Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса. цель и задачи исследований
1.1 Анализ мирового опыта разработки пологих месторождений камер-но-столбовыми системами .
1.2 Особенности практики отработки нерудных месторождений Но-рильского промышленного района
1.2.1 Горозубовское месторождение ангидрита .
1.2.2 Каларгонское месторождение известняков .
1.3 Анализ фактического уровня потерь и разубоживания при добыче ангидрита и известняка .
1.4 Цель и задачи исследований
2 Формирование потерь и разубоживания полезных ис-копаемых по местам и источникам образования при камерно-столбовых системах разработки .
2.1 Исследование потерь полезного ископаемого по видам и месту образования
.2.1.1 Потери полезных ископаемых в массиве
2.1.2 Потери полезных ископаемых в отбитом виде
2.2 Исследование источников разубоживания полезного ископаемого..
2.3 Разработка классификаций эксплуатационных потерь и разубоживания полезных ископаемых при камерно-столбовых системах разработки
3 Экспериментальные исследования способов сокра-щения потерь и разубоживания при камерно-столбовой системе разработки .
3.1 Количественная оценка факторов, влияющих на уровень показателей извлечения из недр
3.2 Обоснование устойчивых размеров междукамерных цели-ков
3.3 Обоснование рациональной схемы отбойки и параметров буро-взрывных работ .
3.3.1 Сокращение зоны технологической трещиноватости
3.3.2 Сокращение потерь в «крыльях» целиков
3.4 Обоснование минимально устойчивой мощности предохранитель-ной толщи в кровле камеры
3.5 Снижение потерь отбитого полезного ископаемого
3.5.1 Потери в плинтусах
3.5.2 Потери на почве выработок .
4 Разработка методики определения нормативов по-терь и разубоживания
4.1 Основные положения методики
4.2 Обоснование критерия эффективности отработки запасов месторождений нерудного сырья .
4.3 Методика расчета нормативов потерь и разубоживания нерудного сырья.
4.4 Экономическая оценка эффективности результатов исследования .
Заключение .
Список использованной литературы
- Особенности практики отработки нерудных месторождений Но-рильского промышленного района
- Потери полезных ископаемых в массиве
- Обоснование рациональной схемы отбойки и параметров буро-взрывных работ
- Обоснование критерия эффективности отработки запасов месторождений нерудного сырья
Введение к работе
Актуальность работы. Высокие количественные потери полезного ископаемого при добыче приводят к раннему истощению месторождения и сокращению сроков существования горного предприятия. Для покрытия потребностей в минеральном сырье требуются значительные дополнительные затраты на разведку и ввод в эксплуатацию новых месторождений взамен выбывших. В большей степени это касается предприятий, которые ведут добычу нерудных полезных ископаемых подземным способом камерно-столбовыми системами разработки, с характерно низкими показателями извлечения. Практика показывает, что данные системы обеспечивают высокую производительность и интенсивность выемки при сравнительно низкой себестоимости добычи, однако потери весьма высоки - в недрах остается до 50% запасов полезных ископаемых.
Это в полной мере относится к Горозубовскому и Каларгонскому нерудным месторождениям, расположенным в Норильском промышленном районе. Данные месторождения обеспечивают жизнедеятельность ЗФ ОАО «Горно-металлургическая компания «Норильский никель», так как покрывают основные потребности предприятия в ангидрите и известняке для изготовления вяжущих компонентов твердеющей закладки, флюсовых добавок пирометаллургического производства и адсорбционного нейтрализатора вредных промышленных газов.
Повышение эффективности отработки нерудных месторождений может осуществляться путем снижения потерь и установления научно-обоснованных нормативов. Однако известные способы и методики, как правило, разработаны для рудных месторождений и адаптированы к конкретным условиям и технологиям. В этой связи обоснование способов, средств и методик для повышения полноты и качества отработки нерудных месторождений является актуальной научной и практической задачей.
Объект исследования - технология выемки мощных пологопадающих залежей нерудного сырья.
Предмет исследования - способы снижения и нормирования потерь и-разубоживания нерудных полезных ископаемых.
Цель работы состоит в повышении эффективности отработки мощных пологопадающих нерудных месторождений камерно-столбовыми системами.
Идея работы заключается в том, что повышение полноты и качества выемки запасов осуществляется на основе учета закономерностей изменения потерь и разубоживания нерудного сырья и разработанных инженерных способов, обеспечивающих достижение их оптимального уровня.
Задачи исследования:
1. Выявить закономерности формирования потерь и разубоживания полезного ископаемого по местам и источникам образования и установить основные факторы, влияющие на их величину.
