автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Влияние устойчивости боковых пород на выбор и параметры систем разработки с магазинированием жильных месторождений

ВВВДЕНИЕ.

1. УСТОЙЧИВОСТЬ ОБНАЖЕНИЙ ПОРОД КАК ФАКТОР ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ КРУТОПАДАКШЩ ЖИЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ.

1.1. Влияние устойчивости обнажений пород на развитие систем разработки крутопадающих жильных месторождений

1.1.1. Развитие систем разработки с магазинирова-нием руды.

1.1.2. Развитие систем разработки с закладкой выработанного пространства.

1.1.3. Развитие системы разработки слоевого обрушения

1.1.4. Развитие систем разработки с креплением, с креплением и закладкой выработанного пространства.

1.2. Состояние вопроса об устойчивости обнажений пород.

Выводы по главе

2. ИССЛЕДОВАНИЕ УСТОЙЧИВОСТИ ОБНАЖЕНИЙ ПОРОД ПРИ РАЗРАБОТКЕ ^КРУТОПАДАЮЩИХ'1 ЖИЛ

2.1. Критерий оценки устойчивости обнажений пород

2.2. Классификация устойчивости обнажения пород цри разработке крутопадающих жил

2.3. Способ определения устойчивости крутопадающих обнажений пород.

2.4. Характер изменения бокового распора замага-зинированной руды при ее выпуске

Выводы по главе

3. СОВЕРШЕНСТВОВАШЕ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ КРУТОПАДМОВДХ ЖИЛ.

3.1. Условия самотека руды при системе разработки горизонтальными слоями с закладкой выработанного пространства

3.2. Конструкция рудоспусков.

3.3. Способ упрочнения пород сталеполимерными штангами.

3.4. Лабораторные исследования давления от зама-газинированной руды или закладки на крепь откаточного штрека

3.5. Потери в закладочном массиве.

3.6. Увеличение высоты отбиваемого слоя на один настил.

Выводы по главе.

4. НОВЫЕ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ.

5.1. Система разработки наклонными слоями с неподвижной магазинированной рудой

5.2. Система разработки слоевым магазинированием руды с закладкой выработанного пространства

Выводы по главе

В отчетном докладе Центрального Комитета КПСС ХХУ1 съезда отмечается, что "ориентацией экономической политики КПСС на длительный период является переход к преимущественно интенсивным факторам экономического роста - установка на подъем эффективности и качества всей работы".

Около 30% руд цветных металлов подземной добычи приходится на долю жильных месторождений. Главной отличительной особенностью жильных месторождений является сравнительная ценность рудного минерала и малая мощность рудного тела, обусловливающая небольшую ширину очистного пространства. Это в свою очередь предъявляет высокие требования к потерям и разубоживанию руды при добыче. Неправильный учет устойчивости обнажений пород при выборе систем разработки приводит к вторичному разубоживанию руды и дополнительным потерям ее в целиках.

В случае ухудшения устойчивости обнажения боковых пород при очистной выемке руд возникает необходимость в искусственном поддержании их. Выполнение операций по поддержанию выработанного пространства трудоемко. Производительность забойного рабочего на добыче руды при системе разработки горизонтальными слоями с закладкой в 2,0-2,5 раза ниже, чем при системе разработки с магазинированием руды. Это положение усугубляется еще и тем, что при ширине очистного пространства 0,8-2,0 м резко повышается трудоемкость этих операций из-за трудности их механизации. Кроме того, дополнительно затрачиваются материалы и средства на поддержание выработанного пространства.

Проведенный литературный обзор показал, что вопрос устойчивости обнажений пород применительно к разработке крутопадающих жил изучен слабо. Отсутствует метод их количественной оценки. Использование устойчивости обнажений пород является важным резервом для совершенствования систем разработки и ее конструктивных элементов.

Таким образом, исследование устойчивости обнажений пород, определение их допустимых параметров с целью рационального использования для совершенствования и повышения эффективности систем разработки крутопадающих жильных месторождений имеет актуальное значение.

