автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Изыскание эффективных способов разрушения кимберлитов при подземной разработке алмазоносных месторождений

ГГВ

- ¡ ¡арч 1233 российская академия наук

институт проблем комплексного освоения недр

На правах рукописи УД{ 622.272:622.83

РЕЦ .¡^итрий Сергеевич

изыскание эффективных способов разрушения кимберлитов при подземной разработке алмазоносных месторождений

Специальность 05.15.02.

"Подземная разработка месторождений • полезных ископаемых"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1993

Работа выполнена в Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук.

Научный руководитель:- профессор, доктор технических наук

Замесов Н.Ф.

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Н.Н.Казаков; -кандидат технических наук А.И.Мезин

Ведущая организация: институт "Гкпроникель".

Защита состоится " /х?"H'il-jU'^iA 1993 г. в / О час, на заседании специализированного совета Д 003.20.01 в Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук (ИПКОН РАН) по адресу: III020, Москва, Е-20, Крюковский тупик, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПКОН РАН. Автореферат разослан ■rfi-tL-ЛА 1993 г.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять в адрес Совета.

Ученый секретарь специализированного сов£ кандидат технических н^^^?'^0 v * " Г'.И.Богданов

В В. Е Д Е Н И Е.

Актуальность работы. В мировой практике системы разработки месторождений алмазоносных кимберлитов как при открытом, так и при подземном способах, основываются на применении скважинной отбойки, параметры которой аналогичны таковым для любых рудников, имеющих сходные горно-геологические условия й технологию добычи, и чаще всего совершенно не учитывают факт наличия в руде кристаллосыдья. В этих условиях в зонах ближнего действия взрывов неизбежно разрушается несколько первых процентов от общего количества первоначально содержащихся в руде алмазов.

Переход с открытого на подземный способ разработки на некоторых кимберлитовых трубках Якутии поставил, в связи с отсутствием а стране соответствующего опыта работы и наличием целого ряда уникальных горно-геологических условий, вопрос создания идеологии разрешения комплексов технологических проблем, в том числе проблемы выбора способа разрушения рудного массива, обеспечивающего как достаточно высокую производительность отработки месторождений; так и низкие значения потерь природного качества кристаллосырья.

Рекомендуемые в.этой связи системы разработки со слоевой выемкой и закладкой характеризуются относительно невысокой производительностью и большими затратами, а также примерной, в традиционном понимании", равноценностью применения буровзрывного и некоторых альтернативных ему, способов дезинтеграции рудного массива. В данной ситуации учет стоимости потерянного, вследствие разрушения, качества кристаллосырья, способен решающим образом повлиять на выбор способа и параметров отбойки, а следовательно, и на всю технологию разработки.

Таким образом, изыскание эффективных способов разрушения кимберлитов в учетом фактора потерь природного качества кристаллосырья (или фактора сохранности кристаллосырья) - один из ключевых моментов в решении комплекса задач по оптимизации технологии разработки коренных месторождений алмазов. Поэтому научная задача выявления таких способов и создания соответствующих методик несомненно является актуальной.

Цель работы. Обоснование эффективности применения взрывного и механических способов разрушения кимберлитов для условий подземной разработки алмазоносных месторождений Якутии.

Основная идея работы заключается в учете фактора изменения природного качества- кристаллосырья при различных способах ' разрушения кимберлитов для выбора эффективных технологий разработки алмазоносных месторождений.'

Методы исследований, использованные в работе, включают в себя: анализ и обобщение результатов ранее выполненных работ по тематике повреждаемости кристаллосырья,- опыта разрушения кристаллосодержащих сред и механического разрушения руд; анализ объекта исследований; теоретические и экспериментальные исследования процессов и механизма разрушения кристаллосодер-жащей среды под действием взрывных, ударных и квазисуатических нагрузок; расчёты на ЭШ; технико-экономический анализ.

