Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время при подземное разработке многолетнемерзлых россыпных месторождений широко применяется камерно-лавная система, при которой управление кровлей производится поддержанием ее целиками из продуктивного пласта. Данный способ управления кровлей характеризуется значительными эксплуатационными потерями золотосодержащих песков в оставляемых целиках, достигающих 15%.
Перспективы развития подземного способа разработки много-летнемерзлых россыпей должны базироваться на создании и внедрении высокоэффективных ресурсосберегающих технологий добычи золотосодержащих песков, обеспечивающих полноту извлечения полезного ископаемого и охрану окружающей среды.
В связи с этим большой интерес представляют исследования возможности применения способа управления кровлей закладкой выработанного пространства сыпучими и смерзающимися закладочными материалами (ЗМ) при различных системах разработки россыпных месторождений. Одной из основных причин, сдерживающих широкое распространение данного способа управления кровлей, является отсутствие обоснованных рекомендаций по применению сыпучих и смерзающихся ЗМ и возведению закладочных массивов на базе специальной закладочной техники, адаптированной к эксплуатационным условиям работы на россыпных шахтах Северо-Востока России, и комплексов самоходного оборудования, которые послужим бы основой для создания Оесцеликовкх технологий. Однако необходимым условием применения закладочной техники и комплексов самоходного оборудования является, обеспечение устойчивости пород кровли в рабочем пространстве очистного забоя. В связи с этим возникает необходимость геомеханического обоснования технологии подземной разработки многолетнемерзлых россыпей системами с закладкой сыпучими и смерзающимися ЗМ. Поэтому проблема выявления закономерностей геомеханических процессов взаимодействия мерзлых вмещающих пород с закладочным массивом и разработка рекомендаций по применению сыпучих и смерзающихся ЗМ и возведению закладочных массивов на базе специальной закладочной техники и комплексов самоходного оборудования является актуальной.
диссертационная работа непосредственно связана с планом научных исследований ИГДС по теме 3.2.1., N- 01870096051
"Создание технологий подземной разработки месторождений области многолетней мерзлоты, обеспечивающих полноту извлечения по- -лезных ископаемых из недр", утвержденной постановлением РАН СССР № 10103-858 ОТ 14.05.86 г-.И ГКНТ № 56 ОТ 10.03.86 Г.
Цель работы. Выявление закономерностей геомеханических процессов взаимодействия вмещающих пород с закладочным массивом и разработка рекомендаций по применению ЗМ и возведению закладочных массивов на базе комплексов самоходного оборудования при подземкой разработке многолетнемерзлых россыпей.
. - Идея работы заключается в использовании экспериментально обоснованной зависимости компрессионных свойств смерзающихся ЗМ от режимов термовлажностной подготовки с учетом последовательности технологических циклов "выемка-закладка" для исследования взаимодействия вмещающих многолетнемерзлых пород с зак-. ладочным массивом;
Задачи исследований:
- разработка методики экспериментальных исследований физи-
ко-механических свойств смерзающихся ЗМ;
установление влияния режимов термовлажностной подготовки на.компрессионные свойства смерзающихся ЗМ;
моделирование взаимодействия вмещающих пород с закладочным массивом для условий выемки продуктивного пласта многолетнемерзлых россыпей при применении различных систем разработки;
оценка напряженно-деформированного состояния (НДС) вмещающего мерзлого массива горных пород с учетом компрессионных свойств сыпучих и смерзающихся ЗМ и последовательности технологических циклов "выемка-закладка" для определения устойчивости пород кровли в рабочем пространстве очистного забоя;
разработка рекомендаций по применению ЗМ и возведению закладочных массивов на базе комплексов самоходного оборудования при подземной разработке многолетнемерзлых россыпей.
