4).

карьеров: а - открытыми в карьер камерами; б - подэтажного обрушения с пригрузкой; в - слоевыми системами разработки с твердеющей закладкой и формированием породного отвала; г - тоже, с пригрузкой скальными породами; д - открыто - подземной системой разработки с разноской борта и креплением тросовыми анкерами; е - открытыми заходками (врезками).

а)

в)

Рисунок 2 - Технологические схемы отработки барьерных целиков в дне карьеров с использованием: а - систем разработки подэтажного обрушения и пригрузкой; б - камерных систем разработки с закладкой; в - открытых горных работ с креплением массива борта; г - открыто-подземных систем разработки.

а)

Пригрузка скальными

б)

Закладочный/ массиб/

Пригрузка скальными/ породами

ПДМеду

ПДНсду

Рисунок 3 - Технологические схемы отработки охранных и поддерживающих целиков с применением: а - систем подэтажного обрушения с пригрузкой борта; б - слоевых систем разработки с твердеющей закладкой и формированием породного отвала; в - открытых камер с креплением массива борта; г - открытых камер с предварительно созданным закладочным массивом в призме упора.

а) Закладочный б) в) Л Закладочный

массиб.

Рисунок 4 - Технологические схемы отработки изолирующих целиков: а -открытыми камерами; б - массовым обрушением; в - открытым способом разработки.

При составлении технологических схем учитывается, что борт карьера будет находиться в неустойчивом или предельном состоянии, поэтому на расчетный период производства добычных работ необходимо обеспечить временную устойчивость подрабатываемого массива путем создания пригрузки, крепления массива тросовыми анкерами или применения интенсивных технологий выемки, что позволяет уменьшить срок отработки.

Оценка с вариантов технологических схем показывает, что все они характеризуются различными показателями эффективности и полнотой использования недр. Так для барьерных целиков в борту и дне карьера применимы системы подземной разработки: камерные, слоевые, подэтажного обрушения; для охранных и поддерживающих - открыто-подземные, врезками; для изолирующих - открытыми камерами, с массовым погашением взрывами, открытым способом.

Для оценки устойчивости подрабатываемых бортов карьера в процессе выемки барьерных целиков и разработки мероприятий по их упрочнению были проведены исследования напряженно - деформированного состояния массива и расчеты коэффициентов запаса устойчивости бортов карьеров на примере месторождений Учалинского, Молодежного, Сибайского методом конечных элементов в плоской постановке задачи.

Оценка напряженного состояния прикарьерного массива и целиков производилась на следующих стадиях развития горных работ:

- постановка карьера в предельное состояние;

- отработка прибортовых запасов системами с твердеющей закладкой;

- создание породной пригрузки борта и отработка запасов барьерного целика системами подэтажного обрушения;

- отработка запасов целика без пригрузки.

Результаты анализа геомеханических исследований, расчеты устойчивости подрабатываемых бортов карьеров на момент извлечения всех запасов, а также данные, полученных другими исследователями, позволяют сделать выводы:

- отработка целиков, формируемых на границе открытых и подземных горных работ, сопровождается снижением коэффициента запаса устойчивости (К3 = 0,8 - 1,1). Наименьшее значение Кз относится к барьерным и поддерживающим целикам;

- отработка целиков на предельном контуре карьеров не приводит к потере общей устойчивости бортов, формируются локальные зоны обрушения по местным поверхностям скольжения;

- наличие достаточно высокого остаточного запаса устойчивости подрабатываемых бортов карьеров при отработке целиков, в сочетании с укрепительными мероприятиями и интенсивным режимом отработки, позволяет обеспечить возможность безопасной выемки запасов;

- при небольших объемах запасов в целиках, малых сроках освоения и применении высокопроизводительного оборудования с дистанционным управлением, возможно проводить выемку при коэффициентах запаса устойчивости бортов, равных 1,1-1,2, согласно рекомендациям ВНИМИ.

На основании исследований по выбору систем подземной разработки Н.И. Трушкова, Д.Р. Каплунова, Г.Н. Попова, М.И. Агошкова, O.A.

Байконурова, Ю.В. Волкова и др. разработана методика сравнительной оценки и выбора эффективных технологических схем отработки открытым, открыто-подземным, подземным способами и определения области их применения. Выбор рациональных вариантов предлагается проводить с учетом комплекса мероприятий по поддержанию в устойчивом состоянии подрабатываемых массивов бортов по критерию максимальной прибыли при освоении погашаемых запасов.

При расчете затрат на добычу учитывалось влияние таких горнотехнических факторов, как состояние и возможность использования карьерного пространства, устойчивость бортов карьеров на момент завершения открытых и подземных работ при отработке приконтурных запасов. Дополнительные затраты, связанные с влиянием близости карьерного пространства, принимались по данным практики, рассчитывались или использовались коэффициенты удорожания.

При расчетах технико-экономических показателей, проводилась группировка технологических схем отработки целиков по функциональному назначению и влиянию подземных горных работ. Местоположение и геомеханическое состояние целиков в бортах карьера учитывалось при определении параметров пригрузки и разработке мероприятий по креплению участков массива пониженной устойчивости.

Параметры отвалов скальных пород для пригрузки бортов определялись в зависимости от их назначения и технологии добычи. Рассматривались два режима формирования пригрузки: из внутренних и внешних отвалов.

