Геомеханическое обоснование разработки крутопадающих месторождений малой и средней мощности в зонах расслаивания пород Милетенко, Игорь Васильевич

Введение к работе

Актуальность проблема. Растирание и укрепление минерально-сырьевой базы неразрывно связаны с освоением крутопадающих мес-торозденкй цветных, редких и драгоценных металлов, представленных рудныш телами малой и средней мощности. В большинстве случаев юс разработка характеризуется ограниченным применением комплексной механизации, значительными затратам средств и труда на добычу-, высокими показателями потерь п раэубоживания. Эта тенденция усугубляется с переходом ведения горных работ на более глубокие горизонты и ухудшением горно-геологических условий.

Увеличение производства и ускорение темпов отработки месторождений немыслимы без глубоких знаний геомахаяичоских процессов, происходящих в массиве, и создании надежная способов их управления и контроля. Для управления этими процессами необходимы научно обоснованные метода расчета напряжений в смевший пород. Применяемые в настоящее время методы оценки геошханических условий разработки месторож-дений совершенно недостаточны для решения сложных практических задач по управлении горным давлением, так как не позволяют прогнозировать поведение массива при различных технологических схемах ведения очистных работ. Вакнооть прогнозных оценок диктуется и тем обстоятельством, что прт освоении новых рудных месторождений и реконструкции действующих,как правило, отсутствуют необходимые экспериментальные данные о напряженном состоянии нетронутого массива. Такое положение создает определенные трудности при разработке проектных решения и приводит к осложнениям для нормального технологического процесса выемки руд.

В значительной степени подобные проблемы возникают при эксплуатации рудных месторождений малой и средней мощности в зонах рассланцевания пород. К настоящему времени влияние фактора сланцеватости массива на развитие геомеханических и технологических процессов не исследовано. Это приводит к недостаточно обоснованному выбору направления развития горных работ и конструктивных параметров систем разработки. Поэтому установление закономерностей формирования напряженно-деформированного состояния рудного массива в зоне влияния рассланцевания пород, использование аналитических решений, основанных на общих полояениях г.^.ханики горных пород, и обобщении измерений и данных практики ведения горных работ позволит научно обосновать рациональное направление

развития разработки местороядений и создать метода определения конструктивных параметров технологических схем.

Вышеуказанное свидетельствует об актуальности решаемой в дассертавдонйой работе научной проблеш, имеющей важное народнохозяйственное значение и закличашееся в разработке геомехани-ческого обоснования рационального развития горных работ на крутопадающих мзстороадениях . малой и средней мощности в зонах j?ac-сланцевания пород.

Настоящая работа .выполнялась в соответствии с постановлением IKHT СССР от 2 апреля 1981 г. JS86, народнохозяйственным планом СССР, координационным планом ШЖОН РЖ, тематическими планами ИПКОЇЇ РАН (3.2.1,2,1) и ИГД HAH РК, в которых автор принимал непосредственное участие в качестве ответственного исполнителя и научного руководителя тем.

Целью работа является установление закономерностей формирования геомеханичеоких процессов в зоне рассланцевания массива и разработка на их основе технологических схем, обеспечивающих рациональное и безопасное развитие горных работ.

Основная идея, работы заключается в научно обоснованном учете' перераспределения напряжений в массиве горных пород с учетом динамики развития горвых работ при последовательной отработке горизонтов и я масштабе очистных камер, являющимся основой для постановки задач' по сдвижению.и организации натурных наблвдеяий по контролю за состоянием горных выработок.

Методы иссяэдованяй. Принят комплексный метод исследований, вклачавщйй анализ и научные обобщения опыта отработки крутопада-вдих месторондэняй малой й средней мощности, шахтные инструментальные каблвдания за смещением пород в окрестности выработок с помощью глубинных реперов, метод конечных .элементов для расчета напряженного состояния массива горных пород, метод последовательных циклов, учитывающий последовательность развития горных работ и залояения выработанного престранства, инженерный метод расчета нагруженности рудного и закладочного массивов, широкие промышленные испытания и технико-экономический анализ полученных результатов.

