автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Повышение эффективности разработки пологих маломощных рудных месторождений

л \itVv ^

% \ * Российская академия наук

Кольский научный центр ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ЛЮБИН АЛЕКСАНДР НЕСТЕРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТКИ ПОЛОГИХ МАЛОМОЩНЫХ РУДНЫХ МЕСТО РОЖДЕН ИИ

(На примере рудников АООТ «Севредмет»)

Специальность 05.15.02 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Апатиты 1998

На правах рукописи

ЛЮБИН АЛЕКСАНДР НЕСТЕРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТКИ ПОЛОГИХ МАЛОМОЩНЫХ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ (На примере рудников АООТ "Севредмет")

Специальность 05Л5.02 "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Апатиты 1998

Работа выполнена в Горном институте КНЦ РАН

Научный руководитель - доктор технических наук, проф.

В.А.Симаков

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Ю.А.Епимахов

кандидат технических наук А.А.Иванов

Ведущая организация - АООТ "Севредмет"

Защита диссертации состоится ...... 1998 г. в/Л.^?час

на заседании диссертационного совета К003.79.01 в Горном институте

Кольского научного центра РАН по адресу:

184200. г.Апатиты Мурманской обл., ул. Ферсмана, д. 24.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан ' " МсЯ^х-Р_1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук

О.Е.Чуркин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Для успешной конкуренции на внутреннем и внеш-м рынках минерального сырья горнодобывающим предприятиям необходимо раз-эатывать месторождения на основе эффективного использования природных, ма-эиальных и трудовых ресурсов. Практическая реализация этого положения ры-чной экономики в значительной степени зависит от решения технологических облем, обусловленных необходимостью постоянного совершенствования и техничного перевооружения добычного комплекса горных работ.

Несмотря на определенные успехи в создании новых систем разработки и вершенствование их отдельных конструктивных элементов технология очистной ;емки пологих маломощных рудных залежей характеризуется низким уровнем ме-низации основных технологических процессов добычи и высокими материальны-I и трудовыми затратами при их выполнении. Расходы на эту стадию горных ра-т составляют 40 -50 % полной себестоимости добычи руды. Удельный вес каждо-процесса по трудоемкости и себестоимости добычи зависит от системы разработ-. применяемой в соответствующих горно-геологических условиях, и колеблется в фоких пределах.

На долю процесса отбойки пологих маломощных рудных залежей прихо-тся более половины трудовых и стоимостных затрат очистной выемки. Кроме то. отбойка рудных залежей на ограниченную свободную поверхность в условиях жима" сопровождается дополнительными законтурными разрушениями пород 1ссива. что оказывает значительное влияние на формирование качества добытой ды. Поэтом}' выделение и исследование технологии отбойки, как важного звена чнологической схемы добычи руд пологих маломощных месторождений с после-вательностью, взаимосвязями и параметрами ее элементов является значимым еном в цепи решаемых задач по совершенствованию систем разработки.

Выбор в качестве объекта исследований месторождения руд редких метал-в Ловозерского щелочного массива обусловлен тем , что ему присуще сочетание льшого числа факторов, определяющих состояние горных работ на других место-ждениях руд цветных редких металлов.

В этой связи повышение эффективности добычи руд для условий этого ме-орождения актуально и имеет научно-практическое значение.

Целью работы является развитие методов повышения качества рудной 1ссы и создание эффективных технологических схем разработки пологих мало-)щных рудных месторождений.

Идея работы заключается в учете влияния параметров элементов техноло-и отбойки и способов очистной выемки рудных залежей при оруденении, зату-

хающем по мощности к границам контура, на формирование содержания полезнс компонента в рудной массе и повышение показателей эффективности очистных [

бот.

Методы исследований включают анализ и обобщение науч1 технической информации, изучение нормативно-методических документов, про) водственные наблюдения, аналитическое обоснование параметров технологии, г робащпо новых технологических схем разработки в производственных условн технико-экономическую оценку результатов исследований.

Научные положения, защищаемые в диссертации: оптимальное значение содержания полезного компонента в рудной ма< при очистной выемке пологих маломощных рудных залежей с затухающим по мо ности к границам кошура их оруденением определяется высотой очистного п] странства и соответствующим значением коэффициента зажима взрывной отбойм дополнительные разрушения конструктивных элементов системы разраб ки в зоне расположения торцевых частей заряда при оформлении стенок щеле! выработки методом недозаряжания шпуров определяются степенью проявления : фекта "торцевого зажима";

повышение эффективности технологии добычи руд в узких забоях досги ется взрывосортировкой руды и породу размещением их в зонах производитель! работы доставочного оборудования, конструктивное оформление которых произ дится одновременно с отбойкой рудной залежи.

Научная новизна работы заключается в следующем: установлена закономерность изменения ценности рудной массы в очисти забоях от высоты очистного пространства и соответствующего значения коэффи ента зажима, которая использована в типовых методиках при определении пока т слеп эффективности технологии добычи руд в узких забоях;

установлена закономерность разрушения пород массива в зоне располо ння торцевых частей заряда от параметров буровзрывных работ, которая позвол определить дополнительные разрушения конструктивных элементов системы ра? ботки;

установлена закономерность взрывосортировки руды и подрываемых по лежачего бока с размещением их в зонах производительной работы доставочн оборудования, конструктивное оформление которых производится одновремен» отбойкой рудной залежи и пород лежачего бока.

Достоверность научных положении, рекомендации и выводов, (и женных в диссертации, обоснована:

использованием комплексной методики исследований, предусматриваю) решение цикла аналитических задач с последующей проверкой их в производсп ных условиях при внедрении разработанных методов и способов повышения эфе тивности технологии разработки пологих маломощных месторождений;

результатами проектной проработки рекомендаций и внедрением их в п тику работы рудников АООТ "Севредмет";

удовлетворительной сходимостью расчетных -значений параметров с ре-льтатами опытно-промышленных испытаний.

Научное значение работы состоит в том, что:

закономерности изменения эффекта "зажима" от сочетания параметров бу->взрывных работ и свободной поверхности позволяют управлять показателями (фективности отбойки в узких забоях, установленные зависимости качественных и личественных показателей эффективности отбойки руд во взаимосвязи с законо-;рностью распределения полезного компонента по мощности рудовмещающего 1ссива позволяют обосновать оптимальные параметры элементов технологии очи-ной выемки маломощных месторождений.

Практическая ценность работы состоит в разработке:

методики расчета параметров буровзрывных работ в узких забоях, которая пволяет для конкретных горно-геологических условий обосновать рациональную хнологию отбойки рудовмещающего массива;

технологии оконтуривания внутриблоковых целиков прямоугольной формы елевыми выработками при проведении их методом недозаряжания шпуров;

новых вариантов панельно-столбовой системы разработки, расширяющих »ласть эффективного применения самоходного оборудования при добыче руд поло-маломощных месторождений.

