автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование устойчивых параметров камер при отработкезапасов руд в подкарьерной зоне системами с закладкой на основе учета профиля контура карьера

государственный комитет российской федерации по высшему ОБРАЗОВАНИИ россииосии университет дружбы народов

РГ 7 ОН_;_

На правах рукописи

- 6 янв

прохоренко вадим александрович

удк 622.274.1|6э

ОБОСНОВАНИЕ УСТОЙЧИВЫХ ПАРАМЕТРОВ КАМЕР ПРИ ОТРАБОТКЕ

ЗАПАСОВ РУД 8 ПОДКАРЬЕРНОИ ЗОНЕ СИСТЕМАМИ С ЗАКЛАДКОЙ НА ОСНОВЕ УЧЕТА ПРОвИЛЯ КОНТУРА КАРЬЕРА

05.15.02 - подземная разработка месторождения полезных ископаемых

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1995 г.

Работа выполнена в Московской государственной геологоразведочной академии (НУЦ) и Союзе новаторов и изобретателей (СОНИ)

Научный руководитель) кандидат технических наук,

доцент H.A. Боровков

Официальные оппоненты>

доктор технических наук, профессор A.B. Макаров) .

кандидат технических наук{ Н.Г. Бухаров

Ведущая организация - Государственный институт

hjwex TajxPtba ищх? яр 0£ttfvü£Tui> цветной металлургии

Защита диссертации состоится 28 Февраля 1995 г, в час на заседании 'диссертационного совета К 0S3.22.26

в Российском Университете дружбы народов по адресу< 117302, г, Москва, ул. Орджоникидзе, 3

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Российского Университета дружбы народов (117198, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, 6)

Автореферат разослан 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат химических наук, доцент

' В.Н. Чистохвалов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность роботы. Правильная эксплуатация месторождений полезных ископаемых и рациональное использование содержащихся в недрах минеральных богатств имекгг первостепенное значение для народного хозяйства нашей странн. Однако, использование запасов полезных чскопаемих многих рудных месторождения неудовлетворительное. Неблагоприятная -обстановка с полнотой и качеством извлечения запасов нз недр сложилась на Джезказганском ГПК, 'Гырныауэсксм БМК, ¡Чиргалимсайском. Тишинском и Зыря-новско'м рудниках. Так, например, по данным бившего МЦМ СССР потери ценнюс руд на Джезказганском ГМК и Ниргалимсайском руднике составляют более АО*, и связан«, в основном, с необходимостью оставления запасов руди в целиках. На Тырны'аузском ВМК, Эыря-новском и Тииинском рудниках, ведущих отработку месторождений комбинированным способом^, низкие показатели полноты и качества извлечения рудн из недр (потери в отдельных блоках достигают 30-40\, а разубожипание руди - 20-25*) вызваны несоответствием параметров очистных камер геомеханическим условиям разработки этих месторождений.

Одни?! из важнейших Факторов, определяющих геомеханическуи обстановку на месторождении, является напряженно-деформированное состояние (НДС) подрабатываемых массивов горных пород, которое в свои очередь определяет параметр« очистных камер. Как показал анализ опыта отработки месторождений комбинированным способом, на Формирование НДС подрабатываемых массивов горных пород подземными работами существенное влияние оказывает профиль контура карьера. Однако, в известных методах определения устойчивых параметров камер этот Фактор не учитывается, что приводит, как показал анализ практики отработки Тишинского и Зыряновского месторождения, к увеличении потерь и разубоживания отбитой руды из-за обрушений кровли и стенок камер в процессе очистных работ. Поэтому совершенствование метода определения устойчивых параметров камер с учетом влияния профиля контура карьера на НДС массивов горных пород для месторождений, отрабатываемых и комбинированным актуальным.

Цель работы заключается в повышении полноты и качества извлечения запасов полезного ископаемого из недр при отработке запасов руд в подкарьерной зоне с различной конфигурацией контура карьера.

Идея работы заклкчается в разработке научно-обосно-

ванного метола определения устойчивых параметров камер и целиков, учитывающего влияния открытых работ и контура карьера на НДС подрабатываемых массивов горних пород подземными работами.

