CC BY
27ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД
энергоемкость дробления с увеличением числа циклов замораживания-оттаивания уменьшается.
Выводы. Экспериментальными исследованиями установлено, что прочность и удельная энергоемкость разрушения карбонатных пород и кимберлита алмазных месторождений Якутии при отрицательных температурах в зоне интенсивных фазовых переходов поровой влаги существенно ниже, чем при положительных комнатных температурах. В диапазоне температур от 273 до 253 К происходит резкое снижение прочности пород и удельной энергоемкости дробления, что обусловлено температурными деформациями составляющих минералов и ростом кристаллов порового льда. Дальнейшее понижение температуры приводит к увеличению прочности породы.
При циклическом температурном воздействии на карбонатные породы с алмазных месторождений Якутии удельная энергоемкость дробления снижается в 2 раза и более уже после 3-5 циклов замораживания-оттаивания.
Литература
1. Барон Л.И., Коняшин Ю.Г., Курбатов В.М. Дробимость горных пород. - М.: Изд-во Академии наук СССР, 1963. - 168 с.
2. Каркашадзе Г.Г. Механическое разрушение горных пород. - М.: Изд-во МГГУ, 2004. - 222 с.
3. Курилко А.С. Экспериментальные исследования влияния циклов замораживания-оттаивания на физико-механические свойства горных пород. - Якутск: ЯФ ГУ «Изд-во СО РАН», 2004. - 154 с.
УДК 622.112
Оценка и пути улучшения показателей извлечения запасов при подземной разработке рудных месторождений Якутии
В.П. Зубков
Приведен анализ показателей извлечения запасов при подземной разработке рудных месторождений Якутии и путей повышения эффективности отработки рудных тел в условиях неустойчивых вмещающих пород. Для существенного улучшения показателей потерь и разубоживания предложена система разработки с гибким разделяющим перекрытием.
Analysis of the parameters of the extraction of reserves for underground mining of ore deposits in Yakutia is presented. The ways of the increase of efficiency of mining of ore bodies in unstability of the embedding rocks are given. The method of working with flexible separating ceiling has been suggested to decrease losses and dilution.
Ключевые слова: подземный способ, рудные тела, разубоживание, штрехи.
Перспектива развития минерально-сырьевого комплекса Республики Саха (Якутия) связана с освоением подземным способом рудных месторождений, таких как: золоторудные Нежданин-ское, Кючюс, Куранахское рудное поле; оловоруд-ные Чурпунньа, Депутатское; полиметаллическое Верхнее-Менкече; сурьмяные Сарылах, Сентачан и т.д. Данные месторождения находятся, как в зоне многолетней мерзлоты, так и на подмерзлот-ных горизонтах.
ЗУБКОВ Владимир Петрович - к.т.н., зам. директора по науке ИГДС СО РАН.
Оценка фактических показателей полноты и качества извлечения запасов месторождений имеет важное значение для дальнейших исследований в области повышения эффективности разработки месторождений Севера на основе рационального извлечения запасов ценных полезных ископаемых.
Анализ показателей извлечения при добыче на ведущих горнодобывающих предприятиях Республики Саха (Якутия) при существующих и нетрадиционных (с гибким синтетическим перекрытием, с льдопородной закладкой, с селективной выемкой, блоками увеличенной длины
и т.д.) системах разработки в различных горногеологических условиях за 15-летний период показал, что показатели потерь и разубоживания изменяются в следующих пределах:
1. Система с магазинированием руды: П = 5-16,2%; Я = 9,6-44,7%.
2. Система подэтажных штреков: П = 4-8%; Я = 16-44,1%.
3. Сплошная система: П = 4-10,5%; Я =30,5-
59%.
4. Камерно-столбовая система: П = 28-31%; Я = 32,5-35%.
Основные причины образования потерь и разубоживания по системам разработки:
Система с магазинированием: потери - в конусах оставшейся руды в блоке между выпускными орт-заездами (в том случае, если нет возможности их выемки), при отработке междукамерных целиков и потолочин.