Реализация результатов работы. Основные положения диссертационной |боты отражены в технологических регламентах, на основании которых институ-1М Гиредмет выпущены проекты отработки Ловозерского месторождения рудника-и АООТ "Севредмет". При применении панельно-столбовой системы разработки с лективной отбойкой рудной залежи и пород лежачего бока по сравнению с вало->й отбойкой их прибыль с 1 т балансовых запасов 1-го шахтного поля Умбозерско-I участка месторождения увеличилась на 11 %. Переход рудника "Карнасурт" на эименение камерно-столбовой системы разработки при выемке балансовых запа->в нижних горизонтах Карнасуртского участка месторождения обеспечил устойчи->сть обнажений в очистных выработках при росте прибыли с 1т погашенных ба-щеовых запасов на 18 % по сравнению с применением в этих условиях сплошной гстемы разработки с поддержанием кровли очистного пространства органно-стовой крепью.

Апробация. Основные результаты выполненной работы, а также отельные : положения докладывались и обсуждались на заседаниях Горной секции Ученого )вета Горного института КНЦ РАН, на научно-технических советах Ловозерского ЭКа, на V Всесоюзной конференции молодых ученых "Интенсификация горноруд-)го производства" (Свердловск, 1991), на конференции, посвященной 80-летию ПТА "Наука и новейшие технологии при освоении месторождений полезных иско-1емых на рубеже XX - XXI в." (Москва, 1998).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 1 онографня и 1 авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четыр глав и заключения, изложенных на 151 страницах машинописного текста, содерж 30 рисунков, 15 таблиц и список использованной литературы из 106 наименований

Основное содержание работы

Вопросы повышения эффективности технологии разработки рудных мест рождений подземным способом обобщены в работах академика М.И.Агошкова, ч; корр. РАН Д.М.Бронникова, Д.Р.Каплунова, докторов технических на

B.Р.Именитова, Г.Н.Попова, В.В.Куликова, А.Ф.Назарчика, В.А.ШестакоЕ

C.Л.Иофина, Е.П.Панфилова, Н.Х.Загирова, Г.Г.Ломоносова, А.А.ПетросоЕ Э.И.Богуславского, Д.П.Лобанова, В.А.Симакова, И.А.Ковалева, Г.А.Маркова, ка дидатов технических наук Л.И.Бурцева, Е.Л.Блюма, В.И.Левина и др. Большой об см исследований по повышению эффективности технологии разработки пологих м ломощных рудных месторождений представлен в работах докторов технических н ук А.И.Ляхова, Н.Г.Дубынина, И.И.Бессонова, А.В.Ловчикова, кандидатов технич ских наук Л.А.Мамсурова, В.Н.Боборыкина, А.И.Калашника.

В зависимости от поставленных задач по совершенствованию систем разр ботки рудных месторождений авторы исследований выделяли определенные наиб лее существенные особенности технологии разработки соответствующего типа ру ных месторождений, что позволило им детально исследовать отдельные элемет составляющих звеньев общей технологической схемы добычи руды и учитыва степень их влияния на весь комплекс технологических процессов горного произво ствл.

На основе такого подхода к решению задач повышения эффективности си тем разработки месторождений были достигнуты определенные успехи в оптимиз ции параметров и совершенствовании технологии горных работ. При этом ере; многих исследуемых вопросов технология отбойки рудовмещающего массива в у ких забоях занимала одно из важных мест, поскольку доля затрат в себестоимосп металлов от разубоживания по ряду рудников достигает 40 %. Совершенствован) этого звена технологической схемы разработки месторождений позволяет влиять 1 качество руды и показатели эффективности последующих технологических проце сов.

Анализ технико-экономических показателей систем разработки, широ! применяемых при добыче руд пологих и наклонных месторождений средней мог ности. показал, что использование самоходного оборудования на всех технологич ских процессах добычи позволяет значительно повысить показатели эффективное! стадии очистной выемки. Нижняя граница эффективного применения такого обор; дования с валовой выемкой руды и прирезаемых пород соответствует мощност рудных залежей, равной - 3 м.

Для разработки месторождений меньшей мощности с применением сам ходного оборудования обычно переходят на технологию очистной выемки с селе

вной отбойкой рудной залежи и вмещающих пород. В этом случае отбойка рудов-щающего массива производится на ограниченную свободную поверхность. Такие товия добычи руды отражаются на показателях эффективности взрывных работ, скольку взрыв зарядов на выброс в узком забое сопровождается эффектом 1жима".

Пределы ширины свободной поверхности, после которых прекращается кяние эффекта "зажима" в настоящее время не обозначены. По данным исследо-яий разных авторов эти значения изменяются от 1 до 8 м.

Корректировка параметров буровзрывных работ для разной мощности руд-[.\ залежей производится путем использования соответствующих значений коэф-циентов зажима. В нормах технологического проектирования рудников и в мето-ческих рекомендациях разных авторов для одинаковой мощности значения этого зффициента различны. При этом в нормах технологического проектирования руд-ков его значение не превышает 1.5. Однако из практики известно, что при отбой-на свободную поверхность минимальных размеров величина этого коэффициента ;тнгпет 4-х и более. На такую же величину растет удельный расход ВВ и объем зовых работ по сравнению с отбойкой на неограниченную свободную поверх-лъ. Ухудшение показателей отбойки с уменьшением ширины свободной поверх-гти оказывает значимое влияние на показатели эффективности очистной выемки 1ных залежей при разработке пологих маломощных месторождений.

Для разработки методов и способов эффективной добычи руд в узких забо-необходимо было решить следующие задачи:

- выполнить дифференциацию горно-геологических условий шахтных полей цшков АООТ "Севредмет" на зоны по критерию эффективной их отработки с пемзованием известных из опыта горных работ технологий очистной выемки и зеновать необходимость совершенствования систем разработки пологих мало-щных рудных месторождений;

- исследовать влияние параметров элементов технологии отбойки и законо-рности распределения полезного компонента по мощности рудных залежей Лово-юкого месторождения на формирование качества рудной массы в очистных забо-

- разработать метод определения параметров буровзрывных работ в узких

юях;

- обосновать оптимальные параметры элементов технологии очистной вы-ш при добыче руд шахтного поля рудника "Карнасурт";

- разработать эффективные способы очистной выемки маломощных участ-! шахтного поля рудника "Умбозеро" с использованием самоходного оборудова-

I;

- провести опытно-промышленные испытания и оценку эффективности ос-!ных рекомендаций при совершенствовании камерно-столбовой и панельно-лбовой систем разработки на рудниках АООТ "Севредмет".

Проведенная дифференциация и анализ геологического строения рудш залежей Ловозерского месторождения показали наличие в границах шахтных пол рудников АООТ "Севредмет"условий, позволяющих в широком диапазоне провес исследования по повышению эффективности технологии разработки пологих мал мощных рудных месторождений с затухающим по мощности к границам конту] рудной залежи оруденением. При этом было установлено, что шахтное поле рудни "Карнасурт" и 53 % шахтного поля рудника "Умбозеро" по мощности рудных зал жей и углу падения их являются относительно неблагоприятными для использов ния как самоходного, так и переносного оборудования. Кроме того, эти рудные з лежи можно отнести в категорию, которая характеризуется отбойкой в услови '"зажима", поскольку мощность всех рудных залежей Карнасуртского и рудной з лежи Ш-14 Умбозерского участков месторождения изменяется в диапазоне соотве ственно 0.4 - 0.9 и 1.0 - 4.0 м. Изучение такой модели месторождения позволи. сделать вывод о существовании закономерности изменения содержания полезно компонента в рудной массе от характера распределения его по мощности рудовм щающего массива и высоты очистного пространства.