Научная новизна работы:

- аналитически и экспериментально обоснован механизм разрушения кристаллов при взрывной и механической отбойке кристаллосодержащих пород;

- разработана и обоснована методика выбора наиболее эффективного способа разрушения кимберлитов при их очистной выемке на основе выявленных закономерностей потерь природного качества кристаллосырья при отбойке.

Научные положения, выносимые на защиту:

- в условиях динамического нагружёния кристаллосодержащих твердых сред разрушение кристаллов происходит в результате. прорастания в них трещин, зародившихся в среде под действием волн напряжений;

- по мере увеличения ценности алмазосодержащих руд возникает необходимость отказа от буровзрывного способа отбойки

и перехода к механическим способам разрушения. Условия перехода от одного способа разрушения к другому определяются экономическими расчётами, в основу которых положены закономерности изменения потерь природного качества кристаллосырья.

Достоверность научных положений и выводов подтверждается обоснованностью допущений, принятых в теоретических исследованиях и соответствием аналитических построений", расчётных показателей и зависимостей данным, полученным в результате лабораторных экспериментов, данным других исследователей и данным практики.

Практическая ценность работы заключается в установлении зависимостей потерь природного качества кристаллосырья при взрывном и динамическом нагружении массива от параметров такого нагружения, прочности и ценности руды; разработке методик определения эффективных схем применения рассматриваемых способов отбойки и эффекта от внедрения таких схем; проведении по данным методикам необходимых расчётов для,условий подземной разработки месторождения "Интернациональное"; выдаче на этой основе конкретных рекомендаций по технологии подземной разработки коренных месторождений алмазов Якутии.

Реализация работы. Основные положения работы используются при разработке технологии выемки алмазоносных месторождений Якутии подземным способом на стадии проектных решений, а также при проектных разработках подземного варианта выемки Архангельской группы месторождений алмазов.

Апробация работы. Диссертационная работа в целом и отдельные ее этапы докладывались на П школвтсеминаре молодых ученых (Алма-Ата, 1991г.) и на научных семинарах лаборатории подземной разработки рудных месторождений ИПКОН РАН.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 3 печатные работы.

Объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав и заключения, содержит 193 страницы машинописного текста, 45 рисунков, 8 таблиц и список литературы из 93 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Анализ возможных-способов разрушения массива в рамкех заданных горно-геологических и горно-технологических условий по критерию реальной альтернативности буровзрывному варианту сужает число таких альтернатив до двух - резания и ударного скола, воплощающихся в добычных агрегатах типа стреловых проходческих комбайнов соответственно с резцовым и гидроударным исполнительным органом. Опыт комбайновой добычи иных шдов руд подтверждает принципиальную возможность применения ме.дин таких типов и их конкурентноспособность по отношению к отбойке взрывом.

Имеющийся опыт разрушения кимберлитов резанием и отбойки РУЛ, содержащих самоцветы, слюда и флюорит с помощью машин и механизмов ударного действия, а также»некоторые посвященные рассматриваемой проблеме теоретические и экспериментальные исследования, свидетельствуют о том, что переход от взрывного к механическому разрушению • кристаллосодержащих пород может обеспе-т чить весьма значительное повышение степени сохранности кристал-лосырья и позволяют предположить, что учёт фактора потерь его природного качества при выборе способа отбойки способен заметно поднять эффективность разработки месторождений алмазов.

Кимберлитовые трубки имеют весьма сложное внутреннее строение и характеризуются крайней неравномерностью и хаотичностью распределения в пространстве как кимберлитов, так и алмазов по целому ряду параметров, в связи с чем невозможно точно описать и -картировать характеристики руд и кристаллосырья. Поэтому заранее жестко привязать те или иные способы выемки к определенным участкам рудного тела невозможно. В этом отношении использование слоевых систем разработки позволяет в каждом конкретном' случае дифференцировать средства отбойки в зависимости от характеристик кимберлитов и алмазов, от потерь природного качества кристаллосырья и затрат на добычу.

