автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование технологии подземной разработки приконтурных запасов карьеров

"5 ОЛ о МАР 1Л30

На правах рукописи

ЯРШАМЕТОВ ЗИННУР ГУБАЙДУЛЛОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ ПРИКОНТУРНЫХ ЗАПАСОВ КАРЬЕРОВ (НА ПРИМЕРЕ СИНАЙСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ)

Специальность 05.15.02 - Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Магнитогорск - 1998

Работа выполнена в Магнитогорской государственной горнометаллургической акадеши им.Г.И. Носова

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор В.Н.Калмыков Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Ю.В.Волков

кандидат технических наук, доцент Ю.М.Цыгалов

Ведущее предприятие - ЗАО "Учалинский ГОК", г.Учалы

Защита диссертации состоится "/с?»О-1998 г. в 1500час. на заседании диссертационного совета К 063.04.02 в Магнитогорской государственной горно-металлургической акадеши им.Г.И.Носова по адресу: 455000, г.Магнитогорск, пр.Ленина, 38, малый актовый зал.

С диссертацией южно ознакомиться в библиотеке МГМА Автореферат разослан "/¿7" г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Л.Г.Савинчук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. При разработке крутопадающих месторождений за предельными контурами карьеров остаются запасы в бортах и нихе дна карьера. Они могут располагаться в непосредственной близости от контура карьера и выходить в борта и дно карьера. Вовлечение их в разработку имеет большое народнохозяйственное значение и в полной мере отвечает требованиям комплексного освоения недр.

Анализ отечественного и зарубежного опыта освоения месторождений комбинированным способом, практики проектирования технологий выемки запасов за предельный контуром карьера показал, что наибольшие сложности вызывает выежа запасов непосредственно прилегающих к контуру карьера, так называемой переходной или приграничной зоны, поскольку их освоение сопрязено с подработкой больших объемов пород и высокой вероятностью неконтролируемого развития процессов сдвикения.

Реализация имеющихся проектных технических решений по прикон-турной зоне на ряде медноколчеданных месторождений Урала приводит к повышенным потерям и разубоживанию, к консервации значительной части активных запасов в целиках различного назначения. Велика доля затрат по управлению горным давлением по статье "закладка выработанного пространства" (25/6; в общей себестоимости добычи, что ставит в некоторых случаях под сомнение возможность рентабельной подземной отработки оставшихся запасов при современных ценах на цветные металлы. Причиной такой ситуация являются недостаточная изученность вопросов управления горным давлением, отсутствие надежных методик расчета параметров систем разработки, что приводит к неоправданно завышенным размерам несущих элементов, прочности закладки.

Цель настоящей работы - повышение эффективности освоения запасов месторождения в прикарьерных зонах подземным способом за счет снижения затрат по управлению горным давлением.

Идея работы состоит в выявлении закономерностей геомеханической обстановки в прикарьерной зоне и использовании их при разработке технологии добычи и обосновании ее параметров.

В процессе исследований резались следующие задачи:

1. Разработка и теоретическое обоснование схем отработки при-контурных зон.

2. Изучение закономерностей геомеханических процессов в прикарьерноы массиве и элементах систем подземной разработки.

3. Обоснование нормативных требований к закладке.

4. Изучение возможности получения дешевых закладочных смесей на основе местных материалов.

5. Экономическая оценка вариантов освоения приконтурных запасов и составление рекомендаций для Сибайского подземного рудника.

Методы исследований. Исследования проводились комплексным методом, включающим анализ и обобщение опыта производства работ в аналогичных условиях, теоретические разработки и эксперименты,технико-экономические расчеты, математическую обработку полученных результатов.

На защиту выносятся следующие основные научные полоаения:

1. Мендукамерные' целики в борту карьера испытывают косонаправ-ленные нагрузки, которые при инженерных расчетах могут быть найдены суммированием сил от веса столба пород до контура карьера и призмы сползания.

2. Потолочина в донной части карьера находится в условиях сжатия продольными силами, величина которых определяется глубиной карьера, углом наклона бортов карьера, мощностью потолочины и высотой очистного пространства.

3. Твердеющие смеси на основе отходов дробления пород вскрыши известняка и хвостов обогащения с добавлением вяжущего в количестве 3-15% обеспечивают сохранность подрабатываемых бортов карьера и устойчивость конструктивных элементов систем разработки.