При расчетах технико-экономических показателей 15 предприятии, разрабатывающих рудные месторождения комбинированным способом, были получены формулы для расчета затрат на подготовительно - нарезные работы, отбойку, доставку и пригрузку, учитывающие геометрические параметры целиков, площадь сечения выработок, параметры БВР, расположение относительно дна карьера:

П = ¡{а,<2,Б,Ц^Н ,1,тЛР,И) Пр = Ц1Ш -Цз. тыс. руб., (1)

Ц ит = 0,01 • а ■ е0 ■ е ■ К0 • Ц „ ■ у -У„р ■ К д •ТЬ|С- РУ6-' (2)

(3)

- итг

X ^ = Зцнр + ^оги + 3д(ХТ + СI

3ПН1, = 555,379 * 1,013''* 1,05"" * 1,018я * 1,076* тыс. руб.; (4)

30гн = 2,806 * 1,081' * 1,08 Iм * 1,018я * 1,028' тыс. руб.; (5)

Змхг = 25,65 * 1,04' * 1,081" * 1,026" тыс. руб.; (6)

Зптг = 21,138* 1,035я * 1,026Л * 1,022й тыс. руб., (7) где Пр - сравнительная прибыль с 1 т погашаемых запасов, тыс. руб.;

Циэв- извлекаемая ценность, тыс. руб-\3ПНГ, 3оп:, Здосг. Зп,,иг - затраты,

соответственно на подготовительно - нарезные работы, отбойку, доставку и пригрузку, тыс. руб.; I - длина целика по простиранию, м; т - мощность целика, м; Н - высота целика, м; Б - площадь сечения используемых выработок, м2; с1 - диаметр применяемых скважин или шпуров, мм; Р -показатели потерь и разубоживания, доли ед.; Ь - высота расположения запасов относительно дна карьера, м; а - содержание полезного компонента, %; £0 - коэффициент извлечения металла при обогащении; £м - коэффициент извлечения металла в металлургическом переделе; Ко - коэффициент действительной доходности рудника 0,5-0,7; у - плотность пород, т/м3; О -объем запасов, м3; Цм - цена металла, тыс. руб./т.

Для расчета сравнительных показателей технологических схем отработки целиков различного функционального назначения определялись параметры технологии упрочнения подрабатываемых бортов, для чего оценивалась их устойчивость в процессе выемки целиков, находился требуемый коэффициент запаса устойчивости по планируемому сроку отработки, для чего рассчитывалось время отработки барьерных целиков различной мощности (рис. 5). Наименьшее время отработки достигается применением систем подземной разработки с обрушением и вариантов с открытыми в карьер камерами, наибольшее - при использовании слоевых систем разработки.

Варианты технологически

Рисунок 5 - Время отработки барьерных целиков различной мощности

Для обеспечения временной устойчивости подрабатываемых бортов карьера и достижения требуемого значения Кзу для участков с пониженной устойчивостью производился расчет необходимого количества анкеров (расстояние между веерами принималось 5 м) для различных углов откоса (рис. 6).

Рисунок 6 - Графики зависимости количества анкеров для поддержания борта в устойчивом состоянии при различных коэффициентах запаса устойчивости и углах откоса.

Для обоснования геометрических параметров блоков при извлечении целиков оценивалась максимальная высота подработки борта по нормативной прочности закладки на стадии выемки прибортовых запасов.

Анализ данных (рис. 7) показывает, что при подработке борта карьера на высоту до 80 м, нормативная прочность обнаженного закладочного массива должна находиться в интервале 3,2 - 4,4 МПа в зависимости от категории охраны. Увеличение высоты подработки приводит к росту затрат на укрепление борта и себестоимости работ.

Рисунок 7 - График зависимости нормативной прочности закладочного массива от высоты подработки и категорий охраны: I - для капитальных транспортных съездов, шахтных стволов; II - стволов дренажной шахты; III -для бортов карьеров.

На рисунке 8 приведены графические зависимости сравнительной прибыли от геометрических параметров отрабатываемых участков, площади сечений подготовительно - нарезных выработок при отработке барьерного целика в борту карьера с использованием различных технологических схем (обозначение вариантов соответствует представленному на рис 1.).

В расчетах приняты следующие исходные данные: длина целика 10 -100 м, мощность - 15-30 м, высота - 10-150 м, площадь сечения выработок 1020 м2, ширина слоевой заходки - 3 м, высота подэтажа 15 м. Стоимость 1 т условного металла - 270 тыс. р. (9000$), прочность твердеющей закладки - 3 МПа, диаметр скважин - 89-105 мм, содержание полезного компонента - 2%. Пригрузка из скальных пород формируется в режиме внутреннего отвалообразования.

Наибольший эффект достигается при использовании системы разработки с открытыми в карьер камерами, подэтажного обрушения с пригрузкой, врезками, а) ..„__| , — _]7|б)'

1

А' к ■

\ V

- ГГ", ц S ч

10,00 30 ОС 50.00 70.00 9С:00 110.00 130.00 150 00 Высота целика, м

В)

ЙЧІ1

| 01Ъ | 1°-« І 030 --Н

ҐІ7

...Г. Я •тгТ" Т" -•4

і і ; і і 1

1« 1 1« К 7> ?і ? Мощность целина, и 76 ? ?8 ?