При отбойке рудовмещающего массива в условиях "зажима" значительн часть энергии взрываемых зарядов расходуется на сейсмическое воздействие глубь массива и переизмельчение отбиваемой руды. Характер воздействия взрыва мых зарядов на вмещающие породы влияет на изменение параметров законтурщ разрушений в призабойной зоне массива. Поэтому оптимизацию высоты очистно пространства необходимо производить с учетом характера изменения содержат полезного компонента в рудной массе от параметров буровзрывных работ, котор! влияют на объем разрушения рудовмещающего массива при взрыве заряда ВВ 1 выброс. Масса заряда нормального выброса связана с величиной объема разруш ния через параметр глубины его заложения. Результаты взрыва на ограниченну свободную поверхность корректируются соответствующим ей коэффициентом з жима.

Во всех признанных в настоящее время нормативно-методических рек мендациях явление "зажима" характеризуется через изменение удельного расхо, ВВ. Из чего следует, что все результаты исследований взрывов в узких забоях бьи направлены на обоснование влияния ширины свободной поверхности на изменен: удельного [исхода ВВ. Несмотря на большое количество работ по оптимизации в] смочной мощности рудовмещающего массива исследований влияния удельного ра хода ВВ и параметров элементов технологии отбойки на ее формирование не пров дилось. Без таких исследований решение задачи по оптимизации высоты очистно пространства будет некорректным.

При постоянной ширине свободной поверхности удельный расход ВВ на с бойку единицы объема взрываемой среды будет зависеть от глубины заложения з ряда. Для оценки степени влияния различной глубины заложения заряда на форм рование зон разрушения и трещинообразования в гтриконтурном массиве очистно

юстранства на руднике "Карнасурт" были проведены промышленные экспсримен-,1.

Методика проведения эксперимента включала определение напряженного |стояния массива, параметров зоны разрушения и трещинообразования в кровле 1истного пространства от взрыва шпуровых зарядов при изменении расстояния от юбодной поверхности до оси шпура. На 12 уступах было проведено 4 серии опы-1в. Начальная высота забоя всех уступов была одинаковой и соответствовала 0.8 м. тчение ее было выбрано из условия обеспечения минимальной высоты очистного юстранства при пологом падении месторождения, которая регламентируется нор-тгивными документами.

При проведении опытов шпуры в забое располагали по схеме, применяемой 1 ру днике - два ряда по мощности рудной залежи и одиночно-последовательное рывание. Расстояние между шпурами в верхнем и нижнем рядах изменялось от 4 до 0.7 м через каждые 0.1 м, а между рядами не менялось и во всех сериях опы-1в было равно 0.8 м. Шпуры бурили диаметром 43 мм и глубиной 2.6 м. В качестве В использовали применяемый на руднике детонит М в патронах диаметром 36 мм.

Для оценки влияния пространственного расположения шпуров в забое на [рактер формирования высоты очистного пространства в каждой серии опытов по тке 0.5 х 0.5 м измеряли его высоту.

После статистической обработки выполненных замеров была установлена ^реляционная зависимость вида:

а =1/(1-07-1.21/) при 0.4 < /<0.8, (1)

е ¿1 - высота очистного пространства, м; I — расстояние между шпурами в ря-|.\. м.

Индекс корреляции в исследуемой зависимости составил 0.93.

График полученной зависимости представлен на рис. 1. На этом же рисунке >казаны значения высоты очистного пространства, полученные при расположении I одинаковых глубинах зарядов разной массы.

Из анализа рис. 1 следует, что с увеличением глубины заложения заряда за-[нной массы объем разрушения пород массива увеличивается, а при изменении юсы его изменение высоты очистного пространства для одинаковых параметров тки расположения шпуров незначимо по сравнению с изменением ее значения от убины заложения заряда. Следовательно, при взрыве заряда ВВ постоянной массы конструкции с разной глубиной заложения его меняется степень нарушенности шконтурного массива в связи с изменением величины давления и времени дина-1ческого воздействия взрыва в зонах контура горной выработки.

Установленная зависимость (1)позволяет через значение высоты очистного остранства косвенно определять зависимость содержания полезного компонента в

]' Ш2 С

Рис. 1. Изменение высоты очистного пространства от расстояния между з рядами в ряду при двух рядном расположении их по мощности рудной залежи. 1. и 3 - значение параметра при диаметре шпуров соответственно 43, 40 и 36 мм; 4 график корреляционной зависимости при диаметре шпуров 43 мм.

рудной массе от расстояния между зарядами в ряду. Такие расчеты были выполнеь во взаимосвязи с корреляционной гиперболической зависимостью изменения с держания полезного компонента по мощности в каждой из рудных залежей Карн суртского и Умбозерского участков Ловозерского месторождения.

Описание изменения среднего содержания полезного компонента в проце тах от объема рудной массы отбитой в лежачем и висячем боках при соответству] щей высоте очистного пространства производили с использованием стандарта функции

А + Вт Вт В + (АС - В) 1п(1 + Ст)

■--------с1т = ---- +-------------,

1 + Ст С С

; га -расстояние от маркирующей плоскости до границы контура одного из боков лежи. м; А. В и С - постоянные коэффициенты, значения которых определяются шдартными методами регрессионного анализа.

Зависимость глубины заложения заряда (л.н.с) от расстояния между шпу-ми в ряду определяли из рассмотрения соотношения элементов геометрических 1гур. формируемых сеткой расположения шпуров.

При двухрядном расположении по мощности и одиночно-последовательном рывании зарядов значение л.н.с. определяется функциональной зависимостью:

2о £

щ = 7=="=™ . (3)

л!Г;+4а

е О,- высота очистного пространства (при С1= ш - мощность рудной залежи), м.

Для произвольных типов ВВ условие согласования веса заряда ВВ и л.н.с. ъективно отражает зависимость

/С=1 Ж = ИЛ, 7 (4)

при Ж =

7 0.25Я-А

е и У1Л - глу бина заложения зарядов в условиях соответственно благопри-

ных и неблагоприятных для взрыва нормального выброса; - диаметр шпура

[и скважины при ¡-ом диаметре коронки, м; А - плотность заряжания, кг/м3; С[ -[Счетный удельный расход эталонного ВВ (аммонит 6ЖВ) для заряда нормального ■гороса, кг/м\ е - коэффициент работоспособности ВВ; - коэффициент зажи-

Решая совместно равенства (3) и (4), определим из выражения

г /2,

= (5)

Из анализа формулы (5) и результатов эксперимента следует, что при про-IX равных условиях с увеличением расстояния между зарядами в ряду значения

коэффициента зажима будут улучшаться (уменьшается его величина), а качество о битой руды ухудшаться (уменьшается содержание полезного компонента в не* Следовательно, при определенных сочетаниях параметров буровзрывных работ контура рудовмещающего массива по мощности его, коэффициент зажима буд| иметь свои конкретные значения. Среди множества этих сочетаний можно выбра такие параметры их элементов, при которых значение коэффициента зажима буд минимальным. Технологически это условие можно осуществить путем подбора ди метра буровой коронки к определенной сетке расположения зарядов в конкретнь условиях. Существующие в настоящее время методики и нормативные документ не предусматривают проведение такого подбора во взаимосвязи с коэффициенте зажима. Обычно значение коэффициента зажима устанавливается в зависимости < ширины свободной поверхности.