Цель работы. Рациональное использование допустимых размеров устойчивого обнажения пород для совершенствования и повышения эффективности систем разработки с магазинированием жильных месторождений с неустойчивыми боковыми породами.

Задачи исследования:

- анализ развития систем разработки крутопадающих жильных месторождений в направлении полного использования допустимых размеров обнажений пород;

- выбор и определение показателя устойчивости обнажения пород;

- исследование характера нагрузки от замагазинированной руды на боковые породы и крепь днища магазина;

- совершенствование отдельных элементов систем разработки с магазинированием руды и закладкой выработанного пространства;

Основная идея работы. Совершенствование системы разработки с магазинированием жильных месторождений на основе оценки и рационального использования устойчивости боковых пород.

Научные положения, защищаемые в диссертационной работе, сводятся к следующему:

1. Способ определения предельной высоты обнажения боковых пород.

2. Выявление влияния замагазинированной руды на устойчивость боковых пород выработанного пространства.

3. Определение давления на крепь днища магазина по мере увеличения высоты замагазинированной руды.

4. Разработка состава быстротвердещей полимерной смеси для сталеполимерных штанг.

5. Повышение доли самотечной доставки руды и увеличение высоты закладываемого слоя на один настил при добыче руд горизонтальными слоями с закладкой выработанного пространства.

Достоверность научных положений обоснована достаточным объемом исходной информации, теоретическим анализом, лабораторными и натурными исследованиями.

Методы исследований. В работе применены методы научного обобщения результатов исследований и практики разработки крутопадающих жильных местороздений, лабораторные и натурные исследования, расчетный метод и метод технико-экономического анализа.

Научная новизна:

I. Составлена классификация пород по устойчивости их обнажений при разработке крутопадающих жильных месторождений, на основе которой выявлено, что устойчивость обнажения пород с шириной обнажения 6-30 м недостаточно используется для совершенствования систем разработки.

2. Предложен способ определения устойчивости крутопадающих обнажений пород в шахтных условиях.

3. Разработан состав быстротвердеющей полимерной смеси для сталеполимерных штанг на основе синтетической смолы "Фу-ритол-107", выпускаемой ферганским заводом фурановых соединений.

4. Лабораторным путем на модели из оптически активных материалов установлено, что в случае частичного выпуска магази-нируемой руды нагрузка ее на боковые породы в магазине имеет пульсационный характер и замагазинированная руда не оказывает существенного влияния на устойчивость обнажений пород.

5. В результате лабораторных исследований выявлено, что нагрузка на крепь штрека под замагазинированной рудой зависит от жесткости верхняка крепи и не превышает массы столба ее высотой, равной четырехкратной ширине выработанного пространства.

Практическая ценность.

1. При разработке крутопадающих жильных месторождений с недостаточно устойчивыми боковыми породами системой с магази-нированием с целью снижения вторичного разубоживания руды рекомендовано производить частичный выпуск ее с наклонной поверхности магазина.

2. Создана простая, надежная и экономичная конструкция рудоспуска, позволяющая увеличить ширину его до допустимой ширины устойчивого обнажения пород.

3. Расчет крепи под замагазинированной рудой предложено производить на силу тяжести столба этой руды высотой, равной четырехкратной ширине выработанного пространства.

4. Рекомендован способ безопасного увеличения высоты отрабатываемого слоя на один настил для системы разработки горизонтальными слоями с закладкой выработанного пространства.

5. Предложены варианты системы разработки: наклонными слоями с неподвижной замагазинированной рудой и слоевым матази-нированием руды с закладкой выработанного пространства.

Реализация результатов работы.Система разработки наклонными слоями с неподвижной замагазинированной рудой испытана на Ангренском золотодобывающем руднике. Экономическая эффективность от внедрения ее в условиях рудника составила 30 тыс.руб.в год.

Апробация работы. Результаты исследований доложены на Всесоюзном координационном освещании по совершенствованию разработки жильных месторождений (Москва, 1975г.) и на семинаре лаборатории научных основ разработки жильных месторождений ИПКОН АН СССР (Москва, 1980г.).