Усовершенствовать классификации эксплуатационных потерь и разубоживания и разработать методики достоверного их определения применительно к камерно-столбовым системам разработки.
Обосновать комплекс инженерно-технических решений по повышению полноты и качества извлечения запасов, провести опытно-промышленную проверку и оценить их эффективность.
Разработать частную методику нормирования и установить нормативы эксплуатационных потерь и разубоживания нерудных полезных ископаемых для камерно-столбовой системы разработки.
Методы исследований: в работе использован комплекс методов исследований, включающий анализ литературных источников и обобщение данных практики при постановке задачи, изучение нормативно-методических документов, производственные эксперименты, компьютерное и математическое моделирование при обосновании параметров конструктивных элементов и буровзрывных работ, статистический анализ при обработке результатов экспериментальных исследований и технико-экономический анализ при оценке эффективности результатов работы.
Научные положения, выносимые на защиту:
Оценка условий, мест и источников формирования потерь и разубоживания при отработке нерудного сырья камерно-столбовыми системами осуществляется по разработанным классификациям.
Снижение потерь и разубоживания при отработке месторождений нерудных полезных ископаемых камерно-столбовой системой достигается рационализацией технологических процессов очистной выемки и применением рекомендованных технических средств с установленными характеристиками.
При отработке месторождений нерудных полезных ископаемых нормативы потерь и разубоживания устанавливаются по методике, учитывающей показатель оптимального содержания компонентов в товарном сырье.
Достоверность научных результатов подтверждается представительностью и надежностью исходных данных, значительным объемом промышленных экспериментов по определению и сокращению потерь полезных ископаемых, моделированием напряженно-деформированного состояния конструктивных элементов системы разработки методом конечных элементов, сходимостью результатов теоретических расчетов с практическими данными, внедрением рекомендаций в практику.
Личный вклад автора состоит в:
— исследовании условий образования потерь и разубоживания с разработкой их классификации для различных вариантов камерно-столбовых систем разработки, применяемых на рудниках «Ангидрит» и «Известняков»;
разработке методических рекомендаций по определению потерь и разубоживания при отработке мощных пологопадающих залежей нерудного сырья камерно-столбовыми системами разработки;
проведении моделирования напряженно-деформируемого состояния конструктивных элементов системы разработки методом конечных элементов с целью оптимизации их параметров;
проведении промышленных исследований и экспериментов, направленных на снижение потерь и разубоживания;
разработке нормативов потерь и разубоживания для условий рудников «Ангидрит» и «Известняков».
Научная новизна работы
Усовершенствованы классификации количественных и качественных потерь нерудного сырья, отличающиеся от существующих тем, что в них включены ранее неучтенные места и источники образования потерь и разубоживания.
Уточнена и адаптирована для условий отработки залежей нерудного сырья методика расчета мощности предохранительной толщи, учитывающая глубину залегания, ширину камеры, физико-механические свойства полезного ископаемого и боковое давление.
Предложен показатель, позволяющий формировать оптимальное содержание компонентов в товарном сырье и определять технологический контур с уровнем потерь и разубоживания, обеспечивающим максимум прибыли с 1 т погашенных балансовых запасов.
Усовершенствован методический подход к нормированию показателей извлечения, основанный на использовании показателя оптимального содержания компонентов в товарном сырье.
Практическая ценность работы
Разработана методика количественной оценки потерь и разубоживания при камерно-столбовых системах, учитывающая совокупное влияние основных факторов на показатели извлечения.
Подготовлены и внедрены Руководства по нормированию и планированию показателей извлечения на рудниках «Ангидрит» и «Известняков».
Испытаны и внедрены новые паспорта буровзрывных работ, позволяющие снизить потери полезного ископаемого в массиве.
Реализация результатов работы. На основе выполненных исследований разработаны и внедрены: «Руководство для нормирования и планирования потерь и разубоживания при системах разработки с открытым очистным пространством для условий рудника «Ангидрит» (часть XXX)» и «Руководство для нормирования и планирования потерь и разубоживания при системах разработки с открытым очистным пространством для условий рудника «Известняков» (часть XXXII).
Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения результатов исследования в условиях отработки запасов рудников «Ангидрит» и «Известняков» составит 10 млн руб.
