Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Совершенствование камерно-столбовой системы разработки пологопадающих рудных месторождений на больших глубинах

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

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Фицак, Владимир Васильевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА. ЦЕЛЬ И

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ.

1.1. Рост горного давления в горном массиве.

1.2. Особенности разработки месторождений на больших глубинах.

1.3. Исследование проведённые ВНИМИ.

1.4. Краткая горно-геологическая характеристика месторождений ОАО «СУБР».

1.5. Постановка вопроса. Цель и задачи исследований.

Глава II. ВЛИЯНИЕ ГЛУБИНЫ РАБОТ НА КОНСТРУКТИВНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ КАМЕРНО -СТОЛБОВОЙ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ.

2.1. Обзор и выбор методов определения устойчивых пролётов обнажений в выработках камерного типа.

2.2. Обзор и выбор методов расчёта ширины между камерных целиков при увеличении глубины разработки месторождения.

2.3. Мероприятия по увеличению области применения камерно-столбовой системы разработки.

2.4. Определение влияния взрывных работ на устойчивость обнажений.

2.5. Мероприятия по увеличению устойчивости обнажений очистных камер от сейсмического воздействия взрывных работ.

Глава III. ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ И РАСЧЁТА

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ВАРИАНТОВ КАМЕРНО-СТОЛБОВОЙ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ.

3.1. Виды и описание технологических схем вариантов камерно-столбовой системы разработки принятых для исследования.

3.2. Выбор и обоснование состава входных данных.

3.3. Составление алгоритма расчёта технологических параметров камер и целиков и ТЭП вариантов камерно-столбовой системы разработки.

3.4. Расчёт технологических параметров показателей по каждому варианту камерно-столбовой системы разработки.

Глава IV. СЕБЕСТОИМОСТЬ ДОБЫЧИ ПОЛЕЗНОГО

ИСКОПАЕМОГО И УЩЕРБ ОТ ПОТЕРЬ РУДЫ.

4.1. Себестоимость продукции.

4.2. Обзор методов определения экономического ущерба от потерь.

4.3. Расчёт себестоимости продукции с учётом экономического ущерба от теряемой руды.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Совершенствование камерно-столбовой системы разработки пологопадающих рудных месторождений на больших глубинах"

Актуальность работы. Низкая эффективность работы горных предприятий в новых экономических условиях обусловлена постоянным увеличением глубины отработки рудных месторождений и как следствие снижением эффективности технологий очистной выемки.

Обеспечение конкурентоспособности рудника в условиях современного рынка требует применения высокопроизводительной и экономически эффективной технологии. Мировая практика и опыт отечественных рудников свидетельствуют о том, что варианты камерно-столбовой системы разработки обеспечивают отработку рудных тел с высокими технико-экономическими показателями.

Одной из главных негативных особенностей этих систем разработки являются высокие потери руды в оставляемых целиках, при этом с ростом глубины ведения горных работ размеры целиков увеличиваются, и потери руды соответственно возрастают, достигая 40 - 60%. Таким образом, широко применяемые на малых и средних глубинах варианты камерно-столбовой системы разработки с погружением горных работ на большие глубины становятся технически и экономически не эффективными.

Поэтому, в связи с увеличением глубины горных работ важной задачей становится определение границ экономической эффективности дальнейшего применения классических вариантов камерно-столбовой системы. Кроме того, для проектирования отработки новых более глубоких горизонтов, необходимо оптимизировать параметры применения вариантов системы разработки.

Цельработы; обеспечить возможность применения высокопроизводительных, экономически эффективных камерно-столбовых систем разработки на больших глубинах.

Идея работы. Для эффективной отработки рудных месторождений вариантами камерно-столбовой системы разработки необходимо дифференцировать их применение по глубине.

Основные задачи исследований: рассмотреть принципиальные конструкции целиков при переходе на большие глубины; создать экономико-математические модели определения оптимальных параметров и ТЭП камерно-столбовой системы разработки при ведении очистных работ на больших глубинах; определить границы экономически эффективного применения вариантов камерно-столбовой системы разработки до глубин 2000м; определить оптимальные параметры и технико-экономические показатели камерно-столбовой системы разработки.

Объект и методы исследования. Объектом исследования являются горизонтальные и пологопадающие месторождения.

Общей теоретической и методологической базой диссертационной работы послужили труды отечественных и зарубежных ученых в области проектирования разработки глубоких горизонтов рудных месторождений. Для рассмотрения поставленных задач использовалась имитационная экономико-математическая модель (ЭММ) и созданное на её базе программное обеспечение для определения себестоимости добычи полезного ископаемого и оптимальных параметров камер и целиков при разных вариантах камерно - столбовой системы разработки.