Научная новизна:

- разработана классификация запасов месторождений при последовательной открыто-подземной отработке;

- установлены закономерности нагружения несущих элементов систем разработки с закладкой при производстве работ в приконтурной зоне;

- получены эмпирические зависимости напряжений в прикарьерной зоне и несущих элементах в зависимости от основных технологических факторов;

- выявлена зависимость прочности твердеющей закладки от состава и свойств материалов;

- составлены методики расчетов устойчивых размеров рудных междукамерных целиков в бортах и потолочин в донной части карьера.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и

результатов подтверждается:

- соблюдение« преемственности в отношении результатов исследований, полученных учеными ранее и проверенных в процессе длительного применения в науке и практике;

- надежностью и представительностью исходных данных;

- оценкой полученных связей методами математической статистики;

- удовлетворительной сходимостью результатов исследований, полученных различными методами.

Практическое значение работы состоит в:

- составлении инженерных методик расчета размеров междукамерных целиков в бортах и потолочин в донной части карьера;

- оценке местной сырьевой базы с точки зрения использования материалов для приготовления твердеющей закладки;

- разработке составов закладочных смесей на основе местных материалов;

- разработке рациональных способов выемки запасов приконтур- • ных зон на Сибайском месторождении и определении области их применения, обеспечивающих полноту извлечения, устойчивость бортов, изоляцию очистного пространства.

Реализация работы. Полученные результаты исследований нашли применение при составлении проектов отработки конкретных участков Сибайского месторондения.

Методические положения, диссертационной работы, касающиеся расчета параметроз целикоз и потолочин, подбора составов используются при подготовке инженеров горного профиля.

Реализация рекомендаций по уточнению параметров систем разработки по условиям горного давления базового проектного варианта на Сибайском месторождении позволяет получить экономический эффект в период отработки прикарьерных запасов в сумме 48 илн.руб в ценах 1998 г.

Апробация работы. Диссертационная работа и ее отдельные разделы доложены на Межгосударственной научно-технической конференции "Проблемы развития металлургии Урала'на рубеже XXI века" ^.Магнитогорск, 19%), Международной научно-технической конференции "Экологические проблемы промышленных зон Урала" ^.Магнитогорск, 1997), на научно-технических совещаниях АО"Башкирский медно-серный комбинат" и научных семинарах Магнитогорской горно-металлургической академии (.1995-1998;.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 171 стр. машинописного текста и состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников из 144 наименований. Включает 41 табл.,40 рис.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Вопросам создания и совершенствования способов комбинированной разработки месторождений и в частности технологии выемки приконтурных зон посвящены работы ученых: М.И.Агошкова, С.Г.Авершина, А.А.Вовк, Ю.В.Волкова, Ю.В. Демидова, П.Э.Зуркова, Д.М.Казикаева, Д.Р.Каплунова, В.Н.Калмыкова, В.В.Куликова, А.Б.Макарова, К.Н.Трубецкого, В.И.Терентьева, Г.И.Черного, А.Д.Черных, В.А.Щелканова, М.Ф.Шнайдер, Б.П.Юматова.

Объектом исследований является Сибайское медноколчеданное месторождение, которое характеризуется большой глубиной открытых горных работ (481 м), высокой нарушенностью руд и пород (модуль тре-щиноватости 5-20), растянутостью запасов по периметру карьера, значительной долей прикарьерных запасов в общих ( > 50$), склонностью руд к возгоранию (содержание серы 36-42%). Горно-геологические условия Сибайского месторождения в сравнении с другими месторождениями, где проведен переход на подземный способ разработки, следует признать сложными.

Изучение имеющегося опыта отработки приконтурных запасов показал, что:

- условием нормальной работы подземного рудника является изоляция подземных выработок от атмосферы карьера, в противном случае нарушается управление вентиляционной струей, температурный режим, возникает опасность затопления рудника;

- наиболее эффективной является изоляция с помощью рудных и искусственных целиков, а также завалка дна породами вскрыши, решение вопросов изоляции тесно связано с геомеханическими задачами;

- проектные решения по параметрам систем разработки для приконтурных зон, в том числе и на Сибайскоы подземном руднике, приняты без достаточного reo механического обоснования, вследствие чего снижается эффективность освоения приконтурных запасов.

На основании анализа горнотехнических условий на Сибайском месторождении и опыта освоения месторождений комбинированным способом запасы за предельными контурами карьеров предлагается разделить по степени влияния карьерного пространства на технологию подземных работ на "прикарьерные" и "закарьерные". В свою очередь, "прикарьерные" - на "приконтурныа" и "законтурные". В "приконтур-ных" по отношению к элементам карьера целесообразно выделить "при-бортовые" и "придонные".

