Введение к работе
Актуальность работы. Рост потребности в цветных металлах требует постоянного расширения сырьевой базы за счет поиска и разведки, нових месторождений, доразведки у«е эксплуатируемых и освоения техногенных месторождений, что требует значительных затрат на разведочные работы. Вместе с тем, в пределах отработанных шахтных полей целого ряда месторождений Казахстана, в том числе и такого крупнейшего месторождения медистых песчаников мирового класса как Жезказганское, сосредоточены значительные запасы, которые оставлены в различного рода целиках и в массиве горных пород. Объем потерянных запасов РУД только в целиках месторождения Яезказгак в среднем составляет 25-30%, а на отдельных участках месторождения он достигает S5-40Z. Кроме того, значительная часть руд оставлена в массиве в виде неактивных и забалансовых запасов v с учетом которых общие потери составляют 55-65% от развБ*йКых saiacos месторождения.В то хс время АО "Жезказганцветмет" испытывает дефицит сырьевых ресурсов, более половины рудников и иахт обеспечены активными запасами на срок от 5 до 10 лет.С учетом того,что для освоения у.авых шахтных полей необходимы значительные инвестиции,становится очевидной целесообразности повторной разработки оставленных запасов на старых шахтных полях. Эти запасы весьма эффективно можно отрабатывать открытым способом, что обеспечит значительное повышение полноты отработки аапасов за счет вовлечения в добычу разведанных, но не извлеченных при подземной разработке РУД.
Концеп'у.ей дальнейшей разработки Жезказганского месторождения предусматривается повторная разработка отнесенных в потери и недоработанных запасов открытым и подземным способами. Однако подземный способ в силу ряда причин горно-геологического и технологического характера не может обеспечить высокую производительность по добыче руды и полноту вые1..ки запасов. Наибольшая производительность по добыче потерянных руд может быть достигнута при их повторной разработке открытым способом. Это обеспечит максимальную полноту вовлечены запасов в добычу с высокими технико-экономическими показателями,что позволит получить кон-
- і -
куректноспособную продукцию.
Вместе с тем, имеющийся опыт повторной разработки открытым способом ограничивается небольшими ыестороддениями.в основном, наклонного и крутопадающего зачегания рудных тел.Йовторная разработка залежей на обширных- площадях с наличием в них многоярусных перекрывающихся пустот не имеет достаточного теоретического обоснования и практически не ведется,
3 связи с вышеизложенным актуальной проблемой является обоснование эффективной и безопасной технологии открытой добычи запасов, оставленных при подземной разработке,с управляемым погашением обширных по площади многоярусных пустот весьма значительных объемов, образованных при первичной подземной разработке, обеспечивающей повыаеийе комплексности отработки кеоторакде-ний и охрану недр в новых экономических условиях.
Решению этой крупной научігай проблем, имеющей вакное народнохозяйственное значение, посвякека настоящая диссертация.
Диссертационная работа является обобщением НйР,выполнениях автором з период 10S1-1995 г. г. под его научным руководством jj непосредственном участии и осуществлялись в соответствии с планами НИР института йез.кззганНЯШцветмет {1G31-10S5 г.v.),;: "Программой реализацииКонцепции дальнейшей разработки Еезказ-ганского месторождения",согласованной с Комитетом Госгортехнад-зор и утзерздєнной Министерством промышленности и торговли' Республики Казахстан.
Цель работы. Разработать эффвктивиу» технологій позторной разработки открытым способом перекригавщкея подогепадающлх пластообразньк рудных валегсЯ Е сдесаш геомехапических условиях, связанных с наличием В недрач больших объемог пустот а обрушений налегающей толаи.горшх пород.
Идоя работа состой!' в, зш,чїо при определении обцей стратегии повторной разработки ыгсторсядеииД открытым спсссбои используется установленная ьсаэдэйзяа» даьмики открытых горнах работ в зоне влияния йодеєМіИ» кусїої с гесмеханичеекпмп процессами, возникаящши с коасїрукигвшх елементах подземнігх выработок.
Основный задачи исслсдоааазЛ. Шлрсксмаспабкгд повторна:-! разработка откршим способом является крупней научной проблемой, успеспа;. реализация которой связана с рвением комплекса
- 5 -задач исследовательского, методического и прикладного характера, вяяэча'кцего:
исследование геомеханических условий и разработка безопасных и эффективных способов погашения подземных пустот;
определение экономически обоснованных границ открытой повторной разработки;
разработка оптимальной схемы вскрытия и развития горных работ в пределах выделенного карьерного псля при повторной разработка з увязке с размещением запасов з контуре карьера и наличием охр&чясмых объектов в границах воздействия открытых горных работ;
выбор параметров систему разработки и экономически обос--вовакной технологии в&ехкн целиков:
опытно-прскыалеинаг проверка предложенной технологии открытой повторной разработки.