Для общего случая расположения зарядов в забое введем обозначения и дексов 1 и | при вариантах отбойки с разными соответственно диаметром коронок числом рядов в забое.

При отбойке рудных залежей ограниченной мощности заряды в очистнь забоях располагают рядами по их мощности. Обычно количество рядов не быва меньше двух. В определенных диапазонах мощности условия отбойки не соответс вуют кратному числу располагаемых по мощности рядов. Это обстоятельство пр водит к дополнительному увеличению удельного расхода ВВ при отбойке на огр ниченную свободную поверхность, поскольку удельный расход ВВ зависит от степ ни соответствия ширины свободной поверхности условиям нормального выбро заряда ¡-го диаметра и степени смещения его относительно оси симметрии эт< плоскости. В общем случае эффект зажима можно выразить в виде функции н скольких переменных.

где [ - коэффициент крепости пород: Р( Д//^, ^ ) - функция, устанавливают зависимость коэффициента зажима от влияния ширины свободной поверхнос ( М,) и степени соответствия ее параметра условиям кратного расположения з

рядов в ней . Следовательно, степень влияния этих факторов на изменен;

значения удельного расхода ВВ будет косвенно характеризовать эффект "зажима При этом понятие коэффициент зажима будет интегрировать факторы , характер зующие изменение удельного расхода ВВ.

Введем параметр ]-ой сетки расположения зарядов в забое - коэффицие

кратности зарядов по мощности рудой залежи (/^ ..), который будет характериз

зать степень соответствия фактической ширины свободной поверхности возможности размещения кратного числа зарядов в этой плоскости (контурах рудной залежи) при ¡-ом диаметре коронки. Его величину определим из выражения

= Мг (6)

где Мг' фактическая ширина свободной поверхности, м; ц.. и (2^ - соответственно число зарядов в ^ом варианте их расположения по мощности рудной залежи и расстояние между ними при ¡-ом диаметре коронки, ряд. и м/ряд.

Расстояние между рядами определим по известной формуле

а„ = ж т, - а)

где щ. ~ + ' " коэффициент сближения зарядов.

Если фактическая ширина свободной поверхности позволяет расположить в забое кратное число рядов с благоприятными условиями для взрыва зарядов, то во всех рядах, кроме крайних, их можно рассматривать как заряды нормального выброса. В этом случае глубину заложения заряда можно определить из выражения (4) при условии, что к2 = 1. После подстановки правых частей формул (4) и (7) в (6) получим зависимость вида:

7 с1,т№Ру-*) [025лА

ь—иг-кг-

Энергия взрыва крайних зарядов в ряду частично расходуется на сверхнормативное

измельчение горной массы в объеме воронки полураствора, которая формируется в приконтурной зоне массива. Выброс породы из этой части ее осуществляется в основном за счет статического давления взрывных газов (поршневое действие). Параметры воронки взрыва расположенных таким образом зарядов' зависят от многих фаеторов: ширины свободной поверхности, глубины заложения заряда, физико-механических свойств пород и др.

Для учета влияния доли смещенных к краям свободной поверхности зарядов на удельный расход ВВ в общем объеме отбиваемой руды введем второй параметр ¡-011 сетки расположения зарядов - коэффициент доли крайних зарядов в общей

схеме их расположения по мощности рудной залежи (), значение которого определим из отношения числа рядов к числу отрезков свободной поверхности между рядами по мощности.

ку = при/(при-'). (9)

где . - число зарядов в j-om варианте их расположения по мощности

рудной залежи при i-ом диаметре коронки, ряд.

Суммарный коэффициент зажима (/сау) ПРИ взрыве колонкового заряда,

расположенного параллельно свободной поверхности с ограниченной ее шириной будет равен произведению коэффициентов кратности зарядов по мощности рудой залежи и доли крайних рядов в общей схеме расположения зарядов.

к,г k¡;i,kU] (10)

Подставив правые части уравнений (8) и (9) в (10) и выполнив соответствующие преобразования, получим зависимость

i í/i yipíj Wlj

Mf i qoe

0.25л-А

(И)

Из анализа формулы (11) следует, что на величину коэффициента зажима кроме ширины свободной поверхности влияют параметры элементов технологии отбойки и физико-механические свойства пород массива.

При заданных условиях разработки месторождения и принятой технологии

ведения взрывных работ (параметры / > ^•> Нр ' ^ ^' известны) значение

/(^ из формулы (11) подставим в формулу (4) и после соответствующих преобразований получим зависимость

Mf di [0.25лЛ

w,j = J-zr¿77rJ"z—■ (»2;

npiJm ]] q/

Установленная аналитическая зависимость (12) позволяет для конкретных орно-геологических условий и принятой технологии ведения горных работ объек-ивно обосновать параметры буровзрывных работ, при определении которых учи-ывается закономерность изменения влияния эффекта "зажима" на показатели эф-)ективности отбойки рудовмещающего массива в узких забоях.

На основании результатов исследований проявления эффекта "зажима" при ¡тбойке в узких забоях была разработана методика определения параметров буро-;зрывных работ. Она отличается от известных и используемых в нормативно-штодических документах тем. что позволяет для конкретных горно-геологических словнй обосновать параметры буровзрывных работ, при которых значение коэффициента зажима будет рациональным, учитывающим взаимосвязь технологии от-¡ойки рудовмещающего массива с его физико-механическими свойствами и шири-юи свободной поверхности. Однако полностью избежать этого явления невозмож-ю. поскольку в узких забоях основная масса расходуемого ВВ при очистной выемке [ли проведении нарезных выработок располагается по линиям контура рудовме-цающего массива.

При взрывании в горной среде зарядов ВВ на всю длину шпура или сква-кнны эффект "зажима" проявляется в угловых зонах формируемой горной выработки. которые образуются в торцевой части заряда и на границах свободной поверхности. В очистных забоях угловой зажим в торцевой части заряда снимается располо-кением его под соответствующим углом к груди забоя. По данным наблюдений в »чистных забоях рудника "Карнасурт" явление "зажима" отсутствует при угле отко-:а уступа лавы 65 - 60°, что соответствует минимальному углу полураствора ворон-:и взрыва 25 - 30°.

