Обоснование геотехнологии подземной разработки маломощных пологих и наклонных жил со сложной морфологией (стр. 2 )

Личный вклад автора состоит в:

- разработке методики определения предельно допустимой глубины скважины (ширины прирезки) и классификации рудных жил по характеру изменчивости их формы;

- анализе перспективных направлений совершенствования, обосновании принципов построения новой геотехнологии и разработке технологических схем выемки маломощных пологих и наклонных жил сложной морфологии;

- проведении натурных исследований и опытно-промышленных испытаний, обработке и анализе полученных результатов, установлении закономерностей изучаемых процессов;

- усовершенствовании методики расчета устойчивых размеров целиков и обнажений кровли камер, определении рациональных параметров и области эффективного применения предложенных систем разработки.

Реализация результатов работы. Разработанные технологические схемы, установленные первоначальные напряжения и усовершенствованная методика расчета устойчивых размеров целиков и обнажений кровли камер приняты ООО "Старательская артель "Кварц" для внедрения в производство, а также используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО ЗабГУ при подготовке горных инженеров по специальности 130404.65 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых».

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на технических совещаниях ООО "Старательская артель "Кварц" и Бом-Горхонского рудника (г. Чита, п. Новопавловка, 2007-2009 гг.); YII, YIII, IX, X Всероссийской научно-практической конференции «Кулагинские чтения» (Чита, 2007-2010 гг.); научно-технических конференциях Горного института ЧитГУ (2008-2010 гг.); научно-технической конференции "Неделя горняка", МГГУ (г. Москва, 2008-2009 гг.); V Международной конференции «Комбинированная геотехнология: комплексное освоение и сохранение недр Земли» (г. Екатеринбург, 2009 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 10 научных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК России, получен 1 патент РФ на изобретение.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 104 наименований и 5 приложений. Работа представлена на 209 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка, 56 таблиц и приложения на 32 страницах.

Автор выражает благодарность сотрудникам ИПРЭК СО РАН и кафедры ПРМПИ ФГБОУ ВПО ЗабГУ за помощь при подготовке диссертации, д. т.н. за научные консультации, а также руководителям и ведущим специалистам артель «Кварц » за поддержку работы и высказанные ценные замечания и предложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе приведены горно-геологические и горнотехнические особенности условий разработки Бом-Горхонского вольфрамового месторождения; выполнен анализ отечественного и мирового опыта отработки таких залежей, а также применяемой технологии на Бом-Горхонском руднике. На основе проведенного анализа сформулированы цель и задачи исследований. Вторая глава посвящена горно-геологическим и горнотехническим особенностям условий разработки маломощных пологих и наклонных рудных месторождений, разработке методики определения предельно допустимой глубины скважины (ширины прирезки) и классификации рудных жил по характеру изменчивости их формы. В третьей главе исследованы особенности проявления горного давления, усовершенствована методика расчета устойчивых размеров целиков и обнажений кровли камер, проведен анализ результатов исследований напряженного состояния целиков и кровли камер, представлены результаты опытно-промышленных испытаний отбойки руды при щелевой (селективной) и валовой выемке жил. В четвертой главе приведены основные принципы построения новой геотехнологии, технологические схемы подготовки и очистной выемки, определены рациональные параметры систем разработки. В пятой главе произведена технико-экономическая оценка и определена область применения разработанных технологических схем. В заключении диссертации представлены результаты исследований в соответствии с поставленными задачами. В приложениях к работе приведены расчеты технико-экономических показателей и акты внедрения результатов исследований.

Типичным представителем маломощных пологих и наклонных жильных месторождений со всеми достоинствами и недостатками является Бом-Горхонское вольфрамовое месторождение, представленное кварц-гюбнеритовыми жилами с мощностью 0,1…3,0 м (в среднем 1,1 м), углом падения 6…50 (в среднем 20…250) и средним содержанием трехокиси вольфрама 0,65%. Характер изменчивости морфологии жилы по простиранию, как показали исследования, значительно выше, чем по падению – восстанию. Радиус кривизны (Rср.=21,8±1,1 м) и показатель кривизны (Пк. ср.=1,52±0,04) по простиранию, определенные по методике профессора , в среднем соответственно меньше и больше, чем по падению – восстанию (Rср.=130,3±8,3 м, Пк. ср.=0,36±0,01). При этом средняя длина хорды равна Lср.=31,8±1,5 м, а средняя длина стрелы прогиба lср.=9,2±0,7 м.

