Введение к работе
Актуальность работы. При подземной добыче медно-колчеданных руд на рудниках Южного Урала нашли преимущественное применение этажно-камерные системы разработки с твердеющей закладкой выработанного пространства. Доля их применения достигает 46,1 %. Это вызвано высокой ценностью добываемого сырья и самовозгораемостью рудной массы, ввиду высокого содержания в ней серы. На глубоких рудниках доля таких систем существенно выше. Например, на Гайском подземном руднике применение систем разработки с камерной выемкой и закладкой составляет 94,3 % и только 5,7 % приходится на систему подэтажного обрушения.
Широкое применение камерных систем разработки с твердеющей закладкой при ведении горных работ на глубине 800-1300 м и более сопровождается повышением водопритока шахтной воды до 2,3-3,5 млн. м3 в год, что обуславливает ее повышенное загрязнение шламами до 3-5 г/л от различных источников. Отсутствие эффективных технологических решений по своевременному отведению избытка технологических вод из закладочной смеси увеличивает сроки набора прочности закладочного массива. Высокие объемы шламов, поступающих в главные водосборники, и низкая интенсивность их очистки приводят к увеличению длины водосборников до 250 м, росту затрат на очистку шламов на 30 %, снижению ресурса насосов в 1,5-4 раза, что сдерживает рост производственной мощности подземных рудников.
Поэтому совершенствование технологии водоотведения и водоотлива при подземной разработке медно-колчеданных месторождений с твердеющей закладкой и утилизацией шламов в выработанном подземном пространстве, обеспечивающей требуемые интенсивность и безопасность ведения горных работ, является актуальной научно-практической задачей.
Предмет исследований. Технология водоотведения при системах подземной разработки месторождений с твердеющей закладкой.
Цель работы. Повышение эффективности подземной разработки месторождений медно-колчеданных руд системами с твердеющей закладкой путем совершенствования технологии водоотведения.
Идея работы. Совершенствование технологии водоотведения обеспечивается за счет применения устройств новой конструкции для отведения избытка технологической воды из закладываемой камеры, управляемого осаждения шламов и их последующего складирования в выработанном подземном пространстве.
Основные задачи исследований:
обобщение опыта разработки месторождений системами с твердеющей закладкой с оценкой особенности технологий и параметров водоотведения;
установление зависимостей водопритока из вмещающих горных пород и объемов водоотведения из закладочного массива от основных влияющих факторов;
- классификация источников шламообразования при системах разработки с
твердеющей закладкой и исследование процесса заиливания главных водосбор-
ников твердыми частицами горных пород с обоснованием времени между их очисткой;
разработка устройств новой конструкции для отведения избытка технологической воды из закладываемой камеры, управляемого осаждения шламов и их последующего складирования в выработанное подземное пространство;
разработка рекомендаций по совершенствованию водоотведения и очистки шахтных вод в силемерудничюгоюдоотлитсоценюйихэюшмичесюйэ<}х})екп1ЕНХЛи
Положения, выносимые на защиту:
І.При подземной разработке медно-колчеданных месторождений Урала системами с твердеющей закладкой годовой объем водоотведения QB (млн. м3) связан с производственной мощностью рудника Ар (млн. т/год) зависимостью QB = 0,96 Арот5 -я0002, где Н - глубина горных работ (м).
2. Совершенство системы водоотведения при подземной отработке ме
сторождений медно-колчеданных руд системами с твердеющей закладкой явля
ется резервом роста производственной мощности рудника и интенсивности горных работ.
Отведение избытка технологической воды из каждого закладываемого слоя по высоте перемычки сокращает период потери подвижности закладочной смеси на 28 ч и в целом время заполнения камеры на 2,5 - 3,5 суток, что является резервом роста производственной мощности рудника не менее чем на 4,6%
Изменение вектора скорости осаждения твердых примесей из шахтных вод позволяет уменьшить длину водосборника, совмещенного с отстойником, в 2 и более раза и обеспечить утилизацию извлеченного шлама в выработанном пространстве.
Методы научных исследований включали анализ и обобщение отечественного и зарубежного опыта технологии водоотведения при отработке медно-колчеданных месторождений системами с твердеющей закладкой; физическое и экономико-математическое моделирование; аналитические расчеты и статистическую обработку результатов исследований.
Научная новизна:
Степенная зависимость годового объема водоотведения из шахты при разработке месторождений медно-колчеданных руд системами с твердеющей закладкой от производственной мощности рудника и глубины горных работ Єв=0,96-4-0015-Я0-002.
Модель шламообразования, включающая оценку объемов технологических вод и шламов на всех стадиях их формирования и отведения.
Обоснование параметров технологии отведения избытка технологической воды из каждого закладываемого слоя для сокращения срока схватывания закладочной смеси и набора нормативной прочности закладочным массивом.
Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается надежностью и представительностью исходных данных, сопоставимостью результатов теоретических, экспериментальных и опытно-промышленных исследований, обработанных методами математической статистики с использованием современного оборудования и апробированных методик.
Научная значимость работы. Предложен новый подход к обоснованию технологии водоотведения и методика расчета параметров технологической схемы водоотведения при подземной разработке медно-колчеданных месторождений системами с твердеющей закладкой.
Практическая значимость. Определены параметры водоотведения; разработаны конструкции устройств для водоотведения, осаждения шламов и очистки главных водосборников, обеспечивающие повышение производительности подземных рудников и снижение трудоемкости технологических операций при подземной разработке медно-колчеданных месторождений системами с твердеющей закладкой.
Реализация работы. Результаты исследований использованы при совершенствовании технологии водоотведения на Учалинском подземном руднике с промышленной апробацией устройств новой конструкции в составе закладочных комплексов модульного типа для отведения избытка технологической воды из закладываемых камер, управляемого осаждения шламов и очистки главных водосборников с последующей утилизацией шламов в выработанном пространстве. Результаты исследований внедрены в учебные курсы дисциплин «Стационарные машины. Транспортные машины» для студентов специальности: 130404 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых» ФГБОУ ВПО «Магаигогорскийгосу дарственный технический универсшет им ЕЙ Носова».
Апробация работы. Результаты, основные положения и выводы докладывались на международных научно-технических конференциях: «Неделя горняка» (г. Москва, 2010 г.); «Комбинированная геотехнология: комплексное освоение и сохранение недр земли» (г. Магнитогорск, Учалы, 2011 г.); «Роль стратегии индустриально-инновационного развития республики Казахстан в условиях глобализации» (г. Рудный, 2009 г.); научно-технических конференциях ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова» (г. Магнитогорск, 2008-2011 гг.) и технических совещаниях ОАО «Учалинский ГОК».
Личный вклад автора состоит в анализе влияния основных параметров водоотведения и очистки технологических вод как резерва роста производственной мощности рудника при разработке медно-колчеданных месторождений системами с твердеющей закладкой, обосновании методик и проведении исследований технологий водоотведения, определении основных направлений совершенствования геотехнологий и обосновании, разработке и внедрении устройств новой конструкции на рудниках ОАО «Учалинский ГОК».
Публикации: основные положения диссертации опубликованы в 8 работах, в том числе 1 монографии и 3 работах в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Объем и структура работы: диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 105 наименований и представлена на 170 страницах машинописного текста, включая 68 рисунков и 22 таблицы.
Работа выполнена при поддержке Минобразования России, ГК №16.525.12.5001.