Публикация. По теме диссертационной работы опубликовано 6 статей.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 152 страницах, содержит 18 таблиц и 28 рисунков. Список литературы включает 72 наименований отечественных и зарубежных работ.

Выводы по главе

I,Систему разработки наклонными слоями с неподвижной за-магазинированной рудой благодаря следующим её достоинствам, позволяющим:

-использовать полностью допустимые, ц. также увеличенные упрочнением породного массива сталеполимерными щтангами размеры обнажения пород;

-поддерживать боковые породы в процессе отбойки руды замагазинированной рудой;

-закладывать независимо(поочередно) в выработанное пространство мелщу рядами ограждающей крепи сразу же после интенсивного выпуска замагазинированной руды производительным и дешевым самотечным способом;

-отработать блок без оставления целиков руды; можно рекомендовав^ для отработки жильных месторождений крутого падения с недостаточно устойчивыми боковыми породами с допустимой шириной обнажения пород от 10 до 30 м.

2.Применение системы разработки слоевым магазинированием руды с закладкой позволяет повысить эффективность очистной выемки по сравнению с системой разработки горизонтальными слоями с закладкой выработанного пространства благодаря безопасному увеличению высоты отработки рудного массива на один настил с сочетанием частичного и слоевого магазинирования руды. Она приемлима для отработки крутопадающих жильных месторождений с недостаточно устойчивыми боковыми породами с допустимой шириной обнажения от 10 до 15 м с закладкой выработанного пространства в процессе отработки блока.

143 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. На основе результатов анализа характера и величины обнажений пород, имевших место при добыче руд из крутопадающих жильных месторождений, составлена классификация боковых пород по устойчивости обнажений. Классификация позволила выявить перспективный диапазон устойчивых обнажений пород (630 м) для создания эффективных систем разработки. Предложен новый способ определения предельной высоты крутопадающего обнажения пород в шахтных условиях путем установки маркированных реперов в боковые породы блока, отрабатываемого системой разработки с магазинированием руды.

2. Установлен пульсационный характер нагрузок на боковые породы при выпуске замагазинированной руды. Моделированием выпуска руды из магазина с использованием оптически активного материала выявлено, что магазинированная руда не может посдержать боковые породы, если она выпускается из днища магазина.

3. Лабораторными исследованиями установлено, что при ширине очистного пространства до 2 м нагрузка на крепь штрека от магазинированной руды или закладочного массива не превышает веса столба магазинированной руды или закладочного массива высотой, равной четырехкратной ширине выработанного пространства.

4. Предложена новая конструкция крепи рудоспуска из двух рядов ограждающей крепи, которая максимально использует устойчивость обнажения боковых пород, экономична и не требует подрывки боковых пород при использовании ее для отработки маломощных жил.

5. Разработан оптимальный состав быстротвердеющей полимерной смеси на основе синтетической смолы "Фуритол-107" ферганского завода фурановых соединений. Сталеполимерные штанги, установленные с использованием этой смеси в полиэтиленовых ампулах, приобретают необходимую работоспособность спустя 4 часа после их установки и обеспечивают надежное упрочнение боковых пород при отработке с магазинированием руды крутопадающих жильных месторождений с недостаточно устойчивыми вмещающими породами. Сталеполимерные штанги могут использоваться также для крепления направляющих ограждающей крепи к боковым породам.

6. Исследованиями условий самотечной доставки руды в рудоспуски при системе разработки горизонтальными слоями с закладкой выработанного пространства выявлено, что долю самотека руды можно довести до 90$.

7. На основе результатов исследований предложены два варианта системы разработки: наклонными слоями с неподвижной за-магазинированной рудой; слоевым магазинированием руды с закладкой выработанного пространства и увеличенной высотой слоя, закладываемого на один настил.

1. Агошков М.И. Разработка рудных месторождений. - М.: Металлургиздат, 1954.

