Введение к работе
Актуальность работы. При подземной разработке месторождений полезных ископаемых одним из основных вопросов является обеспечение устойчивости очистных выработок.
Особую важность он приобрел при эксплуатации рудников Норильского промышленного района, разрабатывающих высокоценные медно-никелевые руды на глубинах до 1300 м, где в качестве основного варианта используется сплошная выемка руды горизонтальными слоями с закладкой. Двадцатилетний опыт использования данной технологии показал, что наибольшая интенсивность отработки и лучшие технико-экономические показатели достигаются при восходящей слоевой выемке, область применения которой в настоящее время ограничена рудами средней и слабой нарушенности.
С увеличением глубины разработки отмечается общий рост нарушенности массивов, что обусловило переход на трудоемкие варианты сплошной выемки руды, в том числе слоями в нисходящем порядке.
Один из путей повышения эффективности отработки месторождений — это применение наиболее производительных технологий очистной выемки на сильнонарушенных участках массива, что может быть осуществлено после проведения специальных мероприятий по упрочнению массива горных пород.
В связи с этим, исследования, направленные на разработку технологических схем, обеспечивающих повышение устойчивости очистных выработок при сплошной выемке руды слоями в восходящем порядке, за счет применения методов искусственного упрочнения массива, являются актуальными и имеют большое практическое значение.
Решению основных задач этой проблемы и посвящена настоящая диссертационная работа, выполненная автором в соответствии с тематическими планами Института проблем комплексного освоения недр Российской Академии наук (ИПКОН РАН) и Северо-Кавказского горно-металлургического института (СКГМЙ) на 1980—90 гг. по проблеме «Создание интенсивных
методов подземной разработки рудных месторождений на больших глубинах» (№ госуд. регистрации 01860080181).
Целью работы является повышение эффективности сплошной выемки руды в восходящем порядке за счет использования методов искусственного упрочнения массива сильнонарушеиных руд, обеспечивающих устойчивость очистных выработок и безопасность ведения горных работ.
Идея работы.заключается'в использовании технологии предварительного упрочнения массива армополимернои анкерной крепью для повышения устойчивости массива сильнонарушеиных
.руд. . \' -;
'Методы исследований включают в себя анализ и обобщение
опыта поддержания очистных выработок, теоретические' иссле
дования методом конечных элементов, лабораторные исследова
ния с использованием методов фотомеханики и микропетрогра
фического анализа руд'И пород, натурные наблюдения за'дефор
мациями массива в зоне ведения очистных работ, обработку ре
зультатов методами математической статистики, технико^эконо-
мический анализ. ' '
"Основные положения, выносимые на защиту:
1. 'Наличие .в массиве сильнонарушеиных руд и ксенолитов
пород приводит к образованию в кровле выработок зон расслое-
,ния,ігдеотмечаются разрушения и.вывалы значительного объема ,руды, что требует проведения .специальных мероприятий .по упрочнению массива.
2. Исследования микротрещиноватости с учетом шшераль-
.ного состава руд позволяют .производить оценку устойчивости
очистных выработок по площадной густоте трещин. "Рудные мас
сивы 'Норильского .района с площадной густотой трещин менее
.5 мм/см2.относятся к.категории устойчивых, 5—10 -мм/см2—средней устойчивости, более .1.0 мм/см2— неустойчивых.
-
Применение армополимерного крепления снижает концентрацию напряжений в кровле выработок на 30—35% и повышает устойчивость горных^конструкций.
-
Предварительное укрепление кровли очистных выработок гармополимерной анкерной крепью уменьшает зоны разуплотнения пород за счет увеличения сопротивления сдвиговым и;растя-тивающим напряжением л обеспечивает повышение устойниво-.сти.очистных выработок.при выемке сильнонарушенньїХіруд слоями в восходящем порядке.
'Научная новизна работы заключается:
й. <В установлении закономерностей изменения інапряженно-.го состояния массива (вокруг, очистных выработок іс'учетом .силь-
ной нарушенное руд и наличия ксенолитов пород, что позволяет оценивать устойчивость закрепленной и незакрепленной выработки и выбирать на этой основе параметры упрочнения массива.
-
В разработке методики оценки устойчивости рудных массивов, учитывающей минеральный состав руд и площадную густоту трещин, что позволяет по степени микротрещиноватости классифицировать массивы по устойчивости и выбирать способ поддержания выработок, обеспечивающий безопасность ведения горных работ.
-
В разработке и обосновании новых способов поддержания очистных выработок за счет предварительного укрепления кровли армополимерной крепью, обеспечивающих устойчивость силь-нонарушенных руд при выемке руды слоями в восходящем порядке.
-
В выявлении влияния полимерных материалов, содержащихся в рудной массе, на извлечение металлов при флотации. Установлено, что содержание полимеров в рудной массе до 0,3% не оказывает влияния на показатели извлечения металлов.
Обоснованность и достоверность выводов и рекомендаций подтверждается:
достаточным объемом экспериментальных данных, обработанных с применением методов математической статистики;
сходимостью результатов лабораторных, аналитических и промышленных исследований;
широким внедрением рекомендаций автора на рудниках Норильского ГМК;
разработан способ предварительного укрепления руд, отбиваемых впоследствии взрывными работами, позволяющий переводить массив в более высокую категорию устойчивости;
— предложен метод оценки устойчивости очистных вырабо
ток;
— установлено, что содержание полимерных веществ в руд
ном массиве в объеме, необходимом для предварительного ук
репления, не снижает показатели извлечения полезных ископа
емых на стадии обогащения.
Реализация работы. Полученные результаты нашли применение на рудниках Норильского ГМК («Комсомольский» и «Таймырский») и на Талнахской обогатительной фабрике. Использование результатов работы на рудниках НГМК позволило повысить технико-экономические показатели очистной выемки и обеспечить безопасность горных работ, получить экономический эффект, подтвержденный актами внедрения, в сумме 736,4 тыс. руб. (в ценах 1980—90 гг.).
Апробация работы. Основные результаты данной . днсс.срта ционной работы докладывались в Северо-Кавказском горно-ме таллургическом институте (г. Владикавказ, 1992 г.), институтам «Гипроникель» (Санкт-Петербург, 1991—92 гг.), «Норильскпро-ект» (г. Норильск, 1988—92 гг.), Институте проблем комплексного освоения недр РАН (г. Москва, 1991 г.).
Публикация. По теме диссертационной работы опубликова
но 11 печатных работ, в том числе 8 авторских свидетельств на
изобретение. .. .
Объем диссертации. Диссертация состоит из' введения, 4 глав, заключения и содержит 169 стр. включая 48 рис., 18 табл., 3 приложения и список использованной литературы из 62 наименований.