Обоснование геотехнологии подземной разработки маломощных пологих и наклонных жил со сложной морфологией (стр. 3 )

Таблица 1

Классификация рудных жил по характеру изменчивости их формы

Направление изменчивости	Группа изменчивости	Подгруппа изменчивости	Амплитуда смещения оси жилы	Способ отбойки
По простиранию (падению)	А. Непрерывное	а) рудные тела выдержанные		скважины максимальной глубины
б) рудные тела средней изменчивости		скважины или шпуры (на основе ТЭО)
в) изменчивые рудные тела		шпуры
Б. Прерывистое	а) с частичным смещением		скважины
б) со значительным смещением		скважины (прирезки по простиранию или падению)
в) с полным смещением		скважины или шпуры в зависимости от направления и расстояния между смещениями

2. При обосновании подземной геотехнологии необходимо учитывать влияние первоначального природного поля напряжений горного массива и гипсометрии выработанного пространства, а также применять щелевую либо валовую выемку с последующей сортировкой руды для повышения её качества.

Измерения напряжений горных пород на Бом-Горхонском руднике в натурных условиях производили методом щелевой разгрузки по методике Института горного дела УрО РАН.

Напряжения определяли в породах и руде жил № 1 и 1/16 (в штреках и квершлагах на гор. 1080 м и 1110 м). Всего проведено 44 измерения в 44 разгрузочных щелях. Средние значения первоначальных напряжений равны: вертикальное σверт.= -3,0±0,3 МПА, продольное σпр=-4,4±1,0 МПа, поперечное σп=-4,9±0,7 МПа.

Величины напряжений аппроксимируются выражениями: вертикальные - σв=1,1γ·H; горизонтальные, действующие по простиранию рудных тел (продольные) - σпр=1,46γ·H; горизонтальные, действующие вкрест простирания жил (поперечные) - σп=1,63γ·H. Горизонтальное продольное и поперечное напряжение превышает вертикальное вследствие наличия в горном массиве значительных напряжений тектонического происхождения.

На основе выявленных закономерностей определены первоначальные напряжения горного массива для расчета параметров конструктивных элементов систем разработки для глубин 40-130 м и 170-300 м (рис. 2 а, б).

Из практики отработки маломощных пологих и наклонных рудных тел с изменчивой конфигурацией выработанного пространства известно, что, например, в вогнутых местах (прогибах), а также выпуклых породы кровли находятся в различном состоянии. В этой связи на Бом-Горхонском руднике артель «Кварц» были проведены экспериментальные исследования напряженно-деформированного состояния массива в натурных условиях методом щелевой разгрузки (было установлено 20 станций в кровле камер и 20 - в междукамерных целиках).

Средние значения продольных и поперечных напряжений в кровле камер соответственно равны σср. пр=-0,85±1,7 МПа и σср. п=-4,53±2,3 МПа. В связи с тем, что горизонтальное поперечное напряжение значительно превышает горизонтальное продольное, расчет устойчивости кровли осуществляется по большим напряжениям. При этом установлено, что в вогнутой части sпвогн.=1,2·s срп, а в выпуклой sпвыпукл.=0,8·s срп..

Среднее значение вертикальных напряжений в междукамерных целиках равно s вср.=-12,1±6,5 МПа. При этом в вогнутой части s ввогн.=1,27·s вср., а в выпуклой s ввыпукл.=0,73·s вср.

Установленные коэффициенты в вышеприведенных выражениях рекомендуется использовать при определении расчетных напряжений в междукамерных целиках и кровле камер в зависимости от гипсометрии выработанного пространства для конкретных горно-геологических и горнотехнических условий.

Для оценки надежности методики расчетов устойчивых размеров целиков и обнажений кровли камер были проведены натурные исследования методом щелевой разгрузки по определению фактических напряжений в междукамерных и междуэтажных целиках и кровле камер. Кроме того, смоделировано напряженно-деформированное состояние массива методом конечных элементов (по программному комплексу FEM, разработанному д. т. н. ). Исследования проведены в условиях применяемой на руднике камерно-столбовой системы разработки.

а)

б)

Рис. 2. Изменение первоначальных напряжений горного массива в зависимости от глубины разработки: а) для глубин 40-130 м; б) для глубин 170-300 м

Измеренное в натурных условиях напряжение в кровле выработанного пространства (ширина камеры 6,6 м, высота 1,6 м) составляет в среднем минус 4,53±2,3 МПа. Расчетное, смоделированное и допустимое напряжения соответственно равны -4,1 МПа, -4,8 МПа и -43,2 МПа.

