Содержание к диссертации
Введение
СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ 5
1.1. Практика применения камерных систем с твердеющей закладкой 9
1.2. Анализ и обобщение исследований интенсивности эксплуатации месторождений 16
1.3. Цель работы, задачи и методика исследований . 22
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА ИНТЕНСИВНОСТЬ ОТРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УЧАСТКА 25
2.1. Общие положения 25
2.2. Определение факторов, влияющих на интенсивность отработки технологического участка. 27
2.3. Влияние геометрических параметров камер и элементов залегания залежей 31
2.3.1. Влияние геометрических параметров камер 31
2.3.2. Влияние элементов залегания залежей 35
2.3.3. Влияние отношения длины камеры к ее ширине 39 2.4. Влияние факторов времени на выполнение отдельных технологических операций 44
2.4.1. Определение и выбор минимально возможного периода отработки камер 44
2.4.2. Взаимное влияние факторов времени и геометрических параметров камер 52
Выводы 55
3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОРМЫ И РАЗМЕРОВ ПРЕДЕЛЬНЫХ УСТОЙЧИВЫХ ОБНАШИЙ И ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КАМЕР 56
3.1. Оценка устойчивости обнажение прямоугольных камер 56
3.2. Определение формы и размеров предельного устойчивого обнажения очистного пространства 63
3.3. Установление зависимости показателей устойчивости от эквивалентных пролетов 70
3.4. Расчет геометрических параметров камер, вписанных в контур предельного устойчивого обнажения 80
3.4.1. Прямоугольные камеры 80
3.4.2. Камеры трапецевидной формы. 82
3.4.3. Камеры ромбовидной формы 83
3.4.4. Сравнение объемов камер различной формы . 85
3.5. Лабораторные исследования камер ромбовидной формы 88
Выводы 89
4. МЕТОДИКА РАСЧЕТА И ВЫБОРА РАЦИОНМЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УЧАСТКОВ 93
4.1. Общие положения 93
4.2. Определение максимальных геометрических параметров камер 94
4.3. Расчет времени на выполнение отдельных технологических операций 96
4.4. Расчет и выбор рациональных параметров технологических участков 101
Выводы Юб
5. ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ В УСЛОВИЯХ -БЕЛО3ЕРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ 107
5.1. Вариант системы со сплошной встречно-направленной выемкой камер в технологическом участке-блоке 107
5.2. Вариант восходящей отработки мощных залежей камерами трапециевидной формы с днищем в закладке III
5.3. Варианты отработки весьма мощных залежей камерами ромбовидной формы 114
Выводы 118
6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 119
7. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 121
8. ПРИЛОЖЕНИЯ
- Практика применения камерных систем с твердеющей закладкой
- Общие положения
- Оценка устойчивости обнажение прямоугольных камер
- Определение максимальных геометрических параметров камер
- Вариант системы со сплошной встречно-направленной выемкой камер в технологическом участке-блоке
Введение к работе
Актуальность работы. В решениях ХХУІ съезда КПСС на XI пятилетку намечено обеспечить опережающее развитие сырьевой базы черной и цветной металлургии, в том числе за счет создания и широкого применения прогрессивных технологий при добыче полезных ископаемых.
Решить проблему растущих потребностей металлургии сырьем можно в первую очередь за счет повышения интенсивности эксплуатации месторождений. В современных условиях это одно из важнейших направлений развития горного производства.
В последние годы в горнору дной промышленносж все более широкое применение находят системы с заполнением выработанного пространства твердеющей закладкой. Эти системы позволяют в значительной степени снизить вредное влияние горного давления с увеличением глубины разработки, сохранять окружающую среду, вести совместную разработку месторождений открытым и подземным способами, 'обеспечивать полноту извлечения полезных ископаемых. Доля добычи железных руд указанными системами толбко на шахтах УССР с 1956 по 1981 год увеличилась в 5 раз.
Практика работы горных предприятий показывает, что интенсивность эксплуатации месторождений при разработке их камерными системами с твердеющей закладкой в 1,5 * 2 раза ниже, чем при системах с обрушением.
Поэтому работа, направленная на повышение интенсивности ра зра ботки месторождений камерными вистемами с твердеющей закладкой является актуальной.
Целью настоящей работы является повышение интенсивности разработки месторождений камерными системами с твердеющей закладкой - б - путем обоснования и выбора рационалвных параметров технологических участков.