Физико-механические свойства руды и вмещающих пород отличаются достаточной изменчивостью. Предел прочности руды и вмещающих пород изменяется от 90 до 180 МПа - на одноосное сжатие (f=10...18), от 6 до 20 МПа - на одноосное растяжение. Модуль упругости – 39,6…48,9 ГПа, коэффициент Пуассона – 0,22…0,26. Объемный вес руды в среднем составляет 2,7 т/м3, вмещающих пород - 2,64т/м3. Контакт между ними четкий. Руда средней ценности, не склонна к слеживанию и самовозгоранию. Вмещающие породы и руды устойчивы, за исключением участков в местах тектонических нарушений, не склонны к горным ударам. Различие физико-механических свойств руды и вмещающих пород имеет место из-за состава (чем больше группы кварца, тем они прочнее и жестче), трещиноватости и структуры.

Месторождение отрабатывается камерно-столбовой системой разработки с мелкошпуровой отбойкой, скреперной доставкой (двумя и более лебедками) и поддержании кровли междукамерными целиками. Производительность труда составляет в среднем 2…3 м3/чел. смену, потери в целиках 30…40%, разубоживание руды от прихвата и отслоения вмещающих пород до 40%.

Значительный вклад в развитие и совершенствование технологии разработки пологих и наклонных маломощных рудных месторождений внесли научные исследования, выполненные институтами: ИПКОН РАН (г. Москва), Горным институтом КФ РАН (г. Апатиты), ИГД СО РАН (г. Новосибирск), ГИПРОцветмет (ВНИПИГОРцветмет) (г. Москва и его Читинский филиал), СИБцветметНИИпроект (г. Красноярск), Иркутским, Читинским политехническими институтами и другими предприятиями и организациями.

Решением проблем совершенствования технологии разработки пологих и наклонных маломощных рудных месторождений занимались советские и российские ученые: , , , , и другие.

При этом повышение эффективности отработки месторождений такого типа осуществлялось либо на основе валовой выемки с применением высокопроизводительного бурового и погрузочно-доставочного оборудования, либо малопроизводительной, но качественной раздельной выемки руды и породы, что в условиях современной экономики не является конкурентноспособным.

Основные результаты исследований отражены в следующих защищаемых научных положениях.

1. Рациональный способ отбойки руды, шпурами или скважинами, зависит от морфологии жил и определяется показателем сложности и характером изменчивости их формы.

Главной особенностью жильных месторождений, как крутопадающих, так и пологих и наклонных, вследствие малой мощности, является то, что на выбор геотехнологии и её параметров, кроме мощности, физико-механических свойств и глубины залегания, большое влияние оказывает морфология рудных тел, определяемая условиями их генезиса. Поэтому одной из важнейших задач при разработке технологии выемки рудных жил на основе скважинной отбойки руды является создание методов расчёта ширины очистной прирезки (глубины скважины), обеспечивающей максимальную полноту извлечения балансовых запасов.

Интегральной характеристикой сложности строения рудного тела принят модуль сложности (mж):

(1)

где N - количество единичных изгибов жилы на участке длиной L; hi – отклонение оси жилы от оси отбиваемого участка (прирезки), м; li - длина хорды единичного участка, м; mi - мощность рудного тела на единичном участке, м; 0,121 - доля прирезаемых пустых пород к мощности жилы, при которой обеспечивается максимальная полнота выемки.

Модуль сложности (mж) учитывает не только радиус кривизны рудного тела, но и его мощность, и степень изменчивости элементов залегания. Допустимая по условиям полноты выемки балансовых запасов прирезки глубина скважин (lб) связана с модулем сложности (mж) на отбиваемом участке гиперболической зависимостью вида: (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость предельной глубины скважин от модуля сложности

жилы

Полученная методом наименьших квадратов эмпирическая зависимость может быть использована для расчета величины lб при изменении модуля сложности от 0,5 до 4,2.

Минимальное значение ширины прирезки в каждом конкретном случае определяется уровнем технико-экономических показателей очистной выемки. Результаты исследования параметров очистной выемки прирезками по простиранию показали, что морфология рудных тел при увеличении глубины отбойных скважин становится решающим фактором, определяющим полноту извлечения балансовых запасов. Поэтому для упрощения проектной и предпроектной оценки жильных месторождений, участков или отдельных рудных тел, необходима их группировка по признакам, определяющим возможность применения той пли иной технологии разработки. Применительно к перспективной технологии выемки жил по характеру изменения элементов залегания можно выделить 2 группы жил (табл. 1).