Защищаемые положения:

1. Областью эффективного применения вариантов камерно-столбовой системы разработки является:

- система разработки с оставлением ленточных рудных целиков - на глубинах до 400 м;

- система разработки с закладкой камер первой очереди - на глубинах от 400 до 1100 м;

- система разработки с оставлением комбинированной опоры типа руда-бетон-руда - на глубинах от 1100 до 1500м;

- система разработки с оставлением комбинированной опоры типа бетон-руда-бетон - на глубинах превышающих 1500 м.

2. Переход на технологию очистной выемки с оставлением комбинированной опоры (целика) типа руда-бетон-руда или бетон-руда-бетон позволяет расширить область эффективного применения камерно-столбовой системы разработки до глубин 2000 м.

3. Максимальная эффективность использования камерно-столбовой системы разработки в рекомендуемых диапазонах глубины достигается:

- при применении системы разработки с оставлением рудных ленточных целиков оптимальная ширина камеры 7-10м, ширина целика 4,5 -5 м;

- при применении системы разработки с закладкой камер первой очереди оптимальная ширина камеры от 5,5 до 9 м, целика 12,5 -26,5 м;

- при применении системы разработки с оставлением комбинированной опоры типа руда-бетон-руда или бетон-руда-бетон оптимальная ширина камеры 4,5 м, целика 15 м. 8

Научная новизна работы: установлены закономерности влияния глубины горных работ на ТЭП рассматриваемых вариантов камерно-столбовой системы разработки; в зависимости от глубины горных работ определены экономические границы эффективного применения вариантов камерно-столбовой системы разработки и их оптимальные параметры.

Реализация результатов работы. Выводы и рекомендации могут быть использованы при проектировании технологических схем отработки нижних горизонтов рудных месторождений: выбраны и предложены технологические схемы камерно-столбовой системы разработки; определены, на базе ЭММ, оптимальные параметры и технико-экономические показатели камерно-столбовой системы разработки на больших глубинах. установлены экономически целесообразные границы эффективного применения вариантов камерно-столбовой системы разработки с переходом на большие глубины.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Фицак, Владимир Васильевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-исследовательской работой, в которой представлены научно-обоснованные оптимальные, экономические, границы вариантов камерно - столбовой системы разработки, обеспечивающие ведение очистных работ на глубинах до 2000 м.

Выполненное обобщение говорит об актуальности решения проблемы месторождений ОАО «СУБР», а также для других месторождений ценных РУД

Результаты исследований рекомендуются к использованию в условиях СУБРа и целесообразны для применения при выполнении проектных работ.

Основные научные и практические выводы сделанные в результате исследований, заключаются в следующем:

1. Камерно - столбовая система разработки, как одна из наиболее производительных и эффективных, может использоваться на глубинах до 2000 м при этом сохранять свои высокие технико-экономические показатели.

2. Для эффективного использования вариантов камерно-столбовой системы разработки необходимо: на глубинах до 400 м вести очистную выемку камерно-столбовой системой с оставлением рудных целиков; на глубинах от 400 м до 1100м- осуществлять переход на вариант системы разработки с закладкой камер первой очереди; на глубинах от 1100 м до 1500 м - переходить на технологию очистной выемки с оставлением комбинированных опор типа руда-бетон-руда; на глубинах превышающих 1500 м эффективна система разработки с оставлением комбинированных опор типа бетон-руда-бетон.

176

3. Максимальная эффективность использования камерно-столбовой системы разработки в рекомендуемых диапазонах глубины достигается при соблюдении оптимальных параметров камер и целиков.

4. Камерные системы разработки с оставлением комбинированных опор обеспечивают высокие ТЭП извлечения полезного ископаемого.

5. При решении экономико-математической модели на ЭВМ было показано, что:

- увеличение области применения камерно-столбовой системы разработки возможно за счёт перехода на технологию очистной выемки с оставлением комбинированной опоры;

- наиболее эффективным вариантом является система с оставлением комбинированных опор;

- наибольшая эффективность использования вариантов камерно-столбовой системы разработки достигается при расположении очистных камер по простиранию рудного тела и преданию им форм для работы самоходного оборудования.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Фицак, Владимир Васильевич, Санкт-Петербург

1. Авершин С.Г. «О некоторых физико-механических процессах, сопутствующих землятресениям» // Некоторые прикладные задачи горных пород: сб. научных трудов Фрунзе: Илим, 1971-е. 5-30.

2. Агошков М.И., Малахов Г.М. «Подземная разработка рудных месторождений», Москва, «Недра», 1966 г.

