Обоснование способов и параметров крепления метасоматически измененных пород медноколчеданных месторождений Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

Таблица 2

Содержание полезных компонентов в хвостах Забайкалья (по Л. Ф. Наркелюну, А. В. Фатьянову, 1996, с изменениями)

Промышленные типы полезных ископаемых Наименование хвостов Сведения о содержании полезных компонентов

Свинцово-цинковые руды Отвальные хвосты флотации Свинец (0,12-0,6 %), цинк (0,491,19 %), золото (0,05-033 г/т), серебро (7,5-19,2 г/т)

Оловянные руды Отвальные хвосты гравитационного обогащения Олово (0,1-0,15 %), свинец (0,140,39%), медь (0,03-0,08 %), висмут (30-80 г/т)

Молибденовые руды Хвосты флотации Молибден - 0,03 %, медь -0,04 %

Вольфрамовые руды Флюоритовые руды Отвальные хвосты Отвальные хвосты Вольфрам (0,15-0,25 %), бериллий - 0,03 %, висмут (0,01-0,02 %) Флюорит (10-12 %)

полнительных работ по изоляции выработан- запасов. Решение по целесообразности форми-

ных пространств в целях исключения воздей- рования ПТМО принимается в процессе проек-

ствий окружающей среды и учет техногенных тирования.

— Коротко об авторах --------------------------------------------------

Пирогов Г.Г. - кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры ПРМПИ, ЧитГУ.

------------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ

Автор Название работы Специальность Ученая степень

ИНСТИТУТХИМИИИТЕХНОЛОГИИ РЕДКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ИМИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ им. И В. ТАНАНАЕВА

АЛИШКИН Альберт Рифгатович Разработка взрывчатых веществ с улучшенными экологическими свойствами на основе продуктов кислотной переработки нефелина и нефелиносодержащих отходов 25.00.36 к.т.н.

---------^

V----------

----------------------------------------- © Э.Ю. Мещеряков, А.В. Сараскин,

2005

УДК 622.343.5:622.273

Э.Ю. Мещеряков, A.B. Сараскин ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ И ПАРАМЕТРОВ КРЕПЛЕНИЯ МЕТАСОМАТИЧЕСКИ ИЗМЕНЕННЫХ ПОРОД МЕДНОКОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Семинар № 13

Формирование колчеданных месторождений Южного Урала связано с процессами динамотермального метаморфизма, рудные тела образовывались в результате преобладающего специфического гидротермально-осадочного отложения сульфидов в сочетании с метасоматическим рудо-отложением [1]. Наряду с весьма важным в ру-дообразовании значением процессов метасоматоза, серьезной проблемой является обеспечение устойчивости метасоматитов, обнажаемых подземными выработками. Обнажение метасоматитов инициирует процесс водопоглощения по многочисленным капиллярным трещинам, что провоцирует процесс гидратации водных алюмосиликатов - хлорита, серицита, серпентина, эпидота, монтморилонита, иллита. Процессы гидратации приводят к увеличению в объеме метасоматически измененных пород и снижению с течением времени их прочностных характеристик.

Применяемая на рудниках Учалинского ГОКа железобетонная штанговая, набрыз-гбетонная и комбинированная крепи не обеспечивают надежного и долговременного поддержания выработок. Вывалы, как в кровле, так и в боках выработок, вследствие постепенного разупрочнения и набухания метасоматитов, зачастую, происходят вместе с анкерами.

Известно, что устойчивость обнажений подземных выработок в основном определяют следующие факторы: физико-механи-ческие

свойства вмещающих выработку пород и структурная нарушенность массива; статические нагрузки, обусловленные действием гравитационных и тектонических сил; динамические нагрузки на стадии буровзрывных работ. Для оценки влияния вышеперечисленных факторов на устойчивость обнажений выработок, пройденных в метасоматически измененных породах, были проведены исследования по определению физико-механических свойств метасоматитов, оценки напряженно-

деформирован-ного состояния (НДС) вмещающего выработки массива и сейсмического действия взрывов.