Теоретические и практические результаты исследований использовались в учебном процессе в Институте горного дела, геологии и геотехнологии Сибирского федерального универститета при подготовке специалистов -горных инженеров.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на Московской конференции «Неделя горняка» (2007,
2008 гг.), на трех международных научно-технических конференциях в
г. Красноярске (2007, 2008 и 2009 гг.), на трех Всероссийских конференциях
в г. Красноярске (2007 и 2008 гг.), двух межрегиональных научно-
технических конференциях (2007 и 2008 гг.) и на научно-технических сове
щаниях ЗФ ОАО «Горно-металлургическая компания «Норильский никель»
(2007 и 2009 гг.).
Исследования проведены при поддержке Краевого государственного автономного учреждения «Красноярский краевой фонд поддержки научной и научно-технической деятельности» (КГАУ «ККФПН и НТД») для молодых ученых в 2009 г. и пяти грантов, выполненных в рамках «Программы развития СФУ на 2007-2010 годы по научно-методическому обеспечению образовательного процесса по приоритетным областям развития СФУ» (2007-
2009 гг.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 14 печатных работ, из них 5 работ в изданиях, входящих в Перечень ВАК Минобрнауки России.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, библиографического списка из 84 наименований, изложена на 165 страницах машинописного текста, содержит 49 рисунков, 27 таблиц и 4 приложения.
Автор выражает глубочайшую признательность и искреннюю благодарность научному руководителю профессору С.А. Вохмину, доценту Ю.П. Требушу, а также всем сотрудникам кафедры «Шахтное и подземное строительство» за советы и неоценимую помощь при выполнении работы. Автор признателен за содействие в организации экспериментальных работ на рудниках ЗФ ОАО «Горно-металлургическая компания «Норильский никель» СП. Горбунову.
Особенности практики отработки нерудных месторождений Но-рильского промышленного района
При отработке нижнего слоя шпуры бурят установками БУЭ-3т и БУЭ-1 м, при выемке верхнего слоя - установками СБУ-76. Потери полезного ископаемо-го составляют порядка 40 %. Для проходки горных выработок и отработки камер на руднике испытан комплекс оборудования, состоящий из комбайна Ш-84, бункер-перегружателя и самоходного вагона (по технологии, принятой на калийных рудниках). Испытания показали хорошие резуль-таты - при сечении выработок 33 м была достигнута скорость проходки 8 м/смену. Од-нако недостаток электроэнергии в регионе и на руднике не позволил перейти на отработку запасов с использованием данного оборудования.
На рудниках Жезказганского месторождения при отработке пологих залежей мощностью до 20 м применяют камерно-столбовую систему с оставлением круглых меж-дукамерных целиков.
Параметры системы разработки: ширина панели – 100 м, длина – 300 м, междука-мерные целики диаметром 7-10 м, располагают по сетке 2020 м. На границах панели ос-тавляют барьерные целики размерами 1020 м на расстоянии 5–10 м. Принята технология с использованием самоходного оборудования: буровые каретки типа УБШ и Paramatik и погрузочно-доставочные машины типа Toro с дистанционным управлением и системой Torotel. При данной технологии потери в междукамерных, панельных и барьерных цели-ках достигают 45 % [5].
На Южно-Уральском бокситовом месторождении камерно-столбовая система разработки принята со следующими параметрами: длина блока 270 м, наклонная высота 130 м. Для перемещения самоходного оборудования в пределах блока проходится наклон-ный съезд. Порядок отработки запасов в пределах блока зависит от угла падения рудного тела: при углах падения 0-8 запасы отрабатывают по восстанию, при больших углах падения - по простиранию рудного тела. В одновременной работе в блоке находится 3 забоя. По мере подвигания за-боя оформляют целики в сторону соседнего забоя, отрабатываемого с некоторым отстава-нием. Используют буровые установки СБУ-2Л и погрузочно-доставочные машины ДС-1. Потери полезного ископаемого состав-ляют 32 %, разубоживание 17 % [5].
В условиях Миргалимсайского месторождения (Казахстан) применяют вариант ка-мерно-столбовой системы с доставкой руды в очистном пространстве самоходным обору-дованием. Камеры располагают по простиранию залежи с тем, чтобы обеспечить снижение разубоживания от поддира почвы и потерь в косых целиках при работе самоходных машин. Средняя глубина 400-500 м, ширина камер составляет 8 м, целики сплошные ленточные шириной 6 м или столбообразные шириной 6-8 м и длиной 12 м. Барьерные целики оставля-ют шириной 15-25 м по границам этажей. Отбойка шпуровая, с использованием установок Paramatik и Minimatik. Диаметр шпуров 54 мм, глубина 3,5 м.
