Введение к работе
Актуальность работы. В подкарьерных запасах кимберлитовых трубок МГОК АК «АЛРОСА» сосредоточены значительные объемы алмазоносной руды. Горно-геологические условия этого участка месторождения осложнены наличием водоносного горизонта. Руда и вмещающие породы характеризуются малой крепостью. С учётом сложности перехода от открытых горных работ к подземным, задача отработки подкарьерных запасов является весьма актуальной.
Исследованиями в этом направлении в разное время занимались: член. корр. РАН, проф., д.т.н. Каплунов Д.Р., проф., д.т.н. Айнбиндер И.И., Крамсков Н.П., Замесов Н.Ф., Клишин Е.Р., Ломоносов Г.Г., д.т.н., Волков Ю.В., Савич Н.И., Шахиров Н.Х., к.т.н., Ковтун Н.В., Блюм Е.А. Однако до сих пор не разработана эффективная технология выемки подкарьерных запасов в условиях МГОК АК «АЛРОСА», поэтому необходимы дальнейшие исследования для решения технологической задачи по отработке значительных объемов руды в границах подкарьерных запасов.
Цель работы. Разработка технологии выемки подкарьерных запасов кимберлитовых трубок в зоне водоносного горизонта.
Задачи, решению которых посвящена работа:
-
Анализ и обобщение зарубежного и отечественного опыта разработки подкарьерных запасов кимберлитовых трубок и рудных залежей в сложных гидрогеологических условиях.
-
Разработка предложений по новой технологии, обеспечивающей безопасную и экономически эффективную выемку подкарьерных запасов кимберлитовых трубок.
-
Определение усадки, прочностных и фильтрационных свойств образцов твердеющей смеси.
-
Определение оптимального состава твердеющей смеси на разной глубине формирования искусственного гидроизолирующего целика.
-
Оценка устойчивости искусственного гидроизолирующего целика сформированного по контуру кимберлитовой трубки и состоящего из твердеющей смеси.
-
Определение технико-экономических параметров предлагаемой технологии разработки подкарьерных запасов и подготовка рекомендаций.
Идея работы. Для полной выемки подкарьерных запасов кимберлитовых трубок в условиях МГОК АК «АЛРОСА» необходимо применение технологии, включающей создание искусственного цилиндрического гидроизолирующего целика по контуру рудного тела в зоне водоносного горизонта и двух упрочняющих целиков по простиранию.
Методы проведения исследований. Для решения поставленных задач использован комплексный метод исследований, включающий:
анализ и обобщение данных, опубликованных в горнотехнической литературе по проблеме разработки подкарьерных запасов кимберлитовых трубок;
создание экспериментального стенда и изучение с его помощью влияния расширяющих добавок на снижение усадки твердеющей смеси;
определение прочностных и фильтрационных свойств твердеющей смеси для получения оптимальных составов;
создание методики расчёта прочности и параметров искусственного гидроизолирующего целика.
Научная новизна:
Установлено, что применение многофункциональных добавок в составе твердеющей смеси искусственного цилиндрического гидроизолирующего целика в количестве 1,5-2,3% от массы цемента незначительно уменьшает прочность, снижает усадку и увеличивает противофильтрационные свойства, что обеспечивает безопасность ведения горных работ.
Определена зависимость толщины стенки искусственного цилиндрического гидроизолирующего целика от сечения очистной заходки.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Для обеспечения безопасной и экономически эффективной отработки подкарьерных запасов следует применять разработанную технологию ведения очистных работ, включающую создание под защитой рудной корки перед началом очистных работ искусственного цилиндрического гидроизолирующего целика и искусственных упрочняющих целиков по простиранию кимберлитовой трубки.
-
При закладке выработанного пространства на алмазодобывающих рудниках Якутии следует в составе закладочной смеси применять расширяющую воздухововлекающую добавку (типа ЛАД-6) в количестве 2-3% от массы цемента. Создание искусственного цилиндрического гидроизолирующего целика необходимо производить твердеющей смесью, включающей многофункциональную герметизирующую добавку (типа МСФ-М3) в количестве 1,5-2,3% от массы цемента.
-
Толщину стенки искусственного цилиндрического гидроизолирующего целика, обеспечивающую безопасность ведения горных работ, следует определять при помощи разработанной методики, основанной на условиях устойчивости вертикальной выработки. Оптимальный состав твердеющей смеси целика с учётом усадки, прочности, фильтрационных свойств и стоимости целесообразно находить на основе экономико-математической модели, содержащей указанные факторы.
Практическая значимость работы.
выданы рекомендации по проектированию новой технологии разработки подкарьерных запасов алмазоносных трубок МГОК АК «АЛРОСА»;
разработаны составы твердеющей смеси для безусадочной закладки выработанного пространства, создания искусственного цилиндрического гидроизолирующего целика и упрочняющих целиков, включающие многофункциональную добавку расширяющего и герметизирующего действия;
рассчитаны параметры системы разработки подкарьерных запасов кимберлитовых трубок в сложных гидрогеологических условиях.
Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций подтверждается детальным анализом мирового опыта разработки подкарьерных запасов рудных месторождений в сложных гидрогеологических условиях; значительным объемом экспериментальных исследований прочностных и фильтрационных свойств твердеющей смеси с применением современного оборудования и рядом исследований других авторов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на LX Международном форуме горняков и металлургов (Фрайберг, Германия, 2010 г.); ежегодных научных конференциях молодых ученых СПГГИ (ТУ) «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт-Петербург, 2009 г., 2010 г.); международной конференции молодых ученых «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2009 г., 2010 г.); 5-ой международной научно-технической конференции «Современные проблемы освоения минеральных ресурсов Севера» (г. Воркута, 2010 г.); научном симпозиуме «Неделя горняка – 2010» (МГГУ, г. Москва); международной конференции «Школа подземной разработки-2010» (Украина, Ялта, 2010 г.); научных семинарах кафедры Разработки месторождений полезных ископаемых СПГГИ (ТУ), работа получила Премию Правительства Санкт-Петербурга, автор удостоен Стипендии Правительства Российской Федерации.
Личный вклад автора:
сформулированы цель, идея и задачи исследований;
создана технология полной отработки подкарьерных запасов кимберлитовых трубок в условиях МГОК АК «АЛРОСА»;
разработана методика и проведены экспериментальные исследования по определению усадки, прочностных и фильтрационных свойств твердеющей смеси;
получен оптимальный состав твердеющей смеси для создания искусственного цилиндрического гидроизолирующего целика и упрочняющих целиков;
сформулированы основные защищаемые положения и выводы, разработаны практические рекомендации.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 9 печатных работах, из них 3 статьи - в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России, получен 1 патент.
Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 138 страниц состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 115 источников, включает 20 рисунков и 17 таблиц.
Автор выражает благодарность научному руководителю профессору, д.т.н. Эмилю Иосифовичу Богуславскому за постоянное внимание к данной работе, помощь в определении общей идеи работы, направлений исследований и интерпретации полученных данных; сотрудникам кафедры РМПИ за полезные замечания и ценные советы; сотрудникам лаборатории свойств горных пород НЦ Геомеханики и проблем горного производства СПГГИ (ТУ) за содействие в проведении экспериментов.