Для преодоления угловых зажимов в торцевой части заряда при проведении целевых выработок методом недозаряжания шпуров или скважин необходимо уве-шчить вес заряда за счет увеличения его длины. С учетом глубины заложения заря-

1а ( ) и минимального значения угла полураствора воронки взрыва ((%)

юлнительную длину заряда в торце его можно определить из выражения

ы = аз)

Тогда коэффициент углового зажима в торцах заряда при проведении выработки методом недозаряжания будет равен

кх = I +2щtg ОСтт I Вп • <14)

где - ширина щелевой выработки, м.

Из анализа формулы (14) видно, что при заданных физико-механически: свойствах горной среды значение коэффициента углового зажима в торцах заряд, изменяется прямо пропорционально глубине заложения заряда и обратно пропор ционально ширине щелевой выработки.

При окошуривании внутриблоковых, околоштрековых и междублоковы: целиков шпуровыми зарядами их расчетная ширина должна быть увеличена на ве личину размера зоны нарушенных пород, величина которой составляет не менее 0.! м при взрыве на две свободные поверхности. В связи с необходимостью ликвидащн углового зажима в плоскости стенок щелевой выработки, проходимой методом не дозаряжания шпуров или сква-жин, производится увеличение в них длины заряда Со стороны устья шпура дополнительный вес заряда приходится размещать в цели ке на глубину А/. В этом случае расчетная ширина целика должна быть увеличен; на эту величину.

В условиях шахтного поля рудника "Карнасурт" наиболее часто необходим« оконтуривать внутриблоковые целики размером 1x4 м. Применение метода недоза ряжания шпуров по сравнению с фронтальным методом проведения щелевых выра боток позволило в 1.6 раза снизить трудоемкость выемки 1 м3 рудной массы пр] оконту ривании целиков такого размера. С учетом выполнения условия ликвидацш углового зажима в плоскости стенок щелевой выработки минимальная ширин; внутриблокового целика при применении камерно-столбовой системы разработки н; руднике "Карнасурт'составит

Атш=1.3+ (15

где Атт - минимальная величина внутриблокового целика вкрест простирания рудной залежи, м.

По простиранию рудной залежи параметр внутриблокового целика опреде лястся, в основном, удобствами технологии очистных работ и размерами структур ных неоднородностей массива на участке месторождения.

Применение камерно-столбовой системы разработки на рудник« "Карнасурт" обеспечило устойчивость обнажений в очистных выработках при сни же ни и себестоимости добычи 1 т руды. Однако, необходимость поддержания кровл! целиками и оставление их в очистном пространстве сопровождается экономически!* ущербом от дополнительных потерь балансовых запасов месторождения. Кроме то го. взаимосвязь изменения ценности рудной массы с затратами на ее отбойку можн( учесть при использовании в качестве критерия оценки эффективности системы раз работки максимума прибыли с 1 т погашенных балансовых запасов. Поэтому дан ный критерий был использован при оценке эффективности применения камерно столбовой системы разработки по сравнению со сплошной системой разработки < органно-кустовым креплением очистного пространства.

Расчеты, выполненные по методике академика М.И. Агошкова, с учетом ус-ановленной закономерности изменения ценности рудной массы в очистных забоях т высоты очистного пространства и соответствующего значения коэффициента за-оша позволили обосновать оптимальные параметры сетки расположения шпуров ифференцированно для каждого из участков рудника "Карнасурт".

Экономический эффект с 1 т погашенных балансовых запасов при приме-(снии камерно-столбовой системы разработки по сравнению со сплошной системой ¡азработки на 18 % выше.

Кроме рационального сочетания качественных показателей рудной массы и оличественных показателей ее отбойки повышение эффективности технологии добычи в узких забоях может быть достигнуто использованием производительного борудования при выполнении технологических процессов горного производства.

Использование производительного оборудование в очистных забоях при азработке пологих маломощных месторождений сопровождается необходимостью ¡рирезки вмещающих пород.

Из опыта ведения горных работ известно, что разработка маломощных ме-торождений с высоким коэффициентом качества извлекаемых запасов из недр воз-южна при использовании энергии взрыва для направленного отброса руды от груди абоя с последующей подрывкой вмещающих пород. Такой же принцип конструи-ования системы разработки маломощных участков 1-го шахтного поля рудника Умбозеро"' был использован при создании технологии очистной выемки с приме-ением самоходного оборудования.

При реализации этого принципа за основу технологической схемы была ринята панельно-столбовая система разработки. Один из ее вариантов предусмат-ивает выемку очистного столба производить лентами из аккумулирующей выра-отки без подрывки вмещающих пород, а отработку лент вести без захода людей в чистное пространство сплошным забоем по линии простирания рудной залежи или од утлом к ней.

Результаты испытаний панельно-столбовой системы разработки с выемкой чнетных столбов лентами показали, что кровлю разрезных выработок необходимо асполагать на уровне верхней границы рудной залежи. В связи с нарушением этого ребования технологии по данным опытно-промышленных работ разубоживание в ервых лентах изменялось от 27.2 до 16.1 % и в среднем составляло 18.7 %. С уве-ичением порядкового номера ленты в этом варианте выемки столбов разубожива-;ис снижалось и составляло 14.6, 9.0 и 9.7 % соответственно во 2-ой. 3-ей и 4-ой ентах.

В другом варианте выемка очистных столбов производится заходками с аздельной отбойкой рудной залежи и пород лежачего бока (рис. 2. а). Сущность того способа очистной выемки состоит в том, что по контурам рудовмещающего тссива путем взрывания строчек шпуровых зарядов предварительно образуются .или или трещины и рудная залежь со стороны висячего и лежачего боков отрезает-я от массива. Затем за один прием производится отбойка ее одинаково ориентиро-

ванными относительно линии очистного забоя шпуровыми зарядами и пород лежачего бока рядами шпуровых зарядов, расположенных под углом 45° к горизонтальной плоскости в направлении отбойки к стенке очистной заходки, для образования горизонтальной площадки, удобной для работы самоходного оборудования, с оставлением предохранительной породной бермы вдоль края образуемой заходки. При этом, с помощью разнонаправленного взрывания шпуровых зарядов в процессе отбойки производится взрывосортировка руды и породы. Руда силой взрыва доставляется в нарезной штрек, а отбитая порода располагается на почве отрабатываемой заходки. Отбитая руда погрузочно-доставочной машиной (ПДМ) отвозится в рудоспуск, а порода - в ближайшие ранее отработанные и зачищенные столбы и используется в качестве закладочного материала при закладке выработанного пространства.

Для исследования характера формирования разубоживания отбитой руды при селективной выемке рудной залежи заходками на руднике "Умбозеро"в столбе № 4 гор. + 230 м блока № Зс были проведены испытания этого варианта панельно-столбовой системы разработки. Мощность рудной залежи на участке опытных работ изменялась в пределах 2.7 - 3.1 м и в среднем составила 2.9 м.