2. Агошков М.И. Совершенствовать системы разработки жильных месторождений. Горный журнал, 1957, Л 2.

3. Агошков М.И., Борисов С.С., Боярский P.A. Системы разработки рудных и россыпных месторождений подземным способом. М.: Металлургиздат, 1962.

4. Агошков М.И., Бронников Д.М., Назарчик А.ф., Терпого-сов З.А. Система разработки с раздельной выемкой руды и мага-зинированием вмещающих пород. В кн.: Система разработки со слоевым магазинированием руды. - М.: Металлургиздат, 1952.

5. Агошков М.И., Малахов Г.М. Подземная разработка рудных месторождений. М.: Недра, 1966.

6. Агошков М.И., Мухин М.Е., Назарчик А.Ф., Мамсуров Л.А., Рафиенко Д.И. Разработка жильных месторождений. М.: Госгор-техиздат, i960.

7. Агошков М.И., Рафиенко Д.И. Исследование технологии выпуска руды при разработке жил системами с магазинированием. Научные сообщения ИГД им.А.А.Скочинского, вып. XI. М.: Гос-гортехиздат, 1961.

8. Арипов Ш. Исследование доставки руды самотеком при разработке крутопадающих жил горизонтальными слоями с закладкой.

9. Ташкент: Известия АН УзССР, серия технических наук, 1969, Ш 6.

10. Аринов Ш. К вопросу устойчивости пород при разработке жильных месторождений. Ташкент: Известия АН УзССР, серия технических наук, 1968, № I.

11. Арипов Ш. Новая конструкция рудоспуска при разработке крутопадающих жил с закладкой. Ташкент: Янги техника, 1962, № 6.

12. Арипов Ш. Эффективность гидрозакладки хвостами обогащения при разработке рудных месторождений. Ташкент: Янги техника, 1962, JS 2.

13. Арипов Ш., Юсупов А.И. Изыскание способов упрочнения породного массива и новых видов крепей. Ташкент: САЖИМС, научно-исследовательский отчет по теме J& 449, 1980.

14. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. М.: Госиздат,1968.

15. Бокий Б.В. Горное дело. М.: Углетехиздат, 1953.

16. Борщ-Компониец В.И., Крайнев Б.А., Ногинский А.П., Макаров А.Б., Мусаев H.A. Оценка влияния трещиноватости на устойчивость массивов горных пород. Горный журнал, 1980, Ai 10.

17. Бранчугов В.К., Гелюта Е.З., Куликов В.В., Трофимов И.М. Оценка устойчивости кровли горных выработок (обзор).-М.: изд. ЦНИЭИуголь, 1974.

18. Брезгулевский И.В., Мигзаев Б.К., Балонин Г.П., Мужек Ю.Я., Попов В.А., Шапиро Г.В. Способ контроля отслоения и обрушения кровли камер. Авт.свид. № 186366.

19. Ветров C.B. Оценка устойчивости обнажения горных пород с помощью пьезоэлектрической аппаратуры. В сб. Исследование горного давления. - М.: ГИТИ по горному делу, i960.

20. Ветров C.B. Допустимые размеры обнажений горных пород при подземной разработке руд. М.: Наука, 1975.

21. Винокур Б.Ш. Устойчивость обнажений боковых пород при применении канатных пил на шахтах Кизилевского бассейна.-В кн.: Труды Всесоюзного научно-исследовательского маркшейдерского института ШИШ. 1963, CB.I.

22. Турецкий В.М. Подземная разработка месторождений с неравномерным оруденением. М.: Недра, 1977.

23. Дьяковский В.Б., Шампаров Г.Г. Предельные пролеты устойчивых обнажений в условиях Кочкарского золоторудного месторождения. Горный журнал, 1972, $ 4.

24. Добровольский Н.Д. Новый вариант системы с магазини-рованием руды при разработке рудных жил в неустойчивых породах. Горный журнал, 1957, № 2.

25. Единые нормы выработки и времени на подземные горные работы для шахт и рудников цветной металлургии, часть I.-M.: Изд. МЦМ СССР, 1976.