На погрузке и доставке руды используют комплексы погрузочно-доставочных ма-шин типа ПД-8, ST-5А и Toro совместно с ПНБ-Зк и ПНБ-Зд в сочетании с автосамосвалами МоАЗ-74051. Подготовительные выработки для самоходного оборудования проходят сечением 54 м с уклоном 6-8 на прямых участках и до 5 на закруглениях. Рудодоставочный штрек располагают в рудном теле у висячего бока. Диагональный съезд для самоходного оборудования проходят сверху вниз по мере понижения работ. Оборудование при прове-дении подготовительных выработок используют то же, что и на очистных работах. Дороги выстилают рудной мелочью. Кровлю камер закрепляют штангами длиной 2 м по сетке 11 м.
В залежах мощностью 10-12 м выемку ведут горизонтальными слоями, нисходящим порядком. Потери полезного ископаемого составляют 15-28 % [5].
С целью снижения потерь в охранных целиках институтами ВНИИЦветмет и ВНИМИ было предложено два варианта технологии выемки панельных целиков с обру-шением: при первом создают условия для локального развития обрушения налегающих пород, при втором обрушение развивается до земной поверхности [6].
Дашкесанский рудник (Азербайджан) магнитного железняка [7]. В кровле и в почве залегают крепкие гранитные породы и роговики. Рудные тела имеют пастообразные, вы-тянутые по падению, угол падения от 10 до15 и мощностью от 4 м до 26 м.
Система разработки - камерно-столбовая с выемкой почвоуступными забоями по восстанию. Длина камер - 40 м, ширина – 12 м, мощность залежи - 5-10 м. Выемка руды в камерах почвоуступным забоем как по восстанию, так и по падению залежи. Высота и ширина уступа - 3 м. Ширина целиков - 3-5 м. На руднике предусмотрена технология по-следующего извлечения целиков из выработанного пространства (45 % руды впоследст-вии извлекают из целиков). Суммарные потери руды 17 %.
Полиметаллический рудник «Пиррепонт» (США) ведет отработку пологопадающих (угол падения до 30) рудных тел мощностью до 25 м [8]. Отработка залежей осуществляется камерно-столбовой системой. Руду в камере в зависимости от мощности отбивают небольшими секциями. На буровых работах используется гидрофицированное оборудование производи-тельностью до 250 м скважины в смену. Погрузку отбитой горной массы осуществляют по-грузчиками с ковшом вместимостью 4,2 м3 , доставку и транспортирование руды от забоев на поверхность - автосамосвалами грузоподъемностью 23 т. Применяется анкерное крепление с использованием специальных установок. Достигнута высокая производительность труда на бу-рении и доставке при относительно небольшом объеме подготовительно-нарезных работ. Од-нако имели место случаи преждевременного обрушения целиков, что привело к достаточно низким показателям извлечения (потери - до 25-35 %, разубоживание - до 12-15 %).
Свинцово-цинковые рудники Игл-Пичер в районе Трех Штатов. На этих рудниках отбойку камер ведут почвоуступным забоем [8]. Обуривание уступов производят с помощью самоходных буровых кареток, перемещающихся от уступа к уступу по отбитой руде. Дорогу для них подготавливают бульдозерами. Погрузку руды в самосвалы, осуществляют малогаба-ритными экскаваторами с емкостью ковша 0,36 м3. Производительность - от 200 до 600 т в смену.
Применение этих механизмов сделало экономически целесообразным доработку руды с пониженным бортовым содержанием и увеличило производительность труда горнорабочих. По-тери руды только в целиках достигают 30-35 %.
Рудник района Юго-Восточного Миссури (США) - свинцовые месторождения рай-она Юго-Восточного Миссури залегают в магнезиальных известняках [9]. Рудные тела расположены почти горизонтально, хотя на отдельных участках угол падения достигает 20. Мощность их колеблется от 2 м до 60 м. Размеры рудных залежей: ширина 200-250 м и длина до 360 м. Большая часть рудных тел залегает на глубинах менее 250 м.
Очистную выемку ведут путем проходки под кровлей передового забоя и почво-уступной отбойкой руды на полную ширину камеры. Поддерживающие целики оставляют по мере подвигания очистных работ и располагают нерегулярно.
На руднике № 8 средняя мощность залежи составляет около 6 м, максимальная – 10,5 м. Шпуры бурят глубиной от 1,2 до 5,4 м. Руду грузят в забое погрузочной машиной непосредственно в вагонетки и откатывают к стволу электровозами. В целиках остается около 20 % руды.