Применительно к рассматриваемому месторождению, которое является ценным и пожароопасным, наиболее приемлемыми являются схемы с сохранением бортов карьера в устойчивом состоянии за счет применения систем с закладкой- Не исключается использование систем разработки с обрушением, в этом случае должно предусматриваться сооружение породного навала и профилактические меры по предупреждению пожаров.

Технологическая проработка этих схем требует решения вопро- . сов управления горным давлением, в частности: исследования силового поля в прикарьерном массиве на момент завершения открытых работ, оценки напряженного состояния массива пород и элементов систем разработки - целиков, потолочин, закладки; изучения механизма нагружения несущих опор и составления методик по обоснованию параметров: размеров целиков и потолочин, прочности закладки, порядка выемки.

Исследованию параметров силовых полей в прикарьерных массивах посвятили свои работы A.M.Демин, В.Г.Зотеев, А.И.Ильин,С.И.Попов, В.Г.Сапожников, Ю.И.Туринцев, В.К.Цветков, Г.Л.Фисенко и др. Однако в них не нашли достаточного отражения ряд вопросов, которые могут существенно сказываться на параметрах поля напряжений в прикарьерном массиве, которое является исходным для подземных работ, например, таких как наличие тектонической составляющей, возможность производства работ в донной части карьера, геометрия борта и др.

Параметры силового поля в массиве пород на момент завершения открытых работ получали математическим моделированием методом конечных элементов ^МКЭ;, использовались программные комплексы MFE и Stress . В процессе исследований выявилось влияние таких факторов, как глубина карьера, угол наклона борта, наличие тектонической составляющей, места расположения относительно предельного контура на параметры поля напряжений в прикарьерной зоне.

Установлено, что в массиве бортов вблизи контура направление одного из главных напряжений субпараллельно контуру борта карьера, второе - перпендикулярно ему. Наибольшее главное напряжение в пассиве борта карьера ^КПа;

02 = 0,0825 +ю'*Г„ кПт (I)

где Хп - объемный вес пород, т/и3;

Н - глубина расположения сечения от поверхности, м; с*5 - угол наклона борта, град; Ип - расстояние по вертикали от откоса борта, м.

В донной части карьера формируется зона концентрации, где преобладают горизонтальные напряжения. Наличие тектонической составляющей усиливает эффект концентрации горизонтальной компоненты. Получена эмпирическая зависимость для определения горизонтальной компоненты напряжений в придонном массиве ^Ша;

<?™Р = $ [Ю"6^ HpЛ■+T][(l,S47^c^35-i,4)ë0'°0г5^s+l]1 ( 2 )

где Нр - глубина расположения расчетной точки от поверхности, и;

расстояние от дна карьера, м; Уп - объемный вес пород, н/м3; Т - тектоническая составляющая, Ша; Е, - коэффициент ползучести пород; д - коэффициент бокового отпора.

Вопросам оценки напряженного состояния прикарьерных массивов, подработанных подземными выработками посвящены работы ученых: С.Г. Авершина, С.Г.Борисенко, Я.В.Бубнова, Д.М.Казикаева, А.Б.Макарова, В.А.Мокжерина, М.В.Рыльниковой, Г.И.Черного, Т.С.Черчинцевой, ЮЛ. Юнаковаи др. Все исследователи указывают на сложность геомеханических процессов, трудность их описания и зачастую невозможность использования методик расчета параметров систем разработки по условиям горного давления для чисто подземных работ.

Исследование геомеханических процессов при подземной отработке прибортовых запасов производилось для условий гор.389, 429, 469 м Сибайского месторождения. При моделировании учитывались неоднородность строения путем задания деформационных характеристик конкретных литологических разностей с учетом их нарушенности, морфо-

логия рудных залежей задавалась по разрезан. Изучалось влияние на проявление горного давления мощности барьерных и междукамерных' целиков, форш и размеров очистных выработок, порядка и стадийности отработки, состояния очистного пространства.

Исследования показывают, что образование одиночных камер в борту карьера ведет к концентрации сжимающих напряжений, в барьерном целике они направлены параллельно откосу борта. Возникают небольшие растягивающие напряжения перпендикулярные контуру. В стенках камеры возможно образование такие растягивающих напряжений, распространяющихся на глубину 2-3 м. Увеличение параметров камер сопровождается ростом нагрузки на барьерный целик. Из эпюр распределения напряжений следует, что наибольшее сжатие испытывает внутренняя часть барьерного целика. Наиболее опасным по устойчивости является сопряжение кровли камеры с целиком.