Отдельные фрагментарные исследования процессов разрушения заключенного в горную породу кристалла ограничиваются только взрывным нагружением и оставляют неясным принципиальный механизм такого, разрушения, что не позволяет ни математически адекватно.. его описать, ни создать обоснованные расчётные схемы по определению потерь природного качества кристаллосырья и выбору наиболее эффективного способа отбойки, ни решить обширный комплекс технологических задач, вытекающих из стремления к учёту фактора сохранности кристаллосырья. Делая вывод о необходимости постановки специальных экспериментов по выявлению такого механизма, следует вместе с тем отметить, что к настоящему времени усилиями ряда авторов получены существенные объёмы эмпирических данных по разрушению кристаллосодержащих сред, попыток совместить или сопоставить которые до сих пор не предпринималось.

В связи с этим основными задачами исследований являются:

- выявление, путем проведения специально поставленных экспериментов и привлечения эмпирических данных других авторов и данных практики, механизма разрушения заключенного в породу кристалла взрывном и механическом нагружении; теоретическое описание этого механизма;

- создание методики определения потерь природного качества кристаллосырья и установление влияния на такие потери параметров отбойки;

- создание методики выбора эффективной схемы применения средств отбойки для условий восходящей слоевой выемки в диапазонах изменения прочности и ценности руды;

- разработка конкретных технологических рекомендаций, вытекающих из учёта фактора потерь природного качества кристаллосырья, для условий эксплуатации подземных алмазодобывающих рудников Якутии.

Изучение процессов разрушения кристалла в твердой среде при взрывном нагружении проводилось с помощью простой и достаточно хорошо известной методологии. Она заключается в помещении кристаллов или их -осколков без видимых дефектов или с фиксированными дефектами в подвергаемый взрыванию сосредоточенным зарядом монолитный блок, выполненный из материала с заранее известными свойствами. Параметры распространяющихся волн напряжений определяются по одной из известных методик, в данном случае согласно эмпирическим формулам Боровикова В.А. Кристаллы маркируются и размещаются определенным образом на определенных расстояниях от заряда. После камуфлетного-взрывания они извлекаются и подвергаются визуальному осмотру. Возникшие нарушения обобщаются и анализируются в сопоставлении с параметрами воздействовавших на данные кристаллы волн напряжений.

Разрушению подвергались монолитные блоки'канифоли и технического воска размерами 200x200x150 мм, в центре которых располагались сосредоточенные заряды ТЭНа различной массы. В качестве кристаллов использовались меченые осколди по спайности прозрачной разности кальцита изометричной ромбоэдрической формы и осколки прозрачной разновидности флюорита.

Для пары кальцит-канифоль было отмечено, что величина зоны интенсивного дробления канифоли ( г = 12,5-14)* лишь ненамно-

х Ъ - безразмерное расстояние от центра заряда, исчисляемое в его радиусах.

го превышает среднюю величину, зоны нарушенное™ кальцита. ( %х = 12,4). Общим выводом из анализа нарушений в кальците . было то, что подавляющая часть разрушающих трещин прорастает от обращенной к заряду грани кристалла вглубь него. В то же время для канифоли радиальные структуры трещин также являются преобладающими.

Во всех опытах выделялись следующие зоны повреждаемости кристаллов: зона визуально фиксируемых трещин (критерием является, появление после взрыва любой видимой трещины); зона сквозных трещин (наличие трещины, проросшей от .передней до задней грани кристалла); зона раскола (разделение на две и более частей).

Акустические жесткости и коэффициенты Пуассона технического воска и канифоли мало отличаются между собой (для воска р^Сп =.2,32-106 кг/:Ас, 9 = 0,395; для канифоли рпСп = 2,56*10® кг/м^*с, 9 = 0,38), следовательно, параметры воздействующих на'кристаллы волн напряжений на одинаковых расстояниях х для этих двух сред будут примерно равны, а значит, и величины зон повреждаемости должны быть близки между собой. Однако проведенные эксперименты показали, что, например, в отношении кальцита значения Yi , по трем выделенным характерным зонам, для восковой среды меньше, чем для канифолевой, в 2,49; 2,66; 1,72 раза, а рассчитанные по Zi ' значения компонентов волн напряжений <Ог , <Оу> и f - больше в 7,05; 7,64; 2,95 раза.