При проведении испытаний была выполнена серия опытов из 9 наблюдении за процессом отбойки рудной залежи из первой заходки на разрезную выработку с подрывкой пород лежачего бока. В каждом опыте порядок взрывания и время замедления зарядов выставляли в соответствии с паспортом буровзрывных работ. Перед заряжанием шпуров замеряли их глубину и расстояние межцу ними и проводили съёмку почвы разрезной выработки и заходки по сетке 1x1 м.

В проведенной серии опытов отбойку рудной залежи и пород лежачего бока производили за два приёма. В первом отбивали рудную залежь, а после уборки руды отбивали породы лежачего бока. Для определения объёмов и характера расположения горной массы на почве очистного пространства производили отдельно съёмку навалов руды и породы на ранее снятой площади почвы разрезной выработки и заходки. По разности высотных отметок двух съёмок определяли высоту навалов руды и породы в точках замера. Среднюю высоту навала в каждой точке определяли по результатам 9 опытов. По усреднённым значениям полученных данных были построены изолинии высоты навалов руды и породы, характер и параметры которых представлены на рис.2, б.

Из рис.2, б видно, что при отбойке рудной залежи и пород лежачего бока, в соответствии с принятым в паспорте БВР порядком взрывания, руда располагается на почве и у стенки разрезной выработки, а порода - на почве и у стенки вынимаемой заходки. При этом слой навала руды высотой до 0.5 м частично располагается на почве заходки, а слой породы мощностью до 0.15 м - на почве разрезной выработки. Эти части объёмов руды и породы при отбойке рудной залежи и пород лежачего бока за один приём могут стать источниками дополнительных потерь и разубоживания. Поэтому планируемые объёмы отбойки рудного пласта из заходок необ-

акт

с®

Ь'Н'Н'Н'К'ИН'Н'НЧ'г,!

-Л/-

_I

ьА

В' ЕЗ*

Рис. 2. Технологическая схема селективной выемки очистных столбов за-одками (а) и план развала отбитых объемов (б). 1 и 2 - изолинии высотных от-1еток соответственно руды и породы.

одимо определять из условия возможности размещения в разрезной выработке все-о объёма руды, отбиваемого за цикл.

С учетом установленной закономерности размещения руды и подрываемых ород лежачего бока изменение глубины шпуров для отбойки объема руды, который южст быть размещен в разрезной выработке при изменении параметров рудовме-лающего массива и конструктивных элементов системы разработки, определяется пнкциональной зависимостью:

где I — глубина шпуров, м; В — ширина разрезной выработки, м; Ь— дальност взрыводоетавки руды по разрезной выработке, м; - площадь рудной залежи в зг ходке; Г] - к.и.ш; - коэффициент разрыхления; /? - угол наклона поверхност навала руды, град.

Положительный эффект разработанного способа по сравнению с выемко сплошным забоем достигается использованием энергии взрыва на доставке руды разнонаправленным взрыванием шпуровых зарядов по руде и по породе, что позвс ляет исключить перемешивание их в процессе отбойки и в совокупности с предвари тельным оконтуриванием рудной залежи сводит до минимума потери и разубоживг ние полезного ископаемого. Кроме того, оставляемая вдоль края отрабатываемо заходки предохранительная породная берма обеспечивает безопасные условия рабе ты самоходного оборудования.

Таким образом, техническая возможность и экономическая целесообразность использования самоходного оборудования при разработке пологих и наклонных месторождений мощностью менее 3 м и среднем угле падения равном 17° подтверждена применением на руднике "Умбозеро" панельно-столбовой системы разработки с выемкой столбов лентами без подрывки вмещающих пород или заходка-ми с селективной отбойкой рудной залежи и пород лежачего бока.

Оценку экономической эффективности испытанных вариантов панельнс столбовой системы разработки производили по критерию прибыли с 1т погашенны балансовых запасов. В качестве исходных данных были использованы результат! опытно-промышленных испытаний этих систем разработки на участке месторождЕ ния с одинаковыми условиями залегания и параметрами рудной залежи: мощне стью, углом падения и азимутом простирания.

Экономический эффект с 1 т погашенных балансовых запасов при приме нении панельно-столбовой системы разработки с селективной отбойкой рудовме щающего массива и пород лежачего бока по сравнению с валовой их отбойкой дл средних параметров рудной залежи III-14 1-го шахтного поля рудника "Умбозеро увеличился на 11 %.

Заключение

В диссертации выполнено теоретическое обобщение исследований, связанных с разработкой пологих маломощных рудных месторождений и дано научное боснование методам повышения качества рудной массы и новым эффективным ехнологическим решениям, способствующим расширению области эффективного [рименения самоходного оборудования при очистных работах.

Основные научные результаты по диссертационной работе, практические ¡ыводы и рекомендации, полученные при выполнении исследований, заключаются в ледующем:

1. Из анализа опыта разработки пологих маломощных рудных залежей усыновлено. что доля затрат от разубоживания в себестоимости металлов достигает К) % и является одной из основных причин низкой эффективности использования фиродных, материальных и трудовых ресурсов в цепи технологической схемы до->'ычи и переработки руд пологих маломощных месторождений.

2. Исследована взаимосвязь изменения качественных показателей рудной иксы с параметрами буровзрывных работ при затухающем по мощности к грани-дам контура рудной залежи оруденинии, которая использована при оценке экономи-шской эффективности камерно-столбовой и панельно-столбовой систем разработки .деторождения.

3. Разработан аналитический метод определения коэффициента зажима, который определяется параметрами элементов технологии отбойки во взаимосвязи лирины свободной поверхности и физико-механических свойств пород массива.

4. Установлена взаимосвязь высоты очистного пространства с ценностью эудной массы и затратами на ее отбойку, которая использована при определении указателей эффективности технологии добычи руд в узких забоях.

5. Установлена закономерность разрушения пород массива в зоне расположения торцевых частей заряда от параметров буровзрывных работ, которая позволяет определить дополнительные разрушения конструктивных элементов системы разработки. Использование полученных закономерностей дополнительных разрушений в этой зоне позволило обеспечить сохранность внутриблоковых целиков при применении камерно-столбовой системы разработки на руднике "Карнасурт" и в 1.6 раза снизить трудоемкость выемки 1 м3 рудной массы при оконтуривании их метолом недозаряжания шпуров по сравнению с фронтальным методом проведения щелевых вьфаботок.

6. Применение камерно-столбовой системы разработки на руднике "Карнасурт" обеспечило устойчивость обнажений в очистных выработках при снижении себестоимости добычи 1 т руды. Экономический эффект с 1 т погашенных балансовых запасов на 18 % выше при применении камерно-столбовой системы разработки по сравнению со сплошной системой разработки.

7. Разработаны эффективные способы очистной выемки руд маломощны.-« участков шахтного поля рудника "Умбозеро" с применением самоходного оборудования.

8.Экономический эффект с 1 т погашенных балансовых запасов увеличила на 11 % при применении панельно-столбовой системы разработки с селективной от бойкой рудовмещающего массива и пород лежачего бока по сравнению с валовой ir отбойкой для средних параметров рудной залежи III-14 1-го шахтного поля рудник; "Умбозеро".