Барьерный целик является несущим элементом на всех этапах отработки запасов гор.389, 429 и 469 м. Поле напряжений в нем характеризуется достаточно равномерный распределением. Максимальный уровень напряжений &2 достигает 11-13 Ша при мощности Ю м, 10-12 !Ша при 20 ы, 5-8 МПа при 30 м. Уменьшение мощности целика с 30 до 10 м сопровождается меньшим ростом компоненты <ог в сходственных точках. Это южно объяснить разгружающим действием вмещающих пород через зоны опорного давления.

Заполнение выработанного пространства закладкой вызывает снижение напряжений, особенно по нижнему контуру. За счет подпора закладкой растягивающие напряжения также уменьшаются и переходят в сжимающие.

По мере отработки запасов подэтажей в барьерном целике напряжения растут. В нем начинает проявляться эффект изгиба, за счет которого возрастают растягивающие напряжения. В целике имеются зоны с высоким градиентом, они приурочены к контактам с МКЦ и местам изменения геометрии борта карьера.

На стадии отработки первичных камер рудные МКЦ воспринимают на себя часть нагрузки от массива, однако, вследствие влияния пространства карьера, нагрузка на них распределяется неравномерно. На стенке МКЦ со стороны массива в верхней части наблюдаются повышенные сжимающие напряжения и небольшие растягивающие. По мере приближения к днищу камеры происходит снижение сжимающих и увеличение растягивающих.

О наличии кососекущих нагрузок свидетельствует ориентировка

- ю -

главных напряжений. Они отклонены от вертикали, причем угол варьирует в больших пределах и непостоянен по Еысоте и аирине целика. Плоскость расположения максимальных касательных напряжений направлена в сторону откоса карьера и располагается под углами для первого от борта МКЦ - 50-52°, а для второго 62-63°.

В искусственных целиках первой очереди возведения напряжения создаются главным образом за счет собственного веса заклад-си, поскольку нагрузки от деформирующихся пород борта практически не передаются вследствие высоких компрессионных сзойсте закладки. Максимальные напряжения в массиве закладки на ко ¡лент полной отработки запасов горизонта прогнозируются в пределах 1,7-2,1 ?Л1а, большую испытывают целики, наиболее удаленные от контура карьера.

В обнажаемом очистными камерами массиве пород фиксируется зона растягивающих напряжений, которая распространяется вглубь массива на несколько метров. Днища камер разгружены, возможно даже образование зон растягивающих напряжений.

Было исследовано также влияние пригрузки на деформации подработанного борта на моделях из эквивалентных материалов с обеспечением подобия. Установлено, что пригрузка позволяет снизить и даже полностью исключить деформации бортов.

По сечению потолочины максимальные снимающие напряжения распределяются в зависимости от его мощности, оставаясь постоянными в средней части. Математическая обработка позволила вывести зависимость

<3"х = iO"6A3'n(HK + 0.Sml+)[0,i29KK + Q.04(d{-35)-J,4eo-OSm4 + l], ( 3j

где m4 - мощность барьерного целика, м;

Нк - глубина карьера, м;

Нк- высота камеры, м;

Тп - объемный вес пород, н/м3.

Моделирование reo механической ситуации б процессе выемки придонных запасов в этаже 469-5^9 м показывает, что стадийность выемки существенно влияет на степень нагрукенности МКЦ последних очередей выемки.

ЖЦ из закладки нагрузок практически не воспринимают, напряжения в них 1-1,5 Ша. Увеличение пролета подработки до 20 м сопровождается пригрузкой рудных МКЦ и появлением зон растяжения. Поэтому целесообразно ограничить пролеты 15 м на участках медных и медно-пирротиновых руд.

На основании результатов исследований напряженно-деформированного состояния массива руд и пород в процессе выемки прикарь-ерных запасов были разработаны методики расчета напряжений в наиболее опасных точках потолочины в донной части и размеров рудных МКЦ в бортах карьера.

Для определения напряжений в рудной потолочине использовано решение изгиба круговой плиты, подверженной действию сил пригруз-ки от собственного веса и продольных сил от деформирующихся бортов карьера (рис.1).

Напряжения на нижней поверхности потолочины:

б"; = 0.

На верхней поверхности:

где с^ и с[ - внешние продольные нагрузки, Ша;

у и ^ - объемный вес руды и скальной пригрузки, т/м3; - коэффициент Пуассона;

Ь. и Н1 - мощность потолочины и скальной пригрузки,м; а - пролет подработки, м.

Расчеты напряженного состояния потолочины в опасных сечениях и сопоставление его с прочностными свойствами показали, что ее устойчивость обеспечивается при мощности 8 м и более.

Предложено размеры МКЦ определять решением условия прочности, согласно которому нагрузки создаются весом столба пород до поверхности борта и косонаправленной нагрузкой от призмы сползания (рис.2).

