CC BY
53
№№ п/п Показатели Варианты
I II III IV
1 Относительная глубина вскрыши торфов, X 0 0,43 0,53 0,61
2 Срок отработки запасов месторождения, Т, годы 29 19 15 13
3 Критерий ЧДД, млн.у.е. 17,97 31,99 38,53 32,72
Общий вид этой зависимости свидетельствует о том, что для рассмотренных конкретных условий оптимальным вариантом селективной технологии является вариант с относительной глубиной вскрыши торфов Л = 0,53.
Данная методика определения оптимальных параметров селективной технологии дражных разработок россыпных месторождений является универсальной,
1. Сборовский В.В. Определение предельной глубины вскрыши торфов на дражных разработках. Изв. ВУЗов,”Цвеиная металлургия”, 1960, №5.
2. Астахов А.С., Краснянскж Г.Л., Малышев Ю.Н., Янковский А.Б. Экономика горного предприятия. Горная микроэкономика. М., Изд. АГН, 1997.
3. Наваандовдон Б., Хныкин В.Ф. Оценка эффективности использования драг в процессе черпания горных пород.’Торный журнал”, 2002, № 9.
т.к. она базируется на расчетных уравнениях, отражающих ранее выявленные закономерности.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. Наваандовдон Б., Хныкин В.Ф. Влияние параметров селективной технологии дражных работ на сроки отработки месторождений. ’Торная промышленность”, 2002, № 3.
5. Наваандовдон Б. Обоснование параметров селективной технологии дражной разработки россыпных месторождений. Автореферат дисс. на соискание уч. степени канд. техн. наук, М., МГГРУ, 2003.
— Коротко об авторах -------------------------------------------
Хныкин В. Ф. — Московский государственный геолого-разведочный университет.
------------------------------------- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
ЧИТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ГИЛЬФАНОВ Марат Рафаэльевич Геодинамическая оценка, прогнозирование и управление состоянием геоэкологической безопасности нагорных отвалов 25.00.36 к.т.н.
© Х.И. Аглюков, 2004
УДК 622.831 Х.И. Аглюков
СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ГОРНЫМ ДАВЛЕНИЕМ
Семинар № 12
ш Ш овышение эффективности отработки
.Л-Л. запасов месторождений в охранных целиках является важной народнохозяйственной задачей. По мере развития горных работ на горнодобывающих предприятиях прослеживается увеличение доли запасов попадающих в охранные зоны по различным причинам. Консервация запасов в охранных целиках сказывается неблагоприятным образом на экономических показателях горнодобывающих компаний. Проблема эффективной расконсервации стоит достаточно остро для многих предприятий. Особенно проблематичным становится решение для недостаточно ценного минерального сырья. Если при отработке ценных руд эта проблема решается с использованием достаточно хорошо апробированной технологии с монолитной закладкой, то в случае менее ценного сырья применение данной технологии зачастую не приемлемо в последние годы по экономическим соображениям. И если лет двадцать назад ставился вопрос применения технологии с монолитной закладкой при отработке черных руд (охранный целик под ВМЗ, НТМК, шахта «Магнезитовая» и др.), то в настоящее время даже при выемке полиметаллических руд данная технология оказывается просто нерентабельной. Так на месторождениях Иркутского полиметаллического комбината традиционная технология с закладкой в настоящее время заменена более дешевыми системами с обрушением.
Вместе с тем, эффективной альтернативы технологии с закладкой при отработке запасов в охранных целиках настоящее время нет. Технология с твердеющей закладкой решает две задачи: полноты извлечения полезного ископаемого; сохранности подрабатываемой территории, однако как инструмент управления горным давлением реализуется не в полной мере, особенно при отработке пологопадающих и наклонных месторождений.
Неблагоприятным фактором при технологии с твердеющей закладкой становится отработка запасов разделительных целиков по мере развития фронта работ. По данным исследований ученых ВНИМИ, на рудниках Норильского ГМК возникают серьезные проблемы с поддержанием выработок, расположенных в зонах опорного давления. Как правило, используются различные варианты усиленной крепи выработок. При этом зачастую фактические размеры выработок существенно увеличивают-
ся (до 25-40 %) по сравнению с проектными [2]. Для повышения устойчивости используются различные варианты усиленной крепи выработок. В целом же, несущая способность искусственных массивов реализуется недостаточно. Так на Октябрьском месторождении динамические формы проявления горного давления заключается в том, что с глубины 700 м в нетронутом массиве, вне зоны влияния очистных работ возникает шелушение, интенсивное заколообразование и стреляния на обнажении одиночных выработок. Глубина разрушения контура выработок достигает 15-20 см, толщина пластин при этом изменяется от 3 до 10 см. На глубинах 700 м и более в зонах опорного давления, особенно в местах пересечения подготовительных выработок, происходят горные удары с разрушением приконтурного массива. Разрушение массива сопровождается образованием и ростом трещин, которые распространяются субпараллельно контуру выработок.
