Введение к работе
Актуальность работы
Важнейшим направлением повышения комплексности освоения рудных месторождений подземным способом является развитие технологий закладки выработанного пространства твердеющими смесями. Системы разработки с твердеющей закладкой выработанного пространства позволяют отрабатывать рудные месторождения в сложных горно-геологических условиях с высокими показателями качества извлечения руды из недр. Область применения таких систем ограничена высокими капитальными и операционными затратами на осуществление закладочных работ. Капитальные затраты связаны со строительством закладочных комплексов на поверхности, бурением и оснасткой закладочных скважин и прокладкой протяженной системы трубопроводного транспорта смесей. В эксплуатационных расходах высока доля стоимости компонентов закладочной смеси и энергетических затрат на их дезинтеграцию до требуемого гранулометрического состава. Это сдерживает применение систем с твердеющей закладкой выработанного пространства на месторождениях руд средней и низкой ценности, а также при разработке малых месторождений, удаленных рудных залежей.
Одним из перспективных путей снижения затрат на добычу руды с созданием искусственных массивов из твердеющих смесей является внедрение инновационной технологии приготовления закладки на передвижных закладочных комплексах. Применение передвижных закладочных комплексов позволяет снизить капитальные и эксплуатационные затраты за счет использования безмельничной энергосберегающей технологии дезинтеграции компонентов смеси. Снижению себестоимости добычи руды также способствует повышение интенсивности освоения месторождения. Резервы повышения производительности рудника при применении систем разработки с закладкой выработанного пространства состоят в уменьшении продолжительности операций по заполнению выработанного пространства закладочной смесью, сокращении сроков набора искусственным массивом нормативной прочности и возможности одновременного независимого ведения закладочных работ в нескольких выемочных единицах при применении передвижных подземных закладочных комплексов.
Разработка этой технологии требует совершенствования теории проектирования в части обоснования условий применения передвижных закладочных комплексов и определения рациональной интенсивности добычи полезных ископаемых подземным способом при их использовании.
Основная цель исследований состоит в обосновании условий, при которых применение передвижных закладочных комплексов будет обеспечивать наибольшую эффективность и рациональную интенсивность отработки рудных месторождений системами с твердеющей закладкой выработанного пространства.
Идея работы состоит в том, что применение передвижных закладочных комплексов для приготовления твердеющей закладочной смеси по безмельничной технологии позволяет расширить область применения систем разработки с твердеющей закладкой выработанного пространства за счет роста интенсивности отработки запасов, повышения энергоэффективности закладочных работ и утилизации пород от проходки горных выработок.
Задачи исследований:
- обобщение опыта разработки месторождений системами с закладкой выработанного пространства
- анализ методов определения интенсивности подземной разработки месторождений твердых полезных ископаемых с твердеющей закладкой выработанного пространства;
- классификация типовых технологических схем освоения запасов при применении передвижных закладочных комплексов;
- исследование влияния горно-геологических и горно-технических условий залегания рудных тел на схему размещения передвижных закладочных комплексов;
- разработка алгоритма выбора рациональной технологической схемы отработки запасов месторождения системами разработки с твердеющей закладкой выработанного пространства при применении передвижных закладочных комплексов для обеспечения заданной проектной производительности рудника;
- исследование влияния параметров камер и панели на интенсивность добычи руды этажно-камерной системой разработки с приготовлением твердеющей закладочной смеси на передвижных закладочных комплексах;
- разработка технологических рекомендаций по обоснованию интенсивности отработки Озерного медно-колчеданного месторождения и технологической схемы работы передвижных закладочных комплексов.
Для решения поставленных задач в качестве объекта исследований выбрана технология подземной разработки рудных месторождений с твердеющей закладкой выработанного пространства.
Методы исследований
В работе использован комплексный метод исследований, включающий обобщение и анализ мирового и отечественного опыта подземной разработки рудных месторождений с твердеющей закладкой выработанного пространства, испытания макетов оборудования, экономико-математическое моделирование, технико-экономический анализ, статистическую обработку результатов исследований.
Положения, выносимые на защиту
-
Эффективность применения передвижных закладочных комплексов достигается при условии максимально возможного обеспечения комплексов породным наполнителем, полученным от проходки выработок подземного рудника, и при возможности ведения закладочных работ одновременно и независимо в нескольких выемочных единицах.