Рисунок 8 - Графики зависимости сравнительной прибыли при отработке барьерного целика в борту карьера с использованием различных технологических схем от: а - длины; б - высоты; в - мощности целика; г -площади сечения выработок.

Анализ влияния длины целика на сравнительную прибыль показывает, что оптимальной для всех вариантов является длина до 70 м. Это связано с неодинаковым характером роста затрат по статьям и запасов целика.

Данный вид зависимости прибыли от высоты целика для технологических схем с пригрузкой скальными породами определяется нелинейным характером увеличения объемов затрат на ее создание.

Результаты расчетов (рис. 8в) показывают, что оптимальная мощность целика находится в пределах 20-25 м, что объясняется совокупным влиянием соотношения объемов запасов и удельного объема подготовительно-нарезных работ при изменении размеров барьерного целика.

Оценка влияния содержания и цены металла (рис. 9) свидетельствует, что для каждой технологической схемы имеются свои предельные значения содержания и цены металла, при которых они рекомендуются к применению.

а)

б)

1000 20СС

Рисунок 9 - Графики зависимости сравнительной прибыли при отработке барьерного целика в борту карьера с использованием различных технологических схем от: а - содержания полезного компонента; б - цены металла.

Таким образом, для выемки барьерных целиков в бортах карьеров экономически целесообразными являются технологические схемы с использованием открытых в карьер камер, подэтажного обрушения с пригрузкой. При всех схемах предусматривается применять ПДМ с дистанционным управлением.

Аналогичный объем исследований был выполнен для других типов целиков, оставленных на границе открытых и подземных горных работ -барьерных в дне карьера, охранных, поддерживающих, изолирующих.

13

J

Для барьерных целиков в дне карьера рассматривался участок со следующими параметрами: длина по простиранию карьера - 10-70 м, мощность - 10-90 м, ширина - 15-75 м, содержание полезных компонентов в руде - 0,5-3%

При отработке барьерных целиков в дне карьера и использовании открыто-подземных систем разработки предусматривалось проведение вскрышных работ в борту и укрепление его с помощью тросовых анкеров.

Наибольший эффект освоения запасов обеспечивается при вариантах добычи открыто-подземным способом и креплением борта (рис. 10).

Рисунок 10 - Графики влияния мощности целика на величину сравнительной прибыли при отработке барьерного целика в дне карьера.

Моделирование отработки целиков различной мощности свидетельствует об экономической целесообразности их выемки при мощности до 60 м. Ограничивающим фактором будут выступать геомеханические параметры, зависящие от свойств пород и устойчивости подработанного борта.

Моделирование освоения запасов охранных и поддерживающих целиков проводилось для следующих геометрических параметров: длина по простиранию карьера - 10-50 м, мощность - 10-40 м, высота - 10-80 м, содержание полезных компонентов в руде - 0,5-3%.

Были проработаны четыре варианта технологических схем: подэтажного обрушения с пригрузкой борта; слоевых систем разработки с твердеющей закладкой и формированием породного отвала; открытых камер с креплением массива борта; открытых камер с предварительно созданным закладочным массивом (рис. 11). ______

20 30 40 та 60 тО ео 90

Высот» цеяикэ.м

Рисунок 11 - Графики влияния высота целика на величину сравнительной прибыли при отработке охранных и поддерживающих целиков.

Обработка полученных результатов позволила сделать следующие выводы: использование технологии открытых горных работ позволяет вовлечь в эксплуатацию участки с невысоким содержанием полезного компонента; при

отработке охранных и поддерживающих целиков целесообразно применять открытые камеры с креплением борта тросовыми анкерами при высоте до 80 м и системы разработки подэтажного обрушения для высоты целика до 60 м. Применение слоевых систем разработки с твердеющей закладкой и формированием породного отвала при выемке целиков высотой более 30 м. не целесообразно.

Изолирующие целики, как объект исследований, характеризовались следующими параметрами: длина по простиранию бортов карьера 10-50 м, мощность - до 5 м, высота - 10-30 м, содержание полезных компонентов в руде - 0,5-5-3%. Анализ результатов расчетов технических и экономических показателей свидетельствует о том, что отработку изолирующих целиков открытыми камерами целесообразно производить при значительных запасах и возможности, проходки горных выработок в контуре или на границе целика. Если эти условия не соблюдаются, то отрабатывать целики необходимо массовым обрушением.

Проведенная сравнительная оценка технологических схем отработки целиков различного функционального назначения, которая позволяет заключить, что для каждого вида целиков своих оптимальных вариантов технологических схем, возможности применения открытых, открыто-подземных систем разработки, позволила разработать классификацию технологических схем отработки запасов целиков, на границе открытых и подземных работ. В качестве основного признака принято состояние подрабатываемых бортов карьера, а в качестве дополнительных - способ управления состоянием бортов, состояние карьерного пространства и способ разработки.