В ходе исследований физико-механических характеристик пород было установлено, что метасоматически измененные породы Учалинского и Узельгинского месторождений отличаются широким диапазоном плотности 2,6^4,0 т/м3, изменение плотности обусловлено содержанием в метасоматитах сульфидов. Дальнейшие исследования показали, что содержание сульфидов определяет не только плотность метасоматитов у, но и их прочностные и деформационные характеристики. Зависимости предела прочности на сжатие [асж], модуля деформации Едеф, сцепления С, угла внутреннего трения ф и коэффициента Пуассона ц от значений плотности у удовлетворительно аппроксимируются степенным трендом при коэффициентах детерминированности Я = 0,70-0,85. Проведенные в выработках рудников Учалинского ГОКа замеры параметров трещиноватости позволили определить коэффициенты структурного ослабления пород и осуществить переход к их физико-механическим свойствам в массиве.

Медноколчеданные месторождения Учалинской группы отличает наличие горизонтальных составляющих поля напряжений величиной от 4 до 18 МПа и значительный диапазон глубин, на которых ведутся горные работы

- 200^700 м, поэтому оценка НДС массива, вмещающего подземные выработки, осуществлялась математическим моделированием упруго-пластической среды с помощью программного комплекса ЕЕМ (ИГД УрО РАН).

Моделировалось НДС одиночной выработки арочной формы сечения шириной 4 м, высотой 4 м в следующих условиях: глубина заложения выработки Н = 200^800 м; тектоническая составляющая напряжений Т = 0^20 МПа; четыре группы свойств метасоматитов, соответствующих наиболее представительным значениям их плотности:

1) у = 2,7 т/м3 ([асж] = 30 МПа,

Едеф = 2,5х104 МПа, С = 3 МПа, ф = 34 град., Ц = 0,27);

2) у = 3,1 т/м3 ([асж] = 20 МПа,

Едеф = 1,2х104 МПа, С = 2 МПа, ф = 37 град., Ц = 0,2);

3) у = 3,6 т/м3 ([асж] = 10 МПа,

Едеф = 0,5х104 МПа, С = 1 МПа, ф = 40 град., Ц = 0,15);

4) у = 4,0 т/м3 ([асж] = 5 МПа,

Едеф = 0,25х104 МПа, С = 0,5 МПа, ф = 43 град., ц = 0,10).

Анализ зависимостей глубины зон неупругих деформаций (ЗНД) от глубины заложения выработки и тектонических сил, построенных по результатам моделирования, показал, что наибольшие глубины ЗНД (до 2 - 2,5 м) отмечаются в слабых метасоматитах с плотностью выше 3,6 т/м3:

- в боках выработки (Ьбзнд) - при глубине заложения более 500 м и отсутствии, небольших (до 5 МПа) значениях тектонической составляющей поля напряжений, действующей в плоскости поперечного сечения выработки;

- в кровле (Ькзнд) - при глубине заложения выработки Н > 600 м и тектонических напряжениях Т > 10 МПа.

Компоненты установленных функций глубин зон неупругого деформирования Ьбзнд, Икзнд = і (Н, Т, у) были подвергнуты множественному регрессионному анализу с использованием программного комплекса «В1а1І8І;іса». В результате получены следующие многопараметрические уравнения.

И6ЗНд = 0,27g + 0,045Т + 0,0014Н - 1,2,

(1)

при коэффициенте корреляции Я = 0,93;

Икзнд = 0,3^ + 0,04Т + 0,0005Н - 0,6,

(2)

при коэффициенте корреляции Я = 0,90.

Решением данных уравнений для условий подземных рудников Учалинского ГОКа получены следующие параметры ЗНД для выработок, пройденных по весьма измененным мета-соматитам (у = 4,0 т/м3) на наибольших глубинах горных работ:

- Учалинский рудник (гор. 540 м, Т = 7 МПа):

Ьбзнд = 0,95 м; ИкЗНд = 1,2 м;

- Узельгинский рудник (гор. 640 м, Т = 18 МПа):

И6ЗНД = 1,6 м; Икзнд = 1,7 м.

Полученные значения глубин ЗНД имеют удовлетворительную сходимость с параметра-

ми вывалообразований, зафиксированными в выработках рудников УГОКа.

Оценку воздействия взрывов на состояние приконтурного массива пород осуществляли расчетом разрушающих скоростей сжатия и растяжения для четырех вышеуказанных групп метасоматитов [2, 3]. В качестве объекта исследований рассматривалась действующая технология проведения выработок, характеризующаяся следующими параметрами: длина отбойных шпуров Нот6 =3 м, длина заряда в шпуре 13 = 2,6 м, расстояние между соседними шпурами а = 0,6 м; масса заряда в оконтури-вающих шпурах Q1 = 2,6 кг. Параллельно производилась оценка целесообразности перехода на контурное взрывание с использованием шпуровых зарядов массой Q2 = 1,3 кг.