3. Агошков М.И. «Конструирование и расчёты систем и технологии разработки рудных месторождений», Москва, «Наука», 1965 г.

4. Айнбиндер И.И. «Развитие интенсивных технологий подземной разработки удароопасных месторождений на больших глубинах». Автореферат диссертации доктора технических наук М.: ИПКОН РАН, 1997-38 с.

5. Баклашов И.В., Картозия Б.А. «Механические процессы в породных массивах», Москва, «Недра», 1986 г.

6. Батугин А.С., Рыбак И.В., Микулин Е.П. Определение действующих в массиве напряжений. // Безопасность труда в промышленности 1986 -№10-с. 54-55.

7. Батугина И.М., Петухов И.М. Геодинамическое районирование месторождений при проектировании и эксплуатации рудников М.: Недра, 1986- 166 с.

8. Балакина JI.M., Введенская А.В., Голубева Н.В. и др. Поле упругих напряжений Земли и механизм очагов землетрясений. Сейсмология №8-М.: Наука, 1972-е. 14-21.

9. Бахов П.В, Козлов С.В. «Удароопасность применяемых систем разработки на СУБРе» Цветная металлургия, 1980, №23, с. 12 - 14.

10. Беркалиев Б.Т. «Параметры разработки и полнота извлечения руд», Москва, «Недра», 1988 г.

11. Бич Я.А, Пискунов Ю.Д, Муратов Н.А. «Ведение горных работ у дизюнктивных нарушений на пластах, склонных к динамическим явлениям» Управление горным давлением и борьба с горными ударами. Сборник научных трудов. Л, ВНИМИ, 1980, с. 75 - 79.

12. Бич Я. А. Горные удары и методы их прогноза М.: ЦНИЭПуголь, 1972 - 106 с.

13. Богуславский Э.И. «Экономико-математическое моделирование систем извлечения и использования тепла земли», Ленинград, 1981 г.

14. Борисов С.С. «Горное дело», Москва, «Недра», 1988 г.

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

16. Бронников Д.Н., Замесов Н.Ф, Богданов Г.И. «Разработка руд на больших глубинах». М. Недра, 1982 г.

17. Бушинский Г.И. «Геология бокситов». Издание 2 исправленное и дополненное. М, Недра, 1975, 411 с.

18. Галаев Н.З. «Управление состоянием горных пород при подземной разработке рудных месторождений», Ленинград, 1979 г.

19. Винокур Б.Ш, Ермаков Н.И. «Проблема горных ударов и пути её решения на шахтах СУБРа» Горный журнал, 1979, №10, с. 37-39.

20. Винокур Б.Ш., Неупокоев В.А., Рубцов Г.И. Формирование удароопасного состояния краевой части рудной залежи. // Безопасность труда в промышленности 1997 - №7 - с. 27 - 28.

21. Воинов К.А, Селивоник В.Г. «Оценка поля напряжений и подвижности структурных блоков по результатам обработки механизмов очагов сейсмических событий». Горная геофизика.

22. Международная конференция 22 25 июня 1998 г., С - Петербург, Россия - С - Пб. ВНИМИ, 1998, с. 86 - 91.

23. Гуткин Е.С. «Геология и геохимия девонских бокситов Северного Урала» М. Недра, 1978, 238 с.

24. Гуткин Е.С, Родченко Ю.М. «Тектоника Северо-уральского бассейна и её связь с бокситовым орудинением» Известия АН СССР. Серия геология. 1965, №2, с. 56 - 66.

25. Дробот Б.П. «Камерно-столбовая система разработки на бокситовых рудниках Франции» Горный журнал, 1974, №7, с. 66 -67.

26. Дробот Б.П. «Сохранение камерно-столбовой системы разработки на больших глубинах» Горный журнал, 1984, №4, с. 34 -36.

27. Дробот Б.П. «Подземная разработка бокситовых месторождений», Москва, «Недра», 1983 г.

28. Дьяковский В.Б, Дорошенко В.И, Позин В.И, Брагин С.Г. «Область применения камерно-столбовой системы разработки в условиях СУБРа» Горный журнал, 1981, №1, с. 48 - 50.

29. Дьяковский В.Б, Дорошенко В.И, Павлов Ю.С. «К прогнозу удароопасности при разработке глубоких горизонтов СУБРа» -Горный журнал, 1980, №7, с.52-54.

30. Пушкарёв Л.И, Дробот Б.П, Бич Я.А. «Применение камерно-столбовой системы разработки в условиях СУБРа» Горный журнал, 1986, №5, с. 35 -38.

31. Подвишенский С.Н. и др. «Техника и технология добычи руд за рубежом», М. Недра, 1986 г.

