автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.11, диссертация на тему:Исследование взаимодействия вмещающих пород с закладочным массивом при подземной разработке многолетнемерзлых россыпных месторождений

• " ' российская акадежя^аук

СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ Г'бРНОГО ДЕЛА СЕВЕРА

На правах рукописи

МАМОНОВ АЛЕКСЕЙ ФИЛИППОВИЧ

УДК 622.831.3: 622.542

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЕМЩАЩИХ . ПОРОД С ЗАКЛАДОЧНЫМ МАССИВОМ ПРИ ПОДЗЙЙНОЙ РАЗРАБОТКЕ ШОЩЕТНШЕРЗЛЫХ РОССЫПНЫХ ■ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность: 05.15. 11ъ"Физические процессы горного , производства"v

Aj. в тореферат^ диссертации lía соисканйе ученой степени кандидата'1 технически* наук. 1

Якутск - 1995

Работа выполнена в Институте горного дела Севера СО РАН.

Научный руководитель: канд.техн.наук, с.н.с.Н.И.РяСец Научный консультант: докт.техн.наук В.Г.Гринев

Официальные оппоненты - докт.техн.наук А.В.Самохин

докт.техн.наук В.А.Шерстов

Ведущее предприятие - АООТ "ВНШ - Г

на заседании диссертационного совета К.003.4-4.01 при Институте горного дела Севера СО РАН, по адресу : 677007, г.Якутск, ул.КулакоБского, 26. -

С .диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института горного дела Севера СО РАН,

Автореферат разослан мся&ря 1995 г.

.часов

Ученый секретарь диссертационного Соиета докт.техк.наук, проф.

В.Ю.Изаксон

/

Актуальность темы. В настоящее время при подземное разработке многолетнемерзлых россыпных месторождений широко применяется камерно-'лавная система, при которой управление кровлей производится поддержанием ее целиками из продуктивного пласта. Данный способ управления кровлей характеризуется значительными эксплуатационными потерями золотосодержащих песков в оставляемых целиках, достигающих 15%.

Перспективы развития подземного способа разработки много-летяемерзлых россыпей должны базироваться на создании и внедрении высокоэффективных ресурсосберегающих технологий добычи золотосодержащих песков, обеспечивающих полноту извлечения полезного ископаемого и охрану окружающей среды.

В связи с этим большой интерес представляют исследования возможности применения способа управления кровлей закладкой выработанного пространства сыпучими и смерзающимися закладочными материалами (ЗМ) при различных системах разработки россыпных месторождений. Одной из основных причин, сдерживающих широкое распространение данного способа управления кровлей, является отсутствие обоснованных рекомендаций по применению сыпучих и смерзающихся ЗМ и возведению закладочных массивов на базе специальной закладочкой техники, адаптированной к эксплуатационным условиям работы на россыпных шахтах Северо-Востока России, и комплексов самоходного оборудования, которые послужили бы основой для создания бесцеликовкх технологий. Однако необходимым условием применения закладочной техники и комплексов самоходного оборудования является, обеспечение устойчивости пород кровли в рабочем пространстве очистного забоя. В связи с этим возникает необходимость геомеханического обоснования технологии подземной разработки многолетнемерзлых россыпей системами с закладкой сыпучими и смерзающимися ЗМ. Поэтому проблема выявления закономерностей геомеханических процессов взаимодействия мерзлых вмещающих пород с закладочным массивом и разработка рекомендаций по применению сыпучих и смерзающихся ЗМ и возведению закладочных массивов на базе специальной закладочной техники и комплексов самоходного оборудования является актуальной.

Диссертационная работа непосредственно связана с планом научных исследований ИГДС но теме З.2.1., И- 01870096051

"Создание технологий подземной разработки месторождений области многолетней мерзлоты, обеспечивающих полноту извлечения по- -лезных ископаемых из недр", утвержденной постановлением РАН СССР № 10103-858 ОТ 14.05.86 г-.И ГКНТ № 56 ОТ 10.03.86 Г.