Таблица 12 - Классификация технологических схем отработки целиков, формируемых на границе открытых и подземных горных работ_

Класс Способы управления массивом бортов Состояние карьерного пространства Способ (система) разработки Условия рационального применения технологических схем

1. Технологические схемы отработки, обеспечивающие устойчивое состояние подрабатываемых бортов 1 Проведение еехрышныл рабог 2. Пригруака: 3 Закладка лусгот твердеющими смесями Г Свободное, открытые горные работы завершены. 2. Имеются внутренние отвалы пустых пород 3 В карьере ведутся открытые горные работы 1. подземный 1.1 камерные с твердеющей закладкой 1 2 слоевые с закладкой 1.3. слоевые с закладкой « пригрузкай Барьерные, охранные поддерживающие целим месторождений ценных руд

2. оирыто-лодземный 2 1 камерные с закладкой Барьерные, охранные, целим* в бортах и дне карьера. Имеется доступ в карьер

3. открытый 3 1. с разноской боргов Поддерживающие целики месторождений ценных руд

П. Технологические схемы отработки, обеспечивающие временную устойчивость подраоатываемых бортов карьеров 1. Крепление массива борта. і Частичная разноска борта 1. Свободное, открытые горные работы завершены, 2 Имеются внутренние отеады пустых пород. 3 Б карьере ведутся горные работы 1. подземный 11 открытые камеры 1.2. врезки Барьерные целики не больших размеров Руды ценные имеются подходные к подземным горным работам

2. открыто-подземный 2.1. открыто • подземной системой разработки с разноской борта и креплением тросовыми анкерами Барьерные, охранные, поддерживающие целики при налкчин доступа е карьеры площадок для работы оборудования открытых горных работ

(11. Технологические схемы отработки с обрушением I Самопроизвольное обрушение 2 Принудительное обрушение подработанных массивов 1. Свободное открытые работы не ведутся; 2. Свободное ведутся горные работы 1. подземный 1 1 Открытые в карьер камеры 1 2 лодэтэжноб обрушенна с устройством лрнгрузки 1 3 погашение массовым обрушением Целики любого назначения на месторождениях руд средней ценности

Целики любого назначения при условии расположения вблизи дна карьера

Изолирующие целики

По результатам исследований предложена блок - схема выбора рациональных технологических схем отработки целиков, базирующаяся на

оценке целесообразности использования наряду с подземными, технологических схем, включающих производственные процессы открытых и подземных способов добычи (рис. 13).

V. *

/ Cíxbte 4да irraJíi ■Л$Ф»щ,Л1 }

ftwrЛ«* «ti « /

)Sumíаквг»»w j

'—ofiW^» З4™« «ota»'

Ib

да "

! /Кхнжуесиг C'cl

Какщу&А-чя тнсъзрест ст clvw, SiVdg. Miza, гМфгыяЫ >г ло&дедо ¡.стальЛзса ' йихахягя П у Р

¡еяш-эт&ячгаз?

estweanecm те* Ч jCftfc-yte г/ярнкг jaqiaí 5—лп. Дате® глоллтк/ йЗлд i ¿aren 3r.«3Nai а» (5«л.ояю /р—да i/ Snáop pajuttatнее тгвекяпеяя/ огт

Рисунок 13 - Блок-схема выбора технологических схем отработки целиков

Реализация разработанных рекомендаций и их экономическая эффективность показаны на примере проекта отработки барьерного целика в борту карьера, оставленного при выемке камеры 1 секции 4 горизонта 240 м подземного рудника Молодежный.

Запасы целика представлены медноцинковыми колчеданными и вкрапленными рудами. Трещиноватость руд - от выше средней до высокой. Руды среднеустойчивые, реже слабоустойчивые, f=12-14. Устойчивость массива средняя

Технологические процессы и имеющееся оборудование: бурение скважин - БП-100 (0 скважин 110мм); заряжание скважин - зарядная машина "Ульба -50"; отгрузка и транспортирование руды - ПДМ типа TORO - 400D, МПД, автопоезд типа EJC, МоАЗ; вспомогательные работы - ПДМ типа LK-1,0. При бурении установкой БП-100, расстояние между веерами скважин в плане - 2,5 м.

Рассматривались варианты отработки барьерного целика с использованием следующих технологических схем: открытыми в карьер камерами, системами разработки с обрушением (рис. 14). Параметры барьерного целика, подлежащие отработке: длина 20 м, мощность 20 м, высота 30 м. Для выемки запасов целика по принятым технологическим схемам необходимо с имеющегося вентиляционно-закладочного штрека пройти два разрезных орта и соединить их между собой погрузочным заездом.

Из погрузочного заезда провести обуривание запасов и отгрузка горной массы.

б)

Рисунок 14 - Варианты отработки барьерного целика: а - открытыми в карьер камерами, б-системой разработки с обрушением.

Для расчета себестоимости добычи и прибыли при отработке барьерного целика, были определены по вариантам объемы подготовительно-нарезных работ, бурения, доставки.

Объем бурения по вариантам составил: а) технологическая схема отработки открытыми камерами в карьер - 2527 п.м.; б) системой разработки с обрушением - 3451 п.м. Объемы запасов в разрыхленном состоянии, подлежащие доставке, по вариантам следующие: а) технологическая схема отработки открытыми камерами в карьер — 10110 м3; б) системой разработки с обрушением -10842 м3.

Сравнительная себестоимость и экономическая эффективность по вариантам представлена в таблице 4.

