автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование эффективных параметров систем разработки Бор-Ундурского флюоритового месторождения

введение. 4

1 анализ состояния изученности вопроса.

1.1. Геологические условия Бор-Ундурского флюоритового месторождения.

1.2. Состояние горных работ и оценка применяемых систем разработки месторождения. 1&-2.2.

1.3. Выводы и постановка задач работы. 22.

2. геомеханические предпосылки совершенствования горных работ на месторождении. 24-^

2.1. Исследование геомеханических характеристик рудных и породных массивов. ^

2.2. Обоснование параметров устойчивых конструктивных элементов систем разработки.

2.3. Оценка условий обрушения налегающих пород. 55

3. обоснование эффективных параметров разработки флюоритовых руд. 5"9 - «В б

3.1. Выбор систем разработки и рациональных геометрических параметров и их элементов. 60 -?

3.2. Совершенствование материально-технического обеспечения горных работ. 75

3.3. Совершенствование основных технологических процессов добычи флюоритовых руд. 80

4. технико-эконимическая оценка технологических предложений.87

Существующий в России и странах СНГ дефицит в отечественном производстве плавикошпатовой продукции сохранится по прогнозам до 2010 года. Покрытие дефицита осуществляется и предполагается в перспективе за счет производства этой продукции на ГОКе Бор-Ундур в Монголии.

Основу сырьевой базы ГОКа Бор-Ундур составляет Бор-Ундурское флюоритовое месторождение, где подземным способом добывается более 45% сырой руды, необходимой для производства товарной продукции ГОКа.

В рабочих проектах технологических схем добычи и переработки руд для ГОКа Бор-Ундур, разработанных в 70-80 годы, невозможно было достаточно адекватно учесть усложнения геологических и горнотехнических условий ведения горных работ, увеличение материально-технических и энергетических затрат на обеспечение процессов производства и решение социальных и экологических проблем. Это, несмотря на увеличение объемов производства на 40% относительно проекта, обусловило ухудшение технико-экономических показателей работы ГОКа Бор-Ундур и негативно сказалось на работе потребителей его продукции в России и странах СНГ. Следует отметить, что в целом промышленность по добыче и переработке полезных ископаемых постоянно, а в последнее время особенно, подвергается негативному воздействию вышеуказанных факторов.

В связи с этим, вопросы обоснования эффективных параметров систем разработки полезных ископаемых, а также поиск новых инженерных решений, способствующих повышению (или по крайней мере сохранению на достигнутом уровне) эффективности и безопасности ведения горных работ являются актуальными.

Целью работы является установление зависимостей изменения структурных особенностей пород с изменением глубины и изменение прочностных характеристик руд от изменения содержания в них фтористого кальция для обоснования эффективных параметров систем разработки, позволяющих снизить затраты, повысить качество рудной массы и производительность труда при добыче флюоритовых руд.

Основная идея работы состоит в том, что обоснование эффективных параметров систем разработки флюоритовых руд осуществляется с учетом зависимостей изменения прочностных характеристик руд от изменения содержания в них фтористого кальция и изменения устойчивости вмещающих пород с изменением глубины ведения горных работ.

Обоснование эффективных параметров систем разработки и технологических процессов добычи плавикошпатовых руд, в соответствии с вышеуказанной целью, выполнено на базе решения следующих задач:

- анализ геологических условий Бор-Ундурского месторождения флюоритовых руд;

- анализ применяемых систем разработки и технико-технологических особенностей добычи руд на месторождении;

- исследование геомеханических характеристик рудных и породных массивов, геометрических параметров конструктивных элементов систем разработки и условий обрушения вмещающих пород (условий погашения выработанного пространства);

- обоснование и выбор эффективных систем разработки и рациональных геометрических параметров их конструктивных элементов;

- разработка и обоснование эффективных параметров основных технологических процессов добычи руд;

- технико-экономическая оценка рекомендуемых технических предложений.

При решении поставленных задач использованы современные методы аналитических и экспериментальных исследований горной науки: стандартизированные методы определения физико-механических характеристик горных пород, методы теории упругости, методы геомеханических и маркшейдерских измерений и наблюдений, методы математической статистики и промышленных испытаний.