Потери полезных ископаемых в массиве
Отработка Талнахского и Октябрьского месторождений медно-никелевых руд осу-ществляется различными системами разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. Для производства закладочных материалов на рудниках приме-няются четыре компонента: ангидрит, гранулированный шлак, щебень, цемент. Материа-лы для закладочных смесей, принципы подбора составов и технология их приготовления регламентированы РТПП «При ведении закладочных работ…» (РТПП-045-2004) [22]. Со-гласно данному документу 1 м3 закладочной смеси на 30 % состоит из ангидрита. Кроме того, ангидрит применяется для производства цемента, который также используется как компонент закладочной смеси. Все это говорит о высокой важности данного сырья для бесперебойной работы компании. Основным поставщиком ангидрита является рудник «Ангидрит», который отрабатывает Горозубовское месторождение.
Большое значение для эффективной работы ЗФ ОАО «Горно-металлургическая компания «Норильский никель» имеет известняк, который применяется в качестве флюса при пирометаллургии, для изготовления портландцемента, строительной и технической извести, а также в качестве адсорбционного нейтрализатора вредных газовых выбросов Надеждинского металлургического завода. Известняки добываются подземным способом на Каларгонском месторождении рудником «Известняков».
Следовательно, рудник «Ангидрит» и рудник «Известняков», обеспечивая пред-приятия ЗФ ОАО «ГМК «Норильский никель» материалом для приготовления закладоч-ной смеси, оказывают большое влияние на устойчивую работу технологических процес-сов добычи и переработки медно-никелевых руд. Поэтому решение вопросов повышения полноты и качества отработки запасов Горозубовского и Каларгонского месторождений является основополагающим, а их решение должно основываться на глубоком анализе горно-геологических особенностей этих месторождений, технологии ведения горных ра-бот и фактических показателях извлечения из недр.
Горозубовское месторождение ангидрита располагается в предгорной части север-ной оконечности Норильского плато. Месторождение приурочено к возвышенности «Гора Зуб-1».
Месторождение осадочного происхождения. Пласт ангидрита имеет практически непрерывное залегание по простиранию и падению. Сплошность залежи нарушается толь-ко в нескольких местах: в северной части у выхода пласта на поверхность в районе панели № 3 интрузией долеритов мощностью до 6,4 м; в южной части месторождения - интрузией долеритов мощностью 0,85 м; на западе и востоке – Далдыканским и Горозубовским сбро-сами. Мощность залежи ангидрита изменяется от 4,3 м до 16,2 м. Пласт ангидрита разде-лён на две части: верхнюю – непромышленную, нижнюю – промышленную, слоем темно-вато-серого доломитизированного мергеля мощностью 0,3–5 м.
Верхняя непромышленная часть представлена темно-серым мелкокристаллическим ангидритом, загрязненным тонкодисперсным мергелистым материалом. Мощность ее со-ставляет 0,6-4,5 м. Содержание CaSO4 в элементарных прослойках меняется от 2-3 % до 95 %. Но по мощности и содержанию CaSO4 ангидрит не соответствует требованиям кон-диции.
Нижний промышленный пласт состоит из трех слоёв. Верхний слой представлен серым мелкозернистым ангидритом с частыми тонкими (от 1 - 2 мм до 1-2 см) прослой-ками темно-серого ангидритизированного мергеля. Содержание CaSO4 по слою -70-80 %. Мощность слоя равна 0,4–6 м. Местами слой ангидрита выклинивается и вышележащий мергель лежит на среднем слое ангидрита. Средний слой включает 70 % запасов залежи ангидрита. Сложен чистым, мелко-кристаллическим сахаровидным массивным ангидритом серого, светло-серого и молочно-белого цветов. Содержание CaSO4 около 90-96 %. Иногда в средней части встречаются прослои с обломками ангидритизированного мергеля мощностью 1,5-2 м. Мощность слоя от 0,8 м до 12,6 м. Для чистых разностей ангидритов характерна преимущественно гете-робластовая структура, обусловленная различными размерами и формой слагающих зё-рен. Загрязнённые разности характеризуются линзовидно-полосчатой и пятнистой тексту-рой.
Нижний слой представлен серым и темно-серым мелкокристаллическим ангидри-том, слабо загрязненным обломками тонкозернистого ангидритизированного мергеля, что придает линзовато-полосчатую и пятнистую текстуру. Содержание СaSO4 составляет 80-90 %.
По условиям залегания, выдержанности, качества и мощности, в соответствии с класси-фикацией запасов месторождение ангидрита относится к I группе. Объемный вес вмещающих пород 2,810-3 кг/м3, ангидрита 2,9210-3 кг/м3, пород почвы 2,7910-3 кг/м3. Коэффициент крепости по шкале М.М. Протодьяконова полезного ископаемого 4-6, вмещающих пород -6-8. Предел прочности на сжатие ангидрита составляет 45-49,2 МПа, мергеля 59,7 МПа. Физико-механические свойства пород и полезного ископаемого представлены в табл. 1.2 [23].