Таблица 4 Экономическая эффективность при отработке барьерного

1 Технологическая 1 схема отработки і барьерного целика Объем ПНР, мЗ і ■ ■ Затраты, млн.руб Объем бурения, п.м. Затраты, млн.руб г «г * со I Затраты, млн.руб Прочие затраты, млн. руб. Общепроизводственн ые затраты С и. Суммарные затраты, млн. руб. Себестоимость, руб/т Извлекаемая ценность, млн.руб Экономический эффект, млн.руб 1

Открытыми камерами в карьер 1792 1 2527 00 о* 10110 го* <ч о ео 0,35 о* г—" 639,5 38,7 21,4

С обрушением 1659 с? 10110 Го" «ч О* ее 0,30 сч о* сК* 739,0 37,0 17,1

Расчетный экономический эффект от реализации на месторождении Молодежное технологических схем отработки барьерного целика открытыми в карьер камерами составил 21,4 млн. руб., системы с обрушением - 17,1 млн.руб. в ценах 2011 г. Для отработки барьерного целика месторождения Молодежное рекомендуется к реализации система разработки открытыми в карьер камерами.

Заключение

В диссертационной работе изложены научно обоснованные технологические решения актуальной научно-практической задачи по отработке природно-техногенных запасов, оставленных на границе открытых и подземных горных работ. Исследованием горнотехнических особенностей и специфики залегания данного вида запасов, моделированием процесса выемки и апробацией разработанных технологических схем доказана возможность и целесообразность их освоения, что способствует повышению безопасности, эффективности и полноты использования недр.

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

1. Анализом состояния и опыта отработки природно - техногенных запасов при комбинированном способе разработке крутопадающих месторождений, представленных в виде целиков различного функционального назначения (барьерные, охранные, поддерживающие, изолирующие), формируемых на границе открытых и подземных горных работ, установлено, что на технологию выемки оказывает влияние большое число факторов -геологических, технологических, геомеханических. Несмотря на то, что данные запасы характеризуются высокой степенью нарушенное™, сложностью строения, технологическими трудностями вовлечения в разработку, геометрические параметры, объем и качество полезного ископаемого позволяют рассматривать их как участки, перспективные для выемки.

2. Разработаны типовые технологические схемы освоения запасов целиков на границе открытых и подземных горных работ, учитывающие их функциональное назначение, место расположения, особенности конструктивного оформления, состояние карьерного пространства и подрабатываемых массивов бортов, проведено их технико-экономическое сравнение на примере медноколчеданных месторождений, установлена область рационального применения. Наличие типовых технологических схем позволяет обоснованно выбирать эффективные варианты выемки для конкретных горно-геологических условий.

3. Представлена классификация технологических схем освоения запасов целиков, оставленных на предельном контуре карьеров при открыто -подземном способе разработки, в которой в качестве основного и дополнительного классификационных признаков приняты: состояние подрабатываемых при выемки целиков бортов, карьерного пространства, способ управления состоянием массива, что позволяет при выборе технологически учесть основные влияющие факторы.

4. Установлено, что выемку запасов барьерных целиков в бортах и дне карьеров целесообразно проводить с использованием технологических схем, включающих подземные и открыто-подземные системы разработки открытыми в карьер камерами, в сочетании с комплексом мероприятий по укреплению подрабатываемых бортов карьера, обеспечивающих требуемый запас устойчивости для заданного срока отработки.

5. Изолирующие целики в бортах карьеров, ввиду малой мощности, высокой нарушенное™ и повышенной опасности, рекомендуется извлекать

массовым обрушением на предварительно оформленные приемные выработки. Целики в донной части карьера, при наличии доступа в выработанное пространство, целесообразно отрабатывать открытым способом.

6. При высокой нарушенное™ барьерных и поддерживающих целиков в бортах и донной части карьера и полном завершении открытых работ целесообразно выемку данных запасов вести системами подэтажного обрушения с созданием пригрузки из пород вскрыши.

7. Расчетный экономический эффект при внедрении на месторождении Молодежное технологических схем отработки барьерного целика с использованием открытых в карьер камер составил 21,4 млн. руб., системы с обрушением - 17,1 млн.руб. в ценах 2011 г. Для отработки к реализации рекомендуется технологическая схема с использованием системы разработки открытыми в карьер камерами.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих

работах:

В изданиях, рекомендованных ВАК России

1. Волков П.В. Методика оценки вариантов перемещения руды при отработке приконтурных запасов I Гибадуллин З.Р., Волков П. В. //Вестник МГТУ. — 2009. - № 3.-С. 11-13.

2. Волков П.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.

3.Волков П.В. Обоснование параметров геотехнологического модуля «Очистные работы» при освоении запасов в приконтурных зонах карьеров /Калмыков В.Н., Мещеряков Э.Ю., Волков П.В. //Вестник МГТУ. - 2011. - № 4. -С.5-8.

В прочих изданиях

4. Волков П.В. Разработка интегрированных технологических схем интенсивного освоения запасов приграничных зон карьеров / Калмыков В.Н., Волков П.В., Мещеряков Э.Ю. II Комбинированная геотехнология: комплексное освоение и сохранение недр Земли: труды международной научно-технической конференции, г. Екатеринбург, 2009: Сб. трудов. - г. Магнитогорск: МГТУ, - 2011. - С.31-33.