Наибольших значений потери достигают при отработке рудных жил в зоне переходных температур и подмерзлотных горизонтах, где резко сни-
Рис. 1. Влияние мощности рудного тела на разубоживание (рудники «Сарылах», «Юрский», «Западный», «Лебединый»): А - при системе с магазинированием; В - при сплошной системе
релируют между собой. На подмерзлотных горизонтах увеличивается разубоживание, так как в этом случае добавляется так называемое вторичное разубоживание от вмещающих пород, отслоение которых происходит в процессе генерального выпуска руды из блока.
Система подэтажных штреков. Применяется при отработке мощных и средней мощности крутопадающих рудных тел, залегающих в зоне многолетней мерзлоты, где обеспечивается достаточная устойчивость пород вмещающего массива. Потери при этом изменяются в незначительных
жается устойчивость вмещающих пород (жила №14 Нежданинского месторождения (12,5%); рудное тело №1 Сарылахского месторождения (16,2%). Резкое увеличение объясняется тем, что при генеральном выпуске руды из блока в условиях неустойчивых пород висячего бока происходит его преждевременное обрушение и, как следствие этого, невозможность выемки запасов потолочины блока. Кроме того, ухудшаются условия отработки междукамерных целиков из-за наличия двух контактов с обрушенными вмещающими породами в отработанных блоках. Возрастают также потери в пространстве между выпускными орт-заездами из-за преждевременного достижения предельного разубоживания при выпуске руды. Анализ показал, что устойчивой корреляционной зависимости между потерями руды, углом падения и мощностью рудного тела нет. Разубоживание существенно зависит от мощности отрабатываемой жилы. Характер полученной закономерности приведен на рис. 1 и 2.
Угол падения и разубоживание также не кор -
Рис. 2. Влияние мощности рудного тела на разубоживание (для условий Нежданинского месторождения) А - при системе с магазинированием; В - при системе подэтажных штреков
пределах и образуются в основном в пространстве между выпускными выработками днища блока. Разубоживание определяется мощностью рудного тела и параметрами скважинной отбойки камерных запасов (рис. 2).
Наименьшие показатели отмечены при отработке рудной зоны №1 Нежданинского месторождения, наибольшие - рудного тела №1 Сарылахского месторождения в неустойчивых вмещающих породах, что говорит о нецелесообразности применения указанной системы на подмерзлотных горизонтах. Слабая устойчивость вмещающих
пород не допускает больших пролетов обнажения пород висячего и лежачего боков рудного тела, что является необходимым условием при применении системы подэтажных штреков.
Сплошная система разработки применяется при отработке пологопадающих рудных тел средней мощности и мощных (рудник «Лебединый», рудник «Юрский»). Потери при этом образуются за счет оставления запасов руды в целиках на границе с вентиляционным и откаточным штреками. В том случае, когда отпадает необходимость в использовании той или иной горной выработки, производится их частичное извлечение (не более 50%). Разубоживание, как и в предыдущих случаях, зависит в основном от мощности рудного тела, характер изменения показан на рис. 1. Наибольших показателей разубоживание достигло при отработке жилы №3а Юрского месторождения (мощность жилы 0,86 м). Устойчивой корреляционной зависимости влияния угла падения на потери и разубоживание не установлено.
Камерно-столбовая система разработки. Применялась на руднике Бадран АО «Индигир-золото» при отработке зоны «Надвиговая». По-
тери руды при указанной системе формируются в междукамерных целиках. После окончания отработки соответствующего горизонта производится частичная их отработка, однако потери остаются на уровне 30-31%, что нерационально в условиях разработки месторождений ценных руд на Северо-Востоке России. Разубоживание находится на уровне 30-35% и зависит от мощности рудного тела и устойчивости пород вмещающего массива.
В ИГДС СО РАН разработан ряд нетрадиционных технологий, позволяющих существенно улучшить показатели потерь и разубоживания по сравнению с существующими, без существенного снижения производительности труда и повышения себестоимости добычи руды.
Показатели полноты и качества извлечения запасов, достигнутые при внедрении указанных технологий на горнодобывающих предприятиях Республики Саха (Якутия), приведены в табл. 1.