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Методические рекомендации по повышению безопасности системы разработки на руднике "Карнасурт" Ловозерского ГОКа / АН СССР. Кол. фил.. Горн, ин - т; Сост.: И.И.Бессонов, В.Н.Боборыкин, А.Н.Любин и др. - Апатиты, 1985 - 49

с.

2. Любин А.Н., Боборыкин В Н. Оценка влияния параметров буровзрывных работ на качество добываемой руды при отбойке тонких рудных залежей // Динамические процессы разрушения горных пород. - Апатиты, 1989. -С. 89 - 94.

3. Совершенствование технологии подземной разработки маломощных руд ных месторождений Кольского полуострова / И.И.Бессонов, В.Н.Боборыкин, А.Н.Любин и др. - Апатиты, 1989. - 156 с.

4. Повышение эффективности систем разработки на руднике "Карнасурт" / И.И.Бессонов. В.Н.Боборыкин, А.Н.Любин и др. // Горн. журн. - 1990. - № 1. - С. IS -21.

5. А с. 1839209 СССР, МКИЕ 21 с 41/16. Способ разработки маломощных пологих и наклонных рудных залежей / И.И.Бессонов, В.Н.Боборыкин,

Д.С.Подозерский, А.Н.Любин; АН СССР, Кол. фил., Горн, ин - т. - № 4676051/ 03; Заявл. 11.04.89; Опубл. 30.12.93, Бюл. № 48-47.

6. Эффективность применения самоходного оборудования на очистной выемке пологих и наклонных маломощных рудных залежей / В.Н.Боборыкин, И.И.Бессонов. А.Н.Любин и др. // Горн, журнал. - 1993. - № 8. - С. 52 -55.

7. А.Н.Любин, В.Н.Боборыкин, А.А.Королев. Применение метода недоза-ряжания шпуров при оконтуривании внутриблоковых целиков на руднике "Карнасурт" // Вопросы разрушения горных пород взрывом. - Апатиты, 1993. - С. 104 - 111.

8. Повышение эффективности панельно-столбовой системы разработки на руднике "Умбозеро" / А.Н.Любин, И.И.Бессонов, С.И.Пернацкий и др. // Горн, жур нал. - 1998. - №4.С. 66 -70.

Российская академия наук Кольский научный центр ГОРНЫЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ЛЮБИН АЛЕКСАНДР НЕСТЕРОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТКИ ПОЛОГИХ МАЛОМОЩНЫХ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ (На примере рудников АООТ "Севредмет")

Специальность 05.15.02 "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых"

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук,

профессор В.А.Симаков

Апатиты 1998

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ..............................................................................................4

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.......11

1.1. Современные тенденции в совершенствовании технологии разработки пологих маломощных рудных месторождений........... 11

1.1.1. Изученность технологии отбойки в узких забоях....................17

1.2. Горно-геологическая характеристика шахтных полей и состояние горных работ на рудниках АООТ "Севредмет"...................25

1.3. Задачи и методика исследований .................................................36

1.4. Выводы по главе............................................................................39

2. ВЛИЯНИЕ СОЧЕТАНИЙ ПАРАМЕТРОВ РУДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ И БУРОВЗРЫВНЫХ РАБОТ НА КАЧЕСТВО РУДНОЙ МАССЫ ....................................................................................................41

2.1. Обоснование влияния горно-геологических условий шахтных полей на выбор техники и технологии очистной выемки..........41

2.2. Установление закономерностей распределения полезного компонента по мощности рудных залежей месторождения.................46

2.3. Исследование особенностей действия заряда в узких забоях.... 53

2.4. Влияние параметров буровзрывных работ на формирование содержания полезного компонента в рудной массе.........................61

2.5. Выводы по главе.............................................................................74

3. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И СПОСОБОВ ЭФФЕКТИВНОЙ ДОБЫЧИ РУД В УЗКИХ ЗАБОЯХ .............................................77

3.1. Исследование форм проявления эффекта углового зажима при проведении взрывных работ в щелевых и очистных забоях.....77

3.2. Обоснование аналитической зависимости коэффициента зажима при отбойке на ограниченную свободную поверхность.............84

3.3. Разработка методики расчета параметров буровзрывных работ........................................................................................................90

3.4. Разработка эффективных способов очистной выемки..............94

3.5. Выводы по главе...........................................................................102

4. ПРОМЫШЛЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ И ВНЕДРЕНИЕ СИСТЕМ

РАЗРАБОТКИ НА РУДНИКАХ АООТ "СЕВРЕДМЕТ"......... 103

4.1. Испытание вариантов панельио-столбовой системы разработки на руднике "Умбозеро" ..................................................................103

4.2. Повышение эффективности системы разработки с открытым очистным пространством на руднике "Карнасурт"..................122

4.3. Оценка экономической эффективности от реализации основных рекомендаций..................................................................................131

4.4. Выводы по главе...........................................................................135

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................................................137

Список литературы.............................................................................141

ВВЕДЕНИЕ

Для успешной конкуренции на внутреннем и внешнем рынках минерального сырья горнодобывающим предприятиям необходимо разрабатывать месторождения на основе эффективного использования природных, материальных и трудовых ресурсов. Практическая реализация этого положения рыночной экономики в значительной степени зависит от решения технологических проблем, обусловленных необходимостью постоянного совершенствования и технического перевооружения добычного комплекса горных работ.

Проведенные за последние несколько десятков лет исследования по совершенствованию техники и технологии разработки рудных месторождений подземным способом были направлены на создание новых систем разработки и совершенствование их отдельных конструктивных элементов. Основные результаты достигнутые в этом направлении исследований изложены в работах академика РАН М.И.Агошкова, чл. - корр. РАН Д.М.Бронникова, Д.Р.Каплунова, докторов технических наук В.Р.Именитова, Г.Н.Попова, В.В.Куликова, А.Ф.Назарчика, В.А.Шестакова, С.Л.Иофина, Е.П.Панфилова, Н.Х.Загирова, Г.Г.Ломоносова, А.А.Петросова, Э.И.Богуславского, Д.П.Лобанова, В.А.Симакова, И.А.Ковалева, Г.А.Маркова, кандидатов технических наук Л.И.Бурцева, Е.Л.Бтома, В.И.Левина и др. Большой объем исследований по повышению эффективности технологии разработки пологих маломощных рудных месторождений представлен в работах докторов технических наук А.И.Ляхова, Н.Г.Дубынина, И.И.Бессонова, А.В.Ловчикова, кандидатов технических наук Л.А.Мамсурова, В.Н.Боборыкина, А.И.Калашника. и др.

В зависимости от поставленных задач по изучению или совершенствованию технологии подземной разработки рудных месторождений авторы проведенных исследований выделяли определенные наиболее существенные ее особенности, что позволило детально исследовать отдельные элементы составляющих звеньев общей технологической схемы добычи руды. При этом проводилось усовершенствование всего комплекса технологических процессов горного производства, которое в сочетании с рациональной организацией труда на горнодобывающих предприятиях дало большой технико-экономический эффект.

