CC BY
43
© А.И. Быкадоров, В.А. Шалау-ров, 2002
УДК 622.258
А.И. Быкадоров, В.А. Шалауров
О ТЕХНОЛОГИИ ОТРАБОТКИ РУДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ ПОД ОХРАНЯЕМЫМИ ОБЪЕКТАМИ
ритие горных работ и наращивание оизводственной мощности Шере-гешского рудника требует вовлечения в отработку новых участков месторождения, в частности, Подруслового, расположенного под р. Большая Речка. Дефицит времени и денежных средств на строительство закладочного комплекса побудили к поиску технологии добычи руд с учетом этих ограничений.
Участок Подрусловый представлен слепой крутопадающей залежью субширотного простирания. Рудная толща сложена скарнами, мраморизо-ванными известняками, андезитобазальтовыми порфиритами. Верхняя кромка рудной залежи расположена в 300 м от дневной поверхности. Протяженность залежи по простиранию составляет около 400 м, по падению -600 м. Мощность ее колеблется от 45 до 110 м. Основные запасы залежи расположены в границах охранного целика.
В проектной технологии отработки Подруслового участка предусматривалась полная закладка выработанного пространства хвостами обогатительной фабрики: сухой с последующим инъектированием цементным молоком для верхних горизонтов и твердеющей - для нижних. В связи с
дочного комплекса обосновано предложение отработать верхние горизонты залежи камерами с сухой закладкой. Сохранение подрабатываемого массива пород в устойчивом состоянии обеспечивается при этом оставлением барьерных целиков в сочетании с закладкой, добываемой из отработанных блоков [1]. Устойчивость подрабатываемого массива обеспечивается выбором порядка ведения горных работ и параметрами барьерных целиков (БЦ).
При отработке запасов первого этажа (гор. 185 м) предложен следующий порядок выемки. Очистные работы развиваются с северовосточного фланга участка с последовательной отработкой камер первой очереди (рис. 1). По мере заполнения сухой закладкой выработанного пространства камер первой очереди осуществляется очистная выемка камер второй очереди. На последнем этапе -производится обрушение междука-мерных целиков, взрывание которых выполняется в "зажиме". Поддержание выработанного пространства в устойчивом состоянии обеспечивается на первой стадии работ оставлением барьерных и междукамерных целиков, на последней - барьерными це-
отсутствием
11 Ацшм ы А1 А! и-^АК|ц£А л д5-ЗМЪт
ка устойчивых размеров);
2. обрушение потолочин с перепуском закладки из выработанного пространства гор. 185 м в камеры гор. 115 м;
3. дозакладка выработанного пространства гор. 185 м;
4. выпуск руды обрушенных потолочин с одновременной дозаклад-кой выработанного пространства гор. 185 м.
Обоснование условий безопасного ведения горных работ по принятой технологии проведено на основе оценки деформаций и вероятности появления провалов поверхности [2, 3]. Рассмотрены варианты сплошной выемки запасов, с делением рудной залежи на два и три участка с оставлением между ними барьерных целиков. Учитывались особенности морфологии рудного тела, мощность его, полнота закладки выработанного пространства и усадка закладочного массива.
Анализ расчетов показал, что разработка залежи без целиков (вариант оценивался для сопоставительного анализа) или при делении на два участка, разделенные одним барьерным целиком, приводит к образованию провала поверхности на стадии выемки запасов двух верхних этажей. При двух барьерных целиках и пролете по простиранию 100 м в каждом участке при закладке материалом даже с усадкой до 40% деформации растяжения поверхности остаются меньше критических и не возникает опасности выхода провалов на поверхность. Расчетные значения деформации поверхности (в) и устойчивость обнажения (ц), характеризуемая величиной стрелы прогиба подработанного мас-
ликами и сухой закладкой
повдрхностногосрзаВНЙТЕЛЬНЫЕ ТЕХйл^ЭныЧОЙИПЕеКИечоОКЙЗЙГЕЛИ ПОсиАв1аИ.АНиАМе<?ТР>н|ОТКИвне в = 0 8*10
сохраняется и
--- ---- тя л — 1 9*4=
III этап
т
IV этап
Иоабе, апаш, % гор 185 м а о. ^. а аабйабтр. оаё®!
%
а о. ^. гор. ибе ш
1бе айа|ао§аёе
Щ шёа шаёада а и'оа
::"1тюатобаоа>. Шеа
№аат1епте 1 о Fe а 111<
ошедшия очистны 7е при этом преду< вает:
1. отработк
ю
сов руды в первой очереди а1|Ы1щтбй пот
1а(между-этажногс юбаоа, % а.
,0
'матрЦ-2-35,6
Рис. 1. Очередность 3 —
22,05
. запа-14,9 камерах под22,5 олочин17,5 цели-33,3 -------48,61
5660,0 5092-35,6
22.05 14,9
22.5
17.5 33,3
—4861---------
мер.
,8Щ барьерны95елики
5660,0 5226-31,4 28,0 14,9 29,3 17,5 52,2 44,56
— ру^а,61 9— каме 100
3
4
При определении размеров БЦ учитывалось, что разработка крутопадающих рудных залежей сложной морфологии в условиях повышенных горизонтально ориентированных напряжений в краевых зонах массива сопровождается появлением в них растягивающих напряжений с вероятной потерей устойчивости пород у контура обнажении. Оценка контура зон с растягивающими напряжениями производилась методом конечных элементов решением упругой задачи* [4]. Определялись элементы массива, в которых действуют растягивающие напряжения в направлениях <зх или иу (рис. 2). Расчетами установлено, что БЦ шириной 27 м не имеют достаточного запаса прочности. В их сечении образуются зоны с растягивающими напряжениями, размерами сопоставимыми с мощностью рудного тела. Целики шириной 40 м во всех сечениях сжаты, имеют запас прочности 3,5 (при условии сухой закладки выработанного пространства) и рекомендованы к применению.
