Введение к работе
Актуальность работы.
Анализ современного состояния минерально-сырьевой базы Российской Федерации свидетельствует, что интенсивная отработка высокорентабельной части большинства эксплуатируемых месторождений привела к истощению сырьевой базы горно-металлургических предприятий. Первоочередная отработка богатых руд заставляет вовлекать в промышленное эксплуатацию все более бедные участки месторождений. В сложившейся ситуации назрела необходимость вовлечения в отработку отходов горно-металлургических предприятий, которые всегда рассматривались как «законсервированное» сырье – техногенные месторождения. Особо остро проблема использования отходов стоит в Норильском промышленном районе, где на поверхности горного отвода в хвостохранилищах накоплено значительное количество техногенного сырья. Месторождения техногенного сырья характеризуются высокой степенью нарушенности, сложностью строения, технологическими трудностями вовлечения в разработку, однако качество и объем техногенного минерального сырья позволяют рассматривать их как перспективные для выемки. При этом отсутствие эффективных технологических схем отработки создает проблему полной отработки запасов техногенных месторождений так, как при разработке месторождений техногенного сырья обычно остаются нетронутые запасы в охранных зонах необходимых для поддержания бортов выработанного пространства в устойчивом состоянии, рассматриваемые как проектные потери.
Вопросы вовлечения в отработку запасов минерального сырья различного функционального назначения, формируемых на границах техногенных месторождений являются актуальными, а разработка и обоснование технологических параметров их отработки, обеспечивающие высокие показатели полноты извлечения полезного ископаемого и безопасность ведения горных работ при открытой разработке, представляют практический и научный интерес.
Диссертация является частью завершенных научно-исследовательских работ по темам «Исследования и разработка инновационных технологий комбинированной переработки и утилизации отходов предприятий цветной металлургии» в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработка по приоритетным направления научно-технического комплекса России на 2007-2013 года», ГК №16.515.11.5027, «Разработка эффективной технологии выработки лежалых хвостов и пирротинового концентрата» с ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель», №88-44/09 от 22.01.2009г.
Цель работы — обоснование технологических параметров эффективной отработки участков техногенных месторождений из лежалых хвостов обогащения в условиях криолитозоны, обеспечивающих высокие показатели полноты извлечения полезного ископаемого и безопасность ведения горных работ при открытой разработке.
Идея работы - повышение показателей полноты извлечения полезного ископаемого из недр и безопасность ведения горных работ при открытой разработке участков техногенных месторождений из лежалых хвостов обогащения достигается обоснованием рациональных параметров выемки техногенного массива с учетом влияния криолитозоны в процессе его разработки.
Методы исследования: в работе использован комплексный метод исследований, включающий: анализ и обобщение ранее выполненных исследований, теоретические и экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях. Обработка и анализ экспериментальных данных производилась методами математической статистики с реализацией на ЭВМ.
Научные положения защищаемые в работе:
1. Экспериментально получены прочностные характеристики техногенного массива отличающиеся от их табличного значения по ГОСТ в диапазоне 0,5-2 раз. Применение экспериментально полученных данных при расчете коэффициента устойчивости техногенного массива позволяет соблюсти проектные контуры и обеспечить требуемую полноту извлечения.
2. В условиях криолитозоны коэффициент устойчивости техногенного массива закономерно изменяет свою величину от 0,72 до 1,24 в зависимости от влажности техногенного минерального сырья, что адекватно описывается расчетной моделью техногенного месторождения.
3. Повышение устойчивости ограждающей дамбы и бортов очистного пространства и показателей полноты извлечения техногенного сырья при отработке месторождения из лежалых хвостов обогащения гидро-механизированным способом обеспечивается заполнением выработанного пространства переработанными хвостами обогащения на ширину 25-50 метров в зависимости от геометрических и прочностных параметров ограждающих конструкций, при производстве работ при температурах ниже -5 С
Научная новизна работы:
1. Выявлены физико-механические характеристики материалов слагающих техногенные массивы (сцепление, угол внутреннего трения, модуль общей деформации), отличающиеся от табличных значений по ГОСТ в 0,5-2 раза.
