Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние изученности вопроса, цель и задачи исследований 9
1.1. Обзор опыта отработки рудных залежей камерными системами разработки с твердеющей закладкой. 9
1.2. Анализ способов и видов закладки выработанного пространства при подземной разработке месторождений .19
1.3. Анализ горнотехнической ситуации на рудниках Урала 33
1.4. Цель, задачи и методы исследований .43
Глава 2. Изыскание технологии формирования комбинированного искусственного массива при отработке рудных залежей камерной системой разработки 45
2.1. Разработка технологии формирования комбинированного искусственного массива 45
2.2. Схемы развития фронта горных работ 58
2.3. Выбор комплекса механизации процессов технологии 65
Выводы по 2 главе .72
Глава 3. Обоснование параметров технологии и процессов горных работ 74
3.1. Расчет и обоснование параметров комбинированного закладочного массива .74
3.2. Исследование влияния горно-геологических и горнотехнических условий на параметры комбинированного закладочного массива .80
3.3. Геомеханическая оценка напряженно-деформированного состояния комбинированного закладочного массива . 90
3.4. Методика расчета объемов комбинированной закладки 96
3.5. Моделирование процесса закладки выработанного пространства комбинированной закладкой 105
Выводы по 3 главе 112
ГЛАВА 4. Технико-экономические показатели технологии 114
4.1. Определение условий и границ применения технологии формирования комбинированного закладочного массива при камерной системе разработки .114
4.2. Сравнение технико-экономических показателей камерной системы разработки с различной технологией закладки выработанного пространства в условиях отработки месторождений Урала 119
Выводы по 4 главе 127
Заключение 128
Список литературы
- Анализ способов и видов закладки выработанного пространства при подземной разработке месторождений
- Схемы развития фронта горных работ
- Геомеханическая оценка напряженно-деформированного состояния комбинированного закладочного массива .
- Сравнение технико-экономических показателей камерной системы разработки с различной технологией закладки выработанного пространства в условиях отработки месторождений Урала
Введение к работе
Актуальность работы. При отработке рудных месторождений широкое распространение получили варианты камерной системы разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. Данные системы разработки обеспечивают полноту выемки и возможность отработки под охранными объектами, безопасность ведения горных работ и упрощают технологию закладки, однако характеризуются высокими затратами на твердеющую смесь (до 40 % от себестоимости добычи).
Анализ современного опыта применения систем разработок с закладкой выработанного пространства на подземных рудниках показал, что одним из основных направлений сокращения применения твердеющей смеси является использование в качестве закладочного материала проходческих и отвальных пород. Размещение пустых пород в выработанных пространствах обеспечивает сокращение затрат на транспорт и подъем пород от проходки на поверхность, что способствует снижению вредного воздействия на окружающую среду.
На сегодняшний день разработано множество конструкций закладочных массивов, сочетающих твердеющую смесь и пустую породу, однако при этом объем вовлечения последнего не превышает 50 %, а сами технологии подразумевают необходимость либо заезда технологического оборудования в закладываемое пространство, либо проходки дополнительных породоспусков в кровле камер, что, в свою очередь, снижает безопасность и приводит к удорожанию технологии закладочных работ.
Поэтому разработка технологии формирования комбинированного
закладочного массива при отработке рудных залежей камерными системами разработки, обеспечивающей вовлечение значительного объема пустой породы в качестве закладочного материала (до 60-70 %) и, как следствие, снижение себестоимости закладки по сравнению с существующими технологиями, а также повышающей безопасность горных работ, является весьма актуальной.
Целью работы является разработка и обоснование параметров технологии
формирования комбинированного закладочного массива при отработке рудных
залежей камерной системой разработки, обеспечивающей снижение
себестоимости закладочных работ.
Идея работы заключается в уменьшении объема твердеющей смеси за счет формирования в камере комбинированного искусственного массива, состоящего из несущего твердеющего массива, возведенного на границе с нетронутым рудным массивом и массивом из сыпучих скальных пород, создаваемым с использованием метательных машин.
Объект исследования – технология подземной разработки рудных месторождений.
Предмет исследований – параметры технологии закладочных работ при освоении запасов рудных залежей камерными системами разработки с закладкой.