По мере отработки разделительных массивов широтными фронтами и увеличения площади отработанных полей за счет соединения площадей шахтных полей 1 и 2 на руднике отмечены динамические проявления горного давления в форме толчков сравнительно небольшой энергии. Анализ сейсмической активности показал, что 60% толчков произошло в зонах сопряжения меридиональных и широтных фронтов в РМ-1, 20%- в отработанном пространстве, 20%- в нетронутом массиве. Учитывая, что выработанное пространство заложено твердеющей закладкой, смещения блоков, а соответственно и сейсмическая энергия -сравнительно небольшие, относительно месторождений, где работы ведутся с открытым очистным пространством.
В целом же, несущая способность искусственных массивов реализуется недостаточно, вследствие отсутствия надлежащего контакта с налегающим массивом по всей площади подработки. Но все же, главным фактором является недостаточная несущая способность твердеющей закладки и наличие недозакладки выработанного пространства. Модуль упругости закладки на порядок меньше модуля рудных целиков - в таких условиях совместная их «работа» при ограниченных размерах подработки невозможна. Главным несущим элементом остаются рудные разделительные целики. В силу этого при технологии с твердеющей закладкой коэффициент концентрации напряжений в опорной зоне достигает трехкратного значения
уН, а напряжения в искусственном массиве 0,30,4 уН даже в условиях полной подработки. Искусственный массив в этой ситуации не является полноценным несущим элементом.
Выход из сложившегося положения видится в применении принципиально иного способа закладки выработанного пространства и управления горным давлением. При котором роль искусственного массива как полноценной реакции отпора была бы в полной мере реализована как активного элемента. В основе создания предварительно напряженных искусственных массивов лежит технология уплотнения породной отсыпки, применяемая в дорожном строительстве. Применение виброкатков, по опыту строительства дорог, представляется перспективным при возведении высокоплотных искусственных массивов под охраняемыми объектами вместо монолитных массивов. Виброкатки используются при сооружении высокоплотного земляного полотна и при уплотнении асфальтобетонных смесей. Высокая производительность уплотнения тяжелых скальных пород (700-1000 м3/ч) и низкая себестоимость уплотнения - до 500 руб/маш*ч, свидетельствуют о высокой эффективности технологии уплотнения. Это подтверждается более чем тридцатилетним зарубежным опытом строительства дорог с использованием этой технологии. ЗАО «Южуралавтобан» (г.Магнитогорск) имеет десятилетний опыт строительства дорог первой и второй категории с использованием технологии виброуплотнения. Наиболее эффективными является оборудование фирм LNGERSOLL-RAHD ABG (Германия), Caterpillar:
- DD-74 (гладко вальцовый для уплотнения асфальто-бетона);
- ABG-100 (одно вальцовый, для уплотнения грунтов);
- ABG-PRO-PAC (кулачковый, одно вальцовый).
Все они оснащены системой плавного регулирования частоты колебаний вибратора и двухступенчатым переключателем амплитуды колебаний. При частоте колебаний 29 и 35 Гц, амплитуде - 1,8/0,9 и 1,84/0,82 мм, центробежная сила 320/250 кН, масса катка 18016 (BOMAG BW 217D-2).
Использование этой технологии позволяет отказаться от строительства мощных закладочных комплексов. По опыту шахты «Магнезитовая» достаточно одного финского мобильного бетонного узла, производительностью до 100 м3 закладочной смеси в час. Отпадает потребность в среднем и мелком дроблении скальных пород, используемых в качестве заполнителя, снижается удельный вес твердеющей закладки до 15-20 % от общего объема искусственного массива. При закладке выработанного пространства используется отвальный доломит пошедший одну стадию крупного дробления фракции 0- 160 мм. Доставка доломита в очистные заходки осуществляется подземными 20 т самосвалами типа МоАЗ. Часть очистной заходки на ширину до четырех метров, которая в последующем будет обнажаться в боковой плоскости с одной стороны, отсыпается одновременно с жесткой твердеющей смесью, доставляемой также самосвалами. Отработка запасов производится слоевой системой разработки. Основные требования к применению технологии с уплотненной породно-твердещеюй закладкой по горнотехническим условиям аналогичны условиям применения слоевой системы разработки. Параметры очистной ленты: площадь обуриваемого забоя - до 50 м2; ширина ленты - до 10 м. Расположение лент вкрест простирания залежи при отработке мощных рудных тел. После завершения отработки запасов одной ленты начинается послойная отсыпка и уплотнение породно-твердеющей закладки, толщиной 0,6-0,7м. Послойная укладка и «забивка» закладки фактически до состояния «нетронутого» естественного массива (плотность до 0,95-0,98 по Проктору) качественно изменяет роль искусственного массива. Если при традиционной технологии монолитной закладки [3] закладочная смесь заливается в выработанное пространство с последующей усадкой массива в процессе твердения, то при технологии с уплотненной закладкой в прямом смысле забивается в выработанном пространстве. Искусственный массив в этом случае является активным несущим элементом и воспринимает давление пород висячего бока практически сразу, рис. 1.