Таким образом, определяющим обстоятельством при разрушении кристалла являются свойства среды, причем не те из них,, что детерминируют закономерности затухания волн напряжений с удалением от заряда; а появление и развитие в кристалле трещин зависит не только от величины напряжений во фронте падающей на него взрывной волны, но и от каких-то иных причин,

, Сравнение значений напряжений, возникающих во фронтах волн взрыва, для зон повреждаемости кальцита и флюорита показывает, что они напрямую связаны с параметром трещиностойкости этих кристаллов. Например, отношение = 2,75 для зоны визу-

ально фиксируемых трещин почти совпадает с отношением iCe/Kic = к 2,5.

Совокупность этих и других экспериментальных данных не .укладывается ни в одну из известных концепций разрушения кристаллов в твердой среде при взрывном нагружении. Обобщение и анализ результатов позволили сформулировать следующее представление о механизме разрушения кристалла: при взрывном нагружении кристаллосодержащей твердой среды, разрушение кристаллов происходит' в результате развития трещин из среды в кристалл под действием волн напряжений и определяется как способностью среды сопротивляться возникновению и развитию трещин, так и трещино-стойкостью самих кристаллов.

Дополнительное подтверждение последнего тезиса было произведено путем привлечения эмпирических данных о величинах зоны повреждаемости при взрывном разрушении различных кристаллосодер-жащих сред (изумруд в кварц-плагиоклазовой руде, корунд в пес-чано-цементной смеси и др.). Показано, что при пересчёте этих данных для условий взрывания одиночного колонкового заряда аммонита № 65КВ, зависимость величины зоны повреждаемости крис-таллосырья Т* от трещиностойкости среды &с и трещино-стойкости кристалла ■ Кк удовлетворительно описывается функцией

%

где П =1,1+1,4.

Согласно основным представлениям механики разрушения горных пород, этот процесс при уровне нагружения порядка 10 - 100 МПа происходит в результате образования и раскрытия внутри- • и межзерных трещин и последующего их развития в породе. Следовательно, начальный размер трещин Олр , возникающих под действием напряжений и ГС= ,

сравним с размером минеральных зерен (Хмз породы, то есть 0.тр ~ ймз . Такая раскрывшаяся в породе у границы с кристаллом трещина, обладающая большим количеством энергии, "накачанной" в её вершину, вызывает возникновение в теле кристалла зоны перенапряжения, где параметры напряжений превосходят его прочность (рис. I).

250 Кте Кс

(I)

/

Рис. I. Схема к механизму разрушения кристалла. Линейный размер этой зоны

где (Зр* и - прочность кристалла соответственно на разрыв и на сдвиг. •

В качестве критерия разрушения кристалла принятр следующее условие: разрушение кристалла происходит, если линейный размер .

зоны перенапряжения является достаточным дня формирования здесь трещины критической величины при данном уровне нагружения. Это условие с учетом формул механики разрушения тел с трещинами имеет вид

0\Р 2 \ , Кгс (3)

где - размер трещины критической величины;

Ки ийг- критические коэффициенты концентрации напряжений (трещиностойкбсть кристалла для трещин отрыва и сдвига).

Наиболее вероятно, что разрушающая кристалл трещина начнет свой рост из уже существующего на его поверхности дефекта.или микротрещины, попавшей в наиболее благоприятные для развития условия в пределах зоны перенапряжения, так как любые природные кристаллы, в том числе алмазы, имеют множество внутренних дефектов, достигающих наибольшей концентрации на их поверхностях, а

данные по динамическому и статическому разрушению алмазов свидетельствуют, что рос:1 трещин раскола происходит в результате, как правило, развития таких поверхностных,микротрещин у мест приложения нагрузки к кристаллу.