32. Геодинамическое районирование недр: Методические указания. -Л.: ВНИМИ, 1990-с. 29.

33. Геодинамическое районирование недр: сб. наука тр. / Под редакцией И.М. Ватутиной, И.М. Петухова, Кузбас, политехи, институт, Кемерово, 1991 152 с.

34. Горев Е.С., Микулин Е.И., Баков П.В. Влияние геологических горнотехнических факторов на формирование удароопасности на Североуральском бокситовом руднике. // Цветная металлургия 1984 -№12-с. 12-14.

35. Гуткин Е.С. Геология и геохимия девонских бокситов Северного Урала.: Недра, 1978 238 с.

36. Гуткин Е.С., Родченко Ю.М. Тектоника Североуральского бассейна и ее связь с бокситовым оруденением Изв. АН. СССР. Серия геология. 1965 - №2 - с. 56 - 66.

37. Егоров П.В., Редькин В.А., Калугин В.В., Пащенко А.В. Исследование влияния разрывных нарушений на проявление горных ударов. // Горный журнал 1983 - №5 - с. 44 - 47.

38. Запрягаев А.П., Исаев А.В., Генкин В.А., Георгиевский B.C. К прогнозу удароопасности пород по дискованию керна. // Безопасность труда в помышленности 1980 -№7 - с. 50 - 52.

39. Иванов В.Н., Ким В.А. Исследования напряженно-деформированного состояния горных пород вблизи крупных нарушений. // Напряженное состояние породных массивов: сборник научных требований. Новосибирск: ИГДСО АН.СССР, 1978 - с. 66 -70.

40. Иванов В.Н., Ким В.А. Определение удароопасных участков у разрывных нарушений. // Материалы 4-ой Всесоюзной конфернции по механике горных пород Фрунзе: Илим, 1979 - с. 253 - 299.

41. Именитов В.Р. «Процессы подземных горных работ при разработке рудных месторождений», Москва, «Недра», 1978 г.

42. Инструкция по безопасному ведению горных работ на рудниках и нерудных месторождениях (объектах строительства подземных сооружений), склонных к горным ударам. Л.: ВНИМИ, 1989 59 с.

43. Инструкция по креплению полевых горизонтальных и наклонных выработок шахт Североуральского бассейна. СПб., 1993 - 61 с.

44. Инструкция по креплению подготовительных горных выработок в руде на шахтах Североуральского бассейна. СПб., 1993 - 40 с.

45. Инструкция по креплению полевых горизонтальных и наклонных выработок шахт Североуральского бокситового бассейна. СПб., 1996-56 с.

46. Исаев А.В. Разработка метода оценки напряженного состояния удароопасных пород по дискованию керна и выход буровой мелочи: Автореферат дисс. канд. техн. наук Л.: ВНИМИ, 1990 - с. 1983 -17с.

47. Каменецкий Л.Е., Лобанов Н.Я., Протосеня А.Г. «Зборник задач по экономике горной промышленности»,Москва, «Нендра», 1986 г.

48. Касахара К.М. Механика землетрясений: Перевод с английского М.: Мир, 1985 -264 с.

49. Костромин В.П., Шабаров А.Н., Кознецов А.В. Выявление геологических признаков тектоничиских напряженных зон на удароопасных пластах угля. // Геодинамика месторождений: сборник научных трудов Кемерово, КузПИ, 1990 - с. 39 - 44.

50. Кирпаль Г.Р. Промышленные типы месторождений бокситов и их геологическая оценка. М. Недра, 1977 - 261 с.

51. Кирпаль Г.Р. Прогноз и поиск месторождений бокситов. М. Недра, 1980-271 с.

52. Линьков A.M. Об учете запредельных деформаций при решении задач горной геомеханики. // Тр. ВНИМИ Л., 1977 - сб. 103 - с. 71 -76.

53. Линьков A.M. Сейсмические явления. Л.: Издательство Ленинград университета, 1987 - 248 с.

54. Лобанов Н.Я. «Экономическая оценка месторождений и экономическое обоснование уровня потерь и разубоживания полезных ископаемых», Учебное пособие, Ленинград, 1970 г.

55. Ломакин B.C. Региональный прогноз удароопасности шахтных полей на основе сейсмологических наблюдений: Автореферат дисс. Канд. Техн. Наук Л.: ВНИМИ, 1982 - 21 с.

56. Малахов Г.М., Черноус А.П. «Вскрытие и разработка рудных месторождений на больших глубинах», Москва, «Недра», 1960 г.