Работа выполнялась в соответствии с «Программой важнейших НИР по развитию техники и технологии добычи и обогащения руд цветных и редких металлов на 1985-1990 г.г. и на период до 2000 г.» и «Концепцией развития объединения СО «Монголросцветмет» на 1995-2000 г.г.» /1/. Поставленные задачи решались на примере Бор-Ундурского месторождения и рудника Бор-Ундур. Этот выбор обусловлен тем, что: балансовые запасы указанного месторождения составляют около 52% общих запасов месторождений ГОКа Бор-Ундур; рудник Бор-Ундур обеспечивает в настоящее время более 45% добычи руды, необходимой для ГОКа, а в перспективе - более 60%; Бор-Ундурское месторождение по геологическим и горнотехническим условиям является наиболее сложным из всех месторождений, эксплуатируемых на ГОКе Бор-Ундур.

На основе исследований получены новые научные результаты, представляющие научную значимость работы и состоящие в установлении эмпирических зависимостей прочностных характеристик плавикошпатовых руд кварц-флюоритового состава от содержания в них фтористого кальция и зависимости структурной раздробленности (трещиноватости) от изменения глубины залегания массивов пород. Практическая значимость исследований состоит в разработке методик аналитических расчетов геометрических параметров временного потолочного предохранительного консольного целика при отработке крутопадающих рудных тел системами с обрушением, междублокового целика и отбиваемого слоя руды при воздействии на них поперечной динамической нагрузки от взрывных работ.

В результате исследований разработаны рекомендации по повышению эффективности и усовершенствованию геометрических и технологических параметров систем разработки с подэтажным обрушением при применении комплексов малогабаритных самоходных горных машин; разработан новый 7 способ разработки руд на маломощных крутопадающих рудных тел; разработаны рекомендации по усовершенствованию системы управления (повышения) качеством рудной массы при подземной добыче флюоритовых руд; разработаны технические средства повышения эффективности основных технологических процессов добычи руд на Бор-Ундурском руднике ГОКа Бор-Ундур. Некоторые из внедренных в производство технических решений защищены патентами Монголии. Экономическая эффективность от внедрения работ по обоснованию и совершенствованию технологии добычи плавикош-патовых руд составила 173 тыс. долларов США (долевое участие автора оценивается СО «Монголросцветмет» в 25% от общего объема).

Результаты исследований докладывались и обсуждались на различных научно-технических конференциях и совещаниях. По результатам исследований опубликовано 6 печатных работ, в т.ч. в описаниях 2 патентов.

Автор выражает искреннюю признательность сотрудникам ОА «Сиб-цветметНИИпроект» и кафедры ТПР МГГУ за ценные научные консультации, а также сотрудникам СО «Монголросцветмет» за постоянную помощь в проведении исследований и внедрении их результатов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной для рудной отрасли задачи обоснования эффективных параметров систем разработки плавикошпатовых руд на основе установления взаимосвязи прочностных характеристик руд от содержания в них полезного компонента и взаимосвязей структурной раздробленности с глубиной отработки, позволяющих увеличить производительность работ, снизить затраты при добыче и повысить качество рудной массы, что позволило повысить технико-экономическую эффективность работы рудника Бор-Ундур.

Основные научные и практические результаты работы состоят в следующем:

- выявлены, в результате анализа геологических, горнотехнических и геомеханических особенностей Бор-Ундурского флюоритового месторождения, основные недостатки в технологии добычи, негативно влияющие на технический и экономический прогресс, на рентабельность и конкурентоспособность предприятия;

- установлены корреляционные связи изменения структурной раздробленности массивов вмещающих пород висячего и лежачего боков на Бор-Ундурском месторождении с изменением глубины их залегания, которые аппроксимированы зависимостью параболического вида, выявленные зависимости использованы при обосновании параметров систем разработки и технологических процессов добычи;

- установлена эмпирическая зависимость изменения коэффициента сцепления флюоритовых руд от изменения содержания в них фтористого кальция, которая аппроксимируется гиперболой, выявленная зависимость использована при расчетах и обосновании геометрических параметров конструктивных элементов систем разработки и технологии отбойки руды из массива;

- разработана методика аналитических расчетов геометрических параметров временного потолочного консольного целика при отработке крутопадающих рудных тел малой мощности; геометрических параметров междублокового целика и отбиваемого слоя руды при воздействии на них динамической нагрузки от взрывных работ, это позволило выработать рекомендации по выработке схем отработки, способов управления горным давлением и параметров извлечения руды из недр;

- установлены особенности процесса сдвижения пород при отработке верхних этажей Бор-Ундурского месторождения и выполнена прогнозная оценка условий погашения выработанного пространства обрушением вмещающих пород, что использовано при конструировании систем разработки;

- предложен способ разработки маломощных крутопадающих рудных тел, отличающийся более высокой, по сравнению с системами с магазинированием, производительностью и безопасностью горных работ. Способ защищен патентом Монголии (№1134) и внедряется в практику горных работ на руднике;