Таким образом, прорастающая под действием волн напряжений ■ из породы в кристалл трещина выступает субъектом его разрушения, а определ.тащиш факторами при этом, помимо свойств кристаллов . и параметров нагружения, являются характеристики вмещающей породы, прежде всего - характерный размер её минеральных зерен. Разрушающие кристалл трещины начинают свой рост со стороны, обращенной к заряду, прг. достижении-фронтом трещинообразования в породе границы с этим кристаллом.

При расчёте по предложенной методике зоны повреждаемости' для условий проведенных экспериментов, й составляет для пары кальцит-канлфоль 12,53 (в эксперименте 12,4), для пары кальцит-технический воск 5,06 (в эксперименте 5,0) и для пары флюорит-технический воск 3,1? {в эксперименте 3,0).

Зоны повреждаемости алмазов, для условий взрывания колонкового заряда аммонита '¡» &КВ, в диапазоне прочности кимберлитов <3с« = 10-84 МПа составят ^ = 2,78*5,15 (при расчёте по формуле I, & = (2,97*7,25) для п =1,1; ^=(2,35*4,74) для

И = для условий взрывания колонкового заряда аммонита Т-19,-Ч<. = 2,47-:-4,57.

Вопрос о возможности разрушения кристаллов при квазистатических режимах отбойки (например, резание) по механизг.-У прорастании в него трещин из породы, исследовался с помощью ряда экспериментов, поставленных, на образцах композита кальцит-канифоль при использовании в качестве средства нагружения гидравлического пресса. Опыты показали, что даже для таких склонных к трещи-нообразованию и мало отличающихся друг от друга по прочности (по сразнению с системой алмаз-кимберлит) материалов, как кальцит и канифоль, рассматриваемый механизм разрушения не реализуется, а трещинообразовамие в кристаллах определяется нерав-номерностями квазистатического поля напряжений в окружающей их среде.

Таким образом, следующий вопрос - о возможности разрушения алмазов при отбойке кимберлитов резанием, сводится к сопоставлению возникайг[их в породе, у контакта с нагружающим её резцом, напряжений с прочностными характеристиками алмаза.

Проведенные по нескольким методикам, в том числе с привлечением общепризнанной концепции ядра уплотнения, расчёты показывают, что напряжения, возникающие в кимберлитовом массиве в процессе его резания, на один-два порядка меньше прочности алмаза на разрыв, а потери природного качества алмазного сырья.при отбойке резанием стремится к нулю. В качественном отношении такой вывод подтверждает весь опыт алмазного бурения и, вообще, алмазного резания, а также известные экспериментальные дачные по квазистатическому разрушению зернистых.структур.

Рассмотрение вопроса повреждаемости алмазного сырья при отбойке ударным сколом производилось с помощью привлечения некоторых теоретических представлений и эмпирических данных о характере протекания такого процесса, а также путём постановки специальных экспериментов по-механическому ударному разрушению образцов композита кальцит-канифоль. Было показано, что при ударном нагружения разрушение кристаллов идет преимущественно (а для алмазов полностью) по тому же механизму, что и при взрывном нагружении, то есть ответственным за разрушение является процесс прорастания трещин из среды в кристалл под действием волн напряжений.

Для расчёта объёмов зоны повреждаемости алмазов, возникающей в кимберлитовом массиве при каждом.цикле кагружения в процессе отбойки ударным-сколом, использовалось одно из решений задачи о распределении напряжений в породе при внедрении в нее механического инструмента и условие (3). Такие объёмы в пределах одного цикла нагружения массива ударником с энергией единичного удара 2060 'Дк и шириной лезвия долота 100 мм составляют 9,38-10 * 3,27-КГ^ м^ (в диапазоне прочности кимберлитов (5с« ■= 10*84 МПа)

Для дальнейших расчётов в качестве основного оборудования очистного забоя, согласно рекомендациям институтов Гипроникель и ИПК0Н РАН, были принять:: буровзрывная отбойка' - буровая каретка УБШ-322; отбойка резанием - стреловой комбайн 4ПП-2М; отбойка ударным сколом - стреловой комбайн " Наиькегг ■//5У-4"(ФРГ).