Научные положения, защищаемые автором:

- на устойчивые параметры камерных систем разработки влияют особенности подрабатываемых массивов горных пород, вызванные изменением контура карьера в процессе ведения в нем очистных работ;

- с увеличением угла наклона борта карьера до его проектного конечного положения мощность зоны влияния карьера на ниже лежащий массив пород, расположенный под его дном, увеличивается по параболическому закону и зависит от коэффициента бокового ' распора, геометрических параметров карьера в поперечном сечении

и угла внутреннего трения по контактам пологой системы трещин в • массиве; '

- толщина барьерной потолочины между открытыми и подземными работами зависит от НДС массива горных пород, слагающих ее, прочностных и деформационных характеристик пород и геометрических параметров карьера и изменяется от этих Факторов по параболическому закону;

- значительные смещения в вертикальном направлении массива пород наблюдаются при более пологом угле наклона борта карьера, что соответствует профилю неравнобочной трапеции в поперечном сечении карьера (углы откосов бортов карьера неодинаковы), наибольшие смещения происходят на расстоянии 1/2-1/3 высоты борта от дна карьера.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов И рекомендация подтверждаются;

- применением комплексного метода, включающего:. анализ и обобщение достижения отечественной и зарубежной горной науки и практики; проведение натурных измерений методом разгрузки; экспериментов на моделях из эквивалентного материала; определение Физико-механических свойств горных пород; аппарат теории упругости и предельного равновесия; статистическую обработку данных с применением ЭВМ.

Научная новизна работу|;

- разработан метод расчета устойчивых параметров камер.и целиков в подкарьерном массиве с учетом конфигурации контура карьера;

- разработан метод определения мощности зоны влияния карьера на НДС массива пород, расположенным под его дном;

т получена аналитическая зависимость толщи» ш барьерной потолочины от 'прочностиих. деформационтос характеристик пород, слагающих ее, а_ также профиля контура карьера при постановке его бортов в конечное положение.

Практическое значение работи заключается в разработке инженерного метода расчета параметров камер и целиков, учитывающего влияние профиля контура карьера на НДС массива горних пород, расположенных под его дном.

Реализация результатов работ» состоит во внедрении в проект рекомендаций по снижению разубоживания отбитой руди в процессе отработки камерных запасов на подкарьерних горизонтах месторождения "Абыз" Карагандинского ГОКа (снижения разубоживания рудн породой и закладкой на 2-5*). Общие затрата по системе разработки от внедрения рекомендаций в пересчете на один блок снизится в 1,5 раза по сравнению с принятыми в проекте.

Апробация работу. Основние положения диссертационной работы докладывались на совещаниях лабораторий "Перспективных технологий" НУЦ "Недра" НГРИ (1988-1991 гг.). на научных конференциях профессорско-преподавательского состава МГРИ-МГГА в 1992-1994 гг.

Публикации. По содержании диссертационной работы опубликованы 3 статьи.

Объем работы

Диссертационная работа изложена на страницах машинописного текста, содержит ЗА рисунков и ^таблиц, состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего {01 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Подземная технология выемки приборговых запасов руды характеризуется применением двух основных вариантов!

1. Подземной добычей полезного ископаемого непосредственно с уступов карьера с одновременным использованием карьерного и шахтного оборудования. Это возможно при залегании прибортовых запасов со стороны нерабочего борта карьера. В этом случае часть нерабочих уступов по полезному ископаемому отрабатывают открытым способом, а затем - подземным с доставкой отбиваемой горной массы на борта карьера. В выработанном пространстве Формируют искусственный массив, чаще всего из твердеющей закладки.

2.' Оставлением части запасов, залегающей непосредственно в

борту в виде прибортового целика. Это возможно при наличии значительной протяженности рудного тела в прибортовой зоне. В этом случае капитальные подземные выработки обычно проходят из карьера.

В случае очень протяженной рудной залежи в прибортовой зоне возможна доработка этих запасов в две очереди. На первой стадии дорабатывают удаленную от борта часть рудного тела без подработки самого борта. Во втору» - оставшуюся часть, примыкающую к борту, после погашения борта карьера и демонтажа карьерных коммуникаций в зоне сдвижения.