Трещиноватость ангидрита слабая. Ориентировка трещин субвертикальная и на-клонная от 8-12 до 25-30. Трещины сухие, закрытые, залечены вторичным ангидритом. Формы элементарных блоков прямоугольные, ромбовидные, реже параллелепипеды. Раз-меры блоков от 0,60,80,8 м до 1,01,52,5 м. Ангидриты отнесены к устойчивым поро-дам 1-й категории, выше и нижележащие мергели – к среднеустойчивым породам 2-й кате-гории.
Пласт ангидрита в северной части месторождения находится в зоне многолетней мерзлоты, в южной – в зоне положительных температур. Горозубовское месторождение ангидрита вскрыто двумя центральными транспорт-ными и двумя фланговыми вентиляционными штольнями. У выхода вентиляционных штолен под наносы расположены вентиляционные шурфы (западный и восточный), где размещены вентиляторные установки.
Таблица 1.2 – Физико-механические свойства полезного ископаемого и вме-щающих пород Наименование Объемный вес, 10-3 кг/м3 Коэффициент крепости по М.М. Про-тодьяконову Предел прочности на сжатие, МПа Предел прочности на растя-жение, МПа Предел прочности на сдвиг, МПа Угол внут-реннего трения, град.
Месторождение разделено центральными штольнями на западное и восточное по-ля. Очистные работы ведут камерно-столбовой системой разработки с оставлением меж-дукамерных и панельных целиков. Порядок отработки - нисходящий (основной) или вос-ходящий. Основным способом управления горным давлением является поддержание кровли целиками. Ширина междукамерных целиков 5-6,5 м; ширина камер - 8 м. Пло-щадь обнажения кровли, приходящаяся на 1 целик, - 1000-1200 м2.
Подготовка панельная, штреки проходят в целиках шириной 19 м (по 9,5 м на север и юг от оси панельного штрека). Панель отрабатывается блоками. Блоки, в свою очередь, отрабатывают камерами. В средней части панели по простиранию залежи ангидрита про-ходится транспортный штрек. Панельные и транспортные штреки проходят буровзрыв-ным способом по промышленной залежи. Внутри панели блоки друг от друга отделяются вентиляционными сбойками, в качестве которых могут быть использованы отработанные верхние слои камер.
Порядок отработки запасов в панели (порядок отработки блоков) может быть как прямым - от транспортных уклонов к вентиляционным штольням, так и обратным - от вентиляционных штолен к транспортным уклонам.
Подготовительно-нарезные работы заключаются в проходке транспортных штреков и (или) уклонов, разведочных выработок, промежуточных и вентиляционных штреков, конвейерных штреков, разрезных штреков и (или) ортов, заездов, технологических ниш и сбоек, рудоспусков (рис. 1.3).
Обоснование рациональной схемы отбойки и параметров буро-взрывных работ
Расчеты показывают, что потери в целиках над шейками камер состав-ляют до 5 % (абсолютных), что в общей сумме потерь составляет 14 %.
Потери в пандусах. Пандус – часть полезного ископаемого в массиве в виде площадки, служащей для обеспечения подъема-спуска самоходного оборудования из штрека в камеру. Образование пандусов необходимо, как правило, при расположении транспортной выработки, из которой пройдена камера, по центру или по кровле пласта.
Частота съездов в камерах составляет 7-8 шт. на блок. Фактический объем полезного ископаемого, теряемого в пандусах, определялся по про-дольным разрезам камер, построенным маркшейдерскими службами рудни-ков, а также методом прямых замеров.
Установлено, что около 65 % всех сопряжений транспортных вырабо-ток с камерами имели несовпадения по высоте. Обработка результатов съем-ки по камерам блока 11-3 рудника «Известняков» показала, что средняя ве-личина потерь в пандусах достигает 231,3 т. В пересчете на 1 пм камеры это составляет 0,1 м, что соответствует 0,6 % от всех потерь по системе.
Потери по мощности формируются вследствие превышения фактиче-ской мощности пласта полезного ископаемого максимальной возможной вы-соты выработки. Потери по мощности на рудниках «Ангидрит» и «Известняков» обу-словлены предельными технологическими возможностями горного оборудо-вания. При этом максимальная высота выработки на руднике «Ангидрит» со-ставляет 18 м, а на руднике «Известняков» - 8,0 м. При превышении этих мощностей в кровле выработок оставляют слой полезного ископаемого. Поте-ри в этом случае определяют по геолого-маркшейдерской документации. Чис-ло участков, на которых отмечены эти потери на обоих предприятиях, невели-ко, а величина потерь этого вида не превышает 0,3 % всех потерь по системе.
