Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние изученности вопроса, цель и задачи исследований 8
1.1. Обзор опыта разработки руд в подработанном массиве 8
1.2. Факторы, определяющие параметры процесса деформирования подработанных пород 18
1.3. Анализ методик прогноза деформирования подрабатываемых охраняемых объектов 27
1.4. Горно-геологические и горнотехнические особенности Узельгинского месторождения 31
1.5. Цель, задачи и методы исследований 36
2. Особенности геомеханических процессов при разработке ярусно залегающих рудных тел 38
2.1. Изучение структурных особенностей, прочностных и деформационных характеристик горного массива Узельгинского месторождения 38
2.2. Исследование напряженно-деформированного состояния массива при выемке запасов нижележащего рудного яруса 44
2.3. Оценка деформаций в подработанных выработках в натурных условиях 57
2.4. Определение параметров зон геомеханического влияния выработанного пространства 63
2.5. Исследование напряженно-деформированного состояния массива при выемке запасов подработанного рудного яруса 76
3. Обоснование технологии разработки ярусно залегающих рудных тел 85
3.1. Геомеханические предпосылки к разработке методики выбора технологических схем 85
3.2. Методика выбора технологических схем 91
3.3. Технологические схемы отработки ярусно залегающих рудных тел 95
3.4. Порядок отработки запасов рудных залежей 101
4. Формирование технологии выемки руд узельгинского месторождения 106
4.1. Выбор технологической схемы 1 Об
4.2. Обоснование порядка отработки запасов 107
4.3. Конструирование вариантов систем разработки 111
4.4. Расчет параметров конструктивных элементов систем разработки 117
4.5. Оценка эффективности технологических решений 125
Заключение 128
- Факторы, определяющие параметры процесса деформирования подработанных пород
- Исследование напряженно-деформированного состояния массива при выемке запасов нижележащего рудного яруса
- Методика выбора технологических схем
- Конструирование вариантов систем разработки
Введение к работе
Значительная часть месторождений цветных металлов залегает в сложных горно-геологических условиях и представлена группами ярусно залегающих залежей с различным химико-минералогическим составом. Одной из характерных особенностей освоения таких месторождений является стадийность разработки [12].
Зачастую в первую очередь вынимают запасы залежей, которые расположены ниже менее ценных руд, содержащих вредные примеси, находящихся в сложных гидрогеологических условиях. В таком порядке отрабатывались участки месторождений: Талнахского, Октябрьского, Тасеевского, Николаевского, Кадомжайского, Зыряновского, «Крейтон», «Бьют Сулливан» (Канада), "Клаймакс" (США), "Ренстрем" (Швеция), "Маунт Айза" (Австралия) и другие [9,33,46,48,79].
Известно, что первоначальная отработка нижележащих запасов сопровождается перераспределением напряжений, ростом деформаций пород, которые вызывают раскрытие естественных и образование новых трещин, снижение прочностных и деформационных свойств, смещение и обрушение налегающей толщи. Методики, позволяющие учитывать влияние подработки на технологию освоения вышележащих ярусов рудного месторождения, отсутствуют.
Поэтому решение вопроса выбора технологии и обоснования параметров выемки в подработанном массиве представляет собой весьма актуальную задачу.
Целью работы является повышение эффективности и безопасности восходящей выемки запасов ярусно залегающих рудных тел за счет совершенствования технологии подземной разработки.
Идея работы состоит в использовании установленных закономерностей изменения напряженно-деформированного состояния и свойств подрабатываемых пород для формирования геомеханически адаптированных технологических схем подземной разработки ярусно залегающих рудных тел.
5 Основные задачи исследований:
- изучение особенностей физико-механических свойств, структурной
нарушенности и напряженного состояния горного массива Узельгинского
месторождения;
определение закономерностей деформирования горных пород при последовательной отработке запасов рудных тел нижнего и верхнего рудоносных ярусов;
разработка методик прогнозирования степени геомеханического влияния подработки и выбора технологических схем при выемке запасов ярусно залегающих рудных тел;
конструирование систем подземной разработки, определение параметров и оценка эффективности систем разработки;
обоснование рационального порядка отработки ярусно залегающих рудных тел.