Задачи исследований:
- анализ и обобщение опыта закладочных работ при камерных системах разработки рудных залежей;
- разработка технологии формирования комбинированного искусственного
массива при камерной системе разработки рудных залежей с закладкой;
- исследование процесса возведения комбинированного искусственного
массива и определение зависимостей его параметров от геометрических
размеров выработанного пространства камер;
- разработка рекомендаций по формированию комбинированного
искусственного массива при отработке рудного тела №6 месторождения
«Юбилейное» и расчет технико-экономических показателей.
Методы исследований: комплексный метод исследований, включающий:
анализ и обобщение практики закладочных работ при отработке рудных залежей
камерными системами разработки с комбинированной закладкой; математическое
моделирование напряженно-деформированного состояния элементов конструкции
комбинированного закладочного массива методом конечных элементов;
физическое моделирование процесса закладочных работ; аналитические и статистические расчеты; технико-экономический анализ результатов.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
1. Управляемый сброс из выработок вентиляционно-закладочного горизонта
при формировании комбинированного искусственного массива из твердеющей
смеси и дробленой породы, обеспечивающий создание навала породы требуемой
конфигурации, достигается использованием автосамосвалов с метательным
устройством для направленной разгрузки сыпучего материала.
2. Возведение комбинированного искусственного массива при отработке
залежей мощностью более 20 м возможно при условии создания ограждающего и
несущего массива из твердеющей закладки путем опережающей выемки ленты
камер первой очереди.
3. Оптимальный расход твердеющей закладки при формировании
комбинированного искусственного массива с заданными технологическими
параметрами достигается при высоте слоя, определяемого из условий
минимальных затрат времени на закладку камеры и величины перерасхода
твердеющей смеси.
Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается представительностью исходных данных; сопоставимостью полученных данных как с предыдущими научными исследованиями, так и с результатами математического моделирования, аналитических расчетов и экспериментальных исследований.
Научная новизна работы:
1. Разработан способ формирования комбинированного искусственного
массива, заключающийся в последовательном возведении в выработанном
пространстве камеры массива из твердеющей смеси, размещаемой в полости,
создаваемой в процессе управляемой укладки дробленой породы автосамосвалами
с метательным механизмом.
2. Разработана методика определения параметров комбинированного
искусственного массива и технология его формирования при камерной системе
разработки месторождения, обеспечивающая безопасность ведения горных работ
и сокращение времени на закладочные работы.
3. Установлены эмпирические зависимости параметров несущих элементов
комбинированного закладочного массива от геометрических размеров
выработанного пространства камер, обеспечивающих устойчивость при
вертикальном и горизонтальном обнажениях.
Практическая значимость работы заключается в разработке технологии
возведения комбинированного закладочного массива с использованием
автосамосвалов с метательным механизмом, обеспечивающей безопасность
ведения горных работ и эффективность отработки месторождений, а также в
разработке рекомендаций по выбору и расчету параметров технологии
формирования комбинированного закладочного массива с помощью
предложенного алгоритма.
Апробация работы: основные положения диссертации докладывались на:
семинарах кафедры разработки месторождений полезных ископаемых МГТУ им.
Г.И. Носова (г. Магнитогорск, 2011-2015 гг.); 70, 71 и 72-й Межрегиональных
научно-технических конференциях «Актуальные проблемы современной науки,
техники и образования» (г. Магнитогорск, МГТУ, 2012-2014 гг.); Международном
научном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Москва, МГГУ, 2013 г.); 7-й и 8-й
Международных конференциях «Комбинированная геотехнология: масштабы
добычи и качество сырья при комплексном освоении месторождений» (г.
Магнитогорск, МГТУ, 2013 г, 2015 г.); 6-й и 8-й Всероссийских молодежных
научно-практических конференциях (с участием иностранных ученых)
«Проблемы недропользования» (г. Екатеринбург, ИГД УрО РАН, 2012, 2014 гг.); Международной научной школе академика К.Н. Трубецкого «Проблемы и перспективы комплексного освоения и сохранения земных недр» (г. Москва, ИПКОН РАН, 2014 г.); научно-технической конференции «Геомеханика в горном деле» (г. Екатеринбург, УГГУ, 2014 г.); III Международной научно-технической конференции «Инновационные геотехнологии при разработке рудных и нерудных месторождений» (г. Екатеринбург, УГГУ, 2014 г.).