. ЬЬтсды ксеяякавией. При реализации дачной вдел использовались аналитические иотоды*. котоды математического моделирования динамических обге ггоз, теория графоа и программирование на ЗЗМ, лабораторные а аатуркые эксперименты, математически;3, статистика й корреляцкокігкЯ ааааиз, графоаналитические и чиелччные методы, а также техккко-зкокоьа. теский анализ результатов ояыт-но-оро:лпленной проверки рекомендуемая способов погашения пустот и выекхи цедккоз.
Обгегяжга гкеледетгппй является сологопадажие рудные пластообразцые иесторазгения, отрабоганш» ранее подвемпым способов снетекакз с открытии іjpsSorms&i пространством, поддер-живаомам различного рода цздзд&ді.
Еаучгай» пояояятз. винссиукэ на .зязиту:
1.Стратегия я технология повторной разработки открытым способом пластоебзазши полегопад&'г*;:» пе; ;крываэдихся валехей определяется помимо прострзястгеяиого расположения и геологических яарьгітерясткк рудЕїнх тел парй»»;траия и геомеханическим состоянием подослав? выработок я иазэтнем сбрукекий массива в их взаимодейстЕ!ш с открыткам гор._зді ргооті^сі в '"юстранстзе и во врешші.а также везопаскостьи.техшжо-вкономгсческими локаза-техзыа отоаЗоткі и рггигемшеи кз лювиоЯ поверхности , ликвидируемых шод переносима сЭмгавэ.Пра этом обова технология горюя работ должна предусматривать процесс погашения пустот и.
специальные методы производства буровзрывных и выемочно-погрузочных раоот.
2.По мере подхода скрытых горнь- работ к зонам влияния пустот устойчивость опорных элементов подземных выработок изменяется (увеличиваясь) по параболической зависимости,являющейся результирующей функцией статических нагрузок от вышележащих по-.род и сейсмического воздействия карьерных взрывов,а безопасная мощность потолочин над подземными выработками от кровли до карьера находится в гиперболической зависимости от расстояния до места производства карьерных массовых взрывов.
3.Процесс погашения пустот,в соответствии с разработанной их классификацией,производится на завершающей стадии подземной первичной разработки,при подготовке карьерного поля и при ведении открытых горных работ буровзрывным способом,закладкой и комбинированным способом.При этом максимальный эффект и рациональные уровни качественных и количественных потерь достигаются:
- при высоте камер и панелей до 12-15м и содержании меди в целиках до 4% применением предлагаемой технологии выемки целиков с предварительным залол"ением межцеликового пространства путем обрушения налегающей толщи взрывом наклонных замкнутых рядов скважин направленных в сторону ослабленных участков вокруг оконтуренных пустот и селективной выемкой руды;
- при высоте камер более 12-15м и содержании меди в цели- ' ках выше 4% применением предлагаемой технологии с закладкой камер оборотным закладочным материалом и валовой отработкой целиков.
4.Выбор эффективных границ карьерных полей,систем разработки, рационального направления развития и режима горных работ устанавливаются с использованием разработанной математической модели месторождения и карьера на специфических объемных графах . с циклами,которые предусматривают возможность моделирования как углубления горных работ,так и возможность их перемещения в горизонтальных направлениях без углубки.При этом границы карьера устанавливаются на графе (мультиграфе),у которого вершины являются событиями и несут информацию о средних коэффициентах вскрыши,а дуги о контурных коэффициентах вскрыши и взаимосвязях событий.Выбор системы разработки и направления развития и режи-
- 7 -ма горных работ производится ка трэде,у которого вершины являются событием.а каэдой дуге ставится з соответствие значения аддитивного критерия оценки, состояния производственной системы, формирующейся при перемещении горных работ от одного события к другому.