Значительная часть запасов руды остается под дном карьера при совместной отработке месторождения открытыми и подземными работами. Эта тенденция наметилась в настоящее время в отечественной и зарубежной практике, что приводит к потерям ценной рулы. Анализ отечественного и зарубежного опыта доработки запасов руд прд дном карьера показал, что существуют технологии, позволяющие отрабатывать подкарьерные запасы и без оставления разделяющей потолочины (в зависимости от порядка отработки месторождения) . Для этого также используется закладка выработанного пространства, которая выполняет те же Функции, что и при выемке прибортовых запасов.

Это позволяет снизить сдвижение массива горных пород при его подработке в результате выемки запасов руд в прикарьерной зоне, потери устойчивости уступов в карьере и потолочине, стенках камер и целиков при ведении очистных подземных горных работ, т.е. возможность управлять напряженно-деформированным состоянием (НДС) массива горных пород.

При разработке рудных месторождений часть промышленных запасов руд остается за предельными контурами карьеров и нередко , под охраняемой территорией. Определяющий Фактор при выборе технологии и параметров их разработки - удаленность от карьера. Существуют две группы разработки таких запасов руд: охранного целика бортов карьера и за пределами охранного целика бортов карьера. Отработка охранного целика ведет к деформации бортов и снижению их устойчивости. В зависимости от степени взаимного влияния на устойчивость открытых и подземных выработок и особенностей технологии очистных работ. Их делят, на две зоны:

- первая - приконтурнче запаси, непосредственно прилегающие к пространству карьера (в борту или дне). иногда называемые переходной зоной;

- вторая (расположенная за приконтурными) - законтурные

отрабатыаится под защитой рудного или искусственного барьерного целика.

Мощность приконтурной зоны условно принимают равной размерам виемочного блока.

Разработку цент« руд в охранных целиках карьера ведут с закладкой выработанного пространства открыто-подземным или подземным способом. Схемы разработки охранних целиков различии. Предпочтительна заблаговременная отработка приконтурных запасов подземным способом камерными или слоевыми системами с'твердеющей закладкой. После создания искусственного массива достаточной ширины (40-50 м) осуществляется постановка открытыми работами откоса борта в предельное положение и дальнейшая отработка законтурных запасов в режиме совместной разработки подземными и открытыми подземными работами.

Из анализа опыта отработки запасов руд в прикарьерной зоне видно, что для применения совместного способа разработки открытыми и подземными работами необходимо исследовать напряженно-деформированное состояние подработанных рудного и рудовлиям-иего массивов горных пород. Это позволит интенсифицировать процесс выемки запасов руд в прикарьерной зоне и улучшить показатели извлечения руд из недр.

Поэтому с целью повышения Экономической эффективности отработки запасов руд в прикарьерной зоне и безопасности ведения гсрных работ открытым и подземным способами, необходимо решить следующие задачи:

- исследовать особенности НДС массива горных пород при совместном способе разработки месторождений открытыми и подземными работами;

- исследовать влияние профиля поверхности на НДС массива горных пород:

- оценить по величине и отобрать главные геомеханические Факторы, влияющие на устойчивость обнажений кам^р при выемке подкарьерных запасов руд:

- обосновать устойчивые параметры камер при совместной разработке запасов руд в прикарьерной зоне системами с закладкой на основе учета профиля контура карьера.

Исследования НДС массива горных пород и геомеханические особенности совместной разработки запасов руд проводили на эксплуатируемом Тишинском руднике ЛПК для рекомендации результатов применительно к условиям комбинированной разработки, проектируемого полиметаллического месторождения "Абыэ" Карагайлинского

ГОКа, в связи с тем, что по своим Физико-механическим свойствам руд и вмещающих пород месторождения аналогичны.

комбинированный способ разработки месторождения имеет своп специфику, заключающуюся в том, что рельеф поверхности искусственно изменяется в процессе ведения открытых работ. Это, очевидно, должно изменить существующее напряженно-деформированное состояние (НДС) массива горных пород под дном, и в бортах карьера. Указанную особенность необходимо учитывать при определении устойчивых параметров камер и целиков при отработке запасов на подкарьерных горизонтах.

В известных методах расчета устойчивых параметров камер при разработке мощных крутопадающих месторождений комбинированным способом влияние изменения контура на НДС массива горних пород, располагающегося под ним не учитывается. Поэтому, при выемке запасов подкарьерных горизонтов необходим учет этого Фактора для определения устойчивых размеров камер и целиков.