Условие прочности первого от откоса МКЦ имеет вид

_ Г (ас + , ( 6 )

сч + е ¿о£ £ в СЭ<1 К <р

то же для второго

а г _ Г (а,Г+ 2.5£+сч*о»)£9(**Кд , ( 7 )

а2 + е " ю«Е(?е:»<:] К*

где Св'е^Т- прочность руды на сжатие, Ша; К<? - коэффициент формы целика; кз - коэффициент запаса.

Рис.1. Схема к расчету напряжений в потолочине: а - при ц<цг ; б - при с^«^

Рис.2. Расчетная схема для определения нагрузок на МКЦ

Дополнительные касательные напряжения, возникающие по площадке сдвига от косонаправленной нагрузки

= Саг + ^.5¿*a,)(af*г,5{*o1*a2Hgc^f ъ\п1р . ( 8 )

С использованием этих методик и предложенных другими авторами были определены параметры систем разработки. Из сравнения результатов расчетоз с проектными следует, что они отличаются и позволяют уменьшить запаек з целиках, несколько снизить прочность закладки, сократить объем пригрузки.

Расчеты показывают необходимость дифференцированного подхода к определению параметров по участкам месторождения вследствие сложной морфологии оставшихся запасов.

Из практики применения твердеющей закладки на отечественных и зарубежных рудниках следует, что она решает вопросы наиболее полного использования запасов месторождения, добычи руд более высокого качества, отработки месторождения под водоемами, сохранения поверхности, повышения производительности и безопасности труда и др. Однако этой технологии свойственно удорожание добычи за счет высокой стоимости материалов закладочной смеси.

Основным направлением снижения себестоимости закладки является разработка закладочных смесей на основе местных материалов и составов с дифференцированным расходом дорогостоящего вяжущего (цемента; необходимой прочности и транспортабельности в режиме гидротранспорта.

Вопросам подбора составов закладочной смеси и изучению влияния различных факторов на прочность закладки посвящены работы С.А.Атманских, Д.М.Бронникова, Г.М.Белова, Н.Ф.Замесова, В.В.Куликова, В.Т.Кравченко, Л.А.Крупника, В.А.Мельникова, Г.А.Прокушева, К.Ю.Репп, К.Н.Светланова, М.Н.Цыгалова, З.В.Якобсон и др.

Анализ сырьевой базы для получения закладочных смесей на подземном руднике БШК поззолил рекомендовать в качестве: связующего - цемент М 300 Магнитогорского цемзавода, гранулированный доменный шлак АО ММК; активизатора для граншлаков ММК - цемент М 300; заполнителя - отходы дробления пород вскрыши (ДСф), известняки Ху-долазского карьера и хвосты обогащения.

Возможность использования цеолитов юго-востока Башкирии (включая Сибайское месторождение) в качестве вяжущего, как показали исследования института "Унипромедь", не приносит требуемого эффекта,

а лишь усложняет процесс приготовления смеси.

Применение в качестве активизатора шлака АО ММК известково-белитового связующего (ИБС) А0"Сода" - г.Стерлитамак- увеличивает прочность закладки по сравнению с граншлаком в 1,8 раза, что недостаточно.

Отсевы дробления пород вскрыши (ДСФ) и известняков Худолаз-ского карьера представлены фракцией 0-5 мм, породный щебень фракцией 5-20 ми. Из твердых отходов Сибайской обогатительной фабрики в качестве заполнителя рекомендуется использовать класс +0,44 мм малосернистых обезвоженных хвостов, выделяя тонкодисперсную фракцию в кодичестве 35$.

Прочность закладки зависит от типа вяжущего и его расхода, вида заполнителя, срока твердения и количества воды. На основе анализа большого объема данных по подбору составов закладки для Си-байского рудника, включая исследования автора, института "Унипро-медь", Магнитогорской горно-металлургической академии были выведены зависимости для прогнозирования прочности в возрасте 28 суток на основе вяжущего:

цемента - Я а = А (Ц/В - 0,05; ( 9 )

шлаков АО ММК - = А КСм (ш +ц/в- 0,05) , ( Ю )

где А - коэффициент, характеризующий качество заполнителя;

ц,Ш и В - количество цемента, шлака и воды, кг;

Кц и Ксм- собственная активность цемента и смешанного вяжущего на основе шлака, МПа.

Заполнители характеризуются следующими показателями (А ): малосернистые хвосты обогащения - 0,13; породный отсев ДСФ и отсев известняка с пошлом его части (250 кг/м3) - 0,15; породный отсев ДСФ в сочетании части его помола и щебня 5-10 мм (300 кг/м3 каждого) - 0,2.

