Основные направления рационального освоения месторождений криолитозоны с кластерной организацией рудного вещества Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

АТ = АТ' erfc

m J

ч с (-# )

\АТ" -AT')erfc

\ т m j J

ZI с (т-Т-# )

При условии:

%1=4лАг2/тц ¡ст; Ъ>2 =4яАг2/тц2ст; т = 4лМ/спт2; т = 4М/с„т2; где ст - объемная теплоемкость воды, Дж/м-К; сп - объемная теплоемкость пласта, Дж/м-К; с - объемная теплоемкость пород, Дж/м-ч-К; г - расстояние от скважины, м; т - мощность пласта, м; ^

- общее время нагнетания, ч; ^ - продолжительность первой стадии обработки, ч; Ц! - средний темп нагнетания теплоносителя, м3/ч;

- темп нагнетания во второй стадии, м3/ч.

Промышленные эксперименты показали, что угольный пласт остывает медленнее, чем заканчивается освоение скважины и восстанавливается газопроницаемость пласта. Совершенно элементарными и физически понятными средствами нами достаточно строго определены температурные профили на границе и в газифицируемом угольном пласте. Из физических соображений оценены границы применимости самого метода и численных методов. Использование для решения только операций интегрирования позволяет строить устойчивые вычислительные и визуализирующие алгоритмы в развитых программных средах.

--СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Черняк И.Л., Ярунин С.А. Управление состоянием массива горных пород.

М.: Недра, 1985. - 396 с. ЕШ

— Коротко об авторах -

Макаров В.В. - Технический институт (ф) ЯГУ, г. Нерюнгри, Иудин М.М. - кандидат технических наук, Институт горного дела Севера СО РАН, г. Якутск.

-© 1 .П. неону 1UU, 2008

Г. П. Необутов

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЦИОНАЛЬНОГО ОСВОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КРИОЛИТОЗОНЫ

268

С КЛАСТЕРНОЙ ОРГАНИЗАЦИЕЙ РУДНОГО ВЕЩЕСТВА

Основными особенностями эксплуатации месторождений с кластерной организацией рудного вещества (КОРВ) являются, во-первых, стадийность их разработки (добыча в одни периоды только обособленных в пространстве зон концентрации полезных компонентов, в другие - руды, перешедшие в категорию кондиционных); во-вторых, сознательная подработка рудного массива, предназначенного для последующего извлечения, горными работами первой стадии; в-третьих, обязательное выполнение условия сохранности подрабатываемого массива в статическом равновесии; в-четвер-тых, образование дополнительных деформаций в подработанном массиве, которые необходимо учитывать при ведении горных работ в будущем.

Установленные особенности эксплуатации месторождений криолитозоны с КОРВ предполагают изыскание эффективных и научно обоснованных геотехнологий из класса систем разработки с закладкой выработанного пространства, в частности, с использованием льдопородных опор в зоне распространения многолетней мерзлоты.

К основным преимуществам технологии относятся высокое извлечение минерального сырья при эффективном поддержании выработанного пространства без сооружения закладочных комплексов и использования дорогостоящих материалов, необходимых при применении твердеющей закладки на цементной основе; использование имеющихся минерально-сырьевых ресурсов, материально-технической базы и природно-климати-ческих особенностей; возможность комбинирования системы разработки с льдопородной закладкой с мобильными, недорогими вариантами других систем для отработки участков месторождений с относительно низким содержанием полезного ископаемого; снижение ущерба окружающей среде уменьшением площадей породных отвалов.

Выявлено, что закладка выработанного пространства промораживаемыми породами имеет ряд преимуществ перед другими видами погашения пустот и с технологической точки зрения.

269

При закладке выработок промораживаемыми породами незаполненное подкровельное пространство заливается водой, которая при замерзании увеличивается в объеме на 9% и создает дополнительный подпор налегающих пород, что обуславливает более эффективную работу смерзшегося массива как крепи выработки по сравнению с другими видами закладки (твердеющей, сухой, гидравлической и др.).

Установлено, что модуль упругости пород кровли месторождений криолитозоны обычно превышает модуль упругости льдопо-родной закладки порядка в 3 раза, в связи с чем при выемке вторичных камер вследствие податливости смерзшихся целиков происходит разгрузка давления массива налегающих пород и повышается устойчивость кровли смежных отработанных камер.