В основе предлагаемого метода учёта потерь природного качества кристаллосырья лежит представление о том, что при любом виде нагружения в пределах элементарного цикла отбойки, характеризуемого разрушаемым объёмом V , формируется некоторый объём породы , содержащиеся в котором кристаллы получают те или

иные повреждения, снижающие их природную ценность. Характеристикой объёма Vi выступает зона нарушенное™ кристаллосырья, которая, .например, для случая взрывной отбойки имеет линейный размер ZZi в плоскости, перпендикулярной оси удлиненного заряда.

Эффективность применяемой технологии оценивается величиной издержек производства И, представляющей сумму убытка от потерь природного качества кристаллосырья Пк и затрат на добычу Суч

И= Пк+Суч t р/м3, (4)

где Пк , Суч , р/м3 ?

Издержки, при добыче данной природой ценности, заключенной в полезном ископаемом Цъ , характеризуют недополученную из-за несовершенства горкой технологии прибыль П , значение которой в идеальном случае должно стремиться к величине такой ценности, то есть П = Lls-И ; П-+Ц,гпри pj —-min . Тогда отношение М/Цъ = И' есть доля издержек, связанных с применяемой технологией, в балансовой ценности добываемой руды, а отношения Pk/Us= Пк и Суч/Цх - С'уч ~ соответственно доли издержек, . связанных с затратами на добычу к с частичной потерей природного качества кристаллосырья при отбойке, в балансовой ценности добываемой руды.

Целесообразность применения того или иного способа разруше- • ния может в этом случае оцениваться показателем эффективности

Ц5 Ш Ш

Затраты подразумевают только себестоимость добычи руды по очистному забою, в силу того, что остальная часть полной цены добытой руды практически идентична для всех трех вариантов отбойки. Дш расчетов' были рыбраш цены 1989 года, а ценность I м3 руды оценивалась некоторыми .диапазоном величин.

Потери природного качества кристаллосырья есть разница в ценности рассматриваемого объёма руды, по стоимости заключенных алмазов, до и после отбойки

где Ксц - коэффициент снижения ценности кристаллосырья в пределах объёма Vi , для заданных условий Ксц = 0,7;

- здесь и дцглзе имеется в шду it руды в тссиво.

Ця И Цзр- ценность алмазного сырья в пределах объёма V* соответственно до и после отбойки.

Как затраты на отбойку, так и потери природного качества зависят от прочностных параметров руд. В этом, отношении в качестве компромиссной величины для всех трех рассматриваемых способов отбойки была выбрана прочность кимберлитов на одноосное сжатие (5"см .

. Минимальное значение функций для каждого

конкретного значения прочности (5с.« выступает в качестве критерия эффективности применения рассматриваемых способов при отбойке руды данной прочности. Точки пересечения функций друг с другом являются расчётными границами целесообразности применения того или иного способа в диапазоне прочности кимберлитов и определяют эффективную схему применения средств отбойки. На рис.2 приведен пример выявления такой схемы для ценности руды Цг = 300 р/м^(при <5сш = 10*46,8 МПа - резание; при ©&« = 4б,8т76,3 МПа - ударный скол; при <5с* = 76,3*84 МПа - взрывное разрушение).

Рис.2. Определение эффективности применения взрывного и механических способов отбойки. I - потери при варианте ударного . скола; 2 - потери при варианте БВР; 3 - затраты при варианте ударного скола; 4 - затраты при варианте БВР; 5 - издержки (и затраты) при варианте резания; б - издержки при варианте ударного скола; 7 - издержки при варианте БВР;

ЕЕЗ - издержки при оптимизации схемы применения средств отбойки без учёта фактора потерь природного качества кристаллосырья (схема Г); ЕЗ - то же, с учетом этого фактора (минимальные издержки, схема 2); 'КШ1 область, характеризующая экономический эффект при переходе от схемы I к схеме 2; И11Ш111 - область ,• характеризующая потери кристаллосырья по схеме I; ^^ - то же, по схеме 2; - область, характеризующая сохраненное

при переходе со схемы I к схеме 2 кристаллосырье.