В качестве объекта исследований выбрано Тишинское месторождение Лениногорского полиметаллического комбината, на котором вопросы определения величины устойчивых обнажений рудного и породного массивов при их подработке приобрели особую актуальность при переходе очистных работ на нижние горизонты.

Тишинское месторождение является основной сырьевой базой Лениногорского полиметаллического комбината. Оно представлено мощными крутопадающими сплошными и вкрапленными рудными телами с неустойчивыми из-за рассланцеватости и хлоритизадии вмещающими породами. Месторождение отрабатывали комбинированным способом ; центральную часть залежи до 5 горизонта - открытым способом, а нижнюю часть - подземными работами (6.7 горизонты). В качестве основной системы разработки на 6. и 7 горизонтах применяли этажно-камерну» с последующей закладкой выработанного пространства твердеющими смесями и отработкой камер вкрест простирания. Ширину камер принимали 10-15 м, длину в зависимости от мощности рудного тела до 50-60 м. высоту - 45-55 м в зависимости от конструкции днища.

В дальнейшем, из-за преждевременной отработки предохранительного целика между открытыми и подземными работами.существенно осложнилось ведение очистных работ в камерах подземного рудника.

Причинами обруиений в камерах 6 й 7 горизонта явились > тектоническая нарушенность массива горных пород, которой подвержена верхняя часть месторождения, сейсмическое действие

\

вэривов при массовом варивании в карьере; попадание атмосферной и технической води по трещинам и тектоническим нарушениям из карьера в отрабатываемне участки месторождения, что повлекло за собой потер» устойчивости рудного массива из-за наличия в горных породах хлорита и серицита; наличие горизонтальных сжимающих напряжений, возникающих при разработке месторождений в горных районах.

В связи с аварийным состоянием камер на 5,7 горизонтах (около 40% камер обрушилось) ЛПК, ВНИИцветмет и Казгипроцветмет предложили оставить предохранительный целик мощностью 120 м (8,9 горизонты) и отрабатывать 10 горизонт в несколько очередей подзтажно-камерной системой разработки с уменьшенной высотой камер (15-30 м).

При переходе очистных работ на нижние горизонты на месторождении создалась специфическая геомеханическая обстановка, особенности которой заключались:

- в наличии сложного НДС массива горных пород, обусловленного ведением комбинированной отработки месторождения; оставлении мощного двухэтажного предохранительного целика; одновременным' ведением очистных работ в бортах карьера и под - предохранительным целиком;

- в наличии зон повышенной концентрации напряжений, приводящих к потери устойчивости кровли, стенок камер и целиков, вы-хоту обругаений о дно и борта карьера;

- в возрастании нагрузки на оставленный предохранительный целик, который находится в зоне продолжающейся подработки и надработки очистными работами.

Особенности НДС массива горных пород при комбинированном способе отработки месторождения зависят от ряда Факторов, оказывающих существенное влияние на его распределение. Эти Факторы необхоидмо учитывать при разработке месторождения на подкарьер-ных горизонтах и в связи с этим при расчете устойчивых параметров камер и целиков. К таким Факторам, как указывается в ряде работ, следует отнести: мощность и прочностные свойства оставляемого охранного целика (потолочины) между открытыми и подземными работами; характер его подработки; параметры камер и целиков, расположенных под охранным целиком: сейсмическое действие взрывов.

Существующие методики не рассматривают изменение НДС массива горных пород в подкарьерной зоне от профиля контура карьера, что необходимо учитывать при обосновании мощности

разделительного охранного целика, оставляемого в процессе веления совместной разработки запасов руда открытыми и подземными работами. Они не учитывают такой Факт, что при достижении откритими работами предельного дна карьера произойдет разгрузка массива в вертикальной и горизонтальной плоскостях, т.е. возникнут в потолочине (охранном целике) участки с большой концентрацией напряжений и абсолютно разгруженные. А это может повлечь за собой потерю устойчивости кровли и стенок камер., целиков, вынутых подземными работами.

Для того, чтобы обосновать параметры потолочины, а затем устойчивые параметры камер и целиков, расположенных под ней, необходимо определить величину составляющих компонент тензора напряжений природного статического поля.

Исследованиями естественного напряженного состояния массива горних пород на Тишинском месторождении методом разгрузки в варианте торцевих измерений, проведенные сотрудниками кафедры РМР и PM МГГА на уровне 13 горизонта в ортах 13.21 на глубине 650 м (с учетом профиля контура карьера), были определены главные компоненты природного поля напряжений

/,//// О О

Т= О 0,ъг(гИ+27) о

о О 0,32/гН + Ш»

гдеУН - соответственно удельный вес горных пород (ЯН/м ) и глубина разработки (м).

На месторождении Абиз предварительное поле напряжений изучалась нами по методу М.М.Гзовского по трещинам и разломам в карьере на рабочих уступах и в подземных геологоразведочных выработах. в которых также происходили обрушения и вывалы породы кровли и стенок.

Предварительное изучение природного поля напряжений по методике М.М.Гзовского показал, что главное максимальное напряжение горизонтально и ориентировано вкрест залегания рудных тел и вмещающих пород. Значение главной компоненты напряжения может достигать 2-кратных значений вертикальной компоненты. На участке массива под дном карьера напряжения горизонтального направления могут повышаться и достигать 2-кратных значений от их величины в нетронутом массиве на глубине. В днище карьера напряжения теоретически могут достигать А/'Н, что составляет для глубины 118-200 м около 11-12 МПа. Ведение подготовительных и очистных работ на этом горизонте в крепких рудах и вмещающих породах может вызвать дополнительную локализации

концентрации напряжения, составляющую 2-2,5 раза.

В результате перераспределения напряжений на участках массива, расположенных в днище карьера на удалении 40-50 м от него в кровле тграОоток ногут вить высокие напряжения, достигающие значений 20-25МПа. Поэтому на участке массива в днище карьера могут возникнуть локальные разрушения кровли выработок, пройденных в слабых породах, с небольшой динамикой. Здесь следует отметить, что вероятность таких динамических проявлений сильно уменьшится в массиве вблизи таких относительно слабых, но хрупких пород, различных глинистых прослоек, тектонических зон дробления, хлорит-серицитовых или других неупругих пород.

Для определения распределения напряжений в рудном массиве под дном карьера при разработке месторождения комбинированным способом воспользуется известным достаточно хорошо апробированным методом моделирования на эквивалентных материалах. Для правильной оценки распределения напряжений в массиве горных пород важную роль играет то обстоятельство, что выбранную модель необходимо изготовить таким образом, чтобы она по всем своим параметрам соответствовала реальным условиям отрабатываемого месторождения на момент проведения исследования. Моделирование проводилось для Тишинского месторождения, а ее результаты в дальнейшем рекомендовались для отработки месторождения Абыз.

В связи с поставленной задачей по определению распределег кия напряжений в рудном массиве поз дном карьера в зависимости от профиля его контура (угла погашения бортов карьера) нами были отработаны две модели. Выбор состава эквивалентного материала проводился по методике КГРИ.

На первой модели изучались деформационные, процессы в массиве горшос пород, расположенном непосредственно под дном карьера и в краевых участках дна карьера, в зависимости от.угла погашения борта карьера и ширит! его'дна. А также ■ на этой модели изучалась зона влияния профиля контура карьера (т.е. Фигура в сечении) на НДС массива горных пород на значительном расстоянии от дна карьера.

Модель отрабатывалась в два этапа) 1 этап - соответствовал ширине дна карьера, когда она еще не достигла своей проектной величины и где еще проводятся очистные работы на нижних рабочих уступах карьера (профиль карьера в сечении имеет неравнобочную трапеции). П этап - соответствовал проектной ширине дна карьера и углу погашения бортов карьера, когда в сечении карьер имел равнобочную трапецию. Следует заметить, что рабочие углы накло-

на борта карьера более положе, чем угол погашения борта. Углы наклона бортов карьера в лежачем и висячем боках пород выбирались одинаковыми. Тензометрические датчики и реперы метки располагали в бортах и под дном карьера - в непосредственной близости от дна карьера и на значительной глубине, соответствующей двум этажам.

Во второй модели определялись деформации и напряжения в подкарьерном целике (потолочине) в зависимости от принятых параметров камер, которые принимались в соответствии с проектом, разработанным институтом Казгипроцветмет и Лениногорским полиметаллическим комбинатом.

Новизна этих исследований заключается в том,*что были изучены деформационные процессы, вызванные неравномерным перераспределением напряжений разгрузки в участках массива горных пород под дном и в бортах карьера за счет ведения очистных работ на карьере и подземном руднике. При этом учитывались горно-геологические особенности разрабатываемого месторождения (наличие разделительного целика, трещиноватости, тектонических нарушений и т.д.).

При моделировании на эквивалентных материалах отработки Тишинского месторождения било выявлено, что:

- в процессе подработки дна карьера образуются зона концентрации напряжений в краевых областях дна карьера шириной равной удвоенной толщины потолочины и с коэффициентом концентрации 1,05-1,15, а также - зона разгрузки в середине потолочины ШИрИНОЙ 1,2-1,5 ТОЛЩИНЫ, ПОТОЛОЧИНЫ!

- значительные смещения в вертикальном направлении массива наблидаются при более пологом угле наклона борта карьера, что соответствует профилю неравнобочной трапеции в сечении карьера, т.е. углы бортов карьера неодинаковы. Наибольшие смещения" происходят на расстоянии 1/2 - 1/3 высоты борта от дна карьера.

Задача о влиянии профиля контура карьера на величину зоны разгрузки массива, расположенного под его дном, нами рассматривалась в связи с подземной отработкой запасов руды 6,7 горизонтов Тишинского месторождения для обоснования разделительного целика (потолочины) между открытыми и подземными работами. При доработке откоса восточного борта карьера до угла погашения 45* необходимо установить величину мощности зоны разгрузки пород, вследствие увеличения нирины дна до ее конечного положения. Это необходимо знать для обоснования устойчивых параметров камер и

целиков при отработке горизонтов, расположенных под дном карьера, так и лля доработки рудных залежей в прибортовой зоне.

Для установления величины мощности зоны разгрузки пород (М воспользуемся предпосылками, предложенными Зотеевым В,Г., при этом учитывая действие горизонтальных составляющих природного поля напряжения, характеризующихся коэффициентом бокового распора Су!). С учетом выше перечисленного мощность зоны разгрузки можно определить по Формуле (рис.1)1

(1)

' где ¿, у Йк - соответственно ширина по дну и проектная глубина карьера, м; . с(. " Угол погашения откоса борта карьера, град.! / р - переменная величина угла наклона борта карьера, характеризующая изменение профиля карьера в поперечном сечении (£ < Л ),град;

IР[ - угол внутреннего трения по контактам пологой системы трещин, град.

Анализируя, полученную Формулу (1) можно сделать вывод, что с увеличением наклона борта карьера до величины проектного угла погашение борта карьера зона влияния карьера на ниже расположенный массив горных пород будет увеличиваться по параболическому закону. При достижении угла значения мощность зоны разгрузки будет иметь максимальное значение.Из Формулы видно, что значение Ь зависит от геометрических параметров карьера Ц^/Нк) и коэффициента бокового распора (Я). На рис.2 представлены графики изменения относительной глубины зоны разгрузки (влияние карьера) массива, расположенного под дном карьера (ь/нк) от угла коэффициента бокового- распора [Л ) и геометрических параметров карьера (Ьф/Нк). графики построены для условий разработки полиметаллического месторождения Абыэ.

Из графиков видно, что с увеличением в 1,5 раза геометрических параметров (Ьд/Нк) значения относительной глубины зоны влияния контура карьера (разгрузки) на ниже расположенный массив увеличивается от 10 до 24*. а с увеличением коэффициента бокового распора в 1,3 раза уменьшается на 18-20*.

Установив .величину зоны разгрузки массива, расположенного под дном карьера, необходимо определить толщину предохранитель-

Рис. I. Схема определения мощности зоны разгрузки пород при ведении очистных работ в карьере ------- контур зон« разгрузки.

Рис. 2. Графики изменения относительной глубины

зоны разгрузки массива. расположенного под дном карьера (Ь/Нк) и угла наклона борта карьера: 1,2 - при /Нк»2 соответственно Л »1.5 и 2; 3.4 - /Нк»3 соответ-

ственно при тех же значениях Я. .

ного целика (потолочини), разделяющего открытые и подземные работы. Анализ существующих методик по установлению величины мощности потолочины показал, что они не учитывают такие важные факторы, как! влияние горизонтальных сжимающих напряжений природного поля на устойчивость потолочины, структура самой потолочины, состоящей из пачки слоев горных пород, расслаивающихся из-за деформации массива в результате его разгрузки.

На основании учета выше перечисленных Факторов и равенства действующих напряжений в потолочине пределу прочности пород, слагающих ее, на одноосное растяжение, толщины потолочины (в) можно определить

(хе* 4 {¿я и л), I = <г (¿?

п : - количество слоев горных пород, слагающих потолочину;

¡4 ~ соответственно средний удельный вес пород, слагающих

потолочину, кн/м и глубина от поверхности до кровли к. мер, м;

£ д - соответственно пролет камеры и прогиб кровли в центре камеры; М;

й - величина пригрузка от горного оборудования расположенного на уступах; МПа Кк ' . - коэффициент влияния контура профиля карьера на под-

карьерный массив пород, определяемый по Формуле (3). .

Анализируя Формулу (2) можно сделать вывод, что толщина предохранительной потолочины зависит от напряженно-деФормированного состояния массива горных пород, ее слагающих, их проч-ностых и деформационных характеристик и от параметров карьерной выемки.

Для снижения деформаций массива горных пород, расположенного под дном карьера, как.указывалось выше, применяют камерные системы разработки с закладкой различными по составу смесями и отработкой их в несколько очередей. Поэтому нами на основании моделирования, экспериментальных и аналитических исследований был произведен расчет ширины камеры (пролет) с высотой подэтажа 15 м для условий разработки Тишинского месторождения подэтажно-камерной системой разработки с последующей закладкой камер твердеющей смесь». Ширина камер определялась на основе образования зон неупругих деформаций между двумя выработками. Для этого использовались решения А.Н.Динника и В.Г. Гмошинско-

го. Расчет производился с учетом коэффициента влияния контура профиля карьера в сечении. Исходя из исследований особенностей напряженного состояния в боковых стенках выработки под действием сил рельефа поверхности, считая эти стенки подпорными и используя Формулы распора Кулона-Панселе, коэффициент влияния контура профиля карьера (Юс) для двух бортов карьера различной высоты примет вид:

Кк » 1+2Л*/ {2Н+ А,), . (3)

где: д /, - соответственно максимальная разность высотных отметок бортов карьера в профильных сечениях и высота очистной камеры, м. Установлено, что пролет камер для нижних горизонтов (9,10) Тишинского рудника можно увеличить на 2м (с Юм- по проекту до 12 м), при этом число камер в блоке следует уменьшить с пяти до четырех. что позволит сократить объем подготовительно-нарезных работ на 6Х. В случае совместной отработки месторождения (гор.6,7) под дном карьера открытыми и подземными работами при высоте камер 60 м и подработке в пределах одного блока длиной 60 м (4 камеры по 15 м), расчетная толщина разделительного целика по Формуле (2) составляет 40 м, что и было предусмотрено проектом и хорошо сходится с расчетами.

Для условий разработки комбинированным способом пожароопасного месторождения Абыз предусмотрена'отработка камер системой горизонтальные слои с закладкой пустой породой с ее последующим заиливанием, а отработка междукамерных целиков - системой слоевого обрушения, что позволит вести сплошную отработку запасов этажа и селективную выемку руды в камерах и целиках при низком уровне потерь и разубоживания соответственно 5 и 10*. В зависимости от мощности рудного тела выемку запасов этажа ведут по простиранию или вкрест простирания. В первом случае длина камер будет составлять 35-40 м, а ширина «деликов 12-15 м.

Разработанный метод расчета устойчивых параметров камер и целиков в прикарьерной зоне с учетом влияния профиля карьера и поверхности принят к внедрения в проекты Тшзшского и Абыз месторождений и позволил на Тишинском руднике снизить объем подготовительно-нарезных работ на 6*.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе дано новое решение актуальной научно-технической задачи разработки и внедрения метода опре- • деления устойчивых параметров конструктивных элементов камерной системы разработки, учитывающего влияние контура карьера на - НДС массива горных пород в процессе его подработки, позволяющего повысить безопасность ведения очистных работ при комбинированном способе добычи руд и показатели полноты и качества извлечения их запасов в прикарьерной зоне.

Основные научные и практические результаты выполненных исследования заключаются в следующем:

1. Характер напряженно-деформированного состояния рудного и рудовмещаюиего массивов в окрестностях очистных выработок зависит от рельефа поверхности, что необходимо учитывать при выборе оптимальных по устойчивости параметров камер.