26. Елисоветский И.Я. Исследование устойчивости обнажений подработанных массивов и выбор технологических схем их выемки (на примере Телнахского месторождения). Дис. канд.техн. наук. - M., 1980.

27. Ергалиев А.Е. К воцросу о классификации относительной устойчивости горных пород. Вестник А.Н. КазССР, 1950, № 3.

28. Ергалиев А.Е., Шормаков A.M. Способ разработки крутопадающих жил. Авт.свид. tè 649846, опубл. Б.СССР, JÊ 8, 1979.

29. Кабисов Х.Г. Комбинировантая отработка блоков на жильных месторождениях. Горный журнал, 1967, № 4.

30. Карбелашвили О.Д., Канашвили Ш.В. Способ крутопадающих рудных тел. Авт. свид. № 2II482. Опубл.Б.СССР, № 197.

31. Карбелашвили О.Д., Канашвили Ш.Б. Исследование процесса разубоживания при выпуске руды из магазинов в крутопадающих жилах. В кн.: Вопросы рационального исследования недр Грузии. Тбилиси: Мицниереба, 1972.

32. Карбелашвили О.Д., Канашвили Ш.В., Буния Г.А., Бебиашвили Д.Г. Новая система разработки с магазинированием руды "Секционный магазин-закладка". В кн.: Добыча и обогащение полезных ископаемых Грузии. Тбилиси: Мицниереба, 1970.

33. Канашвили Ш.В. Исследование систем разработки с магазинированием руды с целью расширения области применения в сложных условиях залегания жильных месторождений. Автор. Дис. канд. техн.наук. Тбилиси, 1976.

34. Кацауров И.И. Энциклопедический справочник. Горное дело. М.: Углетехиздат, 1958, № 4, раздел П.

35. Ковалев О.В. Оценка устойчивости пород кровли выработок во времени. Безопасность труда в промышленности. 1981, № I.

36. Крупенников Г.А. Исходные данные для конструирования механизированных крепей применительно к условиям очистных выработок Подмосковного бассейна. В сб. Исследование горного давления применительно к механизированным крепям. - М.: Углетехиздат, 1954.

37. Крупенников Г.А. Энциклопедический справочник. Горное дело. - М.: Углетехиздат, 1958, № 5, раздел 17.

38. Кузнецов И.А. Основные расчеты при разработке рудных месторождений. М., 1932.

39. Кузнецов Г.И. Изучение проявлений горного давления на моделях. М.: Углетехиздат, 1958.

40. Кузнецов И.Е. Отработка маломощных жил на Белоусов-ском руднике. Цветная металлургия, 1968, № 8.

41. Латышев М.З., Артемов A.A., Фрейдин A.M. Цветная металлургия, 1971.

42. Махно Е.Я. Вопросы разработки крутопадающих пластов угля с применением щитовой крепи. М.: Углетехиздат, 1957.

43. Мельников В.5., Стугарев A.C. Предельная устойчивая (безопасная) площадь обнажения кровли камер при разработке вечно мерзлых россыпей камерными системами. Горный журнал, 1980, $ 3.

44. Мильман Э.Н. Исследование влияния способа выемки и скорости подвигания очистного забоя на величину обнажения кровли. В кн.: Технология добычи угля подземным способом. -М.: ЦНИЭИуголь, 19 реф.сб. № 11(119).

45. Назарчик А.Ф. Применение раздельной выемки на одном руднике. Горный журнал, 1953, № 10.

46. Назарчик А.Ф., Мухин М.Е. Альбом системы разработки жильных месторождений. М.: Металлургиздат, 1959.

47. Нестеренко Г.Г., Окозобцев Б.С., Михеев В.П. Исследование устойчивости боковых пород и руды на Алтын-Топканском руднике. В кн.: Труды Всесоюзного научно-исследовательского института горной геомеханики и маркшейдерского дела. - Л.: 1966.

