Содержание к диссертации
Введение
Анализ технологии закладки выработанного пространства при разработке сильнонарушенных руд 9
1.1. Структурные особенности строения месторождения 9
1.2. Опыт отработки запасов сильнонарушенных руд системами разработки с закладкой выработанного пространства 12
1.3. Анализ технологии отработки запасов руд на руднике «Скалистый» 26
1.4. Цель, задачи и методы исследований 29
Исследование закономерностей поведения рудовмещающего массива при техногенном вмешательстве 32
2.1. Структурные особенности строения месторождения 32
2.2. Определение нарушенное месторождения 34
2.3 Влияние трещиноватости массива на устойчивость обнажений 36
2.4. Анализ геомеханической обстановки 39
2.5. Прогнозная оценка напряженного состояния залежи с учетом блочного строения массива 41
2.6. Методы оценки напряженно-деформированного состояния подрабатываемого массива 45
2.7. Исследование закономерностей распределения давления на кровлю закладочного массива 47
Выводы 50
Обоснование параметров технологии закладки выработанного пространства отходами медно-никелевого производства 52
3.1. Влияние уровня нормативных требований к прочности закладки в обнажениях на интенсивность ведения горных работ 52
3.2. Исследования напряженно-деформированного состояния закладочного массива . 54
3.3. Давление на закладочный массив 60
3.4. Исследования устойчивости обнажений массива из твердеющей закладки при различных параметрах нагружения 62
3.5. Разработка методики расчета нормативной прочности закладочного массива с учетом состава закладочной смеси и характеристики горной выработки 79
3.6. Рекомендуемые варианты сплошной камерной системы разработки 95
Выводы 101
Разработка рекомендаций по внедрению разработанных технологических решений при отработке запасов на руднике «Скалистый» 104
4.1. Опытно-промышленная проверка результатов исследований 104
4.2. Определение нормативной прочности твердеющей закладки 108
4.3. Технико-экономическое обоснование и сравнительный анализ существующей и предлагаемой технологи разработки 112
Выводы 115
Заключение 117
Литература 120
Приложения 134
- Опыт отработки запасов сильнонарушенных руд системами разработки с закладкой выработанного пространства
- Прогнозная оценка напряженного состояния залежи с учетом блочного строения массива
- Исследования напряженно-деформированного состояния закладочного массива
- Определение нормативной прочности твердеющей закладки
Введение к работе
Актуальность работы. Для восполнения выбывающих мощностей и увеличения объёмов добычи медно-никелевых руд на «Талнахском» и «Октябрьском» месторождениях развитие горных работ определяет вскрытие и подготовку новых горизонтов богатых руд, большая часть из которых залегает в сложных горно-геологических и горно-технических условиях. Вследствие этого, повышаются требования к технологии добычи полезного ископаемого и возникают проблемы в обеспечении безопасности ведения работ.
Технологии с закладкой выработанного пространства обеспечивают безопасную и эффективную эксплуатацию месторождений в этих условиях, однако высокая стоимость вяжущих и инертных заполнителей снижает экономическую эффективность применения твердеющей закладки. Обеспечить возрастающие объемы закладочных работ и снизить затраты на их производство возможно за счет разработки оптимальных параметров технологий погашения выработанного пространства и за счет применения составов закладочных смесей с использованием отходов производства, хвостов обогащения и металлургических шлаков.
В этой связи, разработка технологий закладки выработанного пространства, обеспечивающих ресурсосбережение и безопасность отработки мощных сильнонарушенных рудных тел, за счет повышения несущей способности закладочных массивов и снижения затрат на их возведение является важной и актуальной для горнорудной промышленности задачей.
Диссертация является частью завершенных научно-исследовательских работ по темам «Разработка и обоснование эффективных вариантов систем разработки при выемке руд в условиях рудника «Скалистый», №192-3538/06, «Использование отвальных породных хвостов ТОФ для закладки выработанного пространства рудников Талнаха», № 010001230019.
Цель работы – обоснование рациональных параметров технологии закладки выработанного пространства на основе отходов медно-никелевого производства, обеспечивающих ресурсосбережение и безопасность при подземной разработке участков мощных пологопадающих залежей сильнонарушенных руд.