Тип Наименование у 3 кН/м Е, МПа. ^сж ' МПа м И, МПа (р , ° С, кПа
I доломит 29 9200 192 0,29 192 40 1300
II магнезит 29 8300 110 0,25 110 40 8000
III уплотненная закладка 22-24 500 0,2 0 42 0
IV щебень карьера 16 50 0,2 0 42 0
у- объемная масса; Е- модуль упругости; тс -предел прочности на срез; р,- коэффициент Пуассона; Я- предел прочности на одноосное сжатие; ф- угол внутреннего трения; С- сцепление
Экспериментальные исследования влияния уплотненной закладки на напряженно-деформированное состояние массива были выполнены на моделях из эквивалентных материалов и методом конечных элементов для условий Гологорского участка Саткинского месторождения магнезита.
Расчеты взаимосвязи деформаций уплотненного массива и оседаний земной поверхности выполнены методом конечных элементов (МКЭ) для условий Гологорского участка (место ведения горных работ в настоящее время). Выбран наиболее характерный геологический разрез №22. Размеры моделируемого участка 600x400 м. Эмитировалась сплошная отработка залежи с выходом в карьер без оставления целика под его дном - как наименее благоприятный с точки зрения развития процесса сдвиже-
ния. В настоящее время под дном карьера оставлен 20 м рудный целик, размеры которого планируется уменьшить. В соответствии со схемой моделирования Гологорский карьер отработан и засыпан отвальным доломитом. В модели приняты четыре типа состояния горного массива (см. таблицу). С целью выявления давления в опорной зоне при максимальном развитии параметров подработки во второй расчетной схеме предполагалось оставление 20 метрового рудного целика. В расчетах модуль упругости в уплотненной породной закладки был принят равным 500 МПа - с запасом более 1,5, фактический модуль упругости уплотненной скальной закладки свыше 700 МПа.
Рис. 2. Концентрация напряжений в опорном рудном массиве и уплотненном искусственном массиве: а) вариант отработки с разделительным целиком целиком под дном карьера; в) без целика
По данным экспериментальных исследований МКЭ и физического моделирования на эквивалентных материалах коэффициент концентрации в опорной зоне не превышает
1,1-1,2 уН в случае оставления разделительного целика и достигает максимального зна-чения;1,3-1,5 уН при отсутствии разделительного целика- консольный тип подработки, рис. 2. Разработанная технология не оказывает существенного возмущающего воз-
Рис. 1. Принципиальная схема управления горным давлением
действия на естественное напряженное состояние массива, качественно повышает эффективность управления горным давлением. Напряжение в искусственном массиве достигает значения уН уже при пролетах подработки 50-70 м.
Разработанная технология благоприятным образом сказывается на геомеханической ситуации отрабатываемого месторождения, особенно при отработке сложных, нарушенных участков.
Уплотненный породно-твердеющий искусственный массив является высоко эффективным, действенным инструментом управления горным давлением. Внедрение настоящей технологии в горнодобывающую отрасль позволит повысить качество технологии закладочных работ, повысить эффективность управления горным давлением, особенно при отработке мощных наклонных месторождений в охранной зоне.
1. Аглюков Х.И. Совершенствование технологии закладочных работ. Горный журнал, 2003, № 1. с. 35-39.
2. Поддержание горных выработок глубоких рудников Норильска при условии зонального разрушения пород. /Бадтиев Б.П., Рева В.Н., Розенбаум М.А.//Горная
----------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
геомеханика и маркшейдерское дело: Сб. науч.
тр./ВНИМИ. - СПб., 1999. - с.175-178.
3. Закладочные работы в шахтах: Справочник. /Под ред. Д.М. Бронникова, М.Н. Цыгалова.- М.: Недра, 1989.- 400с.
— Коротко об авторах -------------------------------------
АглюковХ.И. - Магнитогорский государственный технический университет.
© И.Л. Гуменик, А.И. Панасенко, Ю.Д. Баранов, В.Д. Шурыгин,
2004
УДК 621.867.7
И.Л. Гуменик, А. И. Панасенко, Ю.Д. Баранов,