48. Овчаренко П.О. Оценка устойчивости кровли выработок по физико-механическим свойствам слагающих пород. В сб.: Физические процессы горного производства (Всесоюзный межвузовский сборник). - Л., 1976, вып.З.

49. Прокопьев Е.П. Разработка рудных и россыпных месторождений. М.: Металлургиздат, 1947.

50. Рафиенко Д.И. Анализ системы разработки с магазини-рованием руды и штанговой крепко. Горный журнал, 1958, № 5.

51. Рафиенко Д.И. Влияние параметров и конструкций выпускаемых устройств на эффективность выпуска. В кн.: Горныеи экономические вопросы разработки угольных и рудных месторождений. М.: Госгортехника, вып.1, 1962.

52. Рафиенко Д.И. Состояние и перспективы применения систем с гидравлической закладкой. М.: Изд. СФТТП ИФЗ АН СССР, 1972.

53. Рафиенко Д.И. Об эффективной технологии очистной выемки при системах с магазинированием руды. Горный журнал, 1964, Л 12.

54. Рафиенко Д.И. Системы с магазинированием руды при разработке жильных месторождений. М.: Недра, 1967.

55. Рафиенко Д.И., Арипов Ш., Зиявиддинов С.Ш. Влияние замагазинированной руды при выпуске на боковой распор пород. В сб. "Проблемы рационального использования и охраны недр".

56. М.: Изд. ИПКОН АН СССР, 1982.

57. Сонин С.Д. Энциклопедический справочник. Горное дело. М.: Углетехиздат, 1958, $ 5, раздел Ш, глава I.

58. Суханов А.Ф. К вопросу о единой классификации горных пород. М., 1947.

59. Тиздель P.P. Конференция по механике скальных пород. -Гидротехническое строительство, 1964, 5.

60. Томилов В.Д., Цыхоня М.Л., -Карпов B.C., Нечаев Ю.Д., Петросян В.Г. Опыт скоростной отработки блоков на Дарасунском руднике. В кн.: Совершенствование систем и технологии отработки жильных месторождений. Владивосток, 1975.

61. Турчанинов И.А. Об устойчивости обнажений в очистных выработках рудника Ниттис-Кумужье. В сб.: Технология разработки рудных месторождений Заполярья. - ГЛ.: Наука, 1964.

62. Турчанинов И.А. Сдвижение и давление горных пород при разработке крутопадающих жил. М.-Л.: Наука, 1965.

63. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Закаспарьян Э.В. Основы механики горных пород. I.: Недра, 1977.

64. Федоров С.А. Отработка камер кустовой крепью. Горный журнал, 1957, $ 2.

65. Фрумкин P.A. Количественная оценка звзаимосвязи смещений массива пород с его устойчивостью и обрушаемостью. Горный журнал, 1981, № 6.

66. Трумбачев В.Ф. Исследование горного давления в очистных выработках оптическим методом. М.: Углетехиздат, 1953.

67. Хаимова-Малькова Р.И. Методика исследования напряжений поляризационно-оптическим методом. М.: Недра, 1970.

68. Шевяков Л.Д. Разработка месторождений полезных ископаемых. -М.: Углетехиздат, 1956.

69. Юсупов А.И., Шакиров А.У., Арипов Ш. Стенд для закладки ампул с быстротвердеющими смесями в шпур. В сб.: Совершенствование горных и буровых геологоразведочных работ.-Ташкент: изд.САИШМС, 1982.

70. ЛК.Ъип G blui. Gzouncl conkot oi iht ¿c/iumach ¿bivtiion cf Рот со? JlUnt$, Со па с/ion mining Ооигло£ . VoL 97,^3, SepUmoez, /976, да 5^-56 (англ).

71. JUazihaW Poyt ¿одс/16ег ficSez/.З. J/? opezoii-ohqL ana iyrd of point lis in anchored iо ¿{¿п$ 4uhm*t.,u.i IqUcuz* л/ive ¿oUty and fteoM

72. Mdmin. Jnfoz/r?. Kept" /979 a/ /wo ( Qhza).