Цель работы. Выявление закономерностей геомеханических процессов взаимодействия вмещающих пород с закладочным массивом и разработка рекомендаций по применению ЗМ и возведению закладочных массивов на базе комплексов самоходного оборудования при подземкой разработке многолетнемерзлых россыпей.

. - Идея работы заключается в использовании экспериментально обоснованной зависимости компрессионных свойств смерзающихся ЗМ от режимов термовлажностной подготовки с учетом последовательности технологических циклов "выемка-закладка" для исследования взаимодействия вмещающих многолетнемерзлых пород с зак-. ладочным массивом;

Задачи исследований:

- разработка методики экспериментальных исследований физи-• ко-механических свойств смерзающихся ЗМ;

- установление влияния режимов термовлажностной подготовки на.компрессионные свойства смерзающихся ЗМ;

- моделирование взаимодействия вмещающих пород с закладочным массивом для условий выемки продуктивного пласта многолетнемерзлых россыпей при применении различных систем разработки;

- оценка напряженно-деформированного состояния (НДС) вмещающего мерзлого массива горных пород с учетом компрессионных свойств сыпучих и смерзающихся ЗМ и последовательности технологических циклов "выемка-закладка" для определения устойчивости пород кровли в рабочем пространстве очистного забоя;

- разработка рекомендаций по применению ЗМ и возведению закладочных массивов на базе комплексов самоходного оборудования при подземной разработке многолетнемерзлых россыпей.

Методы исследований. Анализ и обобщение результатов ранее выполненных исследований в области разработки многолетнемерзлых россыпей с применением закладки и существующих математических моделей взаимодействия вмещающих пород с закладочным массивом; экспериментальные исследования физико-механических свойств ЗМ; математическое моделирование методом конечных элементов; физическое моделирование на моделях из эквивалентных материалов; программирование и вычислительный эксперимент.

Научные положения. выносимые на защиту:

- взаимодействие вмещающих пород о закладочным массивом при подземной разработке многолетнемерзлых россыпных месторождений моделируется с достаточной для практики точностью с учетом линейной деформируемости вмещающих пород и зависимости компрессионных свойств смерзающихся ЗМ от температуры к степени льдозалолнения порового пространства;

- эффективное управление кровлей при глубине разработки до 50 м обеспечивается применением сыпучих ЗМ с усадкой не более 15% при выемке песков длинным очистным забоем с полной закладкой выработанного пространства и смерзающихся ЗМ после термо-влажностной подготовки с усадкой не более 5% для условий камерной двухстадийной выемки песков с частичной закладкой без оставления целиков.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается достаточным объемом экспериментальных исследований; использованием апробированных численных методов расчета механики твердого деформируемого тела; успешными результатами производственных испытаний закладочной техники, разработанной для возведения закладочных массивов при ведении очистных работ ;на россыпных шахтах Северо-Востока России.

Научная новизна работы состоит в установлении (экспериментально) закономерностей изменения компрессионных свойств смерзающихся ЗМ от их температуры и степени льдозаполнения порового пространства; в установлении зависимости смещений и устойчивости мерзлых пород кровли от компрессионных свойств сыпучих и смерзающихся ЗМ.

Практическая ценность работы. Для условий разработки месторождения "Золотой-Амбарный" обоснованы рекомендации по применению ЗМ и возведению закладочных массивов на базе метательной машины типа УМЗК и комплекса самоходного оборудования, обеспечивающие устойчивость пород кровли очистных камер. Методы прогноза устойчивости пород кровли в призабойном пространстве с учетом последовательности технологических циклов "выемка-закладка" и компрессионных свойств ЗМ могут быть использованы в условиях разработки других россыпных месторовдений области многолетней мерзлоты.

Реализация работы. Разработаны рекомендации по выбору основных параметров системы отработки .запасов месторождения

"Золотой-Амбарный" без оставления целиков с закладкой выработанного пространства, исходные технические требования, направленные на доработку, модернизацию и устойчивую ра'оту закладоч ной машины УМЗК, и методика ее опытно-промышленных испытаний. Рекомендации и результаты НИОКР внедрены в АО "Прнморзолото".