Объект и методы исследований:
Объектом исследований являлась технология освоения в восходящем порядке запасов Узельгинского медно-колчеданного месторождения, представленного ярусно залегающими рудными телами.
В работе использовался комплексный метод исследований, включающий: анализ и обобщение опыта подземной разработки руд в подработанном массиве; натурные замеры напряжений и деформаций в массиве горных пород; анализ фактов вывалообразования в подземных выработках; математическое моделирование напряженно-деформированного состояния горного массива в плоской и объемной задачах; аналитические расчеты и технико-экономический анализ результатов.
Положения, представленные к защите:
Технологические решения по освоению запасов ярусно залегаю-
щих рудных тел следует дифференцировать по зонам влияния выработанного пространства нижних горизонтов, параметры которых определяются степенью отклонения относительных горизонтальных деформаций от нормативных значений.
Технология отработки ярусно залегающих залежей в восходящем порядке определяется наличием и параметрами тектонических нарушений, соотношением мощности породного прослоя и высоты зон разностепенного деформирования подработанного массива.
Влияние горных работ на нижних горизонтах при конструировании технологических схем выемки запасов вышележащих рудных тел учитывается использованием в расчетах параметров вторичных силовых полей, снижением прочностных и деформационных свойств налегающих пород.
Стабилизация геомеханического состояния налегающих пород достигается взаимоувязкой порядков отработки на нижнем и верхнем ярусах, обеспечивающей наложение разнознаковых полей деформаций.
Научная новизна работы:
Установлены закономерности распределения относительных горизонтальных деформаций в подработанном массиве в зависимости от тектонических сил, модуля упругости рудного и искусственного массивов, глубины разработки, мощности рудного тела и пролета подработки.
Получены многопараметрические регрессионные уравнения, позволяющие прогнозировать высоту зон геомеханического влияния выработанного пространства, заполненного твердеющей закладкой.
Предложен метод количественного учета влияния подработки на прочностные свойства налегающего массива пород.
Сформулирован алгоритм выбора рациональных технологических схем при освоении запасов ярусно залегающих рудных тел.
Разработаны технологические схемы освоения ярусно залегающих рудных тел, характеризующиеся взаимоувязкой порядков развития горных работ на ярусах.
Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается представительностью и надежностью исходных данных; сопоставимостью результатов математического моделирования, аналитических расчетов, лабораторных и натурных исследований.
7 Практическая значимость работы состоит в разработке технологических схем освоения ярусно залегающих рудных тел, обеспечивающих безопасность, эффективность и качество извлечения запасов медно-колчеданных
РУД-
Реализация рекомендаций: результаты исследований использованы при составлении рабочих проектов отработки запасов верхнего яруса Узель-гинского месторождения.
Апробация работы: Результаты, основные положения и выводы доложены на межгосударственной научно-технической конференции "Проблемы безопасности и совершенствования горных работ" (Мельниковские чтения), Москва - Санкт-Петербург, 1999 г; международных симпозиумах «Неделя горняка», Москва, 2001-2003 гг.; международных научно-технических конференциях "Геомеханика в горном деле", Екатеринбург, 2000, 2002 г; международной научно-технической конференции "Комбинированная геотехнология: проектирование и геомеханические основы", Магнитогорск, 2001 г; ежегодных научно-технических конференциях МГТУ и технических совещаниях Учалинского ГОКа.
Публикации: Основные положения диссертации опубликованы в б работах.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 104 наименований и содержит 140 стр. машинописного текста, 58 рисунка, 12 таблиц.
Работа выполнена в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова на кафедре "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых". Исследования, представленные в диссертации, выполнялись в рамках хоздоговорных НИР.