Активность смешанного вяжущего (1?см ) на основе шлаков ММК и активизации цементом описывается уравнением кривой 3-го порядка:

К*

(II)

& Ч + 0, 5 1

где Ч = Ш/Ш+Ц при Ш+Ц = 400 кг;

РцКш/Кц-Иш ; Кг = Йш/Кц - Дш. Собственная активность гранулированных шлаков АО ММК (

составляет 3,0 МПа. Из приведенных зависимостей по требуемой прочности закладки ( ; в определенный срок определяется необходимая активность смешанного вянущего (8ем) и далее соотношение шлака ( Ш ; к общему объему вяжущего:

Ч>,2* + °-5= (К^Й-иК,)/!?«. ( 12 )

Прочность закладки в другие нормативные сроки пересчитывает-ся по соотношению их логарифмов.

Расчет объема составляющих твердеющих смесей рекомендуется производить по методике МЦМ с учетом прогнозирования их прочнос-тей в зависимости от типа и количества компонентов.

В основу расчетов расходов компонентов закладки положены: метод абсолютных объемов, определение расходов по водоудерживающей способности и изменению прочности от типа и количества:

| Ос/Л = 1(1000); В=|ь:й1; (13)'

или ягз = } (6, Ои., 0Ш, Йсм),

где » Рс и а - расход, плотность и число компонентов закладочной смеси; - водоудерживающая способность их;

В - количество воды.

При этом предполагается, что все смеси должны удовлетворять требованиям транспортабельности, а именно минимально необходимого объема тонкодисперсной фракции (-0,14 мы). Для этого рекомендуется в составах с цементом доизмельчать в мельнице заполнитель в количестве 250-300 кг/м3.

На осноье изложенного разработано и рекомендовано б составов закладочных смесей, позволяющих получать необходимую прочность с заданными параметрами, используя при этом имеющиеся в наличии в рассматриваемый дамент компоненты закладочной смеси. Рекомендуемые составы учитывают изменение прочности и коэффициента использования смеси при превышении подачи воды более 400 л/и3.

Применительно к рассматриваемым условиям отработки пршсонтур-ных запасов приготовление закладочных смесей рекомендуется производить :

- с использованием временных закладочных установок упрощенного типа для отработки запасов в бортах карьера;

- со строительством постоянного закладочного комплекса для

отработки придонных и нижележащих запасов, позволяющего производить пошл шлака или части заполнителя и использовать линию подачи обезвоженных хвостов обогащения в смеситель.

Анализ всех полученных и возможных технологических схем позволил для рассматриваемых условий рекомендовать 4 основных варианта, базирующихся на различных системах разработки: Схемы I и I' - камерные системы разработки под рудным барьерным целиком для отработки соответственно прибортовых ( I ) и придонных ( I') запасов; Схема П - горизонтальные слои с закладкой и пригрузкой бор-

та породами вскрыши; Схема Ш - камерные системы разработки с закладкой под искус-

ственной потолочиной для отработки придонных запасов;

Схемы 1У и 1У' - варианты системы подэтажного обрушения с пригруз-кой борта и дна 11У') карьера породами ьскры-ши.

Все схемы отработки характеризуются следующим. Порядок отработки запасов последовательный, т.е. в первую очередь выемке подлежат запасы бортов карьера. Нормативная прочность закладки принималась: 90 суток для слоевых систем разработки, 180 - для камерных вариантов. Принятая конструкция систем предусматривает высоту обнажения по вертикали до 30-40 м и до 13-15 м по горизонтали. Длина камер ограничена 30-40 м. Доля твердеющей закладки в общем ее объеме составляет 65% для камерных вариантов и 50% - для слоевых. Искусственный барьерный целик мощностью 15 м в донной части формируется из закладки прочностью 3,0 МПа.

Все варианты предусматривают применение самоходного оборудования. Характеристика их приведена в табл.1.

В основу оценки технологических схем заложены "Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов и их отбору для финансирования (Л 7 - 12/4? от 31 марта 1994 г.;". Учитывая, что во всех случаях запасы, объемы добычи и срок отработки одинаковы, эффективность схем оценивалась согласно рекомендациям проф.В.А.Шестакова по прибыли, получаемой из I т балансовых запасов:

п - п ( II г > ^ )

пр = ' i - р 4 '

где цд - извлекаемая ценность;

Цд - 0,01 Су'сл (1-Р) &ЦСи;

С дп = А + Суо1, .

с«"л- условное содержание меди,/?; П и Р - коэффициенты потерь и разубожиЕания; £ - коэффициент извлечения металла в концентрат; Ц'и - цена I т жди в концентрате (принята 6,0 млн.руб/т); А и Суаг - условно-постоянные и переменные затраты на добычу и переработку рудной массы, руб.

Таблица I

Показатели по вариантам отработки приконтурных запасов карьера Сибайского месторождения

Схемы отработки запасов

Показатели прибортовых придонных

I п 1У I' Ш 1У'

Объем ПНР, и3Д000 т 38 73 52,5 34 29 48

Производительность труда, т/сн 43 26 39 45 45 40

Псочность закладки, !Ша 2,5 3,5 _ 3,0 3,0 -

Себестоимость добычи по системе, руо/т 24662 29140 20039 24672 28523 20053

Извлекаемая ценность

= По 97172 99694 91184 97686 97420 90824

Условная прибыль из I т балансовых запасов 72510 70554 70845 73014 68817 70771

При расчете сравнительной себестоимости добычи по вариантам учитывались только те затраты, по которым различаются варианты, а именно ПНР, управление горным давлением, предупреждение эндогенных пожаров и др. Стоимость закладки принималась в зависимости от расхода цемента, позволяющего получать необходимую прочность. В качестве базовой принята стоимость закладки по проекту при расходе цемента 200 кг/м3 - 59212 руб/т. Стоимость нетвердеющей породной закладки принята равной стоимости твердеющей за вычетом затрат на вязущее.

Результаты расчета приведены в табл.2.

Таблица 2

Себе стой изсть добычи I т руды по вариантам отработки приконтурных запасов Сибайского месторождения, руб

Схеш отработки запасов

Статья затрат

прибортовых

придонных

I П 1У I' Ш 1У'

Отбойка руды 7021 8729 8349 7021 7021 8349

Выпуск и доставка руда 3985 3985 3985 3985 3985 3985

Подготовительно-нарезные работы 2780 5341 3842 2488 2122 3512

Закладка выработанного пространства 8634 6873 - 8935 8935 -

Устройство пригру-жающего навала пород _' 1533 1094 _ _ 1164

Сооружение искусственного целика в дне карьера | щ 3867

Профилактическое заиливание _ 1220 — _ 1220

Прочие, 10% 2242 2649 1849 2243 2593 1823

Всего

2466^2 29140 20339 24672 28253 20053'

Прибыль, получаемая из I т балансовых прикарьерных запасов зависит от удельного содержания меди в руде

ПР » - в, С 15 )

где А1 и В - коэффициенты, характеризующие схеш.

Таблица 3

Величина коэффициентов по схемам отработки

Схема

Коэффициент

П

1У

I'

Ш

и'

А»

Б

48586 49847 45592 48843 48710 45412 24662 29140 2Ъ339 24672 28523 20053

Для приконтурных запасов с учетом содержания всех полезных

компонентов к перевода их в условную медь (более 2%) рекомендуются схемы отработки всех приконтурных запасов с применением камерных вариантов с закладкой под рудным барьерным целиком.

Экономическая эффективность рекомендаций по сравнению с базовым вариантом по критерию суммарной дисконтированной прибыли за весь срок отработки приконтурных запасов составил 48 млн.руб.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе в результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований решена актуальная задача по обоснованию технологии подземной отработки приконтурных запасов карьеров на основе совершенствования процесса управления горным давлением.

Основные научные и практические результаты исследований заключаются в следующем:

1. На основе анализа опыта отработки месторождений комбинированным способом, горно-геологических и горнотехнических условий Сибайского месторождения предложена классификация запасов за предельным контуром карьера по степени влияния карьера на технологию подземной отработки. В качестве классификационного признака принято удаление запасов от контура карьера.

2. Барьерные рудные целики в бортах карьера подвержены действию сил сжатия от подрабатываемых массивов бортов. Наибольшие напряжения фиксируются на внутреннем контуре целика. Величина напряжений в целиках на Сибайском подземном руднике невысокая (до 1012 Ша) вследствие разгружающего влияния зоны опорного давления

в шссиве дальней от откоса стенке камеры. При большой высоте целика ( > 80 м) возможно проявление эффекта изгиба, в результате чего растягивающие напряжения фиксируются на внешнем и внутреннем контурах.

3. Междукамерные целики в прибортоюй зоне испытывают носона-правленные нагрузки. При расчете параметров предлагается нагрузки на МКЦ определять методом суперпозиций: от веса столба пород до контура карьера и от призш сползания.