Потери в «крыльях». Данный вид потерь формируется при оформлении целиков при применяемой технологии отбойки на руднике «Ангидрит».
По существующей схеме отбойки сначала проходится нарезная камера, затем обуривается почвоуступ (рис. 2.8, а). Контурные скважины забурива-ются на расстоянии 0,4 м от борта целика под прямым углом, глубина пере-бура 0,7 м. При этом контур целика принимает форму, приведенную на рис. 2.8. Как видно на рис. 2.8, ширина камеры у почвы меньше проектной на 0,8 м. На этих участках формируются «крылья» целиков, величина их составляет:
В результате проведенных исследований установлено, что формирова-ние «крыльев» отмечено у 85 % всех целиков. Анализ результатов съемки по 4 камерам панели № 14 рудника «Ангидрит» показал, что средняя величина потерь в «крыльях» составляет до 4 % абсолютных, или 6 % в общей массе потерь. В пересчете на 1 пм это составляет 0,7 м.
Проведенный анализ практики отработки запасов Горозубовского и Ка-ларгонского месторождений и выполненные расчеты показали, что фактические суммарные потери в массиве зависят от горно-геологических условий отработ-ки. При этом как абсолютная, так и относительная величины потерь полезного ископаемого в неотбитом виде изменяются от колебаний мощности продуктив-ного пласта. Зависимость относительных потерь в массиве от мощности про-дуктивного пласта (в диапазоне мощностей, при которых применяется данная система разработки) приведена на рис. 2.9 и описывается выражением ,%. (2.5)
Потери полезного ископаемого в отбитом виде формируются в плинтусах и в накатанном слое на почве очистных и транспортных выра-боток, а также на бортах выработанного пространства.
Потери в плинтусах. Плинтус - место формирования потерь отби-того полезного ископаемого на почве выработки (камеры) вдоль ее борта.
Основные причины образования потерь в плинтусах - фактическое отклонение контуров бортов целиков от проектных положений и невоз-можность машинной зачистки нижних углов очистных забоев.
Экспериментальные работы по определению фактических потерь полезного ископаемого в плинтусах включали непосредственные замеры их геометрических размеров [34]. Для определения потерь полезного ис-копаемого в плинтусах с помощью мерных реек, закрепленных перпенди-кулярно друг другу, замерялась высота и ширина треугольника свободно лежащей мелочи вдоль борта (рис. 2.10,а). Замеры проводились по пике-там через 5 м. Общее количество замеров 277 шт или 1385 м (табл. 2.4).
На руднике «Ангидрит» по данным замеров плинтусов (рис. 2.8,б) установлено, что средняя величина угла откоса ангидрита в плинтусах у бортов целиков (в камерах, сбойках, вентиляционных окнах) составляет =42, при достоверности 90,4 %; ширина плинтуса у борта целиков -1,02 м, при средней высоте - 0,96 м; расчеты показали, что средние поте-ри ангидрита в плинтусах у бортов целиков составляют 0,126 м3 на 1 м2 площади камеры.
На руднике «Известняков» средняя величина угла откоса плинтусов (рис. 2.10,б,г) составляет =39, при достоверности 93,6 %; ширина плинтуса у бортов целиков составила 0,98 м, при высоте - 0,78 м. По ре-зультатам расчетов средние потери известняка в плинтусах у бортов це-ликов составляют 0,127 м3 на 1 м2 площади камеры.
Обоснование критерия эффективности отработки запасов месторождений нерудного сырья
Основными местами формирования разубоживания полезного иско-паемого при камерно-столбовой системе разработки являются: отработка по-родного пропластка, разубоживание с кровли пласта при отработке слоя мер-геля мощностью до 2 м, разубоживание на контактах и породные включения.
Разубоживание при пересечении промышленного пласта породным прослоем. На руднике «Ангидрит» продуктивный пласт ангидрита выклини-вается и пересекает вышележащий мергель, а также иногда в средней части встречаются прослои с обломками ангидритизированного мергеля мощно-стью 1,5-2,0 м. Поэтому при отработке этих участков происходит прихват породы. Величину прихвата породы в этом случае можно определить пря-мым методом.
