Обоснование способа управления кровлей при разработке маломощных пологих рудных залежей в крепких трещиноватых породах Енютин Анатолий Николаевич

Содержание к диссертации

ВВЕДЕНИЕ V .

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ ? .

1.1. Современные тенденции управления кровлей

очистных выработок при разработке маломощных

а
пологих рудных залежей Ч .

1. Состояние и перспективы развития горных работ, изученность вопросов оценки устойчивости и управления кровлей очистных выработок на рудниках Ловозерского ГОКа г . .

2. Задачи исследований "..

Выводы 3? .

2. ИЗУЧЕНИЕ ОСНОШЫХ ФАКТОРОВ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИХ СТРУКТУРУ

И СОСТОЯНИЕ МАССИВА ПОРОД ЛОВОЗЕРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

1. Геологическая характеристика и исходное напряженное состояние пород Ловозерского массива . . . л".

2. Изучение закономерностей распределения трещин

//О

в породном массиве \,

2.3. Оценка степени неоднородности физико-механичес
ких свойств пород Ловозерского месторождения . }\
Выводы 9*.

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ФАКТИЧЕСКОГО НАПРЯЖЕННОГО СОС
ТОЯНИЯ МАССИВА ПОРОД НА УСТОЙЧИВОСТЬ ОЧИСТНЫХ
ВЫРАБОТОК ? .

3. Пути подхода к оценке устойчивости трещиноватых массивов 9 .

4. Оценка устойчивости пород кровли очистных выработок в приповерхностной зоне нагорного участка v А

5. Изучение характера развития обрушений пород кровли и состояние крепи в очистных выработках ./"/

6. Особенности влияния субгоризонтальных напряжений на устойчивость очистных выработок . . . . Д?л

Выводы Ж

4. ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ УПРАВЛЕНИЯ КРОВЛЕЙ ПРИ РАЗРА
БОТКЕ ПОЛОГИХ ТОНКИХ ЗАЛЕЖЕЙ №.

4.1. Определение предельных глубин применения систе
мы разработки с открытым очистным пространством

по фактору устойчивости пород кровли ..... t^Y .

2. Обоснование целесообразности применения системы разработки с креплением выработок и выбор рациональных видов крепи І-РЧ

3. Определение величины динамических нагрузок от действия взрыва на призабойную крепь *r . .

4. Лабораторные испытания пневматических костров Выводы Ї.Щ .

5. ПРОМЬШШЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ВНЕДРЕНИЕ ОСНОВНЫХ РЕКОМЕН
ДАЦИЙ РАБОТЫ Д2. .

5.Х. Промышленные испытания и внедрение сплошной системы разработки с креплением очистных выработок -Ч* -

5.2. Пути совершенствования технологии отработки

JQQ маломощных пологих залежей Ловозерского ГОКа . г . .

5.3. Оценка экономической эффективности от реализации
основных рекомендаций 4^7

ЗАКЛЮЧЕНИЕ Ц^ь.

ЛИТЕРАТУРА №*.

ПРИЛОЖЕНИЯ /?^S.

Введение к работе

В Отчетном докладе ЦК КПСС ХХУІ съезда отмечается, что на добывающие отрасли -"... уже сегодня приходится львиная доля капитальных вложений, ведь спрос на сырье и энергоносители будет неуклонно расти. Успехи всего народного хозяйства будут особенно зависеть от повышения эффективности добывающей промышленности. Путь к этому - ускорение научно-технического прогресса". Партией и правительством поставлены задачи разработки и внедрения новых средств и технологий, обеспечивающих повышение интенсивности работы горно-добывающих предприятий, полноту извлечения и качество полезных ископаемых, наряду с безусловным требованием повышения безопасности производства горных работ.

Особое значение решение поставленных задач приобретает при добыче руд редких и цветных металлов, доля использования которых в ряде важных отраслей народного хозяйства приобретает доминирующее положение. Месторождения руд редких и цветных металлов обладают наибольшим разнообразием и сложностью горно-геологических условий залегания рудных тел и приурочены большей частью к обширным горным массивам.

Малая, а зачастую и весьма малая, геологическая мощность залежей, определяет соответствующую высоту очистных пространств, в связи с чем, разработка таких залежей в особенности пологих, характеризуется наиболее низким уровнем механизации основных технологических процессов и высокими материальными и трудовыми затратами. Уже в настоящее время, затраты на очистную выемку составляют более 60% общих трудовых затрат на горные работы по отрасли / / /.

Выбор в качестве объекта исследований месторождения руд редких металлов Ловозерского щелочного массива обусловлен тем, что ему присуще сочетание большого числа факторов, определяющих состояние горных работ на других месторождениях: весьма малая мощность рудных тел и их пологое залегание; высокие прочностные показатели свойств пород наряду с интенсивной трещиноватостью; гористый рельеф поверхности, всвязи с чем глубина ведения горных работ на одной абсолютной отметке залежи колеблется от 50 до 500 м; сложное напряженное состояние неподработанного массива, характеризующееся наличием субгоризонтальных сжимающих напряжений, превышающих напряжения от действия собственного веса пород.