- усовершенствована система управления качеством рудной массы при подземной добыче флюоритовых руд сложного состава, путем использования продольно-кумулятивных скважинных и шпуровых зарядов ВВ, управления устойчивостью целиков, и процессом погашения выработанного пространства, путем устройства усреднительных емкостей на обогатительной фабрике и складирования высококачественных руд в подземной накопительной емкости; это позволило улучшить процесс получения металлургических кусковых концентратов и снизить затраты на подъем единицы полезного компонента;

99

- разработана и внедряется в производство новая конструкция подземного гидропневмоаккумулятора, которая защищена патентом Монголии и позволяет снизить затраты на энергетическое обеспечение горных работ и стабилизирует работу горного оборудования;

- разработаны практические рекомендации по усовершенствованию систем разработки Бор-Ундурского месторождения. В частности, рекомендованы варианты систем разработки с обрушением пород сплошной выемкой руды и отбойкой ее на подконсольное пространство (при этом консольный целик выполняется в виде трапеции, что повышает его устойчивость и размеры подконсольного пространства). Рекомендовано также увеличение мощности отбиваемого слоя руды с 1,5+2 м до 3+3,7 м, что позволит снизить удельный расход ВВ на очистных работах. Вышеуказанное позволит повысить технико-экономические показатели работы рудника.

Отдельные результаты работы и рекомендации уже используются в практике проектирования и ведения горных работ. Экономическая эффективность от использования рекомендаций по обоснованию эффективных параметров и совершенствования процессов добычи плавикошпатовых руд Бор-Ундурского и других месторождений ГОКа Бор-Ундур составила 173 тыс. долларов США, в том числе доля автора 25% от общей суммы экономической эффективности.

1. Концепция развития объединения в условиях рыночной экономики на 1996-2010 г.г. /Монголросцветмет, т. 1, Улан-Батор, 1996, -140 с.

2. Отчет о результатах детальной разведки за 1979-82 г.г. с подсчетом запасов на 01.07.82 г. Бор-Ундурского флюоритового месторождения / Советская геологическая экспедиция в МНР, т. 1, Улан-Батор, 1982,-298 с.

3. Проект постоянных кондиций на флюоритовые руды Бор-Ундурского месторождения, СибцветметНИИпроект, т.1, Красноярск, 1981, -148 с.

4. Изыскание эффективных вариантов разработки рудных тел Бор-Ундурского месторождения / отчет о НИР, рук. Казьмин М.И., СибцветметНИИпроект, Красноярск, 1992. 172 с.

5. Проект «Горно-обогатительный комбинат в районе Хар-Айрак» / СибцветметНИИпроект, т. III, книга 1, Красноярск, 1984. 252с.

6. Гудков В.Н., Васильев В.М., Николаев К.П. Прогноз и планирование качества полезного ископаемого. М.: Недра, 1976. 122с.

7. Ершов В.В. Геолого-маркшейдерское обеспечение управления качеством руд. М.: Недра, 1986. - 261 с.

8. Протодьяконов М.М. Материалы для урочного положения горных работ, ч.1, Горные работы. М., 1926, 274 с.

9. Шевяков Л.Д. Разработка месторождений полезных ископаемых. М.: Углетехиздат, 1953. 728 с.

10. Агошков М.И., Малахов Г.М. Подземная разработка рудных месторождений, М.: Недра, 1966, 663 с.

11. Слесарев В.Д. Механика горных пород. М.: Углетехиздат, 1948. -303 с.

12. Руппенейт K.B. Некоторые вопросы механики горных пород. М.: Углетехиздат, 1954. 384 с.

13. Борщ-Компониец В.И., Макаров А.Б. Горное давление при отработке мощных пологих рудных залежей. М.: Недра, 1986. 271с.

14. Турчанинов И.А., Иофис М.А., Каспарьян Э.В. Основы механики горных пород. Д.: Недра, 1977. 503 с.

15. Рац М.В. Структурные модели в инженерной геологии. М.: Недра, 1973.-216 с.

16. Ержанов Ж.С. Теория ползучести горных пород и ее приложения. -Наука, Алма-Ата, 1964. 175 с.

17. Баклашов И.В., Руппенейт К.В. Прочность незакрепленных горных выработок. М.: Недра, 1965. - 102 с.

18. Шемякин Е.И. О паспорте прочности горных пород. В кн. «Измерение напряжений в массиве горных пород». Новосибирск, 1978, ч.1, с. 9-20.

19. Влох Н.П. Управление горным давлением на подземных рудниках. М.: Недра, 1994. 208 с.