Результаты расчетов, показали, что при взрывах в шпурах длиной 2,6 м зарядов массой 2,6 кг размеры зон законтурных нарушений в малоизмененных метасоматитах составляют 0,12 м вдоль оси заряда, 0,4 м - против центра заряда и до 2 м в призабойной зоне. В весьма измененных метасоматитах вдоль оси заряда в массив и против центра заряда размеры зон трещинообразования увеличиваются незначительно (на 20-25 %), но в призабойной зоне область влияния взрыва резко увеличивается в 2,5 раза, что свидетельствует о важности крепления призабойной зоны с наименьшим отставанием крепи особенно в наименее прочных метасоматитах.

При сохранении длины (2,6 м), уменьшение массы шпурового заряда в 2 раза практически не сказывается на размерах зон законтурных нарушений во всех категориях метасоматитов против торца и центра шпурового заряда и приводит к незначительному (в среднем на 25 %) снижению ширины зоны трещинообразования в призабойной зоне. Размеры зон наведенной взрывом трещиноватости в направлении перпендикулярном к простиранию выработки во всех рассмотренных случаях не превышают 0,5 м. Таким образом, применение контурного взрывания в метасоматитах не обеспечит значимого снижения влияния взрыва на окружающие породы и основными факторами образования ЗНД вокруг выработок, пройденных по метасоматитам, следует считать способность к водопоглощению и действующее горное давление.

Условия рудников Самозакливающиеся анкеры с установкой

без заполнителя с бетонным заполнителем

Учалинского (гор. 540 м, Т = 7 МПа, у = 3,6 т/м3, Ькзнд = 1,2 м 0,9 1,55

Узельгинского (гор. 640 м, Т = 18 МПа, у = 3,6 т/м3, ккзнд = 1,7 м 1,0 1,8

С целью предотвращения процесса водопо-глощения обнажаемыми метасоматитами рекомендовано применять для крепления выработок модифицированный набрызгбетон с добавлением полимерных добавок, применяющихся в гражданском строительстве для гидроизоляции сооружений. Исследования характеристик модифицированного набрызгбетона с 3% полимерной добавкой «Акватрон-6» показали, что помимо повышения гидроизолирующих свойств отмечается увеличение прочности образцов крепи на сжатие и растяжение в 3-н5 раз, что позволяет уменьшить толщину набрызг-бетонной крепи с 4-6 до 1-2 см.

Так как в условиях метасоматически измененных пород, обладающих повышенной степенью трещиноватости и низкими прочностными свойствами, понижающимися с течением времени, работа железобетонных анкеров по схеме «сшивание» оказалась неэффективной, на основе конструктивных решений, предложенных в работе [4], были разработаны анкеры с самозаклинивающимся устройством, обеспечивающие их работу по схеме «подвешивание».

В этом случае расстояние между анкерами в ряду ар для выработок сводчатой формы будет определяться по формуле:

*Р =№(гГ-кХ М; (3)

где у - средний объемный вес закрепляемых пород, т/м3; 1п - мощность «подвешиваемых» пород кровли, м; Q - допускаемая нагрузка на анкер, т; К - коэффициент пригрузки от горного давления.

В качестве мощности «подвешиваемых» пород принимаются глубины зоны неупругих деформаций Изнд, определяемые по зависимо-

1. Минеральные ресурсы Учалинского горнообогатительного комбината /И.Б. Серавикин, П.И. Пирожок, В.Н. Скуратов и др. -Уфа: Башк. кн. изд., 1994. -328 с.

2. Пергамент В.Х. Критические скорости и параметры буровзрывных работ. //Методы управления дей-

стям (1,2). Допускаемые нагрузки на анкер были определены в результате опытнопромышленных испытаний самозаклиниваю-щихся анкеров в выработках гор. 380 м Учалинского рудника. Результаты испытаний показали, что самозаклинивающиеся анкеры непосредственно после их установки в шпуры способны нести нагрузку q = 2,3-2,4 т. При установке анкеров с бетонным заполнителем по истечении семи суток их несущая способность достигает q = 7,2 т.