4. Потолочина в донной части при производстве очистных работ ниже уровня дна карьера деформируется как плита, нагруженная собственным весом, скальными породами, если создается пригрузка, и

продольными силам от деформирующихся массивов бортов карьера. Величина сжимающих горизонтальных сил зависит в основном от глубины карьера, угла наклона бортов и высоты камеры. Для условий Сибайского месторождения потолочину в основании карьера ¡южно рассматривать как жесткую круглую плиту, защемленную по контуру. Расчетом установлено, что потолочина мощностью более 8 ы будет устойчивой.

5. Искусственный массив, формируемый в прикарьерной зоне под защитой рудных барьерных целиков, вследствие различий деформационных характеристик, нагружен только собственным весом ^1-2,0 Ш1а). Заметно снизить нормативную прочность закладки наряду с оставлением барьерных целиков позволяет создание скальной пригрузки.

6. Из опыта освоения ценных месторождений комбинированным способом следует, что использование систем разработки с закладкой обеспечивает надежную стабилизацию подрабатываемых массивов пород в прикарьерной зоне, наиболее благоприятные условия для перехода с открытого на подземный способ разработки.

7. Для Сибайского месторождения возможно использовать для приготовления твердеющей . закладки отходы дробления Худолазского карьера, малосернистые хвосты обогащения. В составы на основе отходов обогащения для улучшения водоотдачи веодится полиакриламид ПА-8 объемом 0,09 кг/м3.

8. Прочность закладки'"определяется активностью цемента или*" смешанного вяжущего, соотношением вяжущего на основе шлаков и цемента зависит от доли шлака в общей массе вяжущего, активности шлака и цемента и изменяется по закону кривой 3-го порядка. На основе полученных закономерностей разработаны 6 составов с дифференцированным расходом цемента. Приготовление смесей целесообразно проводить на период отработки прибортовых запасов на временных закладочных комплексах, а на постоянном - основных подкарьерных запасов.

9. Для условий Сибайского месторождения рассмотрены 4 основные варианта отработки приконтурных запасов, включающие камерные системы разработки с закладкой под рудным или искусственным целиком, горизонтальные слои с закладкой и варианты подэтакного обрушения с пригрузкой пород. Экономическая оценка их по условной прибыли из I т балансовых запасов позволила рекомендовать варианты камерной системы с закладкой. Экономический эффект от внедрения результатов составит около 48 илрд.руб ^в ценах 1998 г. - 48 млн. руб.).

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Ярмухаметов З.Г.,Слащилин И.Т. Подбор составов твердеющей закладочной смеси. Межгосударственная научно-техническая конференция "Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века'.' Тезисы докладов. Магнитогорск: МГМА, 1936, с.71.

2. Ярмухаметов З.Г. Материалы и способы приготовления твердеющей закладки на Сяба'Аснои подземном руднике. Межгосударственная научно-техническая конференция "Проблемы развития металлургии Урала на рубеже XXI века". Магнитогорск:МГМА, 1996, с.160-166.

3. Калмыков Е.Н..йрмухакито* З.Г. Оцанка напряженно-деформированного состояния массива пород в процессе подземной отработки приконтурных запасов Сибайского карьера//Подземная разработка мощных рудных месторождений: Межвуз.сб.науч.тр. Магнитогорск: МГМА, 1997, с.32-37.

Якубов Б.И.,Артыкаев М.Р..Мещеряков Э.Ю.,Ярмухаметов З.Г. Статический контроль прочности закладки с учетом ее однородности на подземных рудниках//Подземная разработка ющных рудных месторождений: Межвуз.сб.науч.тр. Магнитогорск: МГМА, 1997, с.53-59.

5. Рыльникова М.Б.,Ярмухаметов З.Г. Обоснование методики экономической оценки эффективности технологических схем разработки прикарьерных запасов//Подземная разработка мощных рудных месторождений: Межвуз.сб.науч.тр. Магнитогорск: МГМА, 1997, с.82-89.

6. Рыльникова М.В. ,Слободяник Т.Я. .Ярмухаметов З.Г. Оценка напряженного состояния рудной потолочины в основании Сибайского карьера методами прикладной механики//Подземная разработка мощных рудных месторождений: Межвуз.сб.науч.тр. Магнитогорск:МГМА, 1997, с. 94-102.

7. Слободяник Т.М..Рыльникова М.В..Ярмухаметов З.Г. Обоснование параметров искусственного перекрытия в основании карьера методам прикладной мсхг.нчки: Мендунар.науч.-техн.конф. Экологические проблемы промышленных зон Урала: тез.докл. 25-30 мая 1997 г. Магнитогорск: МГМА, 1997, с.ЮЗ.