Введение к работе
Актуальность работы. Подземная разработка месторождений полезных ископаемых на больших глубинах осложняется повышенным уровнем действующих напряжений и слабой устойчивостью обнажений и конструктивных элементов системы разработки.
Особенно остро эта проблема стоит при выемке залежей ценных руд на глубинах более 800-1000м, для которых характерно наличие значительного количества тектонических нарушений. В этих условиях отработка запасов богатых руд осуществляется одним из самых трудоемких вариантов сплошной слоевой системы разработки с закладкой выработанного пространства - выемкой руды горизонтальными слоями сверху вниз, которая обеспечивает безопасную и эффективную эксплуатацию месторождений, 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 за счет применения составов закладочных смесей с использованием отходов горно-металлургического производства.
В этой связи, разработка технологий закладки выработанного пространства, обеспечивающих повышение эффективности отработки богатых руд на больших глубинах, 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 «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 и обоснование эффективных вариантов систем разработки при выемке руд в условиях рудника «Скалистый», №192-3538/06.
Цель работы - обеспечение эффективности и безопасности подземной отработки участков богатых руд на больших глубинах за счет повы-
шения несущей способности закладочных массивов и снижения затрат на их возведение.
Идея работы - обеспечение эффективности и безопасности подземной отработки участков богатых руд на больших глубинах с твердеющей закладкой выработанного пространства достигается за счет опережающей разгрузки массива по кровле рудного тела в сплошном порядке путем опережающего формирования закладочного массива с использованием активированных отходов медно-никелевого производства.
Объект исследований - технология закладки выработанного пространства при подземной разработке мощных сложноструктурных поло-гопадающих рудных тел (на примере Талнахского месторождения мед но-никелевых руд).
Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий: анализ и обобщение ранее выполненных исследований, теоретические и экспериментальные исследования технологий закладки выработанного пространства в лабораторных и производственных условиях. Обработка и анализ экспериментальных данных производилась методами математической статистики с реализацией на ЭВМ.
Научные положения, защищаемые в работе:
1. Снижение затрат на возведение массивов из твердеющей закладки
достигается путем формирования в отработанном выработанном про
странстве монолитного закладочного массива прочностью не менее 1,5-4,0
МПа, за счет активации на дезинтеграторе компонентов закладочной сме
си на основе отходов медно-никелевого производства, с включением мно
гофункциональной добавки в количестве 1-1,5% от их массы.
-
Обеспечение безопасности отработки участков богатых руд на больших глубинах достигается за счет установленного рационального соотношения жесткости твердеющей смеси и вмещающих пород.
-
Повышение устойчивости элементов природно-техногенной системы «налегающие породы - рудовмещающий массив - массив из твердеющей закладки» при отработке участков богатых руд на больших глубинах, обеспечивается технологиями сплошной слоевой выемки с опережающей разгрузкой и закладкой из высокомарочной смеси прочностью не менее 4 МПа по кровле рудного тела в сплошном порядке.
Научная новизна работы:
1. Выявлены закономерности изменения напряженно-
деформированного состояния массива в зоне очистных работ при сплош
ных слоевых системах разработки, в зависимости от физико-механических
свойств закладочного массива, позволяющих обосновать параметры тех
нологии закладки выработанного пространства.
-
Установлены зависимости основных механических, реологических, компрессионных свойств закладки из активированных отходов мед-но-никелевого производства от расхода цемента, объемного соотношения, размеров фракций и сроков твердения.
-
Выполнено научное обоснование параметров, разработанных технологии с твердеющей закладкой выработанного пространства с опережающей разгрузки массива по кровле рудного тела в сплошном порядке и формирования закладочного массива активированными отходами медно-никелевого производства.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивается надежностью и представительностью исходных данных, сопоставимостью результатов теоретических и экспериментальных лабораторных и опытно-промышленных исследований, при надежности не менее 90% и обработанных методами математической статистики, использованием современного оборудования и апробированных методик.
Научное значение работы состоит в раскрытии и обосновании взаимосвязей, определяющих эффективность и параметры технологии закладки выработанного пространства отходами медно-никелевого производства, при отработке участков богатых руд на больших глубинах.
Практическое значение работы заключается в разработке составов
и рациональных параметров технологии закладки выработанного про
странства отходами медно-никелевого производства, обеспечивающих
эффективность и безопасность подземной отработки участков богатых руд
на больших глубинах. 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 ни-
кель» с ожидаемым годовым экономическим эффектом более 28,6 млн. руб. Результаты теоретических исследований использованы в учебном процессе СКГМИ (ГТУ) при подготовке специалистов по направлению «Горное дело».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на: Международных научных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2008-2012гг.); Международной научно-практической конференции «Техгормет - 21 век» (Санкт-Петербург, 2010г.); VII Международной научной конференции «Устойчивое развитие горных территорий в условиях глобальных изменений» (Владикавказ 2010); IV Всероссийской научно-практической конференции «Устойчивое развитие территорий» (Уфа, 2012); Международной научной конференции «Информационные технологии и системы в науке, практике и образовании» (Владикавказ, 2013);НТС ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» (Норильск, 2011г.); ежегодных НТК СКГМИ (ГТУ) (Владикавказ, 2009-2013 гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 136 с. машинописного текста, содержит 50 рис., 18 табл., список литературы из 133 наименований.