Для реализации поставленной цели решены следующие задачи:
Исследованы закономерности изменения интенсивности отработки технологического участка от природных и технических факторов.
Определены формы и размеры предельных устойчивых обнажений очистного пространства.
Усовершенствована методика расчета и выбора рациональных параметров технологических участков.
Разработаны и внедрены варианты камерной системы с твердеющей закладкой, обеспечивающие повышение интенсивности разработки месторождений.
Методика исследований включала в себя аналитический, лабораторный и натурный методы. Аналитические исследования выполнялись методами математической статистики с использованием ЭВМ, проведением формального и технико-экономического анализа. Лабораторные исследования включали метод моделирования на оптически активных материалах'. Натурные исследования заключались в опытно-промышленных испытаниях новых вариантов камерных систем с твердеющей закладкой.
Идея работы заключается в повышении интенсивности разработки месторождений камерными системами с твердеющей закладкой за счет, максимального приближения формы и размеров камер к предельным устойчивым обнажениям очистного пространства и уменьшения периода отработки камер.
Научные положения, разработанные лично автором и их новизна
Установлена закономерность изменения интенсивности отработки технологического участка от природных и технических факторов, отличающаяся тем, что в ней учтено влияние элементов залегания залежей, геометрических параметров камер и минимально возможного периода их обработки.
Впервые определена зависимость формы и размеров контора предельного устойчивого обнажения очистного пространства от физико-технических факторов с использованием показателей устойчивости и их взаимосвязь с величинами эквивалентных пролетов, на основе которой разработан метод расчета максимальных геометрических параметров камер.
Усовершенствованна методика расчета и выбора рациональных параметров технологических участков, обеспечивающих повышение интенсивности разработки месторождений камерными системами с твердеющей закладкой.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждены: сравнением аналитических зависимостей с экспериментальными в аналогичных условиях; сходимостью расчетных и фактических геометрических параметров камер по результатам промышленных опытов; широкой промышленной проверкой и внедрением результатов исследований в условиях рудника Запорожского 1РК, подтверждающих хорошую сходимость результатов аналитических расчетов и промышленных экспериментов. йеучное значение работы заключается в том, что у становленная зависимость изменения интенсивности отработки технологического участка при дополнительном учете элементов залегания залежей,геометрических параметров камер и минимально возможного периода их отработки в значительной мере уточняет и дополняет известные закономерности влияния природных и технических факторов на интенсивность разработки месторождений камерными системами с твердеющей закладкой.
Практическая ценность работы состоит в научном обосновании, разработке и внедрении новых, более эффективных вариантов камерных систем с твердеющей закладкой, позволяющих повысить интенсивность разработки месторождений.
Результаты исследований использованы НИГРИ при составлении "Типовой инструкции по определению параметров очистной выемки при системах с закладкой на горнорудных предприятиях Минчерме-та УССР" и "Типовых паспортов систем разработки с твердещей закладкой для Запорожского ЖРК".
Реализация выводов и рекомендаций работы
Основные выводы и рекомендации внедрены на шахте "Эксплуатационная" Запорожского ЖРК. За период с 1973 по 1983 год рекомендованными вариантами добыто более 9 млн. тонн руды с общим экономическим эффектом 978,2 тыс. руб.
Апробация работы.Основные положения диссертационной работы докладывались на выездной сессии Научного Совета по проблемам КМА (г. Днепрорудный, 1974 г.), на Всесоюзном научно-техническом семинаре (г. Гаи, 1977 г.), на межрудничной школе передового опыта (г. Кривой Рог - Днепрорудный, 1979 г.), на научно-технической" конференции КГРЙ (г. Кривой Рог, 1983 г.), на кафедре ПРМПИ КГРИ (1981 - 84 г.г.).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 7 статей.
Практика применения камерных систем с твердеющей закладкой
Современное состояние подземной разработки рудных месторождений характеризуется постоянным увеличением глубины разработки, усилением горного давления, вовлечением в эксплуатацию месторождений со сложными горногеологическими условиями, одновременной отработкой их открытым и подземным способами, необходимостью опережающей отработки более ценных руд и предупреждения эндогенных пожаров. В этих условиях все более широкое применение находят системы разработки с заполнением выработанного пространства твердеющей закладкой.