Совокупность минимальных значений функций И' во всем диапазоне прочноетей <3cwп+т есть функция минимальных издержек

И иUn • Фигура, ограниченная функцией издержек, определяемых принятой в проекте, по критерию минимума затрат, схемой применения средств отбойки Ипр и функцией H'nin , характеризует экономический эффект от внедрения учитывающей фактор потерь природного качества кристаллосырья схемы применения средств отбойки (рис.2). Общий экономический эффект от такого внедрения Г ' /

Э= Z![( Илр.; - 14min. i)U,Si Vi] , рублей , (7)

где и Vi - ценность и объём руды прочностью (Demi на подлежащем отработке участке месторождения.

к> зо & ю &ш,МПа

Рис.3. Области эффективного применения резания, ударного скола

и взрывного разрушения при различной прочности и ценности добываемой руды. •''-.'"' Выбор эффективного способа отбойки в каждом конкретном случае определяется ценностью и прочностью руда. Расчётные области эффективного применения рассматриваемых способов отбойки для условий подземной разработки системой■восходящей слоевой выемки коренных месторождений алмазов отражены на рис.3.

, Повышение ценности кимберлитов приводит к необходимости отказа от буровзрывного в пользу механических способов отбойки уже при значении U,s = 190+420 р/м^, а для среднепрочных руд ( <5о* = 30-г44 МПа) - и при меньших значениях Ц* ; для прочности руды до 30 МПа во всех случаях целесообразно, применение отбойки резанием. Область применения отбойки ударным сколом ограничена снизу значением <Ос« = 46 Ша (при Ш = 230 р/м^); при увеличении ценности руды эта граница имеет тенденцию сдвигаться к большим значениям (Э<у» (0с» = 50 Ша при Ц$ = 1000 р/м^).

Аналитическое исследование проблемы потерь природного качества кристаллосырья-при взрывной отбойке применительно к условиям подземной разработки коренных месторождений алмазов Якутии позволило установить, что варьирование типом ВВ, равно как и конструкцией заряда, не дает заметного эффекта увеличения со- . хранности алмазного сырья. Уменьшение потерь природного качества может быть осуществлено только путем увеличения размера кондиционного куска руды и уменьшения диаметра заряда.

Анализ полученных данных и условий разработки коренных месторождений алмазов слоевыми системами с закладкой позволяет рекомендовать отказ от применения буровзрывных работ на стадии очистной выемки при эксплуатации, как минимум, подземных рудников "Интернациональный" и "Мир". При этом соотношение количества стреловых комбайнов режущего и ударно-скалывающего типов для условий рудника "Интернациональный" должно составлять 2:1. Что касается условий подземной разработки трубки "Мир" и трубок архангельской группы, то им однозначно соответствует схема, подразумевающая применение только комбайнов режущего типа.

Отказ от буровзрывной отбойки диктует некоторые изменения i в принятой технологии восходящей слоевой выемки с закладкой. Так,-анализ условий разработки позволяет рекомендовать принятие значения высоты недозаложенного выработанного пространства для . случая односторонних заездов со слоевого штрека в очистные ленты 1-1,5 м, а для случая двусторонних заездов - 2-2,5 м. В технологических схемах'рекомендуется изменить ориентацию осей концевых участков очистных лент относительно оси слоевого штрека так, чтобы получать угол поворота не более 65-70°, что необходи- | мо для беспрепятственного перемещения комбайнов, либо изменить генеральную ориентацию очистных штреков с этой же целью (диаго- > нальная схема).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научной задачи выбора эффективных способов отбойки кимберлитов при подземной разработке коренных месторождений алмазов Якутии на основе'изучения особенностей механизма разрушения кристалло-содержащих пород при взрывном и механическом (резание, ударный скол) нагружении и связанных с этим потерь природного качества кристаллосырья. Исследовано влияние фактора таких потерь на технологию горных работ.