Методы исследований. Анализ и обобщение результатов ранее выполненных исследований в области разработки многолетнемерзлых россыпей с применением закладки и существующих математических моделей взаимодействия вмещающих пород с закладочным массивом; экспериментальные исследования физико-механических свойств ЗМ; математическое моделирование методом конечных элементов; физическое моделирование на моделях из эквивалентных материалов; программирование и вычислительный эксперимент.
Научные положения, выносимые на защиту:
- взаимодействие вмещающих пород с закладочным массивом
при подземной разработке многолетнемерзлых россыпных место'рок-
- дений моделируется с достаточной для практики точностью с учетом линейной деформируемости вмещающих пород и зависимости компрессионных свойств смерзающихся ЗМ от температуры к степени льдозаполнения порового пространства;
- эффективное управление кровлей при глубине разработки до
50 м обеспечивается применением сыпучих ЗМ с усадкой не более
15% при выемке песков длинным очистным забоем с полной заклад
кой выработанного пространства и смерзающихся ЗМ после термо-
влажностной подготовки с усадкой не более 5% для условий камер
ной двухстадийной выемки песков с частичной закладкой без оста
вления целиков.
Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается достаточным объемом экспериментальных исследований; использованием апробированных численных методов расчета механики твердого деформируемого тела; успешными результатами производственных испытаний закладочной техники, разработанной для возведения закладочных массивов при ведении очистных работ ;на россыпных шахтах Северо-Востока России.
Научная новизна работы состоит в установлении (экспериментально) закономерностей изменения компрессионных свойств смерзающихся ЗМ от их температуры и степени льдозаполнения порового пространства; в установлении зависимости смещений и устойчивости мерзлых пород кровли от компрессионных свойств сыпучих и смерзающихся ЗМ.
Практическая ценность работы. Для условий разработки месторождения "Золотой-Амбарный" обоснованы рекомендации по применению ЗМ и возведению закладочных массивов на базе метательной машины типа УМЗК и комплекса самоходного оборудования, обеспечивающие устойчивость пород кровли очистных камер. Методы прогноза устойчивости пород кровли в призабойном пространстве с учетом последовательности технологических циклов "выемка-закладка" и компрессионных -свойств ЗМ могут быть использованы в условиях разработки других россыпных месторождений области многолетней мерзлоты.
Реализация работы. Разработаны рекомендации по выбору основных параметров системы отработки .запасов месторождения
"Золотой-Амбарный" без оставления целиков с закладкой выработанного пространства, исходные технические требования, направленные на доработку, модернизацию и устойчивую работу закладоч ной машины УМЗК, и методика ее опытно-промышленных испытаний. Рекомендации и результаты НИОКР внедрены в АО "Прнморзолото".
Апробация работы .'Основное содержание работы,а также отдельные ее положения докладывались и обсуждались на: Всесоюзном семинаре по проблемам разработки ресурсосберегакшх технологий -отработки месторождений полезных ископаемых Севера (Якутск, 1988); Всесоюзной конференции "Горнодобывающие комплексы Сибири и их минерально-сырьевая база" (Улан-Удэ, 1990); на технических советах Полярнинского ГОКа АО "Северовостокзолотс" и АО "Прнморзолото" (1988-1990);на III международном симпозиуме "Горное дело в Арктике"(С.-Петербург,1994)
- Публикации. По теме диссертационной работы слубликованы 12 .работ, в том числе 3 авторских свидетельства на изобретения.
Объем и структура работы. Диссертационная работа, состоит из введения, 5 глав, заключения и содержит 211 страниц машинописного текста, 47 рисунков, 21 таблицу, список литературы из 123 наименований.
Автор выражает искреннюю благодарность к.т.н.Г.Г.Сугарен-ко, д.т.н., проф.В.Ю.Изаксону, к.т.шА.М.Столяр:ау, к.т.н.В.К. Елшину, к.т.н.Тихоновой Н.В., к.т.н.Нешитину В.И. (ДонУГИ), |г.Е:Петрову1 за консультации и помощь при выполнении работы....