Введение к работе
Актуальность работы. Увеличение объемов добычи минеральных ресурсов обусловило вовлечение в эксплуатацию месторождений со сложными горнотехническими условиями эксплуатации, разработка которых требует безопасного совмещения элементов массива в рамках единой геомеханической системы.
Одним из основных технологических процессов, определяющим безопасность подземных работ и качество добываемых руд, является комплекс мероприятий по управлению состоянием массива горных пород. Несмотря на новые технологические решения, способы управления состоянием горного массива менее усовершенствованы и нуждаются в строгом научном обосновании.
Процессы управления состоянием горного массива при разработке сложноструктурных массивов оптимизируются на основе геомеханических решений, после установления закономерностей напряженно-деформированного состояния и выявление механизма влияния образованных добычей руд пустот на сохранность массива.
В существующих методиках расчета параметров управления состоянием массива недостаточно учитываются природные и технологические динамические воздействия на элементы массива, хотя практика свидетельствует, что они сопровождаются не только потерями запасов при катастрофическом разрушении массива, но и повышением разубоживания руд отслаивающимися породами в процессе добычи руд.
Оптимизация параметров управления состоянием горного массива формирует экономический эффект, величина которого нередко сопоставима с эффективностью освоения нового месторождения, поэтому технологические решения, позволяющие повышать качество и полноту извлечения руд из недр, формируют в совокупности актуальную проблему.
Цель работы – повышение эффективности геотехнологий подземной разработки скальных месторождений путем оптимизации параметров управления состоянием рудовмещающего массива.
Основная идея работы заключается в уточнении размеров целиков и выработок путем математического моделирования в статическом и динамическом режимах.
Методы исследований: анализ и обобщение литературных материалов и передового опыта, изучение состава и свойств материалов, планирование и обработка результатов экспериментов, натурный и лабораторный эксперимент, экономико-математическое моделирование и технико-экономические расчеты.
Научные положения, представляемые к защите:
1. Геомеханическое состояние рудовмещающего массива и показатели качества и полноты извлечения руды из недр связаны эквивалентными соотношениями, что позволяет оптимизировать процессы управления массивом на геомеханической основе по экономическому критерию.
2. При подземной разработке рудных месторождений целики дополнительно к гидростатическим напряжениям испытывают природные и техногенные напряжения, эквивалентные 7-9 балльной сейсмической интенсивности, увеличивающие напряженность на величину от 0,5 до 1,5 МПа.
3. Сохранность массива горных пород обеспечивается профилактикой критических напряжений посредством раскройки месторождения на безопасные участки с учетом предлагаемого сейсмического коэффициента.
Научная новизна работы:
1. Сформулирован волновой механизм развития напряжений и деформаций в несущих элементах сложноструктурного массива.
2. Зависимость напряженности рудовмещающего массива от сейсмической составляющей, описываемая сейсмическим коэффициентом.
3. Закономерная связь между частотой колебаний и размером резонирующего элемента массива.
4. Метод минимизации сопряженного действия гравитационных, тектонических и сейсмических сил природно-техногенного происхождения посредством раскройки месторождения на геомеханически безопасные участки.
5. Модели напряженно-деформированного состояния массива и его несущих элементов.
6. Методика определения качества разработки месторождения в зависимости от эффективности управления массивом.
Научное значение работы. Предложенные методы оптимизации параметров управления состоянием рудовмещающего массива развивают научные основы эффективного недропользования.
Практическое значение работы. Предложенные критерии эффективности управления состоянием массива, соотношения между потерями, разубоживанием и состоянием массива горных пород пригодны для реального повышения экономической эффективности разработки сложноструктурных месторождений.
Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается представительностью и надежностью исходных данных, полученных на основе системного подхода, сопоставимостью результатов исследований с данными практики, применением математических методов обработки данных и моделирования с использованием компьютерных программ, написанных автором и технико-экономического анализа.
Реализация работы. Рекомендации по обоснованию эффективности управления полнотой использования недр посредством оптимизации параметров управления массивом горных пород приняты в качестве основы модернизации горного производства Республики Северная Осетия – Алания, Кабардино-Балкарской Республики и Карачаево-Черкесской Республики.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и одобрены на научно- технической конференции ЮРГТУ (Новочеркасск, 2006 г.), на технических советах Садонского СЦК (2007 г.) и Тырныаузского ВМК (2007 г.) и на научно-производственном совете института «Кавказцветметпроект» (Владикавказ, 2008 г.).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 15 печатных работах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы из 98 наименований. Работа изложена на 142 с. машинописного текста, включает 30 рис. и 27 табл.