Факторы, определяющие параметры процесса деформирования подработанных пород
Исследованиям геомеханических процессов, направленными на определение степени подработки налегающих пород, посвятили свои труды следующие ученые: Авершин С.Г. [1], Акимов А.Г. [4,5,51], Бахурин И.М. [8], Борщ-Компаниец В.И. [13], Влох Н.П. [18,19], Замесов Н.Ф. [15,16], Зубков А.В. [36], Казаковский Д.А. [41], Кашников Ю.А. [43], Кратч Г. [50], Кузнецов М.А. [5,51], Леонтовский П.М. [53], Макаров А.Б. [13,54], Мартынов Ю.И. [55], Сашурин А.Д. [81],ШуплецовЮ.П. [103]идр. Проведение выработок и образование пустот в разрабатываемых залежах и вмещающих породах нарушает существующее в них равновесие, вызывая развитие сдвижений и деформаций. Форма, характер и параметры процесса сдвижения зависят от комплекса факторов [81], условно их можно разделить на следующие группы, определяющие различные стороны процесса сдвижения (деформирования): 1) свойства массива горных пород; 2) напряженное состояние массива горных пород до начала разработки месторождения; 3) геометрические параметры разрабатываемых рудных тел; 4) технология разработки месторождения. Рассмотрим последовательно данные группы факторов. 1. Свойства массива горных пород.
Характерным свойством горных пород является высокая степень их неоднородности, которая обусловлена в первую очередь различиями состава и строения пород. Более высокая степень неоднородности наблюдается в массивах, сложенных различными горными породами. Кроме того, в массивах пород часто встречаются геологические нарушения и повсеместно развита естественная трещиноватость. В результате расчленения поверхностями структурных неоднородностей массивы горных пород имеют ярко выраженную блочную структуру, причем размеры отдельных структурных блоков обычно существенно различаются между собой и определяются расстояниями между соседними поверхностями структурных неоднородностей [95]. Роль естественных трещин в изменении механической характеристики массива горных пород отмечал еще М. М. Протодьяконов [95]: «Горные породы в массе своей отнюдь не представляют собой сплошных упругих тел. Множество трещин, от микроскопических до грандиозных, разбивают всю толщу на отдельные куски, и даже там, где связь остается, она в значительной мере слабее чем внутри самих кусков».
Тролопп отмечает [93], что поведение массива пород в целом определяется прежде всего дефектами в его структуре и в меньшей степени дефектами структуры самой кристаллической породы. Степень влияния того или иного порядка неоднородностей определяется соотношением размеров соответствующих структурных блоков и геометрических параметров деформирующихся объектов. При этом механизм деформирования массива пород блочной структуры заключается в деформировании самих блоков и, кроме того, в их взаимном скольжении и вращении. Последнее, а именно скольжение и вращение блоков, может проявляться, если масштаб деформируемого объекта соизмерим с размерами блоков, образуемых структурными неоднородностями того или иного класса, и они принимают участие в деформировании. Эксперименты в породах различных петрографических разновидностей показывают, что с увеличением объемов, вовлекаемых в процесс деформирования, модули деформации массива значительно снижаются, а величины деформаций возрастают. Данное различие показателей свойств горных пород в зависимости от абсолютных геометрических размеров участков породного массива отражает, так называемый, «масштабный эффект».
Авторы работы [92] отмечают, что на рудных месторождениях, сложенных крепкими породами, изменение характера процесса сдвижения и его параметров в значительной степени зависит от наличия в горном массиве тектонических нарушений. Это обусловлено тем, что нарушения образуют в массиве зоны ослабления, прочность которых в несколько раз меньше прочности окружающих пород. На ряде месторождений Урала и Сибири зафиксированы случаи внезапных сдвижений больших массивов горных пород по плоскостям тектонических нарушений. Наличие крупных тектонических нарушений, зон дробления, выдержанных контактов пород, даек, имеющих значительную протяженность по падению и простиранию, на Миргалимсайском и Таштагольском месторождениях [45,62] определило крупноблочный характер процесса сдвижения пород, когда массив смещается крупными блоками, внутри которых деформации существенно меньше, чем на участке расположения нарушения или другого структурного элемента. Анализ наблюдений за сдвижением подрабатываемых Софиевских песчаников на Никитовском месторождении [71] показал, что направление векторов сдвижения реперов на земной поверхности совпадает с нормалью к напластованию. Деформирование пород висячего бока происходит в форме сдвига по поверхностям ослабления, нормальным напластованию и образуемым трещиноватостью. Важную роль в процессе сдвижения играет тектоническое нарушение «Секущая» с прилегающей к нему мощной зоной дробления. Провалы на земной поверхности от горных работ как в Софиевской, так и Чегарникской рудной зоне образовались на выходе нарушения на поверхность (см. параграф 1.1).