Основные выводы, научные и практические результаты исследований заключаются в следующем:

- по результатам теоретических исследований и лабораторных экспериментов, с учетом анализа эмпирических данных других авторов, предложена концепция механизма разрушения кристаллов в горных породах под действием взрывных и механических ударных нагрузок, заключающаяся в том, что в условиях динамического нагру-жения кристаллосодержащих твердых сред разрушение кристаллов происходит в результате прорастания в них трещин, зародившихся

в среде под действием волн напряжений;

- предложен способ расчёта величин зон повреждаемости кристаллов при взрывном и механическом ударном нагружении кристаллосодержащих пород, в основе которого лежит подтвержденная экспериментами концепция разрушения кристаллов в породе;

- аналитическими и экспериментальными исследованиями установлено, что при разрушении алмазоносных кимберлитов резаниём потери природного качества кристаллосырья стремятся к нулю;

- установлено, что варьирование типом ВВ и конструкцией заряда заметно не сказывается на изменении степени сохранности алмазного сырья при отбойке применительно к коренным месторождениям алмазов Якутии, а некоторое уменьшение потерь природного качества кристаллосырья в этих условиях может быть достигнуто только путем увеличения размера кондиционного куска руды и уменьшения диаметра заряда;

- выявлены границы областей эффективного использования взрывного' и механических (резание, ударный скол) способов отбойки кимберлитов в рамйах слоевых систем разработки. Выбор вида разрушения зависит от прочности и ценности руды. Верхней границей целесообразности применения буровзрывного способа являются значения ценности руды Цъ = 190*420 р/м^(в ценах 1?89 года),

а дня среднепрочных 'руд (<Осм = 30-40 МПа)- - и меньшие значения. При прочности руды бе.« 30 Ша необходимо во всех случаях применять от.бойку резанием. Область использования отбойки ударным сколом ограничена снизу значениями 6~с-м = 46-50 Ша;

- рекомендовано в технологических схемах слоевых систем разработки с закладкой изменить ориентацию осей концевых участков очистных'лент относительно оси слоевого штрека так, чтобы образовывался угол поворота не более 65-70°, что необходимо для беспрепятственного перемещения комбайнов, либо изменить генеральную ориентацию очистных штреков с этой же целью (диагональная схема). При этом высота недозаложенного выработанного пространства для случая односторонних заездов в очистные штреки должна составлять 1-1,5 м, а для случая двусторонних заездов 22,5 м.

Ожидаемый экономический эффект при оптимизации применения средств отбойки с учетом фактора потерь природного качества кристаллосырья, для условий подземной разработки месторождения "Интернациональное" при ценности руд Ця = 300*800 р/м^цены 1989 года), составит 113000+542000 рублей на J млн.т. годовой добычи.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. К методике .оценки эффективности взрывного и механическо-1 го способов разрушения алмазоносных кимберлитов. Методические принципы проектирования горных предприятий при.комплексном освоении месторождений. -М.: ИПК0Н РАН, 1992. - с. 94-99' (соавтор 1 Кочетков П.А.).

2. Учет фактора сохранности кристаллосырья при разработке алмазоносных кимберлитов. Теория и практика комплексного освоения месторождений полезных ископаемых и обогащения минерального ; сырья. Материалы П школы-семинара молодых ученых, Алма-Ата, 2327 сентября 199 Гг. - М.: ИПК0Н РАН, 1992. - с. 31.

3. Механизм разрушения кристаллов горной породы под действием взрывного нагружения. ИБУЗ. Геология и разведка. - 1993.-№ 2. - с. 146-147. (соавтор Кочетков П.А.).