20. Казикаев Д.М. Геомеханические процессы при совместной и повторной разработке руд. М.: Недра, 1981. 288 с.

21. Казикаев Д.М., Суржин Г.Г., Фомин Б.А., Чухлов Г.И. Совместное изучение напряженного состояния и структурной раздробленности массива кварцитов КМА //Сб. «Тезисы докладов V Всесоюзной конференции по механике горных пород», АН СССР, М., 1974, с.45-49.

22. Лысенко A.A. Совершенствование технологий добычи и переработки флюоритовых руд Бор-Ундурского ГОКа. Дисс. . канд. техн. наук, М., МГГУ, 1999, - 98 с.юг

23. Лысенко A.A. Совершенствование технологии добычи и переработки флюоритовых руд Бор-Ундурского ГОКа. Автореферат дисс. . канд. техн. наук, М., МГГУ, 1999, - 19 с.

24. ГОСТ 21153,0-75 и др. Породы горные. Методы физических испытаний: Сборник. Введ. С 01.07.76 до 01.07.81. Продлен до 01.07.92. - Содерж.: ГОСТ 21253,0-75 - ГОСТ 21153,7-75. Группа А09/47/СССР. -М., Изд-во стандартов. - 35 с.

25. Рыжов П.А. Математическая статистика в горном деле. Учебное пособие для ВУЗов спец. «Маркшейдерское дело», М., «Высшая школа», 1973. -287 с.

26. Львовский E.H. Статистические методы построения эмпирических формул. Учебное пособие для ВТУЗов.-2-е изд. перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1968. - 239 с.

27. Ерофеев Л. М., Мирошникова Л.А. Повышение надежности крепи горных выработок. М., Недра, 1988, - 245 с.

28. Прочность и деформируемость горных пород / Ю.М. Карташов, Б.В. Матвеев, Г.В. Михеев, А.Б. Фадеев. М., Недра, 1979, 269 с.

29. Методы и средства решения задач геомеханики / Г.Н. Кузнецов, К.А. Ардашев, H.A. Филатов и др. М., Недра, 1987, - 248 с.

30. Демин A.M. Закономерности проявления деформаций откосов на карьерах. М., Наука, 1991, - 144 с.

31. Ржевский В.В., Новик Г .Я. Основы физики горных пород. М., Недра, 1984, - . с.

32. Именитов В.Р. Технология, механизация и организация производственных процессов при подземной разработке рудных месторождений, М.: Недра, 1973. 464 с.

33. Борисенко С.Г., Копица Ф.А. Камерная система разработки в горнорудной промышленности. М.: Госгортехиздат, 1960. -400с.

34. Попов Б.Н. Технология и комплексная механизация разработки рудных месторождений. М.: Недра. 1970. -455 с.

35. Ханукаев А.Н. Физические процессы при отбойке горных пород взрывом. М.: Недра, 1974.-234 с.

36. Машуков В.И. Действие взрыва на окружающую среду и способы управления им. М., Недра, 1976, 248 с.

37. Суханов А.Ф., Кутузов Б.Н. Разрушение горных пород Учебник для горных ВУЗов и фак. М.: Недра, 1967. 340 с.

38. Ляхов Г.М., Полякова П.И. Волны в плотных средах и нагрузки на сооружения. М., Недра, 1967. 232 с.

39. Тимошенко С.П. Курс теории упругости. Киев. Наукова думка, 1972.-507 с.

40. Безухов Н.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. М., Высшая школа, 1968. 512 с.

41. Справочник проектировщика промышленных, жилых и общественных зданий и сооружений. М., Госстройиздат, 1960. 104 с.

42. Новацкий В. Динамика сооружений. М., Стройиздат, 1963, 375с.

43. Попов H.H., Расторгуев Б.С. Расчет железобетонных конструкций на действие кратковременных динамических нагрузок. М., Стройиздат, 1964, - 150 с.

44. Методические рекомендации по расчету геометрических параметров этажно-камерных систем разработки мощных месторождений крепких руд / Адигамов Я.М., Суржин Г.Г., Фомин Б.А., Журин С.Н., Антоненко Г.К. Белгород: ВИОГЕМ, 1985. - 29 с.

45. Подземная разработка железистых кварцитов / Бабаянц Г.М., Вертлейб Л.Б., Журин Н.Я. и др. М.: Недра, 1988.- 168 с.

46. Патент Монголии №1134, МКИ 5Е21 С25/03. Способ разработки крутопадающих месторождений и устройство для его осуществления / X.