Апробация работы¿Основное содержание работы,а также отдельные ее положения докладывались и обсуждались на: Всесоюзном семинаре по проблемам разработки ресурсосберегающих технологий -отработки месторождений полезных ископаемых Севера (Якутск, 1988); Всесоюзной конференции "Горнодобывающие комплексы Сибири и их минерально-сырьевая база" (Улан-Удэ, 1990); на технических советах Полярнинского ГОКа АО "Северовостокзолотс" и АО "Примор-золото" ( 1988-1990);на III международном симпозиуме "Горное дело в Арктике"(С.-Петербург,1994)

-• Публикации. По теме диссертационной работы слубликованы 12 .работ, в том числе 3 авторских свидетельства на изобретения.

Объем и структура работы. Диссертационная работа, состоит из введения, 5 глав, заключения и содержит 211 страниц машинописного текста, 47 рисунков, 21 таблицу., список литературы из 123 наименований.

Автор выражает искреннюю благодарность к.т.н.Г.Г.Сугарен-ко, д.т.н., цроф.В.Ю.Изаксону, к.т.шА.М.Столяр:ау, к.т.н.В.К. Елшину, к.т.н.Тихоновой Н.В., к.т.н.Нешитину В.И. (ДонУГИ), |г.Е:Петрову| за консультации и помощь при выполнении работы....

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Анализ результатов исследований горного давления в окрестности очистной выработки аналитическими, численными и экспериментально-аналитическими методами показал, что сни получены, в основном, для случаев плавного опускания кровли на же ее обрушения (Михлин С.Г., Руппенейт .К.В, Баренблат Г.',!., Хрстиано-вич С.А., Либерман Ю.М., Кузнецов C.B. и др.) Ери, управлении кровлей полной закладкой выработанного пространс?ва данные исследования были направлены на определение (НДС) вмещающего массива для условий' применения традиционных кусковых и зернистых ЗМ при положительных температурах. (Либерман KU.'., Грицко Г.И., Власенко Б.В., Миренков В.Е., Гоголин В.А. и др.,-.

Учет последовательности технологических циклов "выемка-за-

кладка", по-видимому, впервые в общей постановке проводился в работах С.В.Кузнецова, В.Н.Одинцева и др.

Обзор результатов исследования горного давления при разли-- чных системах разработки россыпных месторождений области многолетней мерзлоты показал, что они получены, в основном, для случаев поддержания кровли целиками из продуктивного пласта и были' направлены на определение величины предельно устойчивого обнажения кровли и уменьшение ширины целиков на базе гипотез балок и плит.Однако уменьшение ширины целиков до 1...1.5 м рекомендуется только для устойчивых кровель при отсутствии повторно-жильных льдов (Войтковский К.Ф., Зильберборд А.Ф., Лубий К.И., Мельников Б.В., Костромитинов К.Н., Томилов В.Г., Ушаков Г.С., Душкин А.Н.,Сенук Д.П. и др.).

Неполнота извлечения золотосодержащих песков при существующем способе управления кровлей на россыпных шахтах вызвала необходимость поиска возможности перехода к бесцеликовым системам разработки. Такие исследования для случаев применения механизированных крепей были выполнены Слепцовым А.Е., Елшиным В.К., Марковым B.C., Кудлаем Е.Д. и др. При управлении кровлей полной закладкой выработанного пространства эти исследования были направлены на определение НДС вмещающего мерзлого массива и определению зон вероятных вывалов пород кровли в приза-бойном пространстве на базе упругой модели сплошной среды (Иза-ксон В.Ю и др.). В них не учитывалась нелинейная зависимость компрессионных свойств смерзающихся ЗМ от температуры, степени льдозаполнения порового пространства и последовательность технологических циклов "выемка-закладка".

Вопросам управлении кровлей частичной закладкой выработанного пространства: поддержанием ее ледяными или льдопородннми целиками, посвящены работы Мачнева Ф.Ф., Донцула Н.Ф., Ушакова В.М..Ельчанинова Е.А., Мельникова В.Б., Ковлекова И.И. и других. Полученные результаты нашли применение при прогнозе расс-лаиваемости кровли и несущей способности ледяных и льдопородных целиков. Различные варианты возведения ледяных и льдопородных целиков предложены Ушаковым В.М., Сальмановым P.M., Мачневым Ф.Ф., Душкиным А.Н.,' Марковым B.C., Елшиным В.К. и др.