-
Рациональная технологическая схема работы передвижного закладочного комплекса при размещении его в подземных условиях обеспечивается при восходящем направлении движения фронта работ и при значении коэффициента обеспеченности закладочного комплекса породным заполнителем Kоб > 0,3.
,
где Kпнр – удельный объем полевых подготовительно-нарезных выработок на 1000т балансовых запасов, м3; Kдпв – коэффициент, отражающий долю полевых выработок в общем объеме подготовительно-нарезных работ; пп – удельный вес породы, т/м3; руды – плотность руды в массиве, т/м3; qпп – расход породного наполнителя в составе закладочной смеси, кг/м3.
-
Максимальная интенсивность добычи руды в панели, которая может быть достигнута при работе этажно-камерной системой разработки с твердеющей закладкой выработанного пространства, связана с длиной панели (Lпан., км), параметрами камеры (b, h и m, м) и с производительностью закладочного комплекса (q, м3/час) зависимостью:
,
где tср. – среднее время на отработку 1000 т запасов, сут.
-
Замена традиционных мельничных закладочных комплексов на энергоэффективные передвижные безмельничные комплексы на малых медно-колчеданных месторождениях существенно снижает себестоимость кубометра закладочной смеси.
Научная новизна работы:
-
Предложена классификация технологических схем функционирования передвижных закладочных комплексов при освоении рудных месторождений системами с твердеющей закладкой выработанного пространства, основанная на учете направления движения и размера фронта работ, а также источников породного заполнителя закладочной смеси;
-
Установлены зависимости максимальной интенсивности освоения рудных месторождений от параметров залегания рудного тела, размеров выемочных единиц и характеристик применяемых передвижных закладочных комплексов;
-
Разработана методика установления максимальной годовой производственной мощности рудников, разрабатывающих медно-колчеданные месторождения камерной системой с твердеющей закладкой выработанного пространства при применении передвижных закладочных комплексов, в которой впервые в расчетные формулы введено время выполнения закладочных работ и продолжительность набора прочности закладочным массивом.
-
Обоснованы условия применения технологии приготовления твердеющих закладочных смесей на передвижных закладочных комплексах.
Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается надежностью и представительностью исходных данных, сопоставимостью результатов теоретических, экспериментальных лабораторных и опытно-промышленных исследований, обработанных методами математической статистики с использованием современного оборудования и апробированных методик.
Практическая значимость работы состоит в разработке рекомендаций по обоснованию производственной мощности горнодобывающих предприятий, ведущих разработку месторождений полезных ископаемых подземным способом с применением передвижных закладочных комплексов
Реализация работы. Результаты работы использованы при выполнении государственного контракта с Минобрнауки РФ № 16.525.12.5001.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на международных конференциях «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (VI Международная научная школа молодых ученых и специалистов, Москва, 2010 гг.), «Неделя горняка» (Москва, 2011 – 2013 гг.), «Комбинированная геотехнология: теория и практика реализации полного цикла комплексного освоения недр» (Магнитогорск, 2011 г.).
.
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 10 работах, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.
Работа выполнена в рамках Программы фундаментальных исследований Отделения наук о Земле РАН «Техногенное преобразование недр Земли: развитие теоретических основ эффективного использования и сохранения георесурсов», а также при поддержке грантов РФФИ № 09-05-00675-а и НШ №.2986.2008.5.
Объем и структура работы
Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 101 наименования и представлена на 126 страницах, включая 25 рисунков, 17 таблиц и 88 формул.
Личный вклад автора состоит в разработке методики обоснования интенсивности добычи руды системами с твердеющей закладкой выработанного пространства с применением передвижных закладочных комплексов. Автор принимал участие в подготовке программы и методик и в проведении эксперимента по испытанию опытного образца передвижного закладочного комплекса.
Автор выражает благодарность научному руководителю - чл.-кор. РАН Д.Р. Каплунову, проф., д-ру техн. наук М.В. Рыльниковой, канд. техн. наук Д.Н. Радченко за помощь в работе над диссертацией и ценные консультации, а также сотрудникам кафедры ПРМПИ МГТУ им. Г.И. Носова и руководству Учалинского горно-обогатительного комбината за помощь при проведении исследований.