Несмотря на определенные успехи в создании новых систем разработки и совершенствовании их отдельных конструктивных элементов технология очистной выемки пологих маломощных рудных залежей характеризуется низким уровнем механизации основных технологических процессов добычи и высокими материальными и трудовыми затратами при их выполнении. Расходы на эту стадию горных работ составляют 40 - 50 % полной себестоимости добычи руды /1/. Удельный вес каждого процесса по трудоемкости и себестоимости добычи зависит от системы разработки, применяемой в соответствующих горно-геологических условиях, и колеблется в широких пределах.

На долю процесса отбойки пологих маломощных рудных залежей приходится более половины трудовых и стоимостных затрат очистной выемки /2 -4/. Кроме того, отбойка рудных залежей на ограниченную свободную поверхность сопровождается дополнительными законтурными разрушениями пород массива, что оказывает значительное влияние на формирование качества добытой руды. Поэтому выделение и исследование технологии отбойки, как важного звена технологической схемы добычи руд пологих маломощных месторождений с последовательностью, взаимосвязями и параметрами ее элементов является значимым звеном в цепи решаемых задач по совершенствованию систем разработки.

Выбор в качестве объекта исследований месторождения руд редких металлов Ловозерского месторождения обусловлен тем, что ему присуще сочетание большого числа факторов, определяющих состояние горных работ на других месторождениях: малая мощность рудных тел - от тонких до средней мощности и их в основном пологое залегание; высокие прочностные показатели свойств пород наряду с интенсивной трещиноватостью; гористый рельеф поверхности, в связи с чем глубина ведения горных работ на одной абсолютной отметке залежи колеблется от 50 до 500 м; сложное напряженное состояние не подработанного массива, характеризующееся наличием субгоризонтальных сжимающих напряжений, превышающих напряжения от действия собственного веса пород.

В этой связи создание новых систем разработки пологих маломощных месторождений на основе совершенствования технологии отбойки и способов очистной выемки для условий этого месторождения актуально и имеет научно-практическое значение.

Диссертационная работа посвящена решению задач повышения эффективности разработки пологих маломощных рудных месторождений. Она выполнялась в Горном институте Кольского научного центра РАН в соответствии с программой НИР и ОКР, утвержденными ОГГГГ АН СССР, 1980 г.; РАН, 1995 - 1997 гг., Постановлением ГКНТ СССР от 10.03.86 № 56, Приказом-распоряжением МЦМ СССР и КФАН СССР № 69/5 ОТ 31.01.86.

Целью работы является развитие методов повышения качества рудной массы и создание эффективных технологических схем разработки пологих маломощных рудных месторождений.

Идея работы заключается в учете влияния параметров элементов технологии отбойки и способов очистной выемки рудных залежей при оруденении, затухающем по мощности к границам контура, на формирование содержания

полезного компонента в рудной массе и повышение показателей эффективности очистных работ.

Методы исследований включают анализ и обобщение научно-технической информации, изучение нормативно-методических документов, производственные наблюдения, аналитическое обоснование параметров технологии, апробацию новых технологических схем разработки в производственных условиях, технико-экономическую оценку результатов исследований. Научные положения, защищаемые в диссертации: оптимальное значение содержания полезного компонента в рудной массе при очистной выемке пологих маломощных рудных залежей с затухающим по мощности к границам контура их оруденением определяется высотой очистного пространства и соответствующим значением коэффициента зажима взрывной отбойки;

дополнительные разрушения конструктивных элементов системы разработки в зоне расположения торцевых частей заряда при оформлении стенок щелевой выработки методом недозаряжания шпуров определяются степенью проявления эффекта "торцевого зажима";

повышение эффективности технологии добычи руд в узких забоях достигается взрывосортировкой руды и породы с размещением их в зонах производительной работы доставочного оборудования, конструктивное оформление которых производится одновременно с отбойкой рудной залежи. Научная новизна работы заключается в следующем: установлена закономерность изменения ценности рудной массы в очистных забоях от высоты очистного пространства и соответствующего значения коэффициента зажима, которая использована в типовых методиках при определении показателей эффективности технологии добычи руд в узких забоях;

установлена закономерность разрушения пород массива в зоне расположения торцевых частей заряда от параметров буровзрывных работ, которая

позволяет определить дополнительные разрушения конструктивных элементов системы разработки;

установлена закономерность взрывосортировки руды и подрываемых пород лежачего бока с размещением их в зонах производительной работы дос-тавочного оборудования, конструктивное оформление которых производится одновременно с отбойкой рудной залежи и пород лежачего бока.

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов, изложенных в диссертации, обоснована:

использованием комплексной методики исследований, предусматривающей решение цикла аналитических задач с последующей проверкой их в производственных условиях при внедрении разработанных методов и способов повышения эффективности технологии разработки пологих маломощных месторождений;

результатами проектной проработки рекомендаций и внедрением их в практику работы рудников АООТ "Севредмет";

удовлетворительной сходимостью расчетных значений параметров с результатами опытно-промышленных испытаний.

Научное значение работы состоит в том, что:

закономерности изменения эффекта "зажима" от сочетания параметров буровзрывных работ и свободной поверхности позволяют управлять показателями эффективности отбойки в узких забоях, установленные зависимости качественных и количественных показателей эффективности отбойки руд во взаимосвязи с закономерностью распределения полезного компонента по мощности рудовмещающего массива позволяют обосновать оптимальные параметры элементов технологии очистной выемки маломощных месторождений.

Практическая ценность работы состоит в разработке:

методики расчета параметров буровзрывных работ в узких забоях, которая позволяет для конкретных горно-геологических условий обосновать рациональную технологию отбойки рудовмещающего массива;

технологи оконтуривания внутриблоковых целиков прямоугольной формы щелевыми выработками при проведении их методом недозаряжания шпуров;

новых вариантов панельно-столбовой системы разработки, расширяющих область эффективного применения самоходного оборудования при добыче руд пологих маломощных месторождений.

Реализация результатов работы. Основные положения диссертационной работы отражены в технологических регламентах, на основании которых институтом Гиредмет выпущены проекты отработки Ловозерского месторождения рудниками АООТ "Севредмет". При применении панельно-столбовой системы разработки с селективной отбойкой рудной залежи и пород лежачего бока по сравнению с валовой отбойкой их прибыль с 1 т балансовых запасов 1-го шахтного поля Умбозерского участка месторождения составила 11 %. Переход рудника "Карнасурт" на применение камерно-столбовой системы разработки при выемке балансовых запасов нижних горизонтах Карнасуртско-го участка месторождения обеспечило устойчивость обнажений в очистных выработках при росте прибыли с 1т погашенных балансовых запасов на 18 % по сравнению с применением в этих условиях сплошной системы разработки с поддержанием кровли очистного пространства органно-кустовой крепью.

Апробация. Основные результаты выполненной работы, а также отельные ее положения докладывались и обсуждались на заседаниях Горной секции Ученого совета Горного института КНЦ РАН, на научно-технических советах Ловозерского ГОКа, на V Всесоюзной конференции молодых ученых "Интенсификация горнорудного производства" