Введение к работе
Актуальность проблемы. Б Казахстане, начиная с 40-50 гг., в широких масштабах разрабатываются подземным способом крупней-кие месторождения медных, свинцовых, полиметаллических руд, сосредоточенны?: в обширных пластообраэных рудных телах пологого и наклонного залегания. В связи с достаточно высокой средней устойчивостью руды и вмещающего.породного массива при отработке йез-казганского, Миргалимсайекого, Шалкиинского, Каражальского и др. местороаденйй преимущественное распространение получили системы с открытым очистным пространством, обеспечивающие высокую интенсивность эксплуатации месторождения и относительно низку» себестоимость добычи руды.
Вместе с тем анализ мирового опыта применения систем с открытым выработанным пространством на обширных рудных месторождениях показывает, что с ростом глубины разработки потери руды, оставляемой в различного рода целиках закономерно увеличиваются, достигая 40-50. Выведение из активных запасов потерь руды в целиках и осложнение горных, работу обусловленное развитием на отработанных таоцадях зон, обрушения., приводят ... снижению экономической эффективности зксгау.атацщ адрт'.орождения». удадаеадю безопасности работ и росту экологической* техногенной» на#рзки на, регион освоения.
Общие потери, ^еди. в целиках на шахта» йезнаэдена уже превысили запасы меді? в таком крупном месторождении»,,как Николаевское. Только ежегодный прирост потерь руды, пре.вщает,. объем добычи меди Коунрацским.и. Саякским, рудниками в, Г,Зг^.Д раза*. ПЬэтому сокращение потерь, руды.) чал оррабавдвавмад местдроаденнях имеет важное народнохозяйственное, знаменне ч 0{іаді?вчийая, о$врежение минеральных природных, ресурсов» и. ВДК, садШі чТіОД^ипаЯ" QPOW освоения новых местороядений, что связанно- кел>бхрдикоет;ью крупных инвестиций финансовых средств.
Цель работы - научное обоснование и создание эффективных технологий повторной разработки обширных пластообразных рудных залетай, обеспечивающих эа счет выемки оставленных при первичной разработке мевдукамерных и барьерных целиков высокую полноту извлечения полезного ископаемого из недр.
4 ;
Основные задачи исследования:
I. Анализ состояния выработанного пространства на отработанных пло'дадгос. Эезказганского и. йіргалимсайского месторождений, классификация потерь руды по мосту образования, оценка уровня потерь руда по виду» объемам и качеству.
.'' 2. Анализ и'обобщение опыта повторной разработки месторож- дешй полезных ископаемых, перспектив развития основных технологических процессов выемки руды из'целиков.
-
Прогноз развития геомеханических процессов в рудовме:цаю-щей толще горных пород в процессе выемки руды из междукамерных, панельных и барьерных целиков, оставленных после герзичной разработки обширных рудных залежей системами с естественным поддержанием очистного пространства.
-
Разработка инструментальных методов контроля напряженно-деформированного состояния целиков и крзали камер.
-
Оценка перераспределения нагрузок меч.цу'целиками, искусственными опорами, и закладочным массивом методами татемати--ческого моделирования на моделях из эквивалентных материалов.
-
Разработка эффективных технологических схем выедай руды из целиков в-свободном выработанном пространстве, а такче с использованием предварительного заполнения выработанного пространства закладкой или обрушеккуми налегающими породами. Оптимизация параметров технологических процессов*
-
Проведение опытно-промышленных работ по выемке-.руды из оставленных целиков на Жезказганском и Миргалкмсайском мвс-торовдениях, оценка результатов опытных работ и разработка рекомендаций по внедрении эффективной технологии повторной раз- р работки на отрабатываемых месторождениях Казахстана.
-
Научно-методическое обобщение подходов к экономической оценке эффективности повторной разработки обширных рудных залежей, установления областей практического использования разработанных рекомендаций.
Основная идея работы заключается в обосновании технологии повторной разработки обширных рудных залежей на основе предварительной оценки, и районирования выработанного пространства го совокупности геомеханических и экономических критериев и последующего выбора альтернативных по управлению горным давлением технологических схем выемки руды в оставленных целиках.
Методы исследований - В работе сочетаются методы анализа и обобщения результатов исследований, математического моделирования сложных систем, статистической обработки фактических данных рудников. Методы анализа и синтеза новых технологических систем базируются на использовании теоретических основ проектирования технологических процессов очистных работ, геомеханической оценки напряженно-деформированного состояния массива, экономической оценки результатов сытно-промышленной проверки и внедрения рекомендуемых вариантов технологий.
Научные положения, выносимые на защиту
1. При углублении очистных работ в процессе разработки об
ширных пластообразных рудных эалеяей потери и разубоживаниэ руд»
при системах с открытым выработанным пространством линейно воз
растают пропорционально глубине разработки и достигают на глуби
нах 400-600 м, соответственно:
на горизонтальных и пологих заявках до 30-35 и IQ-I2&; на наклонных залежах до 40-45 и 18-20$, при этом содержание металлов и мощности рудных залежей уменьшаются в 1,5-2 раза.
-
Отработка обширных пластообразных рудных залежей камерно-столбовой системой без оставления панельных или барьерных целиков ведет к неограниченному распространению зоны обрушения при естественном или искусственном обрушениях междукамерных целиков.
-
При выемке междукамерных целиков, оставленных после первичной отработки обширных рудных залежей, после достижения оптимального пролета выемочного участка-параметры зоны опорного давления, включающие удаление пика огорного давления от фроігга очистной выемки, ширину зоны опорного давления, коэффициент концентра* ции напряжений и угол обрушения пород налегающей толщи стабилизируются.