Последующая стадия выемки месторождения, которая начинается после отработки нижезалегающего, как правило, наиболее ценного сорта руд, характеризуется подработанностью запасов и изменением состояния разрабатываемого массива, выражающееся в повышенной трещиноватости руд и пород и, соответственно, снижении их прочности. Так, на руднике «Маяк», где в широких масштабах ведется отработка вкрапленных руд в подработанной зоне и как на первой, так и на второй стадиях применяются системы разработки с полной закладкой выработанного пространства твердеющими смесями, выемка сплошных сульфидных руд, расположенных ниже, привела к увеличению нарушенности вышерасположенного массива и снижению его прочности в 2,0 - 2,5 раза [25]. Очевидно, повышение нарушенности в подрабатываемом массиве связано, прежде всего, с раскрытием естественных трещин и ослабления связей по ним, а также образованием новых, вызванных смещениями и деформациями налегающей толщи в выработанное заложенное пространство. Как показывает опыт разработки подработанных руд на руднике «Маяк», повышение трещиноватости способствует дроблению массива на отдельности меньших размеров, что приводит к частым обрушениям руды из бортов и кровли очистных камер и серьезным осложнениям при ведении - горных работ [29]. Геомеханическая обстановка при разработке вкрапленных (медистых) руд с закладкой в подработанной зоне определяется, как показал опыт рудника «Маяк» .[29],-_не опорным давлением, поскольку его величина не превышает (1,5 — 2,0) а дополнительными деформациями обнажений, которые будут накладываться на —-"_- . деформации, которые развились ранее в процессе выемки подстилающих сплошньк сульфидных руд. Особенно неблагоприятная ситуация складывается в зонах растяжения как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. Увеличение суммарной величины деформаций приводит к существенному ослаблению устойчивости обнажений. По данным [51] выработки становятся не пригодными к эксплуатации при оседаниях пород до 300-400 мм. Видимые разрывы коренных пород возникают при величинах оседания 10-15 мм. Для проектируемых рудников, участков или горизонтов, согласно правил охраны сооружений [21], рекомендуется принимать следующие допустимые значения сдвижений и деформаций: для рудных залежей: горизонтальные деформации растяжения - сжатия є 2 мм/м, радиус кривизны R 5,5 км, наклон і 7 мм/м; для вскрывающих и подготовительных выработок: є 3,5 мм/м, радиус кривизны R 12,5 км, наклон / 5 мм/м.
Исследование напряженно-деформированного состояния массива при выемке запасов нижележащего рудного яруса
Первые исследования естественного поля напряжений на Узельгинском месторождении были проведены МГМИ в 1990 году методом щелевой разгрузки в горизонтальных выработках концентрационного горизонта 640 м [67]. Анализ результатов замеров показал, что в нетронутом очистными работами массиве максимальная компонента сжимающих напряжений а3 = 23,7 МПа ориентирована в горизонтальной плоскости с азимутом 130 . Наибольшая компонента в 1,37 раза выше веса столба налегающих пород и превышает величину бокового распора (по А.Н. Диннику) на 18,5 МПа. Минимальная компонента главных напряжений а і = 10,0 МПа, имеющая азимут простирания 40, также превышает величину распора от гравитационных сил на 4,8 МПа. Это превышение объясняется действием в массиве пород в субгоризонтальном северо-восточном - юго-западном направлении сжимающих сил, обусловленных, вероятно, остаточной тектонической деятельностью. Таким образом, тензор напряжений в массиве пород Тст (МПа) может быть представлен как сумма тензора гравитационных сил ТтН и тензора тектонических сил Ттект Сотрудниками ИГД УрО РАН проведены измерения напряжений в 36 точках на 4-х участках Узельгинского месторождения. В результате анализа результатов замеров установлено, что максимальное напряжение в пределах горизонтов 550 - 640 м субгоризонтально, ориентировано субширотно и составляет в среднем 24,5 МПа, минимальное субгоризонтальное напряжение ориентированно субмеридионально и составляет 17,0 ч- 20,0 МПа. Все напряжения СЖИМаЮЩИе И ПОДЧИНЯЮТСЯ СООТНОШеНИЮ Ув "min " тах = 1 0 1,0:1,4 .