Натурными, лабораторными, а также с использованием численных методов исследованиями Ю.А.Рыжковым, В.А.Гоголиным, М.П.Васильевым, А.А.Джакуповым, Л.Н.Захваткиным и др. установлены

закономерности влияния на физико-механические свойства, в том числе компрессионные свойства кусковых и зернистых ЗМ, различных факторов при положительных температурах.

Таким образом, развитие методов решения задач о НДС вмещающего многолетнемерзлого массива в окрестности очистной выработки при управлении кровлей закладкой требует учета влияния отрицательных температур и степени льдозаполнения норового пространства смерзающихся ЗМ на их компрессионные свойства.

Проведенный нами анализ применяемых смерзающихся ЗМ позволил дать их классификацию на типы и классы, в зависимости от содержания крупнообломочных частиц (макроэлементов).

Важной особенностью смерзающихся ЗМ является зависимость компрессионных свойств от режимов термовлахностной подготовки и в конечном счете от температуры, влажности и дисперсности (типа и класса) ЗМ. Под режимом термовлажностной подготовки ЗМ нами понимается, в общем случае, набор независимых управляющих технологических параметров К(Е1 ,К2.....Яд) и -заданных факторов

Х^З=Т7т), воздействие которых на закладочный массив как подсистему А^ А системы А с А1 х А2 х А3, включающей закладочный комплекс (А(), очистную выработку (А2), условия теплового режима в очистной выработке и в зоне ее теплового влияния, гор-но-гелогические и горно-технические условия шахты (А3), позволяет формировать закладочный массив с заданными прочностными и деформационными характеристиками. Предполагается, что совокупность значений ^(1=175), Х^и=Т7т) образует гиперповерхность термодинамического состояния Г = 0 закладочного массива. Здесь 1*2, Ид, 114- начальная температура исходного ЗМ (Т0); температура воды, подаваемой на увлажнение ЗМ (Тте); количество воды, подаваемое на единицу объема ЗМ конечная температура охлаждения ЗМ (Тк) соответственно.

Разработанные методика проведения эксперимента и стенд позволяли проводить после термовлажностной подготовки одновременно исследования компрессионных свойств ЗМ и определять параметры сопротивления сдвигу (си р) при температурах (+20...-8°С). Задавая набор значений ^(1=1711), Х-](Л=Т7т) можно получить ЗМ с различной криогенной структурой и текстурой, а следовательно, и различные компрессионные кривые "напряжение-деформация" и параметры сопротивления сдвигу ЗМ,

Установлено, что компрессионные диаграммы ЗМ при отрицательных температурах имеют нелинейный вид. Частные типы компрессионных диаграмм определяются температурой испытаний, влажностью №с, гранулометрическим составом, содержанием незамерзшей воды Ан, степенью льдозаполнения порового пространства ЗМ.

Так, например, при влажности ЗМ менее критической (№Кр= 2-3 %) характер их деформирования при компрессионном сжатии не зависит от температуры испытаний и может быть описан, по аналогии с работой Ю.А.Рыжкова, А.Н.Вожова и В.А.Гоголина, уравнением :

е(Т,*с)

а/Е1 V V УТ

ео1 + (а ~ а01)/Е2' ао1 5 (1)

При влажности ЗМ > W„n и температуре ниже температуры * "

фазового перехода Г компрессионные диаграммы имеют, в общем случае, Б-образный нелинейный вид. В качестве обобщения полученных результатов предлагается кусочно-линейная аппроксимация компрессионных диаграмм смерзающихся ЗМ, позволяющая использовать ее в численных методах решения задач определения НДС мерзлого вмещающего массива, в следующем виде:

а < Т< Т*

| а/Е^Т^.Уу, -а< а01. е(Т.*с) = ^ ео1 + (о - ао1)/Е2(Т,«с,1н), со1 * -о < ао2 (2) со2 + (а - ао1)/Е3(ТДсЛн), -а > <то2

I

где Е^ Е2, Е3 - модули деформации ЗМ, ео1, ео2> 0о1.0о2 -компрессионные характеристики. Таким образом, можно выделить два основных типа ЗМ по связи компрессионных свойств от влажности и температуры по (1) и (2).