47. Бадамсурэн, A.A. Лысенко, Ю.А. Чертков и др. //ПМ. 1996, №5, - с. 20 -21.

48. Самуль В.И. Основы теории упругости и пластичности. Учебн. пособие для инж.- строит. Специальностей ВУЗов. М.: «Высшая школа», 1970, 288 с.

49. Геомеханическое обоснование безопасных параметров систем разработки залежей Бор-Ундурского месторождения. / Отчет о НИР (пром.), рук. Казикаев Д.М., МГГУ, М., 1999, 60 с.

50. Кратч Г. Сдвижение горных пород и защита подрабатываемых сооружений. -М.: Недра, 1978, 494 с.

51. А. с. СССР №1024591 МКИ Е31 С41/06; Е21 С27/22. Способ разработки месторождений полезных ископаемых и устройство для его осуществления / Агошков М.И., Рафиенко Д.И., Лысенко A.A. и др. // Б.И. 1983. №23. - с.

52. Подготовка и отработка участка рудного тела №5 (разрезы IV^XIII) 3-го горизонта Бор-Ундурского месторождения / Рабочий проект, СО «Монголросцветмет», т. 1, кн. 1., Улан-Батор, 1985. 52 с.

53. Шемякин Е.И. Использование подземного пространства как среды обитания человека. М.: Горный журнал, №:8 - 1995, с.35-39.

54. Перспективы использования подземного пространства для размещения экологически вредных производств / Осипенко Ю.С., Казикаев Д.М., Фомин Б.А. и др. // М.: Горный журнал, №8. 1995, -с.39-41.

55. Перспективы комплексного использования недр и горных выработок на Коробковском месторождении КМА // Горшколепов Г.М., Журин С.Н., Казикаев Д.М. и др. // М.: Горный журнал, №7. 1999, -с.58-59.

56. Патент Монголии № 1137, МКИ Е21 F 17/10. Гидропневматический аккумулятор сжатого воздуха / Бадамсурэн X., Пейхель Г.В., Лысенко A.A. и др. // П.М. 1996, №5 - с.21-22.

57. Чертков Ю.А., Лысенко A.A. Новая конструкция подземного гидропневмоаккумулятора // Сб. «Неделя горняка-99» (научный симпозиум), М.: МГГУ, - 1999, с.

58. К вопросу приготовления взрывчатых веществ простого состава с добавкой алюминиевой пудры / Лайхансурэн Б., Чертков Ю.А., Пэппе Д., Лысенко A.A. // Сб. Материалы XXI конференции по горному делу. -Улан-Батор, 1998, с. 12-13.

59. Ватутин В.Ф., Машуков В.М. Инструкция по применению схем расположения шпуров при проходке горных выработок с использованием запрессовки устья врубовых шпуров. Новосибирск, 1971, с. 72-76.

60. Турин A.A. Управление ударными воздушными волнами при взрывных работах. М.: Недра, 1976, - 318 с.

61. Черниговский A.A. Применение направленного взрыва в горном деле и строительстве. -М.: Недра, 1976, 318 с.

62. Некоторые результаты исследования действия взрыва шпуровых кумулятивных зарядов / Ведунин В.Ф., Кропотов В.А., Бекетов П.Е., Николаев В.П. // В кн. «Взрывное дело», сб. №54/11, М.: Недра, 1964, с.219-230.

63. Чертков Ю.А. Совершенствование буровзрывных работ при отбойке сильнотрещиноватых руд // Сб. Материалы научного симпозиума «Неделя горняка-99», М.: МГГУ, 1999, с.fOQ

64. Братанек И., Веда Й. Контурное взрывание в горном деле и строительстве, пер. с чешек., М.: Недра, 1983, 144 с.

65. Ушаков И.Н. Горная геометрия, М., Госгортехиздат, 1962. 459с.

66. Букринский В.А., Коробченко Ю.В. Геометризация месторождений полезных ископаемых. М.: Недра, 1977. - 376 с.

67. Ломоносов Г.Г. Формирование качества руд при открытой добыче. М.: Недра, 1975. 224 с.

68. Лысенко A.A., Чертков Ю.А. Система управления качеством рудной массы при подземной добыче флюоритовых руд // Сб. «Неделя горняка-99» (научный симпозиум), М.: МГГУ, - 1999, с.

69. Адигамов Я.М., Зарайский В.Н. Нормирование запасов руд по степени их подготовленности к добыче. М., Недра, 1978, 261с.

70. Авресина Л.А. Ресурсы плавикового шпата стран-членов СЭВ / В кн. «Флюорит», М.: Наука, 1976, с.