Введение к работе
Актуальность темы. Четвертая часть мировой добычи алмазов приходится на алмазодобывающую промышленность республики Саха (Якутия), что составляет основу ее современной экономики. По общему признанию месторождения алмазов Якутии своеобразны по сложности разработки: суровый резко континентальный климат; мощная толща многолетней мерзлоты; высокоминерализованные химически-агрессивные подземные воды.
В настоящее время за счет интенсивной отработки кимберлитовых месторождений открытым способом карьеры достигли критической глубины. На месторождениях «Айхал» и «Мир» завершены открытые горные работы соответственно на глубинах 325 и 525 м. Осложнилась горнотехническая обстановка из-за: загазованности карьеров выхлопными газами автотранспорта, продуктов буровзрывных работ и сероводородных испарений, большого объема вскрышных работ. Все это приводит к долговременным простоям карьеров.
Разработка законтурных запасов на стадии завершения работы карьеров имеет ряд существенных факторов, которые влияют на ведение очистных работ. Это смер-заемость и растепление кимберлитовой руды, размокание и выветривание, слоистость и большая трещиноватость. Они оказывают существенное влияние на выбор системы разработки и параметры буровзрывных работ, а также на показатели полноты и качества извлечения при разработке рудных месторождений.
Переход на подземную разработку алмазоносных месторождений затрудняется отсутствием практики ведения горных работ в условиях Севера. Автоматический перенос традиционных технологий разработки, в том числе с выпуском руды, в условиях многолетнемерзлых горных пород при переходе от открытых на подземные работы приведет к большим потерям и разубоживанию руды. Этим объясняется актуальность настоящей работы, направленной на поиск и выбор технологических схем подземной разработки кимберлитовых трубок, а также обоснование их параметров на стадии завершения работы карьера.
Цель работы: состоит в разработке технологии выемки законтурных запасов на стадии завершения работы карьера.
Идея работы: заключается в обосновании параметров технологических схем с учетом растепления и смерзания кимберлитовой руды и вмещающих пород.
4 Задачи исследований:
оценить технологические параметры при разработке законтурных запасов руды системой подэтажного обрушения;
определить рациональные параметры взаимного расположения взрывных скважин для отбойки слоев;
разработать варианты слоевой нисходящей спиральной отработки кимберлито-вых трубок механизированным комплексом с гибким щитовым перекрытием без его перемонтажа и изучить взаимодействие гибкого перекрытия с механизированной крепью методами физического моделирования.
Методы исследований: анализ результатов натурных наблюдений, аналитические расчеты, физическое моделирование, промышленные эксперименты.
Основные научные положения, защищаемые автором:
- показатели полноты и качества извлечения алмазоносной руды в законтурных запасах системой подэтажного обрушения определяемые показателем сыпучести, обеспечиваются высотой подэтажа, углом истечения и сыпучими свойствами руды при растеплении или смерзании взорванной горной массы, а оптимальное количество ортов на этаже прямо пропорционально его размеру по простиранию, нелинейно увеличиваются при росте потерь руды в гребнях и уменьшается при повышении удельных затрат на проведение выработок;
- при взрывной отбойке слоя снижение риска повреждаемости скважин достигается за счет их шахматного расположения при ЛЫС 3,2-К3,7 м и глубины до 20 м, обеспечивающих заданную высоту подэтажа 15 м.
- обеспечение полноты разработки кимберлитовой трубки по площади достигается применением механизированной крепи с гибким ограждающим перекрытием, позволяющими отрабатывать рудное тело нисходящими наклонными слоями по спирали без перемонтажа, короткими забоями на прямолинейных участках и радиальными заходками при ее развороте, а попарное силовое соединение секций обеспечивает их раздвижку при изменяющейся площади рудного тела.
Достоверность научных результатов обеспечивается сходимостью натурных исследований с результатами аналитических расчетов, достаточным объемом лабораторных исследований взаимодействия гибкого перекрытия со щитом и вмещающими породами.
5 Новизна научных положений:
установлена зависимость показателя сыпучести горной массы от сезонности выпуска руды под обрушенными породами, установлен характер зависимости потерь руды от количества ортов на подэтаже и затрат на их проведение;
определена рациональная глубина и порядок расположения скважин, при которых достигается их сохранность с увеличение высоты подэтажа;
разработана схема слоевой нисходящей отработки месторождения на основе спиральной выемки с применением механизированного комплекса без его перемонтажа.
Личный вклад автора состоит в анализе и обобщении результатов исследований разработки кимберлитовых трубок подземным способом; обосновании технологических параметров расположения скважин в веере и расстояние между ортами на подэтаже; разработке методики проведения лабораторных исследований по определению рационально угла наклона оградительного щита; обосновании технологических схем разработки кимберлитовой трубки механизированной крепью без перемонтажа, секции которой имеют попарное силовое соединение обеспечивающее их раздвижку при изменяющейся площади рудного тела; проведении экспериментальных исследований на Опытно-промышленном участке (ОПУ) рудника «Айхал».
Практическая ценность состоит: в установлении технологических параметров системы разработки кимберлитовых трубок с обрушением; определении рациональных параметров расположения ортов и высоты подэтажа; разработке технологических схем механизированной слоевой нисходящей отработки алмазных месторождений по спирали без перемонтажа.
Реализация работы в промышленности. В результате выполненных исследований разработаны рекомендации на отработку (ОПУ) рудника «Айхал», которые были переданы для дальнейшего использования в институт Якутнипроалмаз.
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на научных семинарах лаборатории подземной разработки угольных месторождений ИГД СО РАН, Международных конференциях «Неделя горняка» (Москва, 2001-2006 гг), «Динамика и прочность горных машин» (Новосибирск, 2001 г, 2003 г), на IV Международной конференции «Наукоемкие технологии добычи и переработки полезных ископаемых» - (Новосибирск: ИГД СО РАН, 2005 г).
Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 5 печатных работах.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 139 страницах машинописного текста, содержит 78 рисунков, 10 таблиц, 6 приложений, список литературы из 122 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам лаборатории подземной разработки угольных месторождений, лаборатории механики сыпучих сред, лаборатории подземной разработки рудных месторождений и лаборатории механики горных пород ИГД СО РАН за помощь и поддержку работы.