Личный вклад автора состоит в анализе и обобщении опыта закладочных
работ на рудных месторождениях; разработке технологии закладочных работ;
определении параметров технологии и разработке методики лабораторных
экспериментов; подготовке оборудования и проведении лабораторных
исследований; разработке математической модели напряженно-деформированного состояния элементов комбинированного закладочного массива методом конечных элементов; статистической обработке полученных результатов; расчете технико-экономических показателей.
Публикации: по теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 3 статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК России.
Структура и объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 111 наименований и содержит 140 страниц машинописного текста, 104 рисунка и 17 таблиц.
Автор выражает искреннюю благодарность к.т.н. Э.Ю. Мещерякову, профессору, д.т.н. В.Н. Калмыкову, к.т.н. В.В. Олизаренко, а также всем сотрудникам кафедры РМПИ ФГБОУ ВПО «МГТУ» за научные консультации и ценные советы.
Анализ способов и видов закладки выработанного пространства при подземной разработке месторождений
По мнению авторов работы [70], для повышения интенсивности вскрытия и подготовки запасов, необходимо увеличивать высоту этажа и параметры блоков, а при выполнении подготовительно-нарезных работ, для повышения качества добываемой рудной массы, целесообразно по мере возможности отказываться от применения традиционных весьма трудоемких схем подготовки днищ блоков нишами, дучками, воронками, и шире применять схемы с торцевым выпуском. Эти принципы особенно целесообразно применять при увеличении высоты этажа до 100-150 м и более, что позволяет увеличить производственную мощность рудника (благодаря повышению интенсивности подготовки и отработки запасов), увеличить шаг вскрытия месторождения и соответственно снизить капитальные и эксплуатационные затраты.
На основе вышеуказанных суждений, ими предложен вариант восходящего порядка освоения запасов месторождений с применением системы подэтажных штреков и твердеющей закладкой [70]. Сущность системы разработки заключается в отработке руд с формированием камер шестигранной формы без оставления междукамерных целиков (рисунок 1.5). Несмотря на то, что применение предложенной технологии обеспечивает полное извлечение запасов камер без существенного разубоживания при минимальном объеме подготовительно-нарезных работ и использовании высокопроизводительной механизации очистных работ, использование данной системы разработки предусматривается только с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями, что в свою очередь повышает себестоимость добычи руды [70].
На Желтореченском месторождении, на базе конверсии инфраструктуры шахты «Новая» вводится в эксплуатацию Западный пласт железистых кварцитов. Для эффективной и безопасной подземной разработки запасов железистых кварцитов с сохранением земной поверхности и существующих объектов (городских сооружений и частных домовладений, промплощадок шахт «Новая», «Ольховская» и «Северная-Дренажная», русла реки Желтая, железнодорожных путей «Укрзалізниці») проектом предусмотрена технология отработки рудного тела в восходящем порядке традиционной этажно-камерной системой разработки с последующей закладкой выработанного пространства твердеющими смесями на основе местных вяжущих компонентов и отходов обогатительного производства [8].
Для отработки Юбилейного месторождения, проектом [67] предусмотрена подземная отработка руд Четвертой, Пятой и Шестой залежей, залегающих на глубине от 300 до 1265 м. Залежи погружаются в северном направлении (Рисунок 1.6)
Рудные тела имеют пластово-линзообразную форму. Средняя мощность рудных тел - от 5,2 до 54 м, максимальная - 202 м, размеры по простиранию - от 320 до 1100 м, по падению - от 100 до 1020 м, углы падения - от 10 до 70 на северо-восток, преобладающие - 30-55.