Промораживание закладочных пород при температуре -20 0С и ниже дает возможность работать на поверхности закладки уже через 2-3 часа - проходить выработки в висячем и боковом массивах пород, проводить какие-либо работы по укреплению возводимой закладки и т. д.

Исследования свойств образцов льдопороды, сформированных послойным намораживанием при различных термовлажностных условиях, показывают большой разброс пределов прочности на одноосное сжатие - от первых единиц до 8,7 МПа Указанное обстоятельство предполагает возможность создания разнопрочных закладочных массивов, т. е. использовать их несущую способность в мерах необходимости и достаточности. Относительно высокая прочность льдопородной закладки предполагает также возможность ее использования в роли искусственной потолочины, что значительно расширит область применения.

Система разработки с льдопородной закладкой с выемкой слоев ортами-заходками относительно небольшой длины и сечения обуславливает мобильность технологии, позволяет эффективно управлять кровлей. При отработке залежей с КОРВ заходками представляется возможным выявление участков с разнокачественной рудой. При повторной отработке залежи можно использовать выработки первой стадии разработки, заполненные смерзшимися породами, причем в качестве закладочного материала можно применять не пустые породы, а некондиционную на данный период руду. Опыт разработки месторождения Бадран с льдопородной за-

270

кладкой показывает, что проведение выработок в искусственном массиве менее трудоемко, чем по породному.

Поисковое конструирование вариантов вскрытия месторождений с КОРВ выявило целесообразность использования наклонных выработок, например, петлевых, диагональных, спиральных съездов, преимуществом которого являются уменьшение расстояния транспортирования руды от забоев к съезду, уменьшение числа перегрузок, например, вместо двухступенчатого - одноступенчатое вскрытие, использование наклонных выработок с самоходным транспортным или конвейерным оборудованием, применение для вентиляции отдельных стволов или шурфов, а также возможность проведения соединительных выработок на любой участок (кластер) залежи.

Общее представление о схеме выемки залежей с кластерной организацией рудного вещества слоями с льдопородной закладкой можно составить из приведенного рисунка.

Основные направления предлагаемого подхода к рациональному освоению месторождений криолитозоны подземным способом с кластерной организацией рудного вещества состоят в следующем:

- критерий рационального использования запасов - максимальный выход товарного металла (последняя стадия передела) из всех запасов месторождения (кластеров, рядовых руд) при обеспечении положительных показателей рентабельности производства;

- коренное совершенствование опережающего и сопровождающего эксплуатационного и технологического опробования; технологического картирования руд; реализация концепций эксплуатационных кондиций и внутрирудничной предконцентрации минерального сырья; развитие рациональных комбинированных схем селективной выемки руд и внутрирудничной предконцентра-ции; мобильных модульных систем и ком-

271

1 2 3 4 5 6 7

Принципиальная схема выемки залежей с кластерной организацией рудного вещества слоями с льдопородной закладкой: 1 - участки залежи с кондиционной рудой; 2 - льдопородная закладка; 3 - очистная выработка (камера, заходка); 4 -наклонная вскрывающая выработка (спиральный съезд, ствол); 5 - соединительная выработка (полевой штрек, орт, заезд); 6 - участки залежи с некондиционной рудой; 7 - соединительная выработка для следующего слоя

плексов добычи, наземного и подземного дробления, измельчения и обогащения руд и др.

- использование при вскрытии месторождений наклонных выработок;

- применение эффективных и научно обоснованных геотехнологий из класса систем разработки с закладкой выработанного пространства, в частности, с использованием льдопородных опор в зоне распространения многолетней мерзлоты;

- технология горных работ должна строиться следующим образом: участки ценных руд должны отрабатываться системами с максимально возможными показателями извлечения металла из недр (послойная выемка кластеров ортами-заходками с льдопородной закладкой). При отработке рядовых руд предпочтение может быть отдано системам с несколько худшими показателями извлечения, но с более благоприятными стоимостными показателями за счет массовых объемов добычи;

272

- освоение разнокачественных участков месторождения должно проводиться исходя из условия получения максимального экономического эффекта с учетом фактора времени на основе экономико-математического моделирования оптимального развития горных работ.

Полученные результаты исследований, изложенные основные направления могут явиться основой для практического использования мобильных геотехнологий рационального освоения недр криолитозоны, адаптированных к кластерной организации рудного вещества, ггш

— Коротко об авторе -

Необутов Г.П. - кандидат технических наук, ст. Научный сотрудник, ИГДС СО РАН, г. Якутск.

Д

273