5. Волков П.В. О классификации открыто - подземных систем разработки / Калмыков В.Н., Волков П.В. II Комбинированная геотехнология: комплексное освоение и сохранение недр Земли: труды международной научно-технической конференции, г. Екатеринбург, 2009: Сб. трудов. - г. Магнитогорск: МГТУ, - 2011. - С.58-66.

6. Волков П.В. Обоснование параметров геотехнологических модулей при освоении запасов в приконтурных зонах карьеров / Калмыков В.Н., Волков П.В. // Комбинированная геотехнология: теория и практика реализации полного цикла комплексного освоения недр: материалы международной научно-технической конференции, г. Магнитогорск, 2011: Сб. докладов. - г. Магнитогорск: МГТУ, - 2011. - С.92-94.

Подписано в печать 20.02.2012. Формат 60x84 1/16. Бумага тип. № 1.

Плоская печать. Усл.печ.л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ 128.

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

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Волков, Павел Владимирович, Магнитогорск

61 12-5/3513

ФГБОУ ВПО «МАГНИТОГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. Г.И. НОСОВА»

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫЕМКИ ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫХ ЗАПАСОВ НА ГРАНИЦЕ КАРЬЕРОВ ПРИ КОМБИНИРОВАННОЙ РАЗРАБОТКЕ МЕДНОКОЛЧЕДАННЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ

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

На правах рукописи

ВОЛКОВ ПАВЕЛ ВЛАДИМИРОВИЧ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: проф., докт. техн. наук Калмыков В.Н.

Магнитогорск - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...........................................................................................................4

Глава 1. Состояние изученности вопроса, цель и задачи исследований...........9

1.1. Анализ и обобщение опыта отработки целиков, оставленных на границе карьеров при комбинированной геотехнологии................................................9

1.2. Горно-геологические, горнотехнические и геомеханические

особенности залегания целиков на границе открытых и подземных работ.21

1.3. Анализ методов обоснования параметров целиков на предельном контуре карьеров, технологии их извлечения, методик оценки устойчивости

подработанных бортов карьера.........................................................................27

1.4. Цель, задачи и методы исследований........................................................42

Глава 2. Характеристика целиков, формируемых на границе открытых и подземных горных работ. Разработка технологических схем отработки целиков при комбинированном способе освоения месторождений................44

2.1. Характеристика целиков различного функционального назначения при комбинированной геотехнологии............................ .........................................44

2.2. Исследование свойств и состояния массивов целиков............................49

2.3. Формирование технологических схем выемки целиков..........................59

2.4. Методы обоснования параметров целиков, оставленных на границе открытых и подземных работ............................................................................63

2.5. Разработка методики сравнительной оценки вариантов отработки целиков.................................................................................................................69

Глава 3. Исследование эффективности вариантов технологических схем выемки запасов целиков........................................................................................75

3.1. Составление экономико-математических моделей оценки технологических схем выемки запасов целиков.............................................75

3.2. Оценка факторов, влияющих на эффективность технологических схем

выемки..................................................................................................................85

3.3. Обоснование технологии и порядка отработки целиков.......................101

Глава 4. Промышленная апробация технологических схем выемки запасов барьерных целиков..............................................................................................117

4.1. Проектные решения и результаты их реализации на медноколчеданных месторождениях Урала.....................................................................................117

4.2. Расчет экономической эффективности реализации технологических схем выемки запасов целиков..........................................................................138

4.3. Методические рекомендации по выбору технологических схем выемки запасов целиков при комбинированной геотехнологии...............................140

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................................................143

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК................................................................145

ВВЕДЕНИЕ

При комбинированной разработке месторождений в недрах Земли обычно остаются природно-техногенные запасы (до 15-20 % от объема приконтурных запасов), не включенные в проект отработки. К ним относятся целики, оставленные на границе карьеров и служащие для разделения открытых и подземных горных работ, поддержания бортов в устойчивом состоянии, выемка которых осложнена высокой нарушенностью массивов, наличием аэродинамических связей очистного пространства с атмосферой карьеров, низкой устойчивостью подработанных бортов карьеров, находящихся в предельном состоянии, и характеризуется повышенными показателями потерь и разубоживания.

Несмотря на накопленный опыт и достаточно большой объем исследований в этой области, технологические схемы выемки целиков и обоснование их параметров, обеспечивающих безопасность работ и полноту использования недр, отсутствуют.

Поэтому изыскание технологии эффективного освоения запасов целиков различного функционального назначения, формируемых на границе открытых и подземных горных работ, сопровождающейся подработкой бортов, находящихся в предельном положении, является весьма актуальной задачей.

Исследования, представленные в диссертации, выполнялись при финансовой поддержке Правительства Российской Федерации в рамках реализации государственных контрактов №16.515.11.5065 от 30.09.11г., (научный руководитель, академик РАН К.Н. Трубецкой), № П37 от 30.03.2010г., мероприятие 1.3.2 «Проведение научных исследований целевыми аспирантами» федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.

Цель работы - разработка и обоснование параметров эффективных технологических схем выемки природно-техногенных запасов за

предельными контурами карьеров при комбинированной разработке месторождений, обеспечивающих безопасность и полноту использования

недр.