Влияние рельефа поверхности естественной Формы (гористый) или искусственно созданной (карьер) вносит существенное изменение в распределении напряжений в околокамерном массиве.

2. Распределение напряжений в массиве горных пород неравномерно по простиранию рудного тела вследствие различной конфигурации контура профиля карьера.

3.. Соотношение плотностей массивов горных пород, слагающих борта карьера и находящегося под ее основанием, следует учитывать при определении параметров зоны влияния контура профиля карьера на НДС массива горных пород.

4. Впервые установлено, что распределение напряжений под дном карьера зависит от его геометрических параметров и разности высотных отметок бортов карьера.

5. Для учета влияния профиля поверхности в расчет устойчивых параметров камер и целиков рудного массива, расположенного под.дном карьера, следует вводить коэффициент влияния контура профиля карьера Кк, который зависит от высотных отметок и глубины разработки.

6. с увеличением угла наклона борта карьера до величины проектного угла его погашения мощность зоны влияния карьера на нижерасположенный массив горных пород под его дном изменяется по параболическому закону.

7. При достижении угла наклона борта своего предельного значения глубина зоны влияния карьера на НДС массива горных

пород под его дном будет максимальной и превышающей предельную глубину карьера на 10-24*.

8. Толщина барьерной потолочины зависит от НДС массива горных пород, ее слагающих, прочностных и деформационных их характеристик, параметров карьерной выемки и изменяется по параболическому закону.

9. Для Тишинского месторождения выполнен расчет камер и целиков с учетом коэффициента Кк, который показал, чго можно увеличить ширину камер с 10 до 12 м и уменьшить их количество в блоке с 5-ти до 4-х из-за их расположения в зоне разгрузки массива пород, расположенного под дном карьера горы.

10. Разработанный метод расчета устойчивых параметров камер и целиков в прикарьерной зоне с учетом влияния профиля карьера и поверхности принят к внедренгао в проекты Тишинского и Карагайлинского рудников и позволил снизить объем подготовительно-нарезных работ на 6%.

Основные положения диссертации опубликованч в следующих работах автора:

1. Прохоренко В.А. Влияние конфигурации карьера на параметры камер при комбинированной разработке месторождения.//В сб v "Новые достижения в науках о Земле" - М.: МГГА, 1993, С. 51

2. Прохоренко В.А. Определение мощности подкарьерной потолочины при комбинированном способе разработки месторождений с учетом НДС массива горных пород.//в сб. "Новые достижения в науках о Земле", - И.: МГГА, 1993 С. 106.

3. Сальников В.Л., Прохоренко В.А. Численное моделирование статических и динамических нагрузок на конструктивные элементы системы разработки.//В сб. Материалы Щ Международного симпозиума "Применение математических методов и компьютерной техники в геологии, горном деле, металлургии и смежных областях" - И.! МГГА, 1993 С. 44.

Vadim Prohhorenko (Rusuia(

"SUBSTANTIATION OF STABLE CHAMBER PARAMETERS IN MINING ORE RESERVES IN THE SUBQUARRY ZONE BY RUBBISH SYSTEMS, USING THE QUARRY COMTOUR PROFILE AS THE BASE"

This dissertation offer» a novel ¡solution for the pressing scientific and technical goal of developing and introducing a method for determining stable parameters of structural elements of the chamber system of mining. This method takes into account the influence of the quarry contour on the stress-deformed state of solid rock in the process of mining and increases clean-up safety in combined ore mining and the Mining fullness and quality indexea of ore mining in the quarry zone.

Вадим Прохоренко

"Обоснование устойчивых параметров камер при отработке запасов руд в подкврьерной зоне системами с закладкой на основе учета профиля контура карьера".

В диссертационной работе дано новое решение актуальной

научно-технической задачи разработки и внедрения метода определения устойчивых параметров конструктивных элементов камерной системыразработки, учитывающего влияние контура карьера на НДС массива горных пород в процессе его подработки, позволяющего повысить безопасность ведения очистных работ при комбинированном способе добычи руд и показатели полнота и качества извлечения их запавов в прикарьерной зоне.

18.01.95г;

Тир. 100 • Зан-. 42

Объем In. л.

Тип. РУДН,. Орджоникидзе» 3