Объект исследований представляли месторождения Иртышского полиметаллического и Зыряновского свинцового комбинатов, горно-обогатительных комбинатов "Алгайзолото" и "Кзззолото".

Научные полонення, внносише на защиту;

I. Метод оценки теомеханических .условий разработки круто-2

падвіздях месторождений малок и средней мсзносгп у зоне;: расоаш-цовзния пород, ззклшаэтийся в предварительном расчете ііапр.'Гіє— ний и определении условий текучести массива, что является основой для постансвіаі задач до сдвляешпо и органно;^;цл" аахурных наблюдений.

1. Сланцеватость пород, в процессе разработки крутсподаюапз: рудных тел, вносит определенные условия на поведение маоенва,который не представляется опасным по фактору горных ударов, поскольку в силу сильной трещиноватостп массива, прячем благоприятной ориентации, начнет переходить б пластическое состояние, цэн этом размеры зоны пластического деформирования іімєіоі.' опрод-зд.^-сі-щео значение для выбора типа закладочного материал*- и обеспечен ния эффективной и безопасной отработки шетороэдонкй.

2. Инженерный метод расчета перераспределения напряжений и рудном массиве и массиве закладки, позволяющий осуществлять оценку геомеханкчееккх условий разработки месторождений мадоГ, к сродней модности в зонах раосланцевания пород, при упругом и пластическом деформирования среда.

3. При этанно-камерной системе разработки с эакладксЛ выработанного пространства характерна неравномерность деформирования целиков в процессе выемки первичных камер: по длине целика ~ кп-иболыпае деформации отмечаются в краевых частях j по висото -средняя часть целика более подвержена пластическому деформированию, чем нижняя.

4. Двухстадийнэя восходящая отработка рудной задела в зонах рассланцевания пород, при которой разделительный целик з центральной части рудного тата к моменту ого отработки будет находиться в пластическом состоянии и на представлять опасности динамических проявлений горного давленій.

5. В процессе разработки перекрывающихся по вертикали несколько рудных тел, разделенных меяду собой породным: целиками, массив горных пород будет находиться в состояния пластического деформирования, при этом отработка рудных тел не додана встретить осложнений по фактору' горного давления.

Лостогопносгь. Научные положения, выводи и рекомендации, сформулированные в работе, обоснованы комплексность» выполненных исследований, подгвергдены инструментальными наблюдениями, сходимостью результатов теоретических исследований с д~:'";імл опыт-но-промншленнчх испытаний, о таккэ пологлтельным эрсктом при

внедрении разработанных технологических схем ведения очистиш: рабо?. Точность інизнєрноі'о метода расчета концентрации нзпряка-нііії а плоском л Еространсгвэшюм случаям определялись па приме-. рате решения тєсїоекк задач. Расхождения полеченных данных с най-денніші: роаевикыл Беда¹» теории упругости и пластичности более строгими і.-:зїол,&:йіі нэ црзЕїснлЕ 20р. Это вкетонка допустимо для клогпд сракияаскіа задач, и его ыолчо принять в качестве оценки погрзияооі'і; рассмотренного метода расчета напряжений. Точность оцсшш с ііСдольговїіЛїіем нішанерксго ьмтода значительно повышается їз сочзкшпл с метод оді Еооледсвагальаыя циклов, когоркй позволяет лроьоддт-о псслздсэанне поведения ьасслва с учетом геомеха-ппческой рбстановкп при последовательной отработке горизонтов л в масштабе очпсгг-х ацработок.