Вариант подэтажно-камерной системы разработки с промежуточным буровым горизонтом и полной закладкой выработанного пространства твердеющими смесями Для Озерного месторождения, отрабатываемого ОАО «УГОК», характерно высокое содержание в руде серы, что из-за возможности эндогенных пожаров затрудняет отработку запасов системами с обрушением и магазинированием, а необходимость сохранения поверхности с пахотными землями полностью их исключают. Поэтому для отработки запасов предусматривается применение систем с закладкой выработанного пространства. Системы с закладкой призваны обеспечить безопасную эксплуатацию месторождения с наибольшей полнотой извлечения запасов [59]. пространства камер осуществляется по трубопроводу, проложенному по панельному вентиляционно-закладочному штреку (ВЗШ) и выведенного за небольшую перемычку в закладываемую камеру. После закладки камеры оставшееся за перемычкой пространство используют для сброса промывочной воды. Для уменьшения недозакладов кровлю камер располагают на уровне почвы ВЗШ и придают ей уклон 3-5 в противоположную от панельного целика сторону. Для ликвидации возможных пустот предусматривается их закладка через скважины, пробуренные из выработок верхнего яруса. При переходе от этажной системы к подэтажной с закладкой, схема подачи закладочного материала аналогична схеме для камерной системы. Основные показатели по системе разработки с камерной выемкой и закладкой представлены в таблице 1.1.
Месячная производительность очистной камеры, тыс. т/мес. 10-12 Объем подготовительно-нарезных работ на 1000 т, м3 61,0 Нормативная прочность закладки принята 4 МПа, для несущего слоя 7,5 МПа. Высота несущего слоя принята в соответствии с «технологической инструкцией по производству закладочных работ на рудниках Учалинского ГОКа» [63]. На Гайском месторождении [17,91], в качестве основной принят вариант камерной системы разработки с подэтажной отбойкой руды в камерах (этажно-камерная система разработки с закладкой выработанного пространства).
Нижнюю часть камер всех очередей заполняют твердеющей закладкой с нормативной прочностью 5 МПа, а верхнюю часть первой очереди - закладкой прочностью 3 МПа, второй и третьей – 0 МПа. Период между полным обнажением потолочины из твердеющей закладки и пород висячего бока и полной закладкой камеры не должен превышать шести месяцев. Твердеющую смесь подают в камеры по скважинам, пробуренным из вышележащих подэтажных полевых выработок в наивысшую точку выработанного пространства камеры.
Отработка этажей ведется последовательно в нисходящем порядке. Для отработки рудных тел принят трехстадийный порядок отработки по схеме I – II – I – III – I. При отработке камер третьей очереди между ними создается искусственный целик из трех заложенных камер общей шириной 60 м.
Схемы развития фронта горных работ
Опыт применения механической закладки на шахтах показал, что главным недостатком закладки метательными машинами является сложная организация работ в забое, значительная трудоемкость операций по перестановке закладочных машин, передвижке и укорачиванию конвейеров [77], а так же трудность организации доставки инертного материала к закладочной машине [81].
В связи с этим, механическая закладка выработанного пространства метательными машинами не нашла широкого распространения в горнорудной промышленности.
Часто используется комбинированная закладка, представляющая собой сочетание различных вариантов твердеющей, соляной или инъекционной закладки и нетвердеющей (породной, гидравлической) [2,9,24,27,29,36,57,61,110]. Например, на рудниках Жезказгана (Казахстан, АО «Казахмыс») были разработаны технологические схемы, обоснованы параметры комбинированной закладки и проведены их промышленные испытания. Определены составы смеси для комбинированной породобетонной, шлакопородной и послойной закладки с раздельной подачей заполнителей [104]. Объемная масса комбинированной закладки составила 1,96-2,2 т/м. Расход твердеющей смеси на 1м комбинированной закладки – 0,4 м при расходе цемента 110-120 кг/ м. Прочность при одноосном сжатии в возрасте 210 дней – до 4,6 МПа. Прочность образца из чисто твердеющей смеси (без породы) в возрасте 210 дней – 3,5 МПа [57].
Заслуживает внимания и описанный авторами [108] консолидированный способ закладки отработанных камер. Сущность которого состоит в формировании монолита под воздействием пара или химических растворов на уже размещенную в очистном пространстве сухую закладку. При воздействии на породу паром или химическим растворами реагентов происходит их растворение. Через определенное время происходит повторная кристаллизация, что позволяет консолидировать породу в выработанном пространстве. Такая закладка обладает достаточно высокими прочностными характеристиками, которые сохраняются при длительном нагружении налегающими породами.
При инъекционной закладке происходит предварительное заполнение выработанного пространства сухой закладкой, а затем по трубам с поверхности осуществляется подача вяжущего раствора. Раствор проникает в пустоты дробленой породы и превращает ее в монолит. Как правило монолит, образованный таким способом, имеет незначительную прочность. Основными недостатками данной технологии является сложность управления распространением раствора в сыпучей среде и неравномерная прочность участков закладочного массива [60].
Автором работы [56] разработана технология заполнения выработанного пространства комбинированной закладкой на основе твердеющей смеси и пустой породы. Сущность которой заключается в одновременной подаче рыхлой сыпучей закладки автосамосвалами с одной стороны блока, а с другой стороны -монолитной твердеющей (рисунок 1.23). В результате создается искусственный монолитный целик, который препятствует высыпанию закладки в выработанное пространство следующей камеры. Регулируя скорость подачи сыпучей и твердеющей закладок можно регулировать размеры искусственного целика. искусственный целик породная закладка
Вариант камерной системы разработки с одновременной подачей твердеющей и сыпучей закладки. Отбойка руды следующего вышерасположенного этажа осуществляется на верхний слой закладки. По нему же перемещается и все оборудование, занятое на очистной выемке руды. Существенными недостатками данной технологии являются: 1) необходимость заезда автосамосвала непосредственно в очистное пространство камеры; 2) подъезд автосамосвала к краю несформированного закладочного массива для осуществления разгрузки; 3) затруднительное передвижение автосамосвала по закладочному массиву из породы; 4) сложность контроля ведения закладочных работ; 5) повышенные показатели потерь и разубоживания руды при отбойке запасов вышележащего горизонта на закладочный массив; 6) усадка закладочного массива; 7) подсечение вышележащего массива на значительных площадях. В работе [54] предложена идея формирования композитного закладочного массива (рисунок 1.24) путем сочетания двух видов закладки - сухой породной и литой твердеющей. Данный массив по способу возведения является комбинированным, по составу - композитным, по механическим характеристикам - разнопрочным и разномодульным.
Данная технология требует подачи сыпучих инертных материалов с кровли камер, рациональная область применения данной технологии – доработка руд в прикарьерном массиве.
Для формирования сплошного закладочного массива и снижения при этом доли использования твердеющей закладки, а так же при отсутствии отходов производства накопленных на земной поверхности, Савичем И.Н. разработана технология [73] закладки выработанного пространства комбинацией твердеющей закладки и вмещающими породами лежачего и висячего бока, доставляемыми силой взрыва (для крутопадающих месторождений) или самотеком (для пологих и наклонных залежей).
Формирование разнопрочного закладочного массива при разработке крутопадающих месторождений Такая технология, предполагающая формирование сплошного закладочного массива, позволяет создавать разнопрочную его структуру и, не снижая в общем требований к закладке, существенно сокращает затраты на этот процесс.
Таким образом, на основе выполненного анализа закладочных работ на отечественных и зарубежных рудниках выявлена возможность применения дробленой породы в качестве закладочного материала, и на практике отработки месторождений Урала она все чаще находит применение, обеспечивая снижение себестоимости закладочных работ и негативного влияния отходов горного производства на окружающую среду.
Ранее в п.п. 1.1 и 1.2 уже было упомянуто, что камерная система с твердеющей закладкой с использованием самоходного оборудования, нашла широкое применение при разработке рудных месторождений Урала. К данным месторождениям относятся: Александринское, Юбилейное, Озерное, Гайское, Джусинское, Тарньерское, Естюнинское и Глубоченское и мн. др. Александринское медноколчеданное месторождение, расположенное на Восточном склоне Южного Урала, на территории Нагайбакского района Челябинской области представлено 23 рудными телами, отличающимися своими размерами, морфологией, условиями залегания и составом руд [84]. Запасы Александринского месторождения, подлежащие подземной отработке представлены в таблице 1.2.
Геомеханическая оценка напряженно-деформированного состояния комбинированного закладочного массива .
Как уже было упомянуто в п. 3.1 определяемыми параметрами комбинированного закладочного массива является ширина и прочность его твердеющей части, а также высота несущего слоя и ширина камер I очереди, которые во многом зависят от горно-геологических условий, таких как мощность и угол залегания рудного тела.
При создании в ненарушенном горном массиве одиночной камеры наибольшие напряжения концентрируются в опорах свода камеры (рисунок 3.4), а породы кровли в пределах определенной зоны вообще не испытывают нагрузок, за исключением давления от собственного веса. В днище очистной камеры образуется разгруженная от горного давления зона обратного свода. Не испытывают давления также породы стенок очистной камеры вблизи поверхности их обнажения [56]. Рисунок 3.4 – Распределение сил вокруг одиночной очистной камеры
При правильно выбранных параметрах очистная камера не обрушается, хотя вмещающие породы вблизи поверхностей обнажений деформируются: кровля и стенки камер, по данным инструментальных съемок [56], прогибаются в сторону свободного пространства до 10-20 мм и более. В отдельных случаях наблюдается поднятие пород почвы камер. Однако в целом очистная камера находится в условиях устойчивого равновесия [56].
В нашем случае, при отработке рудных месторождений Урала складывается следующая картина действия сил на твердеющий массив (рисунок 3.5): давление вышележащего массива отсутствует в связи неизбежным недозакладом закладочного материала под кровлю, а воздействие горного давления пород висячего бока не учитывается, так как действие ее начинается с некоторым отставанием во времени. Таким образом, при определении параметров закладочного массива в качестве внешней силы, действующей на него, рассматривается только активное давление сыпучей породной закладки. Рисунок 3.5 - Силы действующие на твердеющую часть комбинированного закладочного массива
Боковое давление, создаваемое породной закладкой, зависит от величины призмы сползания, которая в свою очередь зависит от высоты, ширины и угла наклона камеры. Для примера были рассчитаны значения бокового давления на различных высотах камеры по формуле [25]:
Анализ полученных результатов показал, что значение бокового давления с увеличением высоты возрастает, однако, согласно построенной эпюре, с учетом угла призмы сползания, максимальное значение активного бокового давления концентрируется на высоте 20 м (для Н=60 м, m=15 м, =90). При изменении высоты камеры активное давление породной закладки на искусственный монолитный массив распределяется следующим образом (рисунок 3.7): Рисунок 3.7 – Эпюры давления сыпучей закладки на твердеющий массив при различных высотах камеры Максимальные значения активного давления породной закладки на искусственный твердеющий массив при изменении высоты (от 40 м до 100 м) составили: - при высоте камеры 40 м максимальное давление 1,23 МПа, концентрируется на высоте 13,6 м; - при высоте камеры 60 м максимальное давление 2,02 МПа, концентрируется на высоте 20 м; - при высоте камеры 80 м максимальное давление 2,98 МПа, концентрируется на высоте 27,5 м; - при высоте камеры 100 м максимальное давление 3,6 МПа, концентрируется на высоте 34,5 м; Таким образом, на основе полученных данных можно сделать вывод, что максимальное значение активного давления породной закладки на твердеющую часть комбинированного массива концентрируется на 1/3 ее высоты.
Проведенными исследованиями установлено влияние высоты камеры на ширину твердеющей части комбинированного закладочного массива, по методике, описанной в п. 3.1.
Расчеты производились для камеры шириной 10 м, 12 м, 15 м, 18 м, 20 м. Угол наклона камеры был принят 90 (при данном угле значение бокового давления максимально, то есть рассматривались наиболее опасные горногеологические условия). Прочность твердеющей закладки на сжатие принималась Gсж=3МПа. Изменялась высота камеры в пределах от 40 м до 100 м, требуемая ширина твердеющего массива при этом, например, для камеры шириной 12 м, увеличилась с 13 м до 14,6 м. (рисунок 3.8). Известно, что увеличение высоты камеры ведет и к увеличению площади обнажения и для условий, когда вмещающие горные породы неустойчивы, возникает необходимость поддержания висячего бока камеры тросовым креплением (рисунок 3.9) [85].