Величина давления ао1, при которой происходит разрушение льдоцементной структуры и начинается процесс деформирования, определяемый модулем деформации твердых частиц ЗМ, не является постоянной и зависит от степени льдозаполнения порового пространства ЗМ и тем выше, чем выше величина Б*. В диапазоне давлений 0 о а0, усадка закладки также существенно уменьшается с увеличением Б*. В то же время величина Б* определяется режи-

мом термовлажностной обработки ЗЫ.

При математическом моделировании взаимодействия мерзлых вмещающих пород с закладочным массивом в качестве основных вариантов были рассмотрены :

- отработка продуктивного пласта длинным очистным забоем с полной закладкой выработанного пространства сыпучими ЗМ (вариант I);

- камерная двухстадийная выемка продуктивного пласта с частичной закладкой (вариант II), когда на первой стадии отрабатываются и закладываются ЗМ камеры, на второй - погашаются целики: с последовательным порядком погашения (вариант На) или - через целик (вариант ПО).

Во всех вариантах вмещающие породы приняты линейнодеформи-руемыми, закладочный массив воспринимает нагрузку в соответствии с компрессионной диаграммой сыпучего или смерзающегося ЗМ, взаимодействие вмещающих пород происходит с полным сцеплением по контакту, температурное поле массива горных пород принято однородным и стационарным. Задача определения НДС состояла в поэтапном решении математических задач расчета "дополнительных" напряжений и деформаций по мере подвигания очистных работ. При этом деформационные характеристики ЗМ принимались из соответствующего прошедшего технологического цикла с использованием аппроксимаций (1) и (2). Это'позволяет определять длину блока- 11 закладки на 1-том расчетном цикле, на котором модуль деформации Е-рСОпэг заменяется на тем самым повышается достоверность определения НДС мерзлого вмещающего массива в зоне влияния очистной выемки и прогноза устойчивости пород кровли в призабойном пространстве.

Моделировалась монолитная и слоистая кровля при следующих условиях: мощность продуктивного пласта 2,4 м; температура вмещающих пород -8°С; компрессионные характеристики сыпучей закладки: Е, = 9,8 МПа, Е2 = 28,2 МПа, <то1= 0,4 МПа, ео1= 4,0 %; ширина пркзабойного пространства Ь = б м. Для обоих типов кровель варьировались значения угла внутреннего трения р.

Расчет выполнялся методом конечных элементов (МКЭ) по вычислительной программе Тж1бе, разработанной в ИГДС СО РАН В.Ю. Изаксоном и И.М.Ковлековым, которая была нами модифицирована для учета последовательности технологических циклов "выемка-закладка" и использования - экспериментально обоснованных аппрокси-

маций (1) и (2) на языке "КИТИМ-ТТ". В результате счета выдавались суммарные значения напряжений отах. от1п, т^,, в которые входили "дополнительные" напряжения, связанные с образованием очередной заходки. В области сжатия в качестве предельных условий разрушения для монолитной кровли принималось условие пластичности Кулона-Мора, а для слоистой -условие разрушения сдвигом (по Г.Н.Кузнецову), отражающего превышение касательных напряжений над напряжениями трения а^ р на площадках, совпадающими с прослойками льда.В области растяжения в обоих случаях принималось условие отрыва на площадках, нормальных к направлению растягивающих напряжений. По полученным значениям напряжений а9ф при сдвиге и отрыве строились изолинии. Нами была предпринята попытка учета нарушения сплошности породного массива путем уменьшения модулей деформации в зонах нарушения сплошности (ЗНС). Контуры и размеры ЗНС определяли предварительно методом "упругого наложения" (В.Ю.Изаксон) и с учетом характера сдвижения пород кровли на моделях из эквивалентных материалов. Сравнение распределения давления на закладочный массив с учетом и без учета последовательности технологических циклов "выемка-закладка" (рис.1) показывает их качественное отличие из-за наличия ступеней в первом случае, обусловленных не только упругой моделью среды, но и алгоритмом расчета НДС. Расчеты показали, что величина коэффициента концентрации напряжений уменьшается с. уменьшением модуля деформации ЗМ (Рис.2), ЗНС для монолитной кровли и зона возможного расслоения для слоистой кровли с уменьшением р уменьшается.