Сущность, условия применения и пути развития этих систем разработки широко осведены в трудах видных советских ученых в области горного дела: М.И.Агошкова, Г.М.Малахова Z I 2 J, О.А.Байко-нурова [Ъ Jt Д.М.Бронникова, Н.Ф. Заме сова J, В.Р.Именитова / 5,б _7, М.Н.Цыгалова, П.Э.Зуркова /"7 ], В.А.Шестакова / 8 J и др.
Для отработки рудных месторождений используют слоевые системы L 4"»9 Jt камерно-слоевые /"Ю _7, а там, где позволяют горнотехнические условия стремятся применять камерные системы. Достоинством камерных систем с твердеющей закладкой является относительно высокая эффективность разработки месторождений при использовании отечественного горного оборудования. Так производительность труда рабочего забойной группы достигает 40-50 т/смену /11,12,13 .
Большой вклад в изучение и развитие камерных систем внесли С.Г.Борисенко /"14 _7, Н.Г.Дубинин /"15 J, З.А.Терпогосов / I6 J, А.С.Белаш /17 J.
Главное отличие камерных систем с закладкой от обычных заключается в наличии дополнительного технологического процесса -закладки выработанного пространства, как завершающей стадии очистных работ, "которая существенно влияет на всю систему, меняет ее облик, требует создания специального закладочного комплекса, в значительной мере определяет экономические показатели эксплуатации месторождений" / 4, с.7 J.
К достоинствам систем с твердеющей закладкой следует отнести полное сохранение и использование в народном хозяйстве дневной поверхности над отрабатываемым массивом, создание благоприятных условий для применения самоходной горной техники, возможность вести сплошную бесцеликовую выемку рудных зележей и повышение полноты извлечения полезных ископаемых. Им принадлежит большое будущее С 18 7.
По мнению Д.М.Бронникова, Н.Ф.Заме сова и др. "с понижением глубины горных работ значение закладки возрастет, поскольку она становится одним из основных способов управления горным давлением и надежным средством поддержания налегающей толщи пород, особенно при разработке обширных пологопадающих мощных месторождений" /Ч, с.5 J.
В перспективе намечается широкое применение твердеющей закладки на крупном Яковлевском руднике, увеличение добычи руды на Запорожском ЇЇРК, в Кривом Роге, Горной Шории [ 19,20 J и на Урале. Дальнейшее развитие получит комбинированная отработка месторождений открытым и подземным способами, большой вклад в развитие и совершенствование которых, вносит В.А.Щелканов Z"2I Jг системы с комбинированной закладкой [22 J .
Общие положения
В первой главе было установлено, что наиболее эффективная разработка месторождений камерными системами с твердеющей закладкой достигается при разделении отдельных залежей и шахтного поля вцелом на технологические участки.
Впервые понятие технологического участка было предложено В.К.Шендриком в работах С 65,68,69_/, который считает, что технологический участок представляет собой ряд смежно расположенных камер, отрабатываемых в ритмично последовательном порядке при стабильном уровне добычи руды (рис. 2.1.). Технологический участок состоит из блоков, в каждом из которых несколько камер. Обеспечение стабильности добычи руды из него достигается своевременным подключением к очистной выемке очередной камеры взамен отработанной и переданной под закладку. Камеры предыдущих и последующих очередей, также как и одновременно отрабатываемые камеры смежных технологических участков, должны располагаться на безопасном расстоянии друг от друга. Это расстояние определяется зонами вл-ияния очистного пространства той камеры, которая имеет наибольшее значение этой зоны. Камеры всех блоков технологического участка отрабатываются в одной и той же последовательности. В каждом блоке только одна камера первичная, а остальные вторичные. Первичная-камера, расположенная в рудном массиве или имеющая контакты только с вмещающими породами, а вторичная - камера, имеющая хотя-бы один контакт с искусственным массивом (закладкой). Время между началом очистных работ в смежных камерах блока.
Оценка устойчивости обнажение прямоугольных камер
Одним из важнейших факторов, обеспечивающих безопасность и эффективность разработки месторождений камерными системами с твердеющей закладкой, является правильный выбор геометрических параметров очистных камер. Как было показано во второй главе с увеличением параметров камер интенсивность отработки повышается. Однако с другой стороны увеличение геометрических параметров камер сдерживается необходимостью обеспечения устойчивости обнажений горного и искусственного массивов.