Идея работы – ресурсосбережение и безопасность подземной отработки сильнонарушенных руд с твердеющей закладкой выработанного пространства достигается за счет опережающей разгрузки по кровле рудного тела и размещением защитного слоя в местах наибольшей нарушенности рудовмещающего массива, с формированием закладочного массива с использованием отходов горнометаллургического производства.
Объект исследований – мощные сложноструктурные пологопадающие рудные тела – локализуются в условиях, которые целесообразно рассмотреть на примере Талнахского месторождения медно-никелевых руд.
Методы исследований. 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. Основными факторами, оказывающими влияние на устойчивость обнажения искусственного массива, наряду с уровнем и характером распределения напряжений в его краевой части и механическими характеристиками, являются параметры геотехнологической схема работы этого участка: конструкция схемы очистных работ, размеры и прочность закладки защитного слоя.
2. С увеличением пролета выработанного пространства в окрестностях закладочного массива, при сплошной камерной системе разработки, увеличивается протяженность зоны опорного давления впереди очистных работ на 40-45 м, с максимумом 34 МПа в 10 м от фронта очистной выемки.
3. Повышение устойчивости элементов природно-техногенной системы «налегающие породы – рудовмещающий массив – массив из твердеющей закладки» при отработке запасов сильнонарушенных руд, обеспечивается технологиями сплошной камерной выемки с опережающей разгрузкой по кровле рудного тела и с размещением защитного слоя из высокомарочной твердеющей смеси прочностью не менее 3,5-4 МПа в местах наибольшей нарушенности рудовмещающего массива.
Научная новизна работы:
1. Выявлены закономерности изменения напряженно-деформированного состояния массива в зоне очистных работ при сплошных камерных системах разработки, в зависимости от механических свойств закладочного массива и порядка ведения работ, позволяющих обосновать параметры технологии закладки выработанного пространства.
2. Разработана методика расчета нормативной прочности твердеющей закладки, учитывающая влияние ограничения боковой поверхности закладочного массива.
3. Выполнено научное обоснование параметров, разработанных ресурсосберегающих технологии отработки сильнонарушенных руд с опережающей разгрузкой по кровле рудного тела и с размещением защитного слоя из высокомарочной твердеющей смеси в местах наибольшей нарушенности рудовмещающего массива.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается обобщением и использованием большого объема статистических данных по разработке рудных 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 производство на руднике «Скалистый» Заполярного филиала ОАО «ГМК «Норильский никель».
Научное значение работы состоит в раскрытии и обосновании взаимосвязей, определяющих эффективность и параметры технологии закладки выработанного пространства отходами медно-никелевого производства, при отработке участков руд в зонах интенсивных тектонических нарушений.
Практическое значение работы состоит в разработке рациональных параметров технологии закладки выработанного пространства отходами медно-никелевого производства, обеспечивающих ресурсосбережение и безопасность отработки мощных сильнонарушенных рудных тел подземным способом. Результаты исследований могут быть использованы действующими горно-рудными предприятиями, научно-исследовательскими и проектными организациями.
Реализация работы. Результаты исследований использованы при составлении проекта на отработку запасов руд на первоочередном участке рудника «Скалистый» Заполярного филиала ОАО «ГМК «Норильский никель» с ожидаемым экономическим эффектом более 12 млн. р./г. Результаты теоретических исследований использованы в учебном процессе СКГМИ (ГТУ) при подготовке специалистов в области подземной геотехнологии.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на: Международных научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2007 - 2010 гг.); V Всероссийской научно-практической конференции «Горно-металлургический комплекс России: состояние, перспективы развития» (Владикавказ, 2007г.); VII Международной конференции «Устойчивое развитие горных территорий в условиях глобальных изменений» (Владикавказ, 2010 г.); НТС ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» (Норильск, 2010 г.); на ежегодных НТК СКГМИ (ГТУ) (Владикавказ, 2006 - 2011 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 135 с. машинописного текста, содержит 60 рис., 9 табл., список литературы из 137 наименований и 1 приложения.
Опыт отработки запасов сильнонарушенных руд системами разработки с закладкой выработанного пространства
Практика разработки месторождений полезных ископаемых показывает, что методы управления устойчивостью рудовмещающего массива в условиях отработки сильнонарушенных руд весьма многообразны.
Технологии управления состоянием горного массива закладкой выработанного пространства широко используются при отработке Гайского [38], Талнахского [56], Учалинского [13], Североуральского [20], Октябрьского [39], Верхнекамского [46], Стрельцовского [47], Новоберезовского [48], Маныбайского [109] месторождений, на Малеевском [51], Тишинском [7], Риддер-Сокольном [21], Северном-Глубоком [49], Артемьевском [43], Орловском [47], рудниках.
Технологии с закладкой выработанного пространства являются средством перераспределения напряжений в рудовмещающем массиве. В качестве закладочных материалов используют песок, дробленные вскрышные породы, породы от проходки полевых подземных выработок, хвосты обогатительных фабрик, котельные и металлургические шлаки, твердеющие смеси. Используют одновременную с выемкой руды и последующую закладку.
Однако, при отработке запасов системами с закладкой выработанного пространства затраты на закладку достигают до 30% от себестоимости добычи руды и более. В некоторых случаях применение закладки на 25-30% и более снижает интенсивность отработки месторождений. Дальнейшее увеличение объемов закладочных работ ограничивается значительным расходом дорогостоящих вяжущих в составе закладочных смесей, дополнительными капитальными и эксплуатационными затратами на строительство, содержание и развитие закладочных комплексов. [16]
Для снижения себестоимости и повышения интенсивности закладочных работ при отработке Учалинского [13], Новоберезовского [48], Маныбайского [109], Зыряновского [19] месторождений закладочный массив формируют путем рациональной комбинации породной и твердеющей закладки.
Маныбайское месторождение ОАО «КАЗСАБТОН» [109] отрабатывается одновременно открытым и подземным способами. Запасы руды в прикарьерном массиве отрабатывают вариантом подэтажно-камерной системы разработки с закладкой выработанного пространства с двухстадийным порядком выемки камер (рис. 1.2). Технологические и конструктивные параметры системы разработки регламентируются устойчивостью обнажений естественного и искусственного массивов.
Заполнение очистного пространства при выемке камер первой очереди осуществляют твердеющей закладкой, состоящей из дробленной породы- и песчано-гравийной смеси, с содержанием гравия 56% и со средним расходом цемента 80-120 кг/м3. Погашение выработанного пространства камер второй очереди производят твердеющими или породными закладочными смесями, в зависимости от горно-геологических условий. Наиболее высокие показатели качества и полноты извлечения руды из недр обеспечивает вариант системы разработки с заполнением выработанного пространства камер первой и второй очереди твердеющей закладкой. Для снижения себестоимости работ и расхода вяжущих материалов в закладочные смеси добавляют дробленные породы, хвосты гидрометаллургического передела, хвосты кучного выщелачивания, золы и сточные воды ТЭЦ. Однако при существующем порядке и режиме ведения закладочных работ прочностные характеристики смесей снизились при одновременном возрастании разубоживания руды при отработке камер второй очереди. При отработке Зыряновского месторождения [19] интенсивное развитие получили варианты этажно-камерной системы с последующей закладкой выработанного пространства (рис. 1.3). Выемка вторичных камер сопровождается частыми обрушениями стенок и кровли отрабатываемых камер, разубоживанием руды закладочным материалом. Камеры после отработки закладывают твердеющей закладкой, а междукамерные целики сухой породой. Междуэтажные целики отрабатывают системой горизонтальных слоев с твердеющей закладкой. Сухая порода, которой заполняют пространство после выемки целиков, не обладает необходимой несущей способностью из-за ее усадки. Усадка породной закладки достигает до 30%. Для повышения несущей способности массива из сыпучей закладки его уплотняют действием взрыва [10], повышают влажность закладочного материала [1], подбирают необходимый грансостав [19], укладывают его силой сжатого воздуха [57], пропитывают песчано-цементным раствором [108]. Комбинированные способы управления устойчивостью прикарьерного массива применяют на предприятиях с высоким уровнем инженерно-технологического обеспечения. Сочетание способов погашения в пределах одного месторождения невозможно без учета особенностей проявления механизма горного давления для управления массивом. Основу комбинации представляет твердеющая закладка, которая представляет возможность создания искусственных сооружений в массиве с различной прочностью. Разнопрочность закладки, легко регулируемая в процессе приготовления, является признаком, который отличается от иных способов реализации комбинированных систем разработки. Запасы вкрапленных руд рудника «Комсомольский» [15] подработаны первоочередной выемкой богатых руд, что обусловливает сложную картину напряженно-деформированного состояния рудного массива и налегающей толщи.
Прогнозная оценка напряженного состояния залежи с учетом блочного строения массива
Рудное поле рудника «Скалистый» располагается в лежачем поднятом крыле НХР на самом восточном фланге Норильского рудного узла и испытало дважды динамические преобразования, связанные с разуплотнением массива [86]. Первый раз - в процессе формирования рудной залежи в структурно-тектонической ловушке в зоне растяжения в лежачем опущенном крыле Норильского магистрального рудоконтролирующего разлома. И второй раз, на следующем этапе геодинамического цикла, когда эта ловушка была нарушена пострудным Хараелахским сбросом. В результате перемещения разъединенных блоков, поэтому разлому рудная залежь рудника «Скалистый» вновь оказалась в блоке пород, испытавшем вторичное разуплотнение. Это привело к увеличению числа систем трещин открытого типа и уменьшению параметров блочности и, следовательно, к снижению прочности массива и устойчивости выработок. В этих условиях при производстве подземных горных работ породы слагающие рудовмещающий массив в поле шахты не столько склонны к динамическим формам проявления горного давления, сколько к разрушениям, связанным с повышенной подвижностью дважды разуплотненного массива.
Вблизи крупных тектонических трещин, разломов, зон раздробленных и окисленных пород происходит перераспределение напряжений в пределах регионального поля. Вблизи контакта с зонами нарушений напряжения, действующими вдоль контакта, увеличиваются в 1,3-2 раза в зависимости от мощности нарушения и модуля упругости заполняющих нарушение пород. Нижний предел относится к маломощным нарушениям, с модулем упругости заполнителя, близким к модулю основных пород; верхний предел для мощных нарушений, с модулем упругости заполнителя, значительно меньшим модуля основной породы. Напряжения, перпендикулярные разлому незначительно снижаются.
Неравнокомпонентное состояние поля напряжений подтверждается деформациями, крепи ствола B3G-1, околоствольных выработок и выработок откаточного и вентиляционно-закладочного горизонта в зоне дислокации оперяющих НХР дизъюнктивных.нарушений.1 и II порядков. Судя по вектору и величинам деформаций максимальной составляющей тензора напряжений является горизонтальная, которая ориентирована в широтном направлении и превышает вертикальную составляющую напряжений. Вертикальная составляющая естественного поля напряжений в рудовмещающем массиве, вызванная гравитационными силами будет возрастать с юга на север и изменяться от 20 до 40 МПа: Горизонтальная составляющая при коэффициенте бокового распора, который, по аналогии с другими рудниками Талнаха, составляет 0,4 - 0,8, может изменяться от 10 до 30 МПа. Это подтверждают и исследования, проведенные во ВНИМИ, на основании которых влияние тектоники на напряженное состояние массива при ведении очистных работ будет определяться, в основном, изменением горизонтальной составляющей поля напряжений. Вертикальная составляющая поля напряжений будет изменяться незначительно и величина ее на уровне откаточного горизонта составит порядка 1,25 уН, а на уровне вентиляционно-закладочного горизонта-1,4 уН. В то время как величина горизонтальной составляющей может превышать вертикальную и достигать величины порядка 1,6-1,8 уН.
Значительное влияние горизонтальной составляющей тензора напряжений на устойчивость рудовмещающего массива подтверждается многолетними визуальными и инструментальными исследованиями. ЛРД ГМОИЦ. В наиболее худшем состоянии находятся участки рудного поля, попадающие непосредственно в зону влияния НХР, особенно на участках массива, структурно осложненных оперяющими сбросами и взбросами. На этих участках действие горизонтальных напряжений приводит к деформации массива со скоростью в несколько раз превышающую скорость деформирования массива от действия вертикальных напряжений.
Анализ фактической геомеханической ситуации позволяет сделать вывод о том, что обнажения горных пород создаваемые при отработке запасов в условиях влияния крупного тектонического нарушения Норильско-Хараелахского разлома и сопутствующим ему дизъюнктивных нарушений более низкого порядка испытывают воздействие не только вертикальных, но в большей степени горизонтальных напряжений, что представляет собой наиболее опасный с точки зрения устойчивости массива вариант.
Величины тектонических сдвигов можно рассчитать как деформации сдвига, примыкающих к сместителям частей массива пород. Тектоническую деформированность, от которой зависит механическое состояние блочной структуры, претерпевшей изменения в процессе образования разрывов и сдвигов по ним, можно охарактеризовать параметром Д.. Механическое состояние блочной структуры в совокупности с условиями нагружения определяют геомеханические процессы в массиве пород, в том числе и динамические явления. Причем, чем больше величина тектонической деформированности DT, тем больше опасность возникновения этих явлений.
Перспективный прогноз напряженного состояния массива горных пород вокруг выработанных пространств проводится по методике ВНИМИ, программам SUIT3D и FAULT3D [89]. Программы позволяют оценить напряженное состояние отрабатываемых участков с учетом плана ведения горных работ и особенностей залегания рудных залежей. По результатам расчетов строятся прогнозные карты напряженного состояния. Они представляют собой планы горных работ, на которые нанесены изолинии рассчитанных напряжений, действующих в плоскости любого горизонта. Такие карты строятся для анализируемых этапов отработки рудной залежи.
Для установления состояния разрывных нарушений от влияния ведения горных работ по отработке рудной залежи по программе FAULT3D выполняется оценка напряженного состояния, а по критерию Кулона-Мора определяется, какие участки нарушения могут испытывать подвижки по контактирующим поверхностям. Как известно в этом критерии возможность срыва по контакту определяется заданной величиной угла внутреннего трения. В силу некоторых причин техногенного и природного характера может произойти снижение прочностных характеристик на контактах разрывных нарушений (в первую очередь к снижению угла внутреннего трения). Поэтому проводится прогнозная оценка состояния нарушения при меньшем угле внутреннего трения.
Исследования напряженно-деформированного состояния закладочного массива
Увеличение пролета выработанного пространства сопровождается незначительным ростом расслоения пород, расположенных выше этой отслоившейся толщи. С увеличением пролета выработанного пространства увеличивалась протяженность зоны опорного давления впереди очистного фронта. При пролете выработанного пространства до 48 м опорное давление распространилось впереди забоя на 40-45 м с максимумом (34 МПа) в 10 м от фронта очистной выемки. Значительному распространению опорного давления способствовала большая изрезанность рудного массива подготовительными выработками. С увеличением пролета выработанного пространства увеличивались как протяженность зоны опорного давления, так и расстояние его максимума от забоя. Этот процесс зависит не только от пролета выемки, но также от развития сети подготовительных выработок впереди очистного фронта и блочности массива. С увеличением изрезанности массива максимум опорного давления удаляется от линии забоя, а зона опорного давления расширяется. При переходе из зоны опорного давления в зону подработки деформации переходили в растягивающие еще впереди забоя. Исходя из величины деформаций налегающей толщи, были определены напряжения в закладочном массиве, которые при пролетах отработки до 360 м не превышали 0,2-0,3 уН.
На рис. 3.3 приведены графики, показывающие влияние компрессионных свойств твердеющей закладки на распределение вертикальной составляющей горного давления в зоне разгрузки. %
Графики построены по результатам исследований, выполненных при коэффициентах компрессии закладки v=2% и 10%.
Из графиков, представленных на рис. 3.3, видно, что распределение давления на закладочный массив существенно зависит от компрессионных свойств закладки. Коэффициент компрессии закладки влияет и на уровень и на характер распределения давления в закладочном массиве. Исследования проведены в диапазоне относительных расстояний от забоя до расчётной точки в закладочном массиве, в которой определяется давление {LJH, где Ы — расстояние от забоя до расчётной точки, Н - глубина от поверхности до расчётной точки) от 0 до 0,6. При коэффициенте компрессии закладки 10% уровень концентрации напряжений в искусственном массиве вблизи от его обнажения, т.е при Lt, близкому к 0, имеет весьма низкие значения и по мере увеличения Li возрастает по восходящей ветви параболы. При коэффициенте компрессии закладки v=2% коэффициент напряжений вблизи обнажения? (/ 0) возрастает по линейному закону и на участке 0 L/H 0.15 практически совпадает с кривой, построенной при v=10%., а при дальнейшем увеличении L/H, то есть при удалении расчётной точки от обнажения бетона вглубь закладочного массива; темп его возрастания существенно замедляется: коэффициент компрессии возрастает по кривой уравнения .у = 4х с асимптотическим приближением к 1,0 при L/H 0;6.
