Введение к работе
Актуальность темы. С увеличением глубины горных работ до 800-1500 м и более на шахтах СУБРа обострилась проблема эффективного и особенно безопасного ведения горных работ в связи с ростом проявлений горного давления, характеризующихся значительным снижением устойчивости массива горных пород и возможностью возникновения горных ударов - наиболее опасной формы динамического разрушения массива. На шахтах, где ежегодно регистри-
руется свыше 1000 сейсмических явлений, с энергией, достигающей 10 Дж, проблемы горных ударов серьёзно осложняют технологию добычи, снижают эффективность и безопасность отработки месторождения.
В настоящее время на СУБРе применяются следующие системы разработки: камерно-столбовая, камерно-целиковая с закладкой и система слоевого обрушения. Область применения высокопроизводительной камерно-целиковой системы разработки с закладкой ограничена мощностью рудного тела до 6-8 м. Там, где мощность превышает 8 м, месторождение отрабатывается системой слоевого обрушения, технико-экономические показатели которой сегодня не могут удовлетворять предприятие. В то же время прогноз распределения запасов руды по мощности показывает, что свыше 70 % запасов месторождения до глубины 1200 м сосредоточено на участках мощностью более 9 м, что предопределяет необходимость изыскания новых технических решений, позволяющих вести отработку этих запасов высокоэффективной технологией.
В связи с этим обоснование новой эффективной технологии разработки североуральских бокситовых месторождений на основе двухстадийной отработки месторождения с искусственной кровлей, позволяющей применить камерную систему разработки на участках мощностью свыше 8 м,- актуально для СУБРа и других месторождений, отрабатываемых в удароопасных условиях.
Объект исследований: технология выемки рудных залежей в удароопасных условиях на основе применения камерных систем разработки с искусственной кровлей.
Предмет исследований: закономерности формирования параметров вторичного напряжённо-деформированного состояния горного массива и методы их изучения.
Цель работы: разработка технологии выемки рудных залежей в удароопасных условиях, обеспечивающей максимальное снижение уровня действующих напряжений в массиве горных пород за счёт двухстадийной отработки рудного тела камерными системами разработки под искусственной кровлей.
Идея работы заключается в обосновании технологии разработки ударо-опасных месторождений на основе снижения уровня действующих напряжений в массиве горных пород за счёт опережающей отработки рудного тела в висячем боку.
Основные задачи исследований:
обобщение опыта применения камерных систем разработки при отработке месторождений, склонных к динамическим проявлениям горного давления, и выявление приоритетных направлений их совершенствования;
оценка степени устойчивость потолочины различной формы на модели из эквивалентных материалов в лабораторных условиях;
разработка технологии создания искусственной кровли;
разработка технологии выемки рудных залежей с учётом закономерности формирования параметров вторичного напряжённо-деформированного состояния горного массива в условиях СУБРа.
Методы исследований включают анализ и обобщение отечественного и зарубежного опыта конструирования систем разработки удароопасных месторождений, аналитические исследования искусственной кровли и моделирование на эквивалентных материалах, исследования напряженно-деформированного состояния горного массива, производственные эксперименты, промышленные исследования новой технологии ведения очистных работ.
Основные защищаемые положения:
опережающая отработка рудного тела со стороны висячего бока путём предварительной выемки подкровельных запасов рудного тела снижает уровень действующих напряжений на отрабатываемом участке в связи с перераспределением горного давления в горном массиве;
деформации нижней и верхней поверхностей искусственной кровли одинаковы, и их величины не зависят от размеров камер и целиков, а определяются соотношением площади целика и приходящейся на него площади налегающих пород;
отработка основных запасов руды камерами под искусственной кровлей позволяет исключить затраты на крепление кровли в камерах, снизить разубо-живание рудной массы, за счёт увеличения камерных запасов снизить объём горноподготовительных работ.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- сформулированы необходимые требования к ударобезопасной техноло
гии, которые помимо горно-геологических факторов и технологических требо
ваний учитывают геомеханический режим нагружения горных пород;
установлены зависимости коэффициента пригрузки со стороны вышележащих слоев от относительной и суммарной мощности;
в создании метода имитационного моделирования геомеханических и технологических задач, учитывающих особенности отработки месторождений камерными системами с искусственной кровлей;
в разработке методических положений по расчёту параметров искусственной кровли, позволяющих определить зависимость величины мощности искусственной кровли от пролёта очистной камеры и сопротивления закладочного материала растяжению на изгиб.
Достоверность научных положений, выводов и результатов, изложенных в диссертации, обеспечивается надежностью и представительностью исходных данных; сопоставимостью результатов аналитических расчётов и результатов моделирования на эквивалентных материалах; положительными результатами опытно-промышленной проверки разработанных научно-технических решений.
Практическое значение работы заключается в возможности отработки участков месторождений СУБРа мощностью свыше 8 м высокопроизводительной камерной системой разработки на основе применения двухстадийной отработки месторождения при создании искусственной кровли, повышении безопасности работ в удароопасных условиях в результате снижения величины действующих напряжений.
Реализация работы:
Камерная система разработки под искусственной кровлей прошла широкую промышленную проверку на шахтах СУБРа и позволила по сравнению с существующей технологией в два с лишним раза увеличить производительность забойного рабочего. Наблюдения за уровнем удароопасности в районе отработки опытных блоков не выявили запредельных условий для возникновения динамических нагрузок, что позволяет сделать вывод о повышении уровня безопасности ведения горных работ.
Результаты исследований и основанные на них рекомендации переданы в проектный институт "СУБР-проект" и использованы при составлении проектной документации для условий СУБРа, а также используются в учебном процессе на горно-технологическом факультете Уральского государственного горного университета.
Разработанный для горно-геологических условий месторождений СУБРа вариант создания искусственной кровли арочной формы камерами по восстанию в 2,3 раза повышает интенсивность работ и на 20-25 % снижает объём закладки.
Личный вклад автора:
анализ и обобщение теории и практики отработки месторождений, характеризующихся удароопасностью, камерными системами разработки;
постановка задачи по составлению геомеханической модели разрушения пород в статической и динамической формах, позволяющей прогнозно оценить удароопасность месторождения и определить основные требования к горной технологии, обеспечивающие максимальное снижение удароопасности;
разработка новых технологических схем очистной выемки, обеспечивающих эффективность и безопасность ведения горных работ.
Апробация работы:
Результаты, основные положения и выводы докладывались и обсуждались на научном симпозиуме "Неделя горняка" (Москва, 2008 г.), на конференции "Уральская горнопромышленная декада" (Екатеринбург, 2008 г.).
Материалы диссертации вошли в учебное пособие с грифом УМО Отработка рудных месторождений в удароопасных условиях / В.А. Осинцев, В.М. Беркович, Д.В. Шараев; Урал. гос. горный ун-т. - Екатеринбург: Изд-во УГГУ, 2008. - 82 с.
Публикации: по результатам выполненных исследований опубликовано 3 работы, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объём работы:
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка из 73 наименований и содержит 101 стр. машинописного текста, 31 рисунок, 15 таблиц.
Работа выполнена в Уральском государственном горном университете на кафедре разработки рудных месторождений и является продолжением исследований кафедры по темам «Расчёт конструктивных параметров и элементов крепи столбовой системы разработки с однослойной выемкой и креплением» и «Расчёт конструктивных параметров и элементов крепи столбовой системы разработки с креплением и с учётом неравномерности оруденения».