Научная новизна:
тояния потолочин от сейсмических нагрузок аппроксимирующиеся
-
разработана новая технология открытых горных работ, учитывающая гесмеханическое состояние массива осложненного наличием в нем пустот и обручений, сценку устойчивости спорных элементов подземных выработок, а такте геометрические параметры залехей и оставленной руды з обрушенных горных породах, обеспечивающая рациональную и безопасную повторную добычу полезных ископаемых сложных пологоладаюлих пластовых месторождений открытым способом и включающая специальные методы и способы погашения пустот буровзрывными работами, закладкой и технологические ^хемы выс-мочко-погрузочных работ;
созданы новые технологические схемы погашения пустот обручением массива в выработанное пространство, при которых за контуром ослаблених участков с рабочих площадок бурятся и взрываются
- 8 -гов между смежными пустотами в большей мере зависит от динамической на' рузки падасцей на мост потолочины,чем от сейсмических
нагрузок;
- разработаны новые технологические схемы буровзрывных и вые-мочпо-погрузочных работ па добыче руды из обрушенных целиков и массива горных пород, отличающиеся порядком их выполнения и обеспечиваете рациональные величины потерь и разубсхивания.
Достоверность научных положений, выводов к рекомендаций ' подтверждается высокой сходимостью результатов применения различных методов аналитических расчетов, лабораторных испытаний и ' моделирования, натурных экспериментов, опытно-промышленной проверкой пролеченных способов погашения пустот и выемки целиков и внедрением результатов исследований в практику . Личный вклад автора диссертации состоит в :
организации и проведении теоретических и экспериментальных исследований;
анализе и обобщении результатов исследований;
формулировке и обосновании задаваемых научных положений;
создании' математической модели взаимодействия технологии :; процессов открытых горных работ с процессами формирования ге-омеиапическэго состояния подземных пустот и способов их погазе-
разработке методов установлен, .я раниц карьерных полей , рационального направления развития горных работ в карьере и технологии выемки целиков открытым способом ;
разработке регламентов и внедрении технологии открытой повторной разработки на конкретных месторождениях.
Автор является научны!/, руководителем и ответственным исполнителем проблемы повторной разработки Жезказганского месторождения.
Научное и практическое значение диссертации. .
Научное значение заключается в теоретическом обосновании щирокомасатабной открытой повторной разработки пологопадающих месторождений.
Практическое значение работы состоит в разработке принципиально новой высокоэффективной технологии погашения подземных пустот и выемки целиков при повторной разработке пологопадающих рудных месторождений открытым способом.
Реализация результатов работи.
Предложенные способы и технология погашения пустот и выемки целиков, а также методы расчета карьерных потолочин использовались при проектировании первоочередных участков открытой повторной разработки Кевказгачского месторождения и лрошли опытно-промьшденнуга проверку на участке Петро-Холм и в Юкном борту Элатоуст-Веловского карьера.
Результаты работы использованы в "Рекомендациях по технологическому регламенту повторной разработки Жеэказгакского мес-тороякения", 1991 г.. а также а регламентах » проектах на повторну» разработісу открытым способом и отчетах га 1983-1995 Г.Г.:
Проект на расзирение контура карьера Петро-Хслм и вторичную отработку запасов : ояеЯ и шахт 34 и Петро-4 открытым способом, 1981 г.:
Проект на отработку .запасов руды в разделительном целике кезду Здатоуст-Веловским карьером и вахтой 57, утв. Минцветом СССР, 1983 Г.:
ТЭО повторной разработки . Еевкааганского месторождения открытьэл способом, 1989г.:
-Технологический регламент на повторну» отработку потерянных» я недоработанных запасов участка Покро-Север открытым способом. 1991г.:
Апробация работа
результаты работы докдаашагась ва 11-0,12-й конференциях "Проблемы разработка кесторияжении..."ИПКШ.Ійскаа.іеві-іоегг.г, ресаубаикаясккн (Алмати.1SS0, 1994гг.) и областных {Еезкааган, 1932г.,1985г., 1993г..1995г.) конференциях,на техническом совещании в Кеаатете Гссгортехнадзор (1988г), научно-технических советах А0"Жезказггацв&ткот"(1932-1995г.г.)
Публикации
По теиз дкссерташш опубликовано 53 печатных трудов,в том числе одна кшграфяя и 12 авторских сзндеганьсгв,предварительных патентов и положительных регенйй по заявкам а изобретения Республики Казахстан.
Обьем и структура работы. Диссертация состоит иэ введения, 6 глаз.аекдяченна.списка литературу на 203 наименований,содер-аит 419 страниц иаашотхяюго текста,в. т.ч. SO рисунков,29 таблиц и приложений па 33 страницах