Идея работы состоит в использовании временной устойчивости подрабатываемых бортов карьеров, которая достигается креплением массива пород, пригрузкой и применением интенсивных технологий выемки для обеспечения безопасности и рационального использования недр.

Объект исследований - целики различного функционального назначения, формируемые на границе карьеров при комбинированной разработке месторождений.

Предмет исследования - состав и параметры технологических схем выемки целиков, формируемых на границе открытых и подземных горных работ.

Основные задачи исследований:

- анализ опыта отработки целиков, оставленных на границе карьеров при комбинированной разработке месторождений;

- обобщение условий формирования целиков, оценка геомеханического состояния прикарьерного массива;

- разработка технологических схем, обеспечивающих безопасность и полноту отработки запасов целиков;

- оценка факторов, влияющих на технологические решения по отработке целиков;

технико-экономическая оценка вариантов и реализация технологических схем освоения целиков, оставленных на границе открытых и подземных горных работ, при комбинированной геотехнологии.

Положения, выносимые на защиту:

1. Классификация технологических схем по состоянию подрабатываемых бортов карьеров, функциональному назначению и местоположению относительно предельного контура карьера обеспечивает возможность выбора предпочтительного варианта отработки в различных

горнотехнических и горногеологических условиях.

2. Обоснование состава и параметров технологических схем отработки природно-техногенных запасов на границе карьера следует производить с учетом резерва остаточной устойчивости подрабатываемых бортов карьера интенсивными технологиями добычных работ и комплекса мероприятий, компенсирующих потерю устойчивости с применением тросового крепления и пригрузки прикарьерного массива.

3. Рациональная и безопасная отработка барьерных целиков в бортах и дне карьеров, находящихся в зоне влияния подземных горных работ, состояние которых отличается высокой нарушенностью породных массивов, обеспечивается применением систем подэтажного обрушения с устройством породных отвалов с параметрами, определяемыми по условиям регулируемого обрушения массивов бортов и предупреждения разброса рудной массы при взрывной отбойке.

4. Запасы охранных, поддерживающих целиков в бортах и дне карьеров, не подверженных влиянию подземных горных работ, целесообразно извлекать открытым или открыто - подземным способами при условии проведения комплекса мероприятий по обеспечению устойчивости подрабатываемых массивов пород.

Методы исследований. Использован комплексный подход, включающий анализ строения, свойств и состояния массива пород; моделирование геомеханических процессов по отработке природно-техногенных запасов на границе карьера; экономико-математическое моделирование освоения оставленных запасов в целиках, методы обобщения и систематизации результатов промышленной реализации рекомендаций.

Научная новизна заключается в:

- разработана классификация технологических схем освоения запасов различного назначения, формируемых за предельным контуром карьера, основанная на учете особенностей состояния подрабатываемых бортов карьера, строения и расположения относительно контуров карьера для

выбора эффективных технологических схем выемки целиков, обеспечивающих безопасность работ и рациональное использование недр;

-выявлены степенные зависимости эксплуатационных затрат на выемку целиков от размеров отрабатываемого участка, параметров буровзрывных работ, площади сечения подготовительно - нарезных выработок для различных способов выемки и горнопроходческого оборудования;

- научно обосновано применение разработанных технологических схем выемки целиков, базирующихся на учете геомеханического состояния массивов целиков и подрабатываемых бортов карьеров, с обеспечением максимальной интенсивности технологических процессов проходческих и добычных работ.

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

Практическая значимость работы состоит в разработке технологических схем выемки целиков, обосновании их параметров, разработке методики выбора рациональных вариантов, обеспечивающих безопасность, эффективность, полноту и качество извлечения руд, для медноколчеданных месторождений Урала.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при составлении рабочих проектов отработки целиков, оставленных на границе карьеров, на медноколчеданных месторождениях 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» ФГБОУ ВПО «МГТУ», материалы использованы при выполнении государственных контрактов №16.515.11.5065 от 30.09.11г., №П37 от 30.03.2010г.

Апробация работы. Результаты, основные положения и выводы докладывались на международных научно-технических конференциях: «Неделя горняка - 2009 - 2012 гг.» (Москва); «Комбинированная геотехнология: комплексное освоение и сохранение недр» (Екатеринбург, Магнитогорск, 2009, 2011 гг.); на 67, 68, 69 научно-технических конференциях Магнитогорского государственного технического университета, технических советах Учалинского и Гайского ГОКов, Александринской ГМК.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 6 работах, в том числе 3 статьи, в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 92 наименований и содержит 155 страниц машинописного текста, 85 рисунков, 17 таблиц.

Автор выражает благодарность научному руководителю - проф., д-ру. техн. наук В.Н. Калмыкову, гл. научному сотруднику ИПКОН РАН, проф., д-ру. техн. наук М.В. Рыльниковой, сотрудникам кафедры ПРМПИ и Института горного дела и транспорта МГТУ им. Г.И. Носова за консультации, ценные замечания и рекомендации.