Размеры БЦ, очевидно, можно уменьшить придав им определенную податливость [5]. Одним из перспективных способов разгрузки целиков является создание искусственных трещин методом ориентированного флюидоразрыва [6].
Особенности взаимодействия разделенных флюидоразрывом частей массива определяются механическими свойствами щели, образованной в
нем и заполненной вязкопластическим флюидом. При искусственном разрыве происходит уменьшение сцепления между берегами трещины, что создает условия для сдвига по ней сопредельных участков массива пород.
В целях изучения возможности управления напряженным состоянием массива пород в зоне влияния горных выработок проходкой ориентирован-
ных щелей проведены эксперименты на плоских моделях из оптически чувствительного материала СД-8. В моделях в качестве условия по искусственной трещине принималось: сцепление по плоскости разрыва определяется предельным напряжением сдвига материала флюида; напряжения, ортогональные плоскости, передаются в массиве без изменения их величины. В фотоупругих моделях ориентированный флюидоразрыв выполнялся пропиливанием щелей с последующим заполнением их пакетом фторопластовой пленки. Двухосное нагружение моделей осуществлялось внешними сжимающими силами [7].
Использование физического моделирования позволяет визуально наблюдать динамику сдвига массива по щели и происходящего при этом изменения напряжений в целиках и боковых породах. В процессе нагружения оптического материала картина изохром начинает просматриваться до реализации сдвига. При достижении в модели порогового уровня температуры (и определяемого этим модуля деформирования фотоупругого материала) происходит сдвиг и картина напряжений резко меняется.
При оценке состояния БЦ сравнивались варианты: а) без искусственного разрыва; Ь) с наклонной щелью флюидоразрыва в кровле целика с выходом на одно из выработанных пространств; с) с наклонной щелью под тем же углом, выполненной в барьерном целике. В соответствии с геомеханическими условиями Шере-гешевского месторождения модели нагружались силовым полем ах = 2.5 а у . На рис. 3 показаны полученные при нагружении моделей изолинии максимальных касательных напряжений (гтах ) для рассматриваемых вариантов. Сравнение картины по тшах показывает, что наклон-
ная искусственная щель, пройденная в кровле над целиком и выходящая на одну из выработок (рис. 3Ь), сопровождаются ростом сжимающих напряжений в БЦ и, как следствие, вызывает высокие касательные напряжения в его массиве. Рост тангециальных и сжимающих напряжений ухудшает условия устойчивости целика.
В варианте, когда наклонная трещина флюидоразрыва рассекает барьерный целик, соединяя оба выработанных пространства (рис. 3с), сдвиг по ней сопровождается конвергенцией сопредельных частей массива, что приводит к разгрузке целика и вмещающих пород в его окрестности. Это создает условия для уменьшения размеров барьерных целиков и, тем самым, снижения потерь ископаемых в недрах.
Важнейшим вопросом безопасности и эффективности предложенного способа разработки является выбор вида и материала закладки. В условиях рудника в качестве материала закладки в настоящее время доступны хвосты обогащения или горная масса (неконди-ционная руда), добываемая из ранее отработанных блоков или забалансовых участков. В зависимости от применяемого материала изменяются схемы его доставки и производства закладочных работ, эффективность которых может быть оценена технико-экономическим расчетом, представленным в таблице.
Согласно расчетам, при использовании для закладки некондиционной руды по сравнению с закладкой хвостами ДОФ потери полезного ископаемого при отработке целиков снижаются в 1,2 - 1,3 раза, а разубожи-вание при выпуске на 6,5 - 7,0 %. В следствии этого, можно ожидать снижение себестоимости 1 т железа в концентрате на 4,2 - 7,2 %.
* Расчеты выполнены д.т.н. В.М. Серяковым
Анализ эффективности данных вариантов технологий закладочных работ по себестоимости 1 т металла в концентрате свидетельствует, что, несмотря на более высокую стоимость закладки камер некондиционной рудой, использование ее более экономично в сравнении с закладкой хво-
стами обогащения. Это обеспечивается тем, что при выемке происходит уменьшение фильтрации пород в отбитую руду и снижение за счет этого потерь и разубоживания при отработке междукамерных целиков и потолочин. При этом засорение добываемой
руды происходит металлосодержащими породами.
Необходимо также отметить, что данная технология позволяет воссоздавать техногенное месторождение, которое впоследствии может быть отработано известными способами, например, выщелачиванием.
1. Патент РФ № 2147683. Способ разработки слепых рудных залежей под охраняемыми объектами / Фрейдин А.М., Шалауров В.А., Кореньков Э.Н. и др. Опубл. в БИ 2000, №11.
2. Временные правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок месторождений руд цветных металлов с неизученными процессами сдвижения горных пород. — Л.: ВНИМИ. — 1986.
3. Шадрин А. Г. Теория и расчет сдвижения горных пород и земной поверхности. — Красноярск. — 1990. — С. 199.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. — М.: Мир. — 1975.
5. Зубков А.В., Балек А.Е., Лубенец И.П. Новый метод управления горным давлением // Горный журнал. - 1988. - №1. - С. 54-57.
6. Чернов О.И. Гидродинамическая стратификация монолитных прочных пород в качестве способа управления труднообрушаю-щейся кровлей. // ФТПРПИ. - 1982. - № 2.
7. Свидетельство на полезную модель № 16378. Стенд для нагружения моделей. Шалауров В.А., Усков В.А., Курнаков В.Н. Бюл. № 36, 2000 г.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Быкадоров Алексей Иванович - аспирант ИГД СО РАН.
Шалауров Виссарион Александрович - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ИГД СО РАН.