57. Марков Г.А, Савченко С.Н. «Напряжённое состояние пород и горное давление в структурах гористого рельефа», Ленинград, «Недра», 1984г.

58. МатвеевП.Ф., Колесов В.А., Селивоник В.Г. Природа, условия, прогноз и предотвращение горных ударов на шахтах ОАО

59. Северуралбокситруда". // Материалы международного симпозиума по горным ударам. Теоретическое обоснование, прогнозирование, предупреждение и обеспечение защиты, 5-9 июня 1994 г. С-Пб. 1994 -с. 54-55.

60. Методические указания по прогнозу ударо- и выбросоопасных зон вблизи разрывных нарушений. Л.: ВНИМИ, 1990 46 с.

61. Методические указания по определению механических свойств и напряжений в массиве приборами МГД Л.: ВНИМИ, 1979 - 28 с.

62. Методические рекомендации и наказы по повышению безопасности ведения горных работ в удароопасных условиях у тектонических нарушений на шахтах СУБРа-Североуральск, 1994 82 с.

63. Методические указания по профилактике горных ударов с учетом геодинамике месторождений. Л.: 1983 118 с.

64. Методические указания по определению размеров камер и целиков при подземной разработке руд цветных металлов. Чита, 1988 г.

65. Микулин Е.И. Обоснавание и разработка способов предотвращения горных ударов при проходке и поддеожании горных выработок: Дисс. канд. техн. наук Л.: ВНИМИ, 187 - 258 с.

66. Мячкин В.И. Прыцессы подготовки землятресений. М., Наука, 1978-232 с.

67. Морозов Г.Т. Обоснавание и разработка методики и аппаратуры для исследований напряженного состаяния горных пород в массиве: Дисс. канд. техн. наук Л.: ВНИМИ, 1982 - 189 с.

68. Назарчик А.Ф. «Исследование эффективности разработки жильных месторождений», Москва, «Наука»,, 1972 г.

69. Пейве А.В. Тектоника Североуральскаго бокситового пояса -"Бюлл. МОИП, отдел геологии", выпуск 4(8), 1947 207 с.

70. Птренко А.А., Иванов В.Г. «Разработка Месторождений с опережающей выемкой богатых руд на большой глубине», Москва, «Недра», 1972 г.

71. Петухов И.М. Горные удары на угольных шахтах М.: Недра, 1972-229 с.

72. Петухов И.М., Винокур Б.Ш., Бич Я.А., Кузнецов В.П. Прогноз степени удароопасности участков пласта -JL: ВНИМИ, 1969 260 с.

73. Петухов И.М., Егоров П.В., Винокур Б.Ш. Предотвращение горных ударов на рудниках М.: Недра, 1984 - 230 с.

74. Петухов И.М., Линьков A.M., Сидоров B.C. и др. Расчетные методы в механике горных ударов и выбросов: Справочное пособие -М.: Недра, 1992-256 с.77. 50. Петухов И.М., Линьков A.M. Механика горных ударов и выбросов М.: Недра, 1983 - 279 с.

75. Петухов И.М., Смирнов В.А., Винокур Б.Ш. и др. Геофизические методы исследования горных ударов. М.: Недра, 1975 - 136 с.

76. Петухов И.М. О природе толчкообразного деформирования горного массива. // Горный журнал 1987 - №7 - с. 45 - 48.

77. Петухов И.М., Батугина И.М. Возникновение тектонически напряженных зон в горном массиве. // Горный журнал 1988 - №7 - с. 50 - 53.

78. Петухов И.М. Некоторые решения проблемы горных ударов на рудных и нерудных месторождениях: сборник научных трудов -Аппатиты: КФ АН СССР, 1987 с. 10 - 16.

79. Петухов И.М., Винокур Б.Ш., Смирнов В.А. Комплексный метод прогноза удароопасности участков угольных пластов. // Безопасность труда в промышленности 1969 - №10 - с. 45 - 49.

80. Слесарев В.Д. «Определение размеров целиков различного назначения», Москва, «Недра», 1968 г.

81. Стариков Н.А. «Основы разработки рудных месторождений на больших глубинах», Киев, 1961 г.

82. Технология подземных горных работ. Под общей редакцией д.т.н. Некрасовского Я.Э.

83. Шестаков В.А. «Рациональное использование недр», Москва, «Недра», 1990 г.

84. Фисенко Г.Л. «Предельное состояние вокруг выработок», Москва, «Недра», 1976 г.

85. Цыгалов М.Н. «Подземная разработка с высокой полнотой извлечения руд», Москва, «Недра», 1985 г.89. «Бетоны и растворы для подземного шахтного строительства», Справочное пособие, Москва, «Недра», 1989 г.