Кроме того, проведена оценка уровня извлечения запасов междукамерных целиков (МКЦ) и потолочин на основании обработки фактических данных показателей потерь и разубоживания при
Таблица 1
Показатели полноты и качества извлечения запасов
Золоторудное месторождение Применяемая технология Показатели извлечения, %
потери разубоживание
Нежданинское Система с магазинированием и гибким синтетическим перекрытием 4,0 6,5
Бадран Камерная с льдопородной закладкой 7,0 10,0
Комбинированная система разработки 5,0 10,6
Оночалах Система отработки блоками увеличенной длины 8,4 11,2
Система с селективной выемкой руды 3,5 8,4
Основные показатели полноты и качества извлечения запасов МКЦ и потолочин
Золоторудное месторождения МКЦ Потолочина
потери, % разубоживание, % потери, % разубоживание, %
Нежданинское 15-20 35-40 8-9 12-13 36-38 45-50 8 - 9 9-12
Рудник «Западный» 30-40 10-15 40-50 10-12
Рудник «Оночалах» 10-15 25-30 25-30 20-24
Рудник «Сарылах» - - - -
35-45 28-34 45-50 25-30
Рудник «Чурпунньа» 15-25 18-20 25-30 15-20
Примечание. В числителе показатели при отработке в зоне многолетней мерзлоты, в знаменателе то же на подмерзлотных горизонтах.
Таблица 2
подземной отработке рудных тел на месторождениях РС(Я) в зоне многолетней мерзлоты и на подмерзлотных горизонтах (АО «Нежданинское золото», рудники «Западный», «Оночалах», «Са-рылах», «Чурпунньа»).
При этом отработка осуществлялась системами с магазинированием и подэтажными штреками.
Анализируя существующие показатели полноты и качества извлечения запасов МКЦ и потолочин на месторождениях РС(Я) (табл. 2), можно сделать вывод, что потери и снижение качества руды (разубоживание) достигают 35-50%, что недопустимо при добыче высокоценной руды, т.к. удельный вес добытой из них руды достигает 2530% от всех запасов. В связи с этим становится ясно, насколько существенна степень их влияния на общие ТЭП подземной отработки.
Повышение эффективности отработки крутопадающих рудных тел малой и средней мощности в условиях слабой устойчивости вмещающих пород в настоящее время осуществляется по следующим направлениям:
- применение систем разработки с закладкой горизонтальными слоями (твердеющая, сухая, льдопородная);
- использование системы разработки с распорным креплением;
- введение в систему с магазинированием дополнительных мероприятий по управлению устойчивым состоянием пород висячего и лежачего боков рудного тела, например, оставление вну-трикамерных целиков и рудной корки толщиной 1-1,5 м по висячему боку, применение коротких блоков по 15-20 м, штангового крепления, заполнения части камеры отсортированной породой, использование замагазинированной руды в качестве временной закладки.
Анализ приведенных выше перспективных технологий отработки высокоценных руд показал, что они:
во-первых, предопределяют отработку запасов в две стадии: 1 стадия - отработка камерных запасов; 2 стадия - отработка МКЦ и потолочин (существенный недостаток, так как в практике горных работ имелись случаи, когда в процессе генерального выпуска происходило отслоение пород висячего бока по мере увеличения его пролета обнажения, что затрудняло, а в некоторых случаях делало невозможным [1] выемку запасов потолочины и междукамерных целиков. Это подтверж-
дается расчетами, а также натурными наблюдениями [2] за процессом выпуска руды при отработке Нежданинского месторождения в подмерзлотной зоне системами с магазинированием);
во-вторых, обеспечивают в определенной мере улучшение показателей извлечения только камерных запасов блока. В отношении выемки МКЦ и потолочин говорится лишь о том, что извлечение составляет 40-50% (в лучшем случае), т.е. все вышеперечисленные технологии не решают вопрос качественной выемки запасов МКЦ и потолочин.
По нашему мнению, такой подход неприемлем для отработки ценных руд на месторождениях Севера.