Ранее проведенными исследованиями для участков, удаленных от дневной поверхности, показано, что при представлении толщи пород как однородной сплошной среды, определенном положении выработок и ориентировки максимальных сжимающих напряжений, устойчивость пород кровли, при принятых параметрах обнажений, обеспечивается за счет снятия растягивающих напряжений.

Однако, современное состояние горных работ на месторождении характеризуется вовлечением в отработку нагорных участков и вводом в эксплуатацию новых более глубоких горизонтов, вследствие чего, около 70% объемов добычи приходится на участки с неизученными горногеологическими условиями. Как показывает практика, отработка запасов как в приповерхностных, так и глубинных зонах сопровождается развитием обрушений пород кровли.

Применение в этих условиях деревянной органно-кустовой крепи не явилось решением проблемы прежде всего из-за сильной подверженности крепи воздействию динамических нагрузок от взрывных работ. Как следствие, почти в 10 раз возросли объемы крепления;

расход лесоматериалов за ХІ-ую пятилетку на I м³ добытой руды составил 0,03*0,065 м³. Низкие темпы крепления очистных выработок, обусловленные применяемой конструкцией крепи и видом крепежного материала, практически 100% доля ручного труда при креплении, привели к снижению интенсивности очистной выемки в 1,5 раза, деконцентрации горных работ на горизонте и не обеспечивают, в то же время, безопасных условий труда в очистных забоях.

Проблематичным является также применение системы разработки с открытым очистным пространством на руднике "Умбозеро", вслед-ствии установленной ранее специфики ориентировки максимальных сжимающих напряжений относительно рудной залежи.

Планируемое в ХЕ-ой пятилетке освоение новых залежей наряду с возрастанием объемов добычи делает срок эксплуатации месторождения практически неограниченным, что и определяет актуальность цели работы, направленной на изучение закономерностей потери устойчивости очистных выработок в условиях гористого рельефа и сложного напряженного состояния массива горных пород для обеспечения эффективного и безопасного применения сплошной системы разработки.

Б основу работы положена идея о преобладающем влиянии на характер разрушения пород кровли трещинной структуры массива и изменчивости величины и ориентировки тектонических напряжений по отношению к контуру выработки.

Основной объем исследований включал в себя:

- изучение физико-механических свойств основных породных разностей и оценку степени их изменчивости в пространстве; установление закономерностей развития трещиноватости пород на различных участках месторождения и их индентификация с помощью

различных диаграмм. Это позволило обосновать инженерно-геологическую модель рудоносного комплекса в виде модели случайной величины по показателям физико-механических свойств основных породных разностей;

анализ теоретических концепций и способов учета структурных не однородно ст ей массива при расчетах напряженно-деформированного состояния пород и оценке устойчивости кровли очистных выработок. Показано влияние разрывных структур сплошности на характер развития обрушений пород кровли в зависимости от вида напряженного состояния подработанных пород;

постановку и анализ результатов натурных наблюдений для выявления тенденции изменчивости устойчивости кровли очистных выработок в зависимости от их местоположения;

физическое (на эквивалентных материалах) и численное (с использованием вариационно-разностного метода) моделирование напряженно-деформированного состояния подработанных пород для изучения характера развития ослабленных зон и сопоставление полученных данных с данными натурных наблюдений на участках, характеризующихся различным фактическим напряженным состоянием массива;

анализ и обобщение отечественного и зарубежного опыта разработки и управления кровлей при выемке маломощных пологих залежей в сложных горно-геологических условиях для обоснования наиболее рациональных технологических решений, на современном этапе отработки месторождения и поиска перспективных технологических схем добычи;

опытно-промышленные испытания и внедрение новых видов крепи на руднике "Карнасурт".

Результаты исследований нашли применение при ведении очистных работ на действующем руднике, при разработке новых вариантов систем разработки для рудников Ловозерского ГОКа и учтены в проектах института Тиредмет".

Основные рекомендации работы могут найти применение на рудниках, разрабатывающих аналогичные пологопадающие залежи.

Работа выполнена в лаборатории подземной разработки недр Горного института Кольского филиала АН СССР под руководством докт.техн.наук В.В.Жукова.

Автор глубоко благодарен сотрудникам института кандидатам технических наук: И.И.Бессонову, В.Н.Боборыкину, В.М.Дианову, Е.В.Чернову, а также инженерно-техническим работникам Ловозерского ГОКа начальнику технического отдела комбината В.Г.Марты-ненко, гл.геологу, к.г.-м. наук И.Г.Аргомакову, гл.горняку А.А.Уханову, начальнику рудника "Карнасурт" И.И.Партале, способствовавшим проведению исследований, испытаний и внедрению рекомендаций в практику ведения горных работ на рудниках Ловозерского ГОКа.