Глава 1. Состояние изученности вопроса, цель и задачи

исследований

1.1. Анализ и обобщение опыта отработки целиков, оставленных на границе карьеров при комбинированной геотехнологии

На границе открытых и подземных горных работ при комбинированном способе разработки крутопадающих месторождений формируются целики, являющиеся частью приконтурных запасов. Несмотря на нарушенность, сложные горнотехнические условия, по своим объемам, содержанию полезных компонентов они могут быть объектом освоения.

Выбору и обоснованию параметров технологических схем отработки приконтурных запасов при проектировании комбинированной геотехнологии в различных горно-геологических условиях посвящены труды академиков РАН М.И. Агошкова, К.Н. Трубецкого, члена - корреспондента РАН Д.Р. Каплунова, профессоров Ю.В. Волкова, В.К. Вороненко, Ю.В. Демидова, A.B. Зубкова, П.Э. Зуркова, Д.М. Казикаева, В.Н. Калмыкова, В.В. Куликова, Т.М. Мухтарова, С.И. Попова, М.В. Рыльниковой, И.Н. Савича, М.Н. Цыгалова, А.Д. Черных, М.Ф. Шнайдера, В.А. Щелканова и многих других

ученых и инженеров.

По причине доработки ряда карьеров и последующей выемки приконтурных запасов подземным способом большинство ученых рекомендуют учитывать сложные горно-геологические условия расположения запасов и уделять внимание проблемам выемки целиков различного функционального назначения при комбинированной геотехнологии.

Ниже приводится описание опыта отработки целиков различного функционального назначения, как на отечественных, так и на зарубежных рудниках.

Отработка барьерного целика в борту Сибайского карьера в подэтаже

р.469-449 м предусматривается открытыми в карьер камерами в направлении от контура карьера на массив, камерой К № 1 [92]. Камера ориентирована вкрест простирания рудного тела и основных трещинных нарушений. Камера имеет следующие параметры: ширина камеры -9 м; длина камеры - 60 м; средняя высота камеры - 20 м. (рис. 1.1).

Рисунок 1.1- Отработка барьерного целика Сибайского карьера камерой

К К«!.

Обуривание основного массива осуществляется с гор. 469 м восходящими веерами скважин. Перед началом бурения вееров скважин

ссО

обуривается строчка скважин по основному массиву под углом ээ на расстоянии 1 м друг от друга по всей длине бурового штрека. Отгрузка руды из камеры осуществляется с погрузочных заездов на гор. 469 м погрузочно-доставочными машинами типа ТОРО-400, ЮРО-301 в автосамосвалы ТН 320. Порядок отработки камеры К №1 гор. 469 м следующий: отбойка отрезного восстающего гор. 449/469 м, отбойка скважин отрезной щели гор. 449/469 м, постадийная отбойка вееров в подэтаже гор. 449/469 м, отгрузка горной массы.

При отработке запасов целика по данной схеме возможен разлет рудной массы в пространство карьера, что приводит к увеличению потерь ценной руды. При дальнейшей отработки участка произойдет увеличение угла борта карьера до 75-80 градусов и повышение высоты борта до 30-50 м, что может

привести к обрушению вышележащего массива.

Месторождение «Камаганское» находится на территории Баймакского района Республики Башкортостан. На месторождении имеется карьер, которым к моменту завершения открытых работ будет доработано рудное тело №1 и порядка 50% запасов рудного тела №12 Верхней залежи. Глубина карьера к моменту завершения открытых работ достигает 150 м. На конец работы карьера запасы месторождения Камаганское составят 2153,4 тыс.т. Оставшиеся запасы в рудных телах № 2,3,4,5,6,7 и 12 отрабатывают подземным способом системой разработки с камерной выемкой и закладкой выработанного пространства твердеющими смесями.

Барьерный целик запроектировано отрабатывать с применением системы подэтажного обрушения с торцовым выпуском, что может отрицательно сказаться на экономических показателях.

Гайское месторождение, разрабатываемое Гайским ГОКом, вытянуто в северо-северо-западном направлении на 8 км и имеет ширину 3-4 км. Рудные тела распределены на территории месторождения неравномерно, образуя в совокупности с вмещающими сульфидизированными околорудными метасоматитами сложно построенную рудную зону. Общая площадь зоны по простиранию достигает 5 км, по падению она прослеживается на 2 км. Мощность её колеблется от десятков до пятисот метров (рис. 1.2).

Ч: -S S5S

* ал

2 IS j г iuil IK f ^ , "C ?-3

If ■...;..::__ \ .. 1:1. ...л .J. ■ ■■■ Ъ »

VA "i " Y. 1.-Ч , У УУ///A "77* ¡Z

---"pp __

Рисунок 1.2 - Гайское месторождение: 1 — предельный контур карьера, 2 — закладочный массив, 3 — отрабатываемые камеры, 4 — действующие горные выработки, 5 — магистральная конвейерная линия, б — строящиеся горные выработки

Отработка барьерного целика, а на данном месторождении он представляет искусственный массив, осуществлялась заблаговременно до выемки основных запасов подземным способом.

Северный фланг Учалинского месторождения в профильных линиях 19-23 представлен рудным телом с массивными и вкрапленными медно-цинковыми рудами. Объем руды проектируемого участка месторождения составляет: ОГР-99769 т, ПГР- 161699 т. Содержание полезных компонентов: Си=0,9%, гп=2,96%, 8=28,7 %. Протяженность по северно