-
Безопасная глубина заложение полевые буро-выпускных выработок в почве рудной залежи под отрабатываемыми целиками определяется линейной зависимостью от максимального значения коэффициента
'6
концентрации опорного давлёййя 'и '-от tiWQWftu че'лМа-.
5. Эффективная выемка це'лЖо'в 'На отработанных, площадях обширных пологопадающих и наклонных рудных залежей обеспечивается:
- на устойчивых участках с бедными рудами и избыточным за
пасом прочности целиков технологией частичной выемки руды в
.открытом очистном пространстве;
* - на устойчивых участках с богатыми рудами - технологией выемки руда в открытом очистном пространстве с возведением бетонных столбчатых или ленточных опор;
- на участках с деформированными кровлей и целиками - тех
нологией выемки руды из голевых буро-выпускных выработок после
заполнения выработанного пространства закладкой или обрушенными .
налегающими породами*
.6. Выемка целиков с обрушением налегающих пород экономически оправдана при разубоживаюш руды вмещающими породами 3CS. Использование закладки выработанного пространства перед выемкой целиков окупается при уровне потерь 1( и обеспечении снижения коэффициента разубоживания руды не менее чем на 5%.
Обоснованность и достоверность научных положений , выводов-, и рекомендаций обеспечивается использованием- апробированных методов исследований, представительностью исходных данных, собранных в течение большого периода времени проведения исследований, а также сопоставимостью теоретического прогноза с результатами экспериментов и промышленного внедрения разработок с экономичес- ':. ким эффектом.
Научная новизна работы состоит в Том, что:
впервые теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены параметры повторной разработки пологих и наклонных рудных залежей с частичной выемкой'целиков в открытом очистном пространстве, а также с выемкой целиков в заложенном и обрушенном выработанном пространстве технологическими решениями, новизна которых подтверждена 14 авторскими свидетельствами на изобретения;
разработаны математические модели оценки устойчивости целиков и кровли камер,, отличающиеся комплексным учетом гравитационных и тектонических напряжений в массиве, а также учетом стохастического характера прочности руды и пород;
разработаны методические положения и оценка напряженно-деформированного состояния целиков и кровли камер в процессе лов-
торной разработки, отличающиеся использованием оригинальной контрольно-измерительной аппаратуры и защищенные 3 авторскими свидетельствами на изобретения;
- обоснован методический подход к оценке экономических
последствий от потерь полезного ископаемого в недрах, отличаю
щийся учетом формирования ущерба на разных стадиях отработки
месторождения.
Практическое значение работы заключается в:
создании эффективной технологии выемки руды из целиков с обрушением налегающей толщи город, обеспечивающей извлечение ру-» ды из недр до 65-703;
разработке технологии выемки целиков с предварительной закладкой выработанного пространства, обеспечивающей извлечение руды до 85-90;
усовершенствовании технологии частичной выемки руды из целиков в открытом очистном пространстве, что обеспечивает извлечение руды до 50-6Q&.
Внедрение рекомендуєш» технологий повторной разработки списанных в потери запасов руды обеспечивает увеличение объема извлекаемых запасов руды на 30-40. сокращает обьеїш свободного выработанного пространства, что повышает безопасность работ и облегчает поддержание поверхностных сооружений. .
Личный вклад автора состоит в;
исследовании причин возникновения и места локализации потерь руды на месторождениях, отрабатываемых систегаиі с открытым очистный пространством;
разработке аналитического метода определения эксплуатационник готерь с учетом горно-геояогичесхизс и горно-технических условий отработки кестороздедай;
разработке математической модели для оценки надежности подземных конструкций, образующихся при первичной и повторной отработке обширных пологих рудных залежей;
разработке новых способов и технологических схем добычи руды из залежей, ранее отработанных системами с открытым очистным пространством;
обоснований методики экономической оценки последствий потерь полезного ископаемого на горнорудных предприятиях цветной металлургии Казахстана;
»
- проведении расчетов экономической эффективности снижения потерь на действующих: предприятиях и при извлечении полезных ископаемых на ранее отработанных залежах.
Реализация работы. Разработанные автором теоретические положения и результаты технико-экономических расчетов по действующим рудникам цветной металлургии Казахстана использованы в рабо--те' "Методические вопросы оценки закономерностей целесообразности повторной разработки иестороздений полезных ископаемых".
Рекомендуемые технологии выемки руды из целиков лроіпли опытно-прошшленную проверку и находятся в стадии внедрения на рудниках АО Ачполиметалл и "йезказганцзетмет". Эти технологии могут быть использованы при повторной разработке других месторождений.
Апробация работы. Научные положения и основные результати исследований доложены и обсуждены на: ХУП Всесоюзной научно-технической конференции ЗЗІИ (Г.Шсква, 1973), Всесоюзном научно-техническом совещании "Разработка ТЭО рациональной технологии выемки полезных ископаемых из целиков на действующих горных предприятиях" (Бишкек, апрель 1988), Республиканской научно-практической конференции (г.Алма-Ата, 1939), конгрессе Международного общества горных измерений (Университет штата Кентукки,.1991), международном симпозиуме по механике горных пород (г,Стамбул, Турция, 1993).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 38 печатных научных работы, включая 3 монографии и 14 авторских свидетельств на изобретения.
Объем и структура -работы. Диссертация состоит из введения, б глав, заключения и содержит 29? стр., включая 46 рисунков и 18 таблицу работе приложен список использованных источников иэ 125 наименований.
Исследования по теме диссертации выполнены в Институте горного дела им. Д.А.Кунаева HAH РК и на горнодобывающих предприятиях Казахстана в 1975-94 гг. го планам НИР, утвержденным Президиумом АН и Министерством цветной металлургии КазССР.