Институт Унипромедь также проводил исследования напряженно-деформированного состояния массива горных пород методом щелевой разгрузки на Узельгинском месторождении. Измерения проводились во взаимно перпендикулярных выработках, пройденных по простиранию и вкрест простирания рудного тела № 4 на гор. 550 - 640 м. Анализ результатов замеров показал, что напряжения действующие в субгоризонтальной плоскости, превышают вертикальные в 1,9 раза в рудном массиве (гор. 550 м) и в 2-3 раза в породном массиве (гор. 640 м). Результаты исследований НДС Узельгинского месторождения различных организаций по значениям и направлению компонент тензора напряжений хорошо согласуются между собой. Установленные в результате многолетних исследований параметры силовых полей на нижних горизонтах Узельгинского месторождения характерны и для ряда месторождений, примыкающих к Тагило-Магнитогорскому мегасинклинорию (Дегтярское, Вишневогорское, Гайское месторождения) [19]. Так как все ранее проведенные исследования НДС месторождения были выполнены на горизонтах нижнего рудоносного яруса нами были организованы замеры напряжений в выработках околоствольного двора горизонта 140 м верхнего рудоносного яруса, но методы щелевой разгрузки и гидроразрыва в условиях низких прочностных и упругих характеристик известняков оказались неэффективны.
Для исследования НДС Узельгинского месторождения на этапах его освоения было проведено математическое моделирование геомеханических процессов в объемной постановке задачи методом конечных элементов с использованием программного комплекса «FEMV» (Уральская ГГГА). Используемая программа позволяет учесть реальную анизотропность массива, стадийность выемки запасов, возведения закладочного массива и определить горизонтальные, вертикальные деформации, а также напряжения в любой точке совместно деформирующегося массива, выявить места концентрации напряжений, зоны разгрузки в элементах горных конструкций. Последствия подработанности верхнего яруса в основном будут определяться отработкой рудных тел № 4 и 8. Отработка других рудных тел или не окажет влияния на верхний ярус (рудные тела № 2 и 3), или проявит незначительное по сравнению с выемкой рудного тела № 4 влияние (рудное тело № 7). Поэтому нами моделировался участок месторождения, включающий рудные тела № 4, 8 и № 5, 5а соответственно нижнего и верхнего рудоносных ярусов (рис. 2.3), с учетом усредненных физико-механических свойств пород осадочного комплекса, коренных пород и руды (см. параграф 2.1). Выработанное пространство после отработки запасов имитировалось средой с физико-механическими характеристиками твердеющей закладочной смеси. Правильность задания свойств закладочного массива является одним из первых условий, обеспечивающих достоверность результатов моделирования напряженно-деформированного состояния массива на стадиях освоения запасов. По результатам испытаний [60] образцов твердеющей закладки, отобранных на рудниках Учалинского ГОКа из возведенных закладочных массивов, прочность закладки в большинстве случаев существенно ниже нормативной (4 МПа) и в среднем составляет [асж] = 1,0 - 1,5 МПа. Модуль деформации закладки колеблется в пределах Едеф = 0,01 - 0,5 10"3 МПа, коэффициент Пуассона ц = 0,35-0,45 и плотность у = 1,85-2,1 т/м3. На основании данных результатов исследований. .Щри моделировании использовались средние значения свойств закладки: Едеф =0,25 10"3 МПа; ц. = 0,4; у = 2,0 т/м3. Нагрузки на модель заданы в соответствии с параметрами естественного поля напряжений, установленными натурными замерами, с соотношением ст. : JX СГу = 1 0 1,0:1,4. Максимальная компонента напряжений ориентирована субширотно и составляет 25 МПа, минимальная - субмеридио-нально (18 МПа). Для наглядности результатов исследований модель в горизонтальной плоскости «привязана» к отметкам координатной сетки Узельгин-ского месторождения. Уровень земной поверхности в модели соответствует отметке z = 930, нижний рудоносный ярус залегает в интервале z = 270 - 450, нижний - z = 620 - 830 м (см. рис. 2.3). Учет в математической модели параметров реального силового поля и физико-механических свойств руд и основных пород месторождения позволяет прогнозировать с достаточно высокой степенью достоверности геомеханическую обстановку в целом при освоении запасов нижнего и верхнего рудоносных ярусов.