В процессе исследований оценивалось так же влияние ширины камеры, угла наклона и прочности самой твердеющей части искусственного массива, по методике, изложенной в п. 3.1. Влияние каждого рассматривалось в отдельных случаях.
Определено влияние угла наклона камеры, на величину бокового давления создаваемого породой. Рассматривался диапазон от 60 до 90, что обусловлено областью применения камерных систем разработок. Расчеты показали, что уменьшение угла наклона камеры ведет и к снижению бокового давления оказываемой породной закладкой. Это объясняется тем, что уменьшение угла наклона, при неизменных других параметрах камеры, приводит к изменению геометрических размеров призмы сползания, за счет перемещения части веса породной закладки на вмещающие породы. Данные все факторы обуславливают уменьшение требуемой ширины твердеющей части искусственного массива (рисунок 3.11). 22 18 14 10 6 2
При необходимости повышения устойчивости кровли очистной камеры осуществляется ее крепление металлорезиновыми анкерами еще до начала очистных работ из ортов вентиляционного горизонта [95]. Данные анкера работают взаимосвязано с колебательным процессом, происходящим в породах кровли. Благодаря своей податливости при максимальных динамических нагрузках замок анкера демпфирует, то есть поглощает сейсмическое действие взрывных работ, и при этом обеспечивает надежное крепление пород кровли. Когда установка анкеров типа ЖБШ, СПАК возможно только в зоне установившегося давления, то есть на расстоянии 7-8 м от линии забоя, где влияние динамических напряжений в породах кровли не вызывает разрушений [95].
С целью установки влияния прочности твердеющего массива на его ширину были произведены расчеты при изменении его прочности и постоянных значениях высоты камеры, угла наклона (Н=60, =90). Полученные результаты объединены в графике и представлены на рисунке 3.13.
Также были установлены параметры несущего слоя камеры от изменения высоты камеры в пределах от 20 м до 100 м, для камер шириной 10 м, 12 м, 15 м, 18 м, 20 м. Прочность твердеющей закладки на сжатие принималась Gсж=5 МПа (рисунок 3.14).
Сравнение технико-экономических показателей камерной системы разработки с различной технологией закладки выработанного пространства в условиях отработки месторождений Урала
По результатам конструирования и выполненных исследований (главы 2 и 3), необходимо определение области применения предложенной технологии возведения комбинированного закладочного массива. К ограничивающим факторам применения данной технологии закладочных работ относятся: - элементы залегания рудного тела; - содержание полезного компонента в руде; - наличие вскрышных пород; - пожароопасность месторождения (содержание в породе S 8%);; - наличие охраняемых объектов. Данная технология закладочных работ применима для условий камерных систем разработок с закладкой выработанного пространства (глава 2). В связи с этим рекомендуемые элементы залегания рудного тела для предложенной технологии закладочных работ будут, как и характерные для камерных систем разработок с закладкой. При различных мощностях рудного тела в пункте 2.4 подробно рассмотрены вопросы расположения камер и фронта ведения горных работ.
Определение границ применения технологии формирования комбинированного закладочного массива автосамосвалами, оснащенными механизмом принудительной разгрузки сыпучего материала и метательной лентой, по содержанию полезного компонента, производилось с помощью экономико-математического моделирования отработки крутопадающего рудного тела, основанного на критериях получения максимальной прибыли и минимальной себестоимости [58,76,106]: где Цизв - извлекаемая ценность 1 т погашенных запасов, руб/т; С суммарные удельные затраты на добычу и переработку, руб/т. длина камеры, м; В - ширина камеры, м; Н - высота камеры, м; -плотность пород, т/м3; - содержание полезного компонента, %; П -коэффициент потерь, доли ед.; R - коэффициент разубоживания, доли ед.; о -коэффициент извлечения металла при обогащении; м - коэффициент извлечения металла при металлургическом переделе; К0 - коэффициент действительной доходности рудника 0,5-0,7; Пі - число выработок длиной L; п2 - число заездов в камеры; 13 - длина заездов, м; Sгор Sвер - площадь соответственно горизонтальных и вертикальных выработок, м; Сгор, Свер, Сбур, Свм, Сзар, Свып, Сдост, Сзакл, Свзд 116 затраты соответственно на проходку 1 м горизонтальных и вертикальных выработок; затраты на бурение 1 м, стоимость взрывчатых материалов, заряжание 1 м скважины, выпуск 1 м3 рудной массы, закладку 1м3 пустот, доставку, стоимость 1 м3 воздуха; п3 - количество используемых машин в блоке; N -мощность машин, л.с; пвозд - норматив на 1 л.с; щ - количество вертикальных выработок; Кзап - коэффициент заполнения скважин, доли ед.
Исследования проводились для отработки участков крутопадающего рудного тела камерной системой разработки с твердеющей закладкой; камерной системой разработки с комбинированной закладкой; системой разработки с обрушением руд и вмещающих пород. Результаты моделирования представлены графической зависимостью удельной прибыли от содержания полезного компонента в руде (рисунок 4.1 и рисунок 4.2). Рисунок 4.1 – Зависимость удельной прибыли от содержания полезного компонента в рудном теле (системы разработки с закладкой твердеющими смесями и с обрушением руды и вмещающих пород)
Анализ графиков 4.1 и 4.2 показывает, что применение системы разработки с твердеющей и комбинированной закладкой, по сравнению с системой разработки с обрушением руды и вмещающих пород, экономически эффективны при содержании полезного компонента в руде выше 1,85 и 1,57% соответственно.
Сравнивая системы разработки с твердеющей и комбинированной закладкой выработанного пространства можно сделать вывод о большей области применения последнего с точки зрения содержания полезного компонента.
Для отработки запасов рудного тела №6 и участков рудных тел мощностью до 15 м, с углом падения 65о70о, проектом [93] принята подэтажно-камерная система разработки с расположением камер по простиранию с последующей закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. (Рисунок 4.6). Порядок отработки камер внутри блока камерно-целиковый или сплошной. Доля применения данной системы разработки от всех систем, используемых на месторождении, составляет около 35%.
Для участков рудного тела мощность более 20 м, проектом предусмотрена подэтажно-камерная система разработки со сплошной выемкой руды и нисходящим порядком отработки подэтажей с закладкой (рисунок 4.7). Рисунок 4.7 – Подэтажно-камерная система разработки со сплошной выемкой руды и нисходящим порядком отработки подэтажей с закладкой. Параметры камер: высота – до 50 м; ширина 15 м; длина – до 50 м. Закладочная смесь в камеру подается по трубопроводу с земной поверхности, где готовиться в бетоно-закладочном комплексе, расположенной на промплощадке ствола «Северный – Вентиляционный». Годовая потребность в закладочных материалах составляет 570000 м, когда производительность комплекса рассчитана на 800000 м/год. Режим работы комплекса принят в соответствии с технологией ведения горных работ и составляет 305 дней в году, 2 смены по 8 часов. В состав БЗК включены: - дробильно-сортировочный узел, включающий: дробилки СМД-133А, СМД-131А, СМД-134А; конвейера СМД-151, СМД-152; грохота 174А в количестве 2 шт. - открытый склад закладочных материалов; - помольно - смесительное отделение; - склад цемента, с общим объемом хранения; 122 - отделение приготовления химических добавок. Себестоимость закладочных работ при применении данной системы разработки с твердеющей закладкой составляет 1200 рублей [93]. 2) При использовании предложенной технологии закладочных работ в качестве дополнительной горно-капитальной выработки потребуется проходка восстающего (породоспуска) с земной поверхности до 1250 горизонта. По методике расчета п. 3.1 определена ширина искусственного твердеющего массива, которая составила 15 м при нормативной прочности 3 МПа. Расчет себестоимости закладочных работ, при комбинированной закладке выработанного пространства предложенной технологией закладочных работ производился в следующей последовательности: 1. Расчет дополнительных капитальных затрат при отработке рудного тела №6 Юбилейного месторождения камерной системой разработки с комбинированной закладкой выработанного пространства. 2. Расчет дополнительных эксплуатационных затрат, связанных с подготовкой комбинированного закладочного материала. 3. Расчет затрат на амортизацию дополнительных специализированных и неспециализированных фондов.