Исходные данные для физического моделирования принимались аналогичными исходным данным математического моделирования. С целью создания одинаковых условий эксперимента для всех вариантов (моделей) исследования проводились на одном стенде, с одновременной закаткой всех участков, при одном и том же режимах сушки," выдержки эквивалентных материалов.

При выемке продуктивного пласта длинным очистным забоем проводились измерения смещений пород кровли, определялось максимальное значение опорного давления и расстояние его до забоя. Основные результаты измерений приведены в таблице 1.

Данные результатов показывают,, что применение сыпучих ЗМ с усадкой не более 15% существенно снижает смещения кровли в при-забойном пространстве но сравнением со способом управления кро-

1.0

0.5

ш

«и

7///Ш

7й

а

16 24 52

Рис.1. Формирование опорного давлений и давления на закладочный массив: 1-е учетом последовательности технологических циклов "выемка-закладка"; 2-0ез учета

0.6

0.4

о.г

И»

__ о

Д - \ о -2

Л- - Л

д---й

-40

-20

20

Рис.2.Распределение давления в закладочном массиве (вари ант 116): 1-сыпучая закладка (Е=9,8 МПа); 2-смерзащаяся закладка (Е=151,7 МПа)

влей полным обрушением на механизированную крепь.

Таблица 1

Основные характеристики проявлений горного давления.

Способ Смещение пород кровли, мм Максимальное опор- Расстояние от максиму-

управления кровлей Расстояние до линии забоя, м ное давление впереди забоя, кн тах ма опорного давления забоя 1н,м

0 2 4 6 8

Полное обрушение на механизированную крепь 4 53 162 - - 1,55 9-21

Полная закладка выра-пространства сыпучими

материалами 1 11 29 52 76 1,83 6-22

(с = 13-15%) ;

Кроме того анализ результатов "показал:

- снижение усадки закладки от 13-15% (сыпучие ЗМ) до 3-5% (смерзающиеся ЗМ), например, при глубине разработки многолетне-мерзлой россыпи Н=50 м вызывает уменьшение смещения боковых пород в 2 раза;

- коэффициент максимальной концентрации опорного давления впереди очистного забоя К^ тах на участке выемки длиною до 1,0 Н была одинаковой при обеих способах управления кровлей;

- при дальнейшем подвигании забоя,- когда происходили расслоения и обрушения толщи пород, вплоть до образования ЗПС, при закладке происходит более интенсивный рост Кд шх впереди забоя. Перед образованием ЗПС Кц составил 1,88, а длина зоны Ьд= 1,66 Н, при обрушении соответственно 1,55 и 1,40 Н. После образования ЗПС Кшах впереди забоя уменьшается: при закладке - на 17%, при обрушении - на 23%;

- применение ЗМ с усадкой не превышицей 5% позволяет производить погашение целиков с сохранением устойчивости кровли.

^Усадка е ЗМ определялась по величине уН..

Опыт подземной разработки многолетнемерзлых россыпных месторождений показывает, что условия ведения горных работ значительно ухудшаются при наличии высоких отрицательных температур

вмещающих пород. Именно такой особенностью отличаются геокриологические особенности месторождения "Золотой-Амбарный".

Поэтому при разработке россыпи системами с камерной выемкой и'закладкой допускаемые деформационные и прочностные характеристики ЗМ должны устанавливаться из условия устойчивости породных целиков (цродуктивного пласта) с учетом связи их дефо-.рмационных и прочностных характеристик с уровнем напряжений в них. Такое условие устойчивости породных целиков обеспечивает безопасные условия ведения очистных работ на всех стадиях отработки панели (блока) и полноту извлечения полезного ископаемого. Показано, что наиболее безопасным является вариант с применением смерзающихся ЗМ с усадкой не более 5%. При таком варианте не возникают опасные растягивающие напряжения в кровле камеры.

Результаты опытно-промышленных испытаний метательной закладочной машины типа УМЗК, разработанной по исходным требованиям при участии автора для возведения закладочных массивов и изготовленной опытно-экспериментальным заводом института ДонУГИ и Первомайским РМЗ ПО "Первомайскуголь", показали ее полную работоспособность и соответствие конструктивных и эксплуатационных параметров для применения в закладочных комплексах при различных вариантах предлагаемых технологических схем.

На основании результатов выполненных исследований были разработаны "Рекомендации по выбору основных параметров системы отработки запасов месторождения "Золотой-Амбарный" без оставления целиков с закладкой выработанного пространства", которые переданы АО "Приморзолото".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано решение актуальной научной задачи, состоящей в установлении закономерностей геомеханических процессов взаимодействия вмещающих пород с закладочным массивом при подземной разработке многолетнемерзлых россыпей. Решение этой задачи имеет важное значение для обоснованного применения сыпучих и смерзающихся ЗМ при бесцеликовой выемке золотосодержащих песков.

Основные результаты выполненных исследований и разработок заключаются в следующем:

1.Анализ показал, что одним из эффективных и надежных способов управления кровлей при различных системах подземной раз- работки многолетнемерзлых россыпных месторождений, обеспечивающих бесцеликовую выемку песков с учетом.снижения- отрицательных последствий горных работ, то есть охраны окружающей среды, является способ управления кровлей закладкой выработанного пространства сыпучими и смерзающимися ЗМ с использованием закладочной техники и комплексов самоходного оборудования.

2.Разработана методика и стенд для исследования компрессионных свойств сыпучих и смерзающихся ЗМ в диапазоне положительных и отрицательных температур.

3.Разработана классификация ЗМ по связи компрессионных свойств от влажности и температуры, обосновано применение кусочно-линейной аппроксимации зависимости компрессионных свойств смерзающихся ЗМ от температуры и влажности, позволяющей использовать ее в численных методах решения задач определения напряженно-деформированного состояния мерзлого вмещающего'массива.

4. Установлено, что величины сцепления ССГ.Б*) и угла внутреннего трения р(Т) ЗМ не только растут с понижением температуры, но первые также зависят и от степени льдозаполнения пор.

5. Разработан алгоритм решения задачи расчета НДС,массива горных пород с учетом последовательности технологических циклов "выемка-закладка" и экспериментально обоснованной зависимости компрессионных свойств ЗМ от температуры и влажности. Математическое моделирование взаимодействия вмещающих пород с закладочным массивом в этом случае позволяет учесть нелинейность деформирования закладки в процессе ее нагружения.

6. Дана оценка НДС мерзлого массива в "зоне влияния очистной выемки при различных системах разработки многолетнемерзлых россыпных месторождений с учетом последовательности технологических циклов "выемка-закладка" и компрессионных характеристик ЗМ. ^

7. На плоских моделях из эквивалентных материалов изучены закономерности проявлений горного давления при различных способах управления кровлей. Показано, что смещения боковых пород при управлении кровлей полной закладкой существенно меньше по сравнению с управлением кровлей полным обрушением на механизированную крепь..

8. При отработке продуктивного пласта с глубиной залегания

до 50 м длинным очистным забоем с полной закладкой выработанного пространства для -¿охранения устойчивости пород кровли в при-забойном просранстве необходимо применять сыпучие ЗМ с усадкой не более 15%. Для условий камерной двухстадийной выемки продуктивных пластов с частичной закладкой без оставления целиков . необходимо" применять смерзающиеся ЗМ с усадкой не более 5%

9 .Разработаны и переданы для внедрения в АО "Приморзолото" рекомендации по выбору основных параметров системы отработки. запасов месторождения "Золотой - Амбарный" с закладкой выработанного пространства без оставления целиков и исходные технические требования, направленные на модернизацию закладочной метательной машины с целью адаптации ее к условиям эксплуатации на -шахтах Северо-Востока- Poccpi, что позволило провести ее опытно-промышленные испытания с положительными результатами.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих •работах:

1, Слепцов А.Е., Сугаренко Г.Г., Мамонов А~.Ф., Чугунов Ю.Д. Проблемы технического ' и технологического перевооружения при разработке многолетнемерзлых россыпных месторождений подземным способом//Горно-доб. компл. Сибири и их мин.-сырьевая баз база:, М-лы Всес.конф. по разв.произвол, сил Сибири.-Улан-Удэ, ч.З, Новосибирску 199Q.-C.19-20.

2. Новые технические и технологические решения при разработке многолетнемерзлых 'россыпных месторождений подземным способом: Рекшендации/А-.Е.Слепцов?| Г.Г.Сугаренко,В.К.Елшин, B.C. Марков, А.Ф.МаМонов, и др.-Якутск гЯНЦ СО АН СССР, 1989.- х32с.

'" ^3."Слепцов А.Е., СугаренкоГ., Мамонов А.Ф. и др.Проблемы создания ресурсосберегающих технологий нового качественного уровня при подземной разработке многолетнемерзлых россыпей// Проблемы и перспективы развития горного дела на Северо-Востоке СССР. М-лы науч.-^техн. семинара! Якутск: 1990.-е,. 191-198.

4. Мамонов А.Ф., Сугаренко Т.Г., Елшин В.К., Тихонова Н. В., и др_; Исследование-проявлений горного давления при разрабо-у тке россыпного месторождения системами с закладкой методом моделирования// Там же, с.266-277.

5. СугаренкоТ.Г., Мамонов А.Ф., Бадмаев Р^., Душкин А.Н. Обоснование рациональных вариантов технологических схем бёсце-ликовой отработки "зацасов при подземной разработке многолетне-

мерзлых россыпей с закладкой выработанного пространства сыпучими материалами// Повышение эффектив. технологии разраб.„_россш-ных месторождений: Сб.науч.тр.ВНИИ-1-Магадан, 1989.-с.47- 58.

1 6. A.c. 1509551, СССР-,'ГИКИ Е21 F15/06. Способ закладки выработанного пространства/ А. Е-. Слепцов, А.Ф.Мамонов, Г.Г.Суга- ■ ренко и др.- Опубл.в,ЕИ.- 1989, N 35.

, 7. A.c. 1559184,' СССР, МКИ Е21Ч320/00. Способ.установки ан. кера в мерзлых -породах/ А.Ф.Мамонов, В ..Т. Ефремов, А.ß.Цыганков.-опубл.в БИ.-.1990, N15. ' Л •

8. А.с.'157б353,_ СССР, МКМ Е21 D20/00. ; Способ / закрепления анкера/ Г.Г.Сугаренко, В.Ю.Изаксон, Е.Е.Петров, Н.Л.Кычкин, А.Ф. Мамонов.-Опубл. в ВИ, 1990, N 26. -

9. Мамонов А.Ф., Сугарекко Г.Г. Некоторые вопросы механики и технологии формирования смерзающихся закладочных массивов// Проблемы горного производства на Севере:Сб.науч.-тр.-Якутск:ЯНЦ

. СО РАН, 1992.-С,151-159. " ^

10. Перспективы создания поточной~технологии подземной ра- , зработки и переработки многолетнемерзлых россыпей / Н.И.Рябец, Г.В.Сидоров, Г.Г.Сугаренко, О.А.Стручйав, А.Ф.Мамонов// Колыма,■ 1987.- №l.- C.8710. ■

11. Мамонов А.Ф. Моделирование технологии бесцеяиковсй отработки многолетнемерзлых россыпей,с закладкой выработанного пространства // Тез. докл. ill междунзр. симпоз.:"Горное дело в Арктике".-Санкт-Петербург: 1994.-е.184.

■12.--Sugarenko G.G., 'Sleptsov А.Е.„- Mamonoy А.F. Technolog of Pillarless Working of Frozen Placers with. Goaf Stowlnq//. Second Int.Symp.on Mining in tne Arctlk/'july 19- 22, 1992, Fairbanks, 1992. - p.83-88. - ' -