Оценка напряженного состояния массива при выемке запасов рудных тел нижнего яруса проводилась постадийно, соответственно этапам развития фронта горных работ (рис. 2.4): 1 стадия - отработка запасов панелей рудного тела № 4 с оставлением рудных панельных целиков;2 стадия - отработка запасов панельных целиков рудного тела № 4 в южной части залежи; 3 стадия - дальнейшая разработка запасов панельных целиков в центральной части рудного тела № 4; 4 стадия - полная отработка запасов рудного тела № 4.
Методика выбора технологических схем
Анализ опыта освоения в восходящем порядке ярусно залегающих рудных тел и результаты исследования напряженно-деформированного состояния горного массива на различных стадиях выемки запасов показали, что залежи нижнего рудоносного яруса при учете горно-геологических особенностей участков возможно отрабатывать системами разработки всех трех классов: с естественным подержанием выработанного пространства; с обрушением руд и вмещающих пород; с искусственным поддержанием выработанного пространства. Для выбора рациональных технологических схем освоения запасов месторождений, представленных ярусно залегающими рудными телами, разработана следующая блок-схема (рис. 3.5). Блок-схема содержит алгоритм выбора технологических решений на основе критерия обеспечения безопасности и эффективности горных работ. Началу системного анализа технологических решений предшествует этап сбора данных о горно-геологической и горно-технической обстановке на месторождении. Следует учитывать, что представленный алгоритм (см. рис. 3.5) разработан для условий месторождений ценных руд, сложенных скальными трещиноватыми горными породами при отсутствии охраняемых объектов на земной поверхности. На втором этапе решается вопрос о способе отработки запасов рудных тел верхнего яруса путем сопоставления коэффициента вскрыши Квск с граничным Кф. В случае выбора подземного способа разработки рудоносных ярусов на основе геологоразведочных данных о содержании полезных и вредных компонентов в рудных телах, о гидрогеологической обстановке на месторождении отдается предпочтение традиционному нисходящему порядку отработки залежей или восходящей выемке.
На следующем этапе производится расчет высоты деформирования массива налегающих пород Ндеф по методике Пушкарева В.И. и Илимбетова А.Ф. [37,75]. Расчетное значение (Ндеф — пір) сопоставляется с мощностью породного прослоя между рудоносными ярусами тпм.. Целесообразно принимать в качестве гпп.м минимальное расстояние от кровли нижележащих рудных тел до ближайшего горизонта верхнего рудоносного яруса. В случае превышения мощности породного прослоя над высотой свода, отсутствия на участке тектонических нарушений и других осложняющих факторов отработка запасов рудных тел нижнего рудоносного яруса возможна без закладки - с открытым очистным пространством и локализацией пустот. Выполнение условия тпм тр/(КР-1), где Кр - коэффициент разрыхления пород, гарантирует безопасность горных работ на верхнем ярусе. Тектонические нарушения, простирающиеся от нижележащих залежей и выходящие на верхний рудоносный ярус, являются "проводниками" деформаций, возникающих при очистных работах. Поэтому для сохранности рудного массива и обеспечения устойчивости горных выработок на участках нарушений в границах нижележащих рудных тел целесообразно оставление рудных целиков. Разработка остальной части запасов возможна также с открытым очистным пространством. При наличии наклонных или пологих тектонических нарушений, простирающихся от нижележащих рудных тел не пересекаясь с вышележащими залежами и подземными выработками, технология разработки запасов нижнего рудоносного яруса будет определяться степенью нарушенности массива и результатами экономического сравнения систем разработки с закладкой и с обрушением руд и вмещающих пород.