На большинстве горнорудных предприятий черной и цветной металлургии, в том числе и на Запорожском железорудном комбинате, на котором выполнены исследования, преимущественно применяются камеры прямоугшьной формы /"II, 12, 75, 76, 77_7.
Плоская форма обнажений в прямоугольных камерах менее устойчивая, чем криволинейная.
Любая прямоугольная камера характеризуется тремя измерениями в пространстве: размером по простиранию, вкрест простирания и высотой. Все три параметра взаимосвязаны между собой. Для конкретных условий допускаются по условия обеспечения устойчивости всех трех обнажений вполне определенные геометрические параметры ё к, / , Нк . При изменении одного из параметров для обеспечения устойчивости должны быть изменены один или два других.
Определение максимальных геометрических параметров камер
Расчет максимальных геометрических параметров камер производят в пределах всего интервала определяющего показателя в следующей последовательности.
4.2.1. Вычисляют эквивалентные пролеты по (3.2) - для горизонтального, по (3.4) - для вертикального обнажений.
4.2.2. Вычисляют значения у2ёэгу / 3g и &п по (3.25).
4.2.3. Вычисляют показатели устойчивости / по (3.28), (3.30); Pg по (3.29), (3.31).
4.2.4. Вычисляют размеры контура предельного устойчивого обнажения: и 1г по (3.16), (3.17); в и // по (3.32), (3.33). Для условий Запорожского ЖРК данные расчетов по 4.2.1 - 4.2.4 приведены в таблице 3.3.
4.2.5. Вычисляют геометрические параметры прямоугольных ка мер. Из трех параметров (высота, ширина, длина), как правило, за даются высотой камер, принимая ее кратной высоте этажа, которая выбирается на основе технико-экономического анализа при вскрытии месторождения. Задавшись высотой камер все залежи разбивают надве группы: первая группа - камеры по простиранию при/77/?эги вторая группа - камеры вкрест простирания при 777 / &эг . Для первой группы камер вычисляют их допустимый размер по простиранию по формулам
Из полученных по (4.1) и (4.2) значений принимают наименьшее. Для второй группы камер вначале проверяют соблюдение условия (З.б). Если оно не соблюдается , расчет геометрических параметров производят по приведенному коэффициенту крепости руд (3.8). Затем задаются либо высотой, либо шириной камер. Ширину прямоугольных камер целесообразно принимать кратной модулю ширины.
Вариант системы со сплошной встречно-направленной выемкой камер в технологическом участке-блоке
При разработке Юкно-Белозерского месторождения требовалось запроектировать отработку части шахтного поля этажа 400-480 м в осях 9ю 19ю длиной 300 м.
Следовательно при данных соотношениях геометрических параметров камер в плане возможно совмещение этих работ и обеспечение непрерывности процесса добычи руды из одногг блока.
Было признано целесообразным на рассматриваемом участке шахтного поля применить новую технологию в пяти технологических участках-блоках с окончательными параметрами: ton=tn = 7,5мес, 7"=zU= ,-5 мес, Z.s= I, У\/=/ЛГ = 8, 7у= 60 мес, J7y= 53,2 т/м2 год.
Камеры прямоугольной формы располагали вкрвст простирания залежи. Технологический участок состоял из одного блока. Одна камера в блоке первичная, остальные вторичные, поскольку находились в зоне влияния первичной камеры (рис.5.I). Камеры в блоке отрабатывали по сплошной схеме выемки. Ва основном откаточном горизонте 480 м участок подготавливали откаточными ортами через 30 м, в которых через 15 м, начиная от контакта руды у лежачего бока, проходили камеры для установки вибропитателей типа ВВДР-5. Подсечка камер траншейная. Подсечные орты проходили по центру камеры на высоте 5 м от уровня головки рельс горизонта 480 м. Подсечку разбуривали штанговыми скважинами Ф = 85 мм на высоту 10-12 м. Высота днища камер - 15 м.
Отрезку камер производили в вертикальной плоскости восходящими и нисходящими параллельными парносближеиными скважинами, пробуренными из одинарных или сдвоенных отрезных заходок на каждом подэтажном горизонте, на предварительно пройденный отрезной восстающий / 108_/.
Отбойку руды производили вертикальными наклонными веерными комплектами глубоких скважин $zS-I05 мм, пробуренными из подэтаж-ных буровых выработок.