Из рис. 3.4 видно, что максимальные значения коэффициента концентрации напряженийй (Ки) в закладочном массиве равны: КН=Ь,15 на расстоянии /#=0,58 при v=10%, и Кн=1,2 на расстоянии L/H=0,&5 при v=2%.
В результате выполненных исследований установлено, что при восходящем порядке отработки слоев твердеющая закладка должна иметь минимальные компрессионные свойства и небольшую прочность, при нисходящем — наоборот, повышенную прочность и по возможности более высокие компрессионные свойства.
Этим требованиям можно сравнительно легко удовлетворить при нисходящем порядке отработки слоев, применяя разнопрочную закладку. Подобрать же низкопрочную закладку с малыми коэффициентами компрессии с использованием действующих составов закладочных смесей весьма трудно, так как компресионные свойства закладки применяемых в настоящее время составов находятся в обратной зависимости с её прочностью: чем меньше прочность, тем выше коэффициент компрессии.
При камерных системах высота камер может быть равна мощности рудного тела и достигать 40-45 м. Геомеханическая схема при сплошной камерной системе разработки с закладкой выработанного пространства представлена на рис. 3.5.
Давление на закладочный массив, создаваемое проседающими подработанными породами в центре выработанного пространства колеблется от 0,15уН до 1,2 уН. В краевой части закладочного массива, то есть в закладке на участке последней отработанной ленты пригрузка со стороны вышележащих пород отсутствует и давление в этой части закладочного массива определяется лишь собственным весом закладки: аи=уи/ги, где уи и /ги - удельный вес и высота закладочного массива от почвы очистной выработки до кровли рудного тела в краевой части, то есть в последней отработанной ленте, смежной с рабочей лентой. Максимальная высота /ги и соответственно максимальное давление в краевой части закладочного массива аи будет при расположении очистной выработки в почве рудного тела, то есть при отработке первого нижнего слоя. Высота закладки в этом случае будет равна мощности рудного тела: /ги=трл.
Определение нормативной прочности твердеющей закладки
Эффективность применения технологий управления состоянием подработанного рудовмещающего массива при подземной отработке участков руд в зонах повышенной нарушенности сплошными камерными системами разработки с закладкой выработанного пространства определяется совокупностью значений, учитывающих величину производимой-продукции, затрат на ее производство и получаемой прибыли с учетом фактора времени. 4.2. По условию геомеханической сбалансированности системы «нетронутый массив — нарушенный массив — искусственный, массив» предподчтителен сплошной порядок отработки камер с элементами регулирования уровня напряжений технологическими приемами. 4.3. В зависимости от соотношения объемом композиции твердеющей, породной и упрочненной породной закладки удельная прибыль руды возрастает на 8-Ю % по сравнению с вариантами с твердеющей закладкой за счет снижения расхода вяжущих и инертных заполнителей в 2,0-2,5 раза. 4.4. Для отработки запасов на руднике «Скалистый» рекомендуются варианты сплошных камерных систем разработки с размещеним защитного слоя в местах наибольшей нарушенности рудовмещающего массива: — вариант сплошной камерной системы разработки с отработкой запасов восходящими веерами скважин и с сооружением защитного слоя по верхнему контакту рудного тела, при отработка средне и сильнонарушенных руд; - вариант сплошной камерной системы разработки с отработкой запасов восходящими веерами скважин с предварительным созданием защищенной зоны по кровле и подработкой по почве рудного тела, при отработке сильнонарушенных руд; - вариант сплошной камерной системы разработки с отработкой запасов нисходящими веерами скважин и с сооружением защитного слоя по верхнему контакту рудного тела, при отработке участков в зонах интенсивной трещиноватости и слабой устойчивости верхней части сплошных руд. 4.5. Применение рекомендуемых вариантов систем разработки при выемке балансовых запасов руды в пределах одной выемочной единицы-панели (120x60x15) в объеме 446040 м3 по сравнению с базовой технологией позволит получить экономический эффект в размере 3,7 - 15,3 млн. руб. в зависимости от применяемых вариантов технологий очистной выемки, за счет снижения затрат на закладочные работы и повышение интенсивности ведения очистных работ. В диссертации, являющейся законченной квалификационной работой, дано решение актуальной научно-технической задачи обоснования рациональных параметров технологии закладки выработанного пространства при подземной отработке участков мощных пологопадающих залежей сильнонарушенных руд, имеющей важное научное и практическое значение для экономики горнорудной-промышленности страны. Основные научные и практические результаты, выводы и рекомендации заключаются в следующем: 1. Установлено, что массив горных пород в пределах залежи представляет собой неоднородную среду, сложенную системой взаимодействующих блоков различных порядков и величин, ограниченных разрывными нарушениями, представленными сместителями с зеркалами скольжения и заполненными вторичным дробленным материалом. 2. Выявлено, что элементы залегания региональных разломов определяют пространственную ориентацию нарушений более высоких порядков и основных систем трещин. Наибольшая нарушенность отмечается в кровле сплошных руд и в габбро-долеритах приконтактной зоны, где значения коэффициента Кн менее 0,15. 3. Определено, что вертикальная составляющая естественного поля напряжений в рудовмещающем массиве, вызванная гравитационными силами будет возрастать с юга на север и изменяться от 20 до 40 МПа. Горизонтальная составляющая при коэффициенте бокового распора, который составляет 0,4 0,8, может изменяться от 10 до 30 МПа. 4. Выявлено, что с увеличением пролета выработанного пространства в окрестностях закладочного массива увеличивается протяженность зоны опорного давления впереди фронта очистных работ. При пролете выработанного пространства до 48 м опорное давление распространяется впереди очистного забоя на 40-45 м с максимумом 34 МПа в 10 м от фронта очистной выемки. 5. Установлено, что основными факторами, оказывающими влияние на устойчивость обнажения искусственного массива, наряду с уровнем и характером распределения напряжений в его краевой части и механическими характеристиками, являются параметры геотехнологической схема работы этого участка: конструкция схемы очистных работ, размеры и прочность закладки защитного слоя. 6. Выявлено, что при использовании1 сплошных камерных систем разработки в краевой части закладочного массива образуется прямоугольная призма, боковая грань которой представляет собой обнажение закладки в очистной выработке, устойчивость которой определяется условием неразрушения упомянутой призмы в закладочном массиве. 7. Разработана методика расчета нормативной прочности твердеющей закладки, учитывающая влияние ограничения боковой поверхности закладочного массива. 8. Моделированием процессов деформирования и разрушения закладочного массива в вертикальных обнажениях, проведенное на моделях из эквивалентных материалов установлено, что после приложения нагрузок в первую очередь разрушается малопрочная закладка в нижних слоях обнажения. 9. Определено, что нормативная прочность твердеющей закладки дифференцируется в интервале 0,5-4,0 МПа в зависимости от параметров напряженного состояния рудовмещающего и искусственного массивов, при этом при переходе на проектные закладочные смеси шлаки-хвосты-цемент за счет более их высоких компрессионных свойств уровень нормативной прочности закладки в вертикальных обнажениях снижается на 0,2-0,5 МПа 10. Разработаны варианты сплошной камерной выемки с опережающей разгрузкой по кровле рудного тела и с размещением защитного слоя из высокомарочной твердеющей смеси в местах наибольшей нарушенности рудовмещающего массива, обеспечивающие повышение устойчивости элементов природно-техногенной системы «налегающие породы рудовмещающий массив - выработанное пространство, заполненное закладочной смесью» при подземной разработке запасов сильнонарушенных РУД 11. Доказано, что рекомендуемые варианты сплошной камерной системы разработки снижают затраты на закладку выработанного пространства за счет замены до 25-30% объема высокомарочной твердеющей смеси М80-100 на ангидрито-шлаковой основе на более дешевые малопрочные составы МЗО-40 на шлако-хвостововой основе, повышают интенсивность очистных работ на 12-15%, при сохранение качественных показателей добычи на достигнутом уровне. 12.У становлено, что применение рекомендуемых вариантов систем разработки при выемке балансовых запасов руды в пределах одной выемочной единицы-панели в объеме 446040 м3 по сравнению с базовой технологией позволит получить экономический эффект в размере 3,7 — 153 млн. руб. в зависимости от применяемых вариантов технологий очистной выемки.