В случае превышения высоты деформирования массива Ндеф значения мощности породного прослоя тпм отработка запасов рудных тел нижнего яруса с целью обеспечения сохранности вышележащих залежей и устойчивости горных выработок возможна исключительно системами разработки с закладкой выработанного пространства, предполагая системы с естественным поддержанием очистного пространства в условиях ценных руд нерациональными. Оценка степени геомеханического влияния заполненного закладкой выработанного пространства на состояние массива верхнего рудоносного яруса производится по методике, представленной в разделе 2.4. При попадании вышележащих рудных тел в III зону влияния (см. 2.4), характеризующуюся значительными деформациями массива, принимаются меры по снижению геомеханического влияния выработанного пространства. В частности, возможно сокращение пролета подработки, предусмотрев оставление мощных панельных рудных целиков в границах нижнего рудоносного яруса. Отработка запасов рудных тел верхнего яруса, попадающих в 1-Й зоны влияния может осуществляться системами подземной разработки всех классов, но с применением специальных мероприятий, обеспечивающих безопасность и эффективность горных работ в подработанном массиве: смолоинъек-ционное упрочнение массива, окружающего горные выработки; сокращение длины и диаметра зарядов ВВ на очистных работах; сплошная выемка запасов. Залежи полезных ископаемых, залегающие друг относительно друга на значительном расстоянии, т.е. когда верхнее тело не попадает в I зону влияг ния выработанного пространства нижней залежи, рассматриваются как обособленные рудные тела, отработка которых осуществляется по независимым традиционным технологическим схемам. Технологические схемы отработки запасов ярусно залегающих рудных тел Согласно результатам проведенных в диссертационной работе исследований принимаются принципиально разные технологические решения при освоении запасов нижнего рудоносного яруса в случаях когда: - высота деформирования массива налегающих пород (Ндеф - тр) не превышает мощности породного прослоя тпм. между рудными телами двух ярусов; - высота (Ндеф - Шр) превышает значение тпм.. В первом случае залежи отрабатываются с открытым очистным пространством без или с оставлением временных рудных целиков; системами с обрушением руд и вмещающих пород или с закладкой выработанного пространства. Все технологические схемы сконструированы в расчете на применение самоходного оборудования, в первую очередь — доставочного, обеспечивающего снижение ручного труда. 1 схема. Рудное тело нижнего яруса отрабатывается с открытым очистным пространством без оставления целиков. Выработанное пространство поддерживается за счет естественной устойчивости руд и вмещающих пород, частично погашается методом локализации (рис. 3.6). Условия применения данной схемы: (Ндеф — тр) тпм.; залежи небольших размеров; отсутствие крупных тектонических нарушений, соединяющих рудоносные ярусы; линзообразная форма залежи; наличие тектонического поля напряжений.Порядок отработки запасов при данной схеме - от центра к флангам [83]. Данная последовательность подработки налегающих пород обеспечивает наименьший прирост растягивающих напряжений в породах кровли.