Высокие показатели полноты и качества извлечения запасов МКЦ и потолочин обеспечивают системы с закладкой выработанного пространства. Однако, как показали ранее проведенные исследования, в настоящее время применение систем с твердеющей закладкой нецелесообразно при отработке руд цветных металлов на месторождениях Севера, т.к. затраты на закладочные работы не окупаются снижением показателей потерь и разубоживания.
Попытка заменить твердеющую закладку на льдопородную при отработке крутопадающих рудных тел средней мощности на Наталкинском месторождении (Магаданская область) успеха не имели, так как опытная технологическая схема оказалась неконкурентоспособной в сравнении с использованием замагазинированной руды в качестве временной закладки.
Основным направлением повышения эффективности выемки МКЦ и потолочин, в частности, при системе с магазинированием руды, по нашему мнению, является введение в технологическую схему элемента «гибкое синтетическое перекрытие». При этом отработка МКЦ и потолочин может быть осуществлена не во вторую стадию, как это принято в настоящее время на рудниках Якутии, а одновременно с отработкой камерных запасов, что позволит снизить количественные и качественные потери до 15-20%.
В ИГДС СО РАН разработан и защищен рядом авторских свидетельств вариант одностадийной системы этажного магазинирования с монтажом перекрытия в горизонтальной и вертикальной частях.
Данный вариант позволяет производить выемку запасов МКЦ и потолочин одновременно с
камерными запасами блока и сочетает в себе признаки, как класса камерных систем разработки (с магазинированием), так и класса с обрушением руды и вмещающих пород (одностадийность, как в системах подэтажного обрушения).
Литература
1. Опыт применения систем с гибким разделяющим перекрытием при разработке месторождений руд цветных металлов. - Фрунзе: Илим, 1981. - 35 с.
2. Гринев В.Г., Зубков В.П. Разработка рудных месторождений с применением гибких перекрытий. -Якутск: Изд-во ЯНЦ СО РАН, 1991. - 118 с.
УДК 539.4
Нелокальные критерии разрушения. Критерий фиктивной трещины
С.В. Сукнёв
Рассмотрены особенности применения нелокальных критериев, основанных на моделировании зоны предразрушения, в задаче о прочности твёрдого тела, содержащего концентратор напряжений, при растяжении и сжатии. Показаны преимущества и ограничения использования критерия фиктивной трещины.
Considered are some specific features of application for nonlocal criteria based on fracture process zone modeling in a strength problem of solid body containing a stress concentrator under tension and compression. Advantages and restrictions for using the fictitious crack criterion are shown.
Ключевые слова: прочность, твердое тело, критерий разрушения, фиктивная трещина, критическое напряжение.
Введение
В предыдущих работах [1, 2] были рассмотрены возможности применения традиционных критериев, критериев механики разрушения, а также некоторых нелокальных критериев в задаче о прочности твёрдого тела, содержащего концентратор напряжений.
Показано, что при проведении расчётов на прочность конструкций и сооружений из таких структурно-неоднородных материалов, как горные породы, высокопрочные металлические сплавы, композиты, бетон, чугун, механические и прочностные свойства которых подвержены сильному влиянию масштабного фактора, область применения традиционного подхода ограничена невысокими значениями коэффициента концентрации напряжений К,, характеризующего отношение эквивалентного напряжения ое в наиболее напряжённой точке тела к приложенному напряжению о.
Условие прочности имеет вид
G < Gn.
е 0
(1)
СУКНЕВ Сергей Викторович - д.т.н., с.н.с., зав. лабораторией ИГДС СО РАН.
Эквивалентное напряжение ое характеризует внутреннее напряжённое состояние тела, предельное напряжение о0 - стандартные механические свойства тела и полагается константой материала. Наступлению предельного состояния (разрушению) соответствует знак равенства в выражении (1), а критическое напряжение ос, при котором в наиболее напряжённой точке тела достигается предельное состояние, определяется выражением
о =0 . (2)
с К
При очень высоких значениях коэффициента концентрации напряжений используют подход линейной механики разрушения, в соответствии с которым предельное состояние оценивают на основе анализа распределения напряжений вблизи вершины концентратора напряжений (трещины). В качестве меры напряжённого состояния рассматривают не зависящий от координат коэффициент