Напряжение в междуэтажном целике шириной 8 м (надштрековый целик 4 м, подштрековый целик 4 м) равно -5,0±3,3 МПа. Расчетное и допустимое напряжения соответственно составляют -6,5 МПа и -70,5 МПа.

Напряжение в междукамерном целике (длина 5,8 м, ширина 1,8 м) равно минус 12,1±6,5 МПа. Расчетное, смоделированное и допустимое напряжения соответственно составляют -12,0 МПа, -11,0 МПа и -64 МПа.

Измеренное, смоделированное и расчетное напряжения практически равны. Разница между ними не превышает: 5-15% - для кровли камер; 20-25% - для междуэтажного целика; 1-9% - для междукамерного целика.

Эффективность щелевой (селективной) выемки руды параллельно сближенными зарядами, валовой руды по смешанному очистному забою с разрежением сетки шпуров по породе и сгущением по руде и существующей была установлена на основе опытно-промышленных испытаний в блоках С1-28/11 и С1-28/4 (гор. 1170 м) Бом-Горхонского рудника. В результате проведенных сравнительных экспериментальных взрывов щелевой отбойки жилы установлено следующее:

- выход мелкой фракции (-100 мм) при отбойке параллельно сближенными шпурами (63,8%) меньше, чем при обычной технологии (77,3%) (гранулометрический состав отбитой горной массы определяли по программе «Грансостав – 2008», разработанной УРАН ИПКОН РАН);

- отрыв руды при параллельно сближенных шпурах происходил по контакту жилы с вмещающими породами без нарушения последних;

- отброс руды от забоя при параллельно сближенных шпурах дальше и в большем объеме (на 20-30%), чем при обычной отбойке;

- объем бурения шпуров и расход ВВ при параллельно сближенном расположении зарядов меньше на 25-30%, чем при обычном, за счет увеличения расстояния между рядами шпуров.

При валовой отбойке руды по жиле и породе без изменения объема буровых работ и удельного расхода ВВ на отбойку выход крупнокусковой породы и руды мелкой фракции увеличивается не менее чем на 30-50%.

Таким образом, щелевая отбойка руды по жиле параллельно сближенными шпурами (или скважинами малого диаметра) позволит существенно уменьшить первичное разубоживание руды от прихвата вмещающих пород при отбойке, и вторичное – от отслоения пород кровли, а также объем буровзрывных работ, а валовая отбойка руды (по жиле) и породы с увеличением энергии взрыва в отбиваемой руде и уменьшением ее в породе с последующей сортировкой на грохотах увеличит содержание металла в руде, сократит затраты на транспортирование до фабрики, переработку.

3. Повышение эффективности и безопасности отработки маломощных пологих и наклонных жил со сложной морфологией обеспечивается за счет применения технологических схем со сплошной выемкой, щелевой либо валовой отбойки руды с перераспределением энергии ВВ в разрушаемом массиве, высокопроизводительного бурового и погрузочно-доставочного оборудования с рациональными параметрами, определяемыми по установленным на основе технико-экономической оценки зависимостям с учетом влияния горно-геологических, горнотехнических и технологических факторов.

В современных условиях для эффективной и конкурентной работы горнодобывающих предприятий, отрабатывающих маломощные пологие и наклонные жильные месторождения, необходимо применение технологий, обеспечивающих не только высокую производительность труда, но и полноту и качество извлечения полезного ископаемого, а также безопасность ведения горных работ. В результате анализа основных направлений совершенствования технологии отработки маломощных пологих и наклонных жил предложены следующие принципы построения новой геотехнологии, обеспечивающей существенное повышение её эффективности:

- применение системы разработки со сплошной выемкой или камерно-столбовой без оставления междукамерных целиков;

- использование серийно выпускаемого высокопроизводительного малогабаритного бурового и погрузочно-доставочного оборудования;

- применение для отбойки руды параллельно сближенных скважин малого диаметра или шпуров;

- использование комбинированной доставки руды (силой взрыва в выработанном пространстве, самоходными погрузочно-доставочными машинами (ПДМ) по подэтажным выработкам с зачисткой руды высоконапорным гидросмывом или вакуумными установками);

- управление горным давлением путем поддержания призабойного пространства взрывозащищенными гидростойками и сталеполимерной анкерной крепью типа СПАК, а выработанного пространства – принудительным обрушением вмещающих пород или поддержанием «кострами» или кустовой крепью;