Конструирование вариантов систем разработки
Геологические данные показывают (см. разд. 1.1), что рудные тела состоят из разносортных руд имеющих четкие границы и залегающих параллельно напластованию горных пород, в такой ситуации, применив послойную отбойку, можно организовать селективную выемку руды для повышения качественных показателей освоения. Изучив горно-геологические особенности залегания Узельгинского месторождения, принимая во внимание имеющийся опыт отработки камерными системами нижнего яруса и результаты исследования влияния на устойчивость кровли направления погашения запасов в выемочном участке (см. разд. 3.3) нами рекомендуются к применению следующие варианты камерных систем разработки при отработке рудных тел № 5, № 5а и № 9 верхнего яруса. Вариант I. Камерная система разработки со сплошным порядком отработки, подэтажной отбойкой руды горизонтальными слоями по методу VCR и последующей закладкой твердеющими смесями (рис. 4.3-4.5). Очередность работ в панели следующая. Из западного и восточного штреков встречными забоями по центру панели проходятся на нижнем подэтаже два орта (на уровне нижней и верхней подсечки подэтажа). Далее проходятся разрезные орты и заезды в прилегающих камерах. Эти и все последующие орты проходятся вприсечку к дальней, по отношению к отрабатываемой, границе камеры (см. рис. 4.3). Параллельно с этими работами проводится разделка подсечек. Породы кровли верхней подсечки упрочняются смолоинъекционным способом в комбинации с тросовой крепью. После разделки и закрепления кровли с верхней подсечки бурятся нисходящие скважины. По окончание буровых работ заряжается донная часть всех скважин в камере, с таким расчетом, чтобы высота отбиваемого слоя не превышала 3-3,5 м. Очистная выемка ведется ПДМ из боковых заездов. Для интенсификации отработки камеры возможны схемы с четырьмя одновременно работающими ПДМ. Применение транспортной схемы с размещением на сопряжении со штреками погрузочно-транспортных машин еще более повысит производительность на погрузке.
Послойная отбойка руды в камере идет до тех пор, пока между выработанным пространством и верхней подсечкой не образуется целик 6-8 м, который обрушают за один цикл. После выемки запасов подэтажа у всех заездов в камеру устанавливаются перемычки и производится закладка выработанного пространства. Закладочный массив возводят до днища верхней подсечки. Далее операции повторяются. Смежные камеры панели отрабатываются с отставанием в один подэтаж (см. рис. 4.3). Особенностью этого варианта очистной выемки является то, что подготовительные и нарезные выработки проходятся не по всей находящейся в отработке панели, а только в отрабатываемой и смежной с нею камерах, с постепенным их продвижением на юг и на север залежи и обязательным обеспечением сквозного прохода воздуха с востока на запад на обоих флангах движения очистного фронта. Это позволит создать сплошной фронт очистной выемки без оставления целиков, даже временных, на границах панелей.
В данном случае длина камер величина технологическая и существенного влияния на устойчивость бортов камер при таком порядке ведения горных работ не окажет. Поэтому в зависимости от требуемой производительности и наличия необходимого транспортного парка может составлять от 50 до 100 м. На рис. 4.3-4.5 показан вариант с камерами длиной 100 м. Вариант II камерной системы разработки с камерно-целиковым порядком выемки отличается большим разбросом очистных забоев, увеличением их количества и, как следствие, увеличением коэффициента опережения подготовки панели. Но в то же он позволяет варьировать уровень добычи в большом диапазоне, что может пригодиться в случае решения проблемы мышьяковистых примесей и, самое главное, он позволяет применить гидравлическую закладку при отработке вторичных камер. Представленный на рис. 4.6 вариант предусматривает начало работ в двух камерах одновременно. Последовательность горных работ при этом варианте такая же, как и при варианте I, только разрезные орты смещаются от границ камеры к ее центру. Кроме того, после отработки двух подэтажей первичных камер работы по подсечке и бурению скважин ведутся не по всей длине камер, а только в ее торцах (см. рис. 4.7). Такая операция дает возможность получить рудный участок в центре вторичной камеры со всех сторон окруженный твердеющей закладкой. Для его отработки с каждой стороны через закладочный массив проходятся погрузочные заезды. В дальнейшем работы по его выемке не отличаются от работ в первичных камерах. После отработки эта камера закладывается гидравлической смесью.
Еще одной особенностью варианта II является необходимость содержания в ходе очистных работ панельных штреков. В предложенном варианте при отработке первичной (расположенной в центре рудного тела) панели в ходе отработки камерных запасов панельный штрек подрабатывается с одной стороны (см. рис. 4.7), а во время отработки соосной камеры смежной панели он гасится очистными работами. В отдельных случаях участки панельных штреков воестанавливаются в закладке (см. рис. 4.8) на время необходимое по технологическим причинам. Длина камер принимается от 50 до 100 м. В данном варианте, чем длиннее камера, тем больше в процентном отношении объем гидравлической закладки.