Используя значения показателей Изнд и q в качестве соответственно 1п и Q определено расстояние между анкерами в ряду ар (3) для условий рудников УГОКа (табл.).

В первую очередь, самозаклинивающиеся анкеры могут использоваться в качестве временной крепи, способной противостоять статическим (под действием силы тяжести отслаивающихся пород) и динамическим (от действия взрыва) нагрузкам непосредственно у проходческого забоя. При установке анкера с предварительным нагнетанием в шпур бетонной смеси самозаклинивающиеся анкеры можно применять в качестве постоянной крепи, с несущей способностью от 2,3-2,4 т и постепенным ее ростом по мере твердения бетона.

Расчет себестоимости крепления выработок рекомендованными способами показал, что совместное применение самозаклинивающихся анкеров и модифицированного набрызгбетона, за счет снижения расхода материалов (арматурных стержней, компонентов бетонной смеси) приводит к сокращению себестоимости крепления 1 м выработки на 25-30 % по сравнению с традиционными вариантами комбинированной крепи.

---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ствием взрыва/ сб.научн.тр. МГМИ.- Вып.89.- Магнитогорск, 1971.- С. 3-14.

3. Богацкий В.Ф, Пергамент В.Х. Сейсмическая безопасность при взрывных работах/ сер. Безопасность буровзрывных работ - М. Недра, 1978, - 128 с.

4. Совершенствование анкерной крепи на рудниках Таблица 1

Жезказгана /Алипбергенов М.К., Есенбаев С.Е., Аман- Объемы добычи железных руд при повторной отработке

жолов Э.А. и др. /Горный журнал, № 5. - 2002 - С. 7678. Шахта 1980 г., тыс. По состоянию на 1.01.81

т г. , тыс. т

''Октябрьская'' - 200,6

''Большевик'' - 318,5

519,1

1\.0р0иЫ\0 ии ІіиІТІОріьХ

Мещеряков Эдуард Юрьевич - доцент, кандидат технических наук, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова. Сараскин Александр Викторович - главный инженер Учалинекого подземного рудника ОАО «Учалинский горно-обогатительный комбинат». 247,9 229,6 468,5 3816

''Коммунар'' - 1222,4

''Центральная'' 401,9 4155,2

Всего 902,4 11658,7

--------------------------------------- © Ю.П. Капленко, Е.И. Логачев,

Н.И. Ступник, М.И. Кудрявцев,

2005

УДК 622.354.3(0 48.8)

Ю.П. Капленко, Е.И. Логачев, Н.И. Ступник, М.И. Кудрявцев

ПОВТОРНАЯ ОТРАБОТКА ЖЕЛЕЗНЫХ РУД И ДОБЫЧА СОПУТСТВУЮЩЕГО МИНЕРАЛЬНОГО СЫРЬЯ НА ШАХТАХ КРИВОРОЖСКОГО БАССЕЙНА

Семинар № 13

ассмотрена возможность отработки ра--шГ нее потерянных запасов железной руды на вышележащих горизонтах, коммуникации которых позволяют дополнительно отрабатывать ограниченные участки залежей сопутствующего минерального сырья.

Интенсивное понижение уровня очистных работ вызывает необходимость изыскания дополнительных объемов полезных ископаемых, извлечение которых будет компенсировать снижающуюся в связи с отработкой запасов первой ступени вскрытия годовую производительность железорудных шахт.

Проблемы совершенствования технологии вторичной отработки железных руд в условиях Криворожского бассейна возникали и ранее, как правило, в периоды истощения запасов руд на дорабатываемых горизонтах. Характеристика

объемов добычи при повторной отработке железных руд в бассейне представлена в табл. 1 [1].

Как видно из таблицы, объемы железной руды, условно отнесенные к категории подлежащих повторной отработки, составляют несколько годовых производительностей шахт. Поэтому решение задач, связанных с изысканием эффективной технологии отработки железных руд на ранее эксплуатируемых горизонтах, является весьма актуальным.

Для снижения капитальных затрат и времени на восстановление транспортных коммуникаций ранее отработанных горизонтов предлагается осуществлять на них повторную отработку полезного ископаемого с применением самоходного погрузочно-доставочного оборудования. Принципиальная технология отработки ограниченных участков потерянных железных руд при этом может выглядеть следующем образом (рис. 1).