Фактическая величина данного вида разубоживания весьма незначитель-на. Снижение этого вида разубоживания возможно достигнуть селективной вы-емкой полезного ископаемого и вмещающих пород. Но, ввиду небольшого удельного веса этого вида разубоживания, это нецелесообразно.
Разубоживание с кровли пласта. На руднике «Ангидрит» Регламентом [23] разрешено отрабатывать в кровле камеры пропласток мергеля (до почвы верхнего непромышленного пласта ангидрита) мощностью до 2,0 м при обеспечении качества товарного ангидрита в соответствии с установленными требованиями.
Объем разубоживания данного вида определяют по выражению: где Vизв – объем извлекаемой горной массы на участке, м3; hп – мощность по-родного слоя на данном участке, м; m – мощность пласта полезного ископае-мого на этом участке, м.
Толщина разубоживающего пропластка определялась бурением кон-трольных шпуров. Замеры проведены методами, аналогичными тем же, что и при определении фактической мощности предохранительной толщи. В табл. 2.6 приведены результаты опробования толщины прихватываемого слоя и результаты расчета объема разубоживающего слоя. Обработка результатов замеров по панели № 15 рудника «Ангидрит» показала, что средняя величина разубоживания в прихватываемом слое со-ставляет 0,78 м на 1 пм камеры.
Величина разубоживания вследствие вовлечения в отработку породно-го прослоя в кровле камер составляет в среднем 2-3 % (абсолютных), что со-ставляет порядка 50 % всего разубоживания по системе. Изменение относи-тельной величины разубоживания от мощности продуктивного пласта пока-зано на рис. 2.13.
Рисунок 2.13 – Зависимость относительной величины разубоживания полезного ископаемого с кровли от мощности продуктивного пласта и мощности породного слоя: Разубоживание на контактах полезное ископаемое - порода. При про-ходке выработок происходит подработка породы на контакте полезное иско-паемое - порода, обусловленная морфологией контакта, а также технологи-ческим исполнением процесса отбойки полезного ископаемого. Величина данного вида разубоживания связана с углом наклона контакта, шириной вы-работки и глубиной подработки. Для условий отработки запасов камерно-столбовыми системами на рудниках «Известняков» и «Ангидрит» были об-работаны с частотой замеров 4 м, зарисовки нижних и верхних контактов пластов с вмещающими породами (рис. 2.6,в). В результате анализа зарисо-вок в пикетажных книжках, выполненных геологическими службами этих рудников, установлено, что средняя величина прихвата породы на контактах в пересчете на 1 пм камеры составила 0,05 м для рудника «Ангидрит» и 0,03 м – для рудника «Известняков» - на 1 пм камеры.
Таким образом, изучены фактические потери и разубоживание по всем местам и источникам образования, определены их взаимосвязи и зависимо-сти от технологии ведения горных работ. Это позволяет более конкретно ре-шить в данной работе вопросы установления предельно допустимого уровня количественных и качественных потерь и обоснованно выбирать комплекс инженерных и организационно-технических мероприятий по их сокращению.
Для экономической оценки и повышения полноты и качества отработ-ки запасов Горозубовского и Каларгонского месторождений камерно-столбовой системой необходима рациональная и детальная группировка ко-личественных и качественных потерь по определенным признакам, то есть их усовершенствованная классификация [28, 29].
Разработка классификаций эксплуатационных потерь и разу-боживания полезных ископаемых при камерно-столбовых системах разработки
Горозубовское и Каларгонское месторождения относятся к место-рождениям осадочного происхождения, пластовые, имеют достаточно выдержанную мощность и углы наклона контактов на протяженных уча-стках залежей. Эти характерные особенности, а так же относительно не-высокая ценность минерального сырья являются отличительными черта-ми данных месторождений. Эти и другие факторы обусловили примене-ние камерно-столбовой системы разработки.
В зависимости от последовательности выемки запасов в камере вы-деляются три варианта: нисходящая, восходящая и комбинированная. Ис-следования показали, что существенного различия по местам, видам и ис-точникам образования потерь и разубоживания в названных вариантах нет.
В результате анализа материалов съемки очистных выработок и на-турных наблюдений при различных вариантах выемки запасов камерно-столбовой системой разработки установлены места и источники образо-вания потерь и разубоживания полезных ископаемых (рис. 2.14-2.16).
На основе «Единой классификации потерь твердых полезных иско-паемых при разработке месторождений», разработанной академиком М.И. Агошковым [25, 26], и проведенных исследований были усовершен-ствованы существующие классификации эксплуатационных потерь и ра-зубоживания полезного ископаемого [28], учитывающие специфические особенности разработки Горозубовского и Каларгонского месторожде-ний.