ІІі2ііШі2.»ІІ2ДН1^2" ?етана научная проблема, вкдгкакщая оценку гбоцзХйЕКЧбекю: у ел овей разработки кр^топадакщюс месторождений 'калоЛ а средней мощности е колах раселаплавания пород, к ЕНбор тзїколопічоо:га:: схем, обеспечквгюис: рациональное к базопаенса развитие горних оабої. Вперше установлены закономерности поведения массива, приуроченного к зона?.; раселзнцавания пород в процесса отработки кругопздащих рудных тел малоіі и средней мощности г разработав инкенерний метод расчета перераспределения напряжений в рудном массива к массиве заіяадки при упругом и пластической поведении ереді:: установлен характер изменения напрялсен-ного состояния массива при двухсгадийкоы порядке отработки рудних залояей : проведена оценка геомаханичеекях ситуаций, возникающих при разработке перекрывающихся по вертикали нескольких рудных тел, разделенных между себой породными целиками ; ацделепа область наиболее опасны:: проявлений деформаций массива з условиях частичной подработка рудных тел ; установлена неравномерность деформирования пород в целиках при зтажно-камерной системе разработки с последующей закладкой выработанного пространства ; разработана система контроля, основанная на сопоставлении: фактических экспериментальных данных об изменениях в массиве с некоторыми расчетными значенпяик, принятыми за единицу сравнения.

Практическая ценность. Разработан инженерный метод расчета нагруяенности массива и массива закладки'/ позволяющий осуществлять оценку ге-омехаяических условий разработки кругопадащих местороадениЯ малой и средней мощности в зоне раосланцевания по-

"4

род. Обоснована возмогзесть двухотадикного воегод/дсго порядка отработки рудных тел, обеспечивавшего снгаэида трудозатрат, до-Еышение интенсивности работ, умоньгап-в потерь п разубсппжпя. Разработани рекомендации по повнтаяи::) устойчивости оуроглд ортов при этакно-камернои системо, разработки с ?.зкдадко:1 выработанного пространства. Установлена всзмонпссть увелтепнл помета обнажения "в перчотних и вторі леегі каиетззх до ЕС\? при опссомэ позтепннх штреков в зона повиесипого рзсслаїїЕсвпіМ.ч ітсро;г. При этом повидается производительность трудна¹ па отастннх работах, уменьшается объем подгс?свпгальііс-пзрезп'-г< работ. Предложен:! варианты системи разработки горизонтальні»:.-^-! слоями» гссртагндп: штреков о использованиям самоходного оборудования, при котор:г.с пскличается оставдепиэ надптрэкскя: и ггодпгтраксп;;-: полдков при переходе с горизонта на горизонт. Разработаны репсмендз-ипі по развитию горних работ в условиях частично'? подработки рудных тел, обеспечивавшие наиболее полнее :г>: извлечение. Предлагался система контроля за геомехаличеекпмд предоссггяі, позвеляотш получать достоверную информации о состоянии изееявя и заблаговременно принимать корн по обеспечения устойчивости геріпіх ВЛрабО"

ТОК.

Реализация работа. Результати проведенных исследований по сценке гоокеханпческиг условий рационального развития гарних рабо? при отработке ьасторокдопид мало!!, и средней модности в венах раселаицовакия пород внедряли на ряде горяодобыващтг- предприятий и передані: для использования в научяс-псслсдовстальскЕо л проектне— конструкторские институт.

Применительно к Иртышскому иесторовдешш разработаны я обоснованы рекомендации по вскрытию и отработке Юго-Восточной залежи з восходящем порядке, предложен вариант системы подэтааннх штреков с закладкой выработанного пространства с увеличенными каморами. Данные разработки использованы институтом "Казгипро-цветмат" при составлении проектов для проведения опытло-промыш-ленной проверки предлагаемых вариантов. В результате проведенных испытаний на Иртышском полиметаллическом комбинате получек фактический экономический оффект, подтвержденной актами внедрения, в сумме 274,33 ткс.руб., гарантированный эффект соста&дя-ет 418,7 тыс.руб.

Для условий Зыряновского свинцового комбината разработаны рекомендации по выбору конструктивных параметров этажно-камор-

ной систем: разработки с закладкой выработанного пространства яри отработке нижних горизонтов Северной промаоны, внедрение которых позволило повысить производительность труда на очистных рзботгх, уменьшить объем подготовительно-нарезных работ.