2. В условиях криолитозоны коэффициент устойчивости техногенного массива закономерно изменяет свою величину от 0,72 до 1,24 в зависимости от влажности техногенного минерального сырья, что адекватно описывается расчетной моделью техногенного месторождения.
3. Выполнено научное обоснование параметров отработки техногенного месторождения из лежалых хвостов обогащения гидромеханизированным способом, обеспечивающие нормативную устойчивость массива и показателей полноты извлечения минерального сырья при заполнении выработанного пространства переработанными хвостами обогащения с созданием охранной зоны и производстве выемочных работ при температурах ниже – 5С
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается обобщением и использованием большого объема статистических данных по разработке рудных и техногенных месторождений, применением современных методов исследований, достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований с результатами опытно-промышленных работ при надежности не менее 90% внедрением технологии в производстве при отработке пиротино-хранилища Норильской обогатительной фабрики. Заполярного филиала ОАО ГМК «Норильский Никель»
Научное значение работы состоит в теоретическом обосновании точности расчета устойчивости техногенных массивов на стадии разработки с учетом влияния криолитозоны.
Практическое значение работы:
Состоит в разработке рациональных параметров технологии отработки техногенных месторождений из лежалых хвостов обогащения гидро-механизированным способом, обеспечивающих ресурсосбережение и безопасность ведения горных работ открытым способом. Результаты исследований могут быть использованы действующими горно-рудными предприятиями, научно-исследовательскими и проектными организациями.
Реализация результатов работы.
Результаты исследований использованы при составлении проекта на отработку запасов руд пирротино-хранилища Норильской обогатительной фабрики Заполярного филиала ОАО ГМК «Норильский Никель» с ожидаемым экономическим эффектом более 4 млн. р./г. Результаты теоретических исследований использованы в учебном процессе СКГМИ (ГТУ) при подготовке специалистов в области открытой геотехнологии.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на: Международной научной конференции «Информационные технологии и системы. Наука и практика» (Владикавказ, 2009); 5-ой Международной научно-практической конференции «Составляющие научно-технического прогресса»(Тамбов 2009); 5-ой Международной научно-практической конференции «Глобальный научный потенциал» (Тамбов 2009); 7-th European Conference on numerical methods in Geotechnical Engineering «Numage 2010» (Trondheim, Norway, 2010); 1-ой Региональной междисциплинарной конференции молодых ученых «Наука обществу» (Владикавказ 2010); 11-th Congress of the International Association for Geology and the Environment. (New Zeeland 2010); Sixth International Congress on Environmental Geotechnics. (New Delhi, India, 2010); VII Международной научной конференции «Устойчивое развитие горных территорий». (Владикавказ 2010); Международной Научно-Практической Конференции «Опасные Природные Техногенные Процессы на Горных и Предгорных Территориях Северного Кавказа» (Владикавказ 2010); 9-ой Международной конференции «Ресурсовоспроизводные малоотходные и природоохранные технологии освоения недр» (Котону, Бенин, 2010); «14-th Asian Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering» (Hong Kong, 2011); на ежегодных НТК СКГМИ (ГТУ) (Владикавказ, 2008-2012);НА расширенном заседании кафедры «горное дело» ФГБОУ ВПО ЮРГТУ (НПИ) Новочеркасск 17.04.2012; на 25 Международном научном симпозиуме «Неделя горняка 2013» (МГГУ Москва)
Публикации. Основные результаты исследований отражены в 19 опубликованных работах, из них 3 в изданиях рекомендованных ВАК, 5 авторских свидетельствах и патентах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Основное содержание изложено на 154 страницах машинописного текста, включая 62 рисунка, 26 таблиц и библиографию из 121 наименований отечественных и зарубежных авторов