Горпо-обогэтителъным комбинатом "Алтайзолото" внедрены рекомендации, по обработке рудних тел I и 1а Васильевского место-ро.-кденпя открыто~подзе?.шм способом, что способствовало комплексности освоения глэсторозденкя, получен фактический экономический зі&ект, подтвердивший актами, в сумма 157,6 тыс. руб., га-ралтлроваишйі єфсГ.ект составил 167,5 тыс,руб.

?а::с»-/.зндапди по технологическим регламентам "Расширение руд-si'ihs. ''ЮбилеЙЕ'^і" Васкяакозского геряо-обогагятельного комбината,, "Отработка кэсторозданяя "Саяк-ІУ-, "Реконструкция рудникь "1о-v7H!.«Sev" горцо-обегатительнег'-, комбината "Казголохо" кспользова-нп институтом "Гикалмазгодото" при составлении проектов по роко-кструхаз! рудников с польз обеспечения рационального использования .мшзргльного ецрьл.

Нз базо проведенных исследовании разработаны к согласованы с Госгортэхнздзором Республики Казахстан 29.09.89г. дополнения к "Зремонкта правилам охрани сооружений от вредного влияния под-вемикх разработок на рудниках Джезказганского горно-металлурги-чоспого комбината", реглаа/энтируквда условия по частичной отработка запасов а охранных целиках стволов шахт к поверхностных сооружений.

/.пгоба'уя работы. Основные научные положения и результаты работы обсуадалцеь на конференции "Научно-технический прогресс в добывайсиг; отраслях промышленности" ( Свердловск,1975). Республиканской научке-технгнеской конференции "Повышение работ и совершенствование проветривания на горнодобывающих предприятиях Казахстана" (Караганда,1982), Республиканской научно-практической конференции (Актюбинск,1982), Республиканской конференции "Каучно-техлическяе проблемы комплексного использования лолез-нше ископаемых" (Джезказган,1982), Всесоюзной конференции "Совершенствование подземной разработки руд черных и цветных метан-лов" (Алма-Ата,1984), УШ и IX Всесоюзных конференциях по механике горанх пород (Тбилиси, 1985 ; Фрунзе, 1989), Ш Всесошком семинаре по горной геофизике (Батуми,1985), I Всесоюзном семинаре "Проблема разработки полезных ископаемых в условиях высокогорья" (Фрунзе,1987). Государственном институте по проектировали:-., пред-

приятии цветной металлургии "Казгипроцветмет¹' (Усть-Каменогорск, I987-IS92), Республиканской научно-практической конференции "Охрана недр-и окружающей природной среда яа основе когзплексного использования минерального сырья и ресурсосберегающих горнах технологий" (Усть-Каменогорск.1989), Республиканской конференции "Разработка научных основ комплексного освоения месторождений о учетом изменения минерально-сырьевой баги действующих рудников" (Алма-Ата,1989), Госгортехнадзоре КазССР (Алма-Ата,1989), Ш Всесоюзном семинаре по исследованию горного давления и охрана капитальных и подготовительных выработок (Алма-Ата-Кемерово,1990), Восточно-Казахстанском округе Тосгоргехнздз'ора КазССР (Усть-Ка-меногорск.1990-1992), Государственном центральном научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте драгоценных металлов и алмазов "Гиналмаззолото" (Алма-Ата,1990-1992), УП Всесоюзной научной школе "Деформирование и разрушение материалов с дефектами и динамические явления в горных породах и выработках" (Сімферополь,1990), Республиканской конференции "Техника и технология комплексного освоения минерально-сырьевой базы месторождений жильного типа" (Асу-Булак,1990), УІ Всесоюзном семинаре "Аналитические методы и применение ЭВМ в механике горных пород"

(Новосибирск, 1991), International Sinposium "iiurock 93" вгЛ 2nd International on Scale Effects /Portugal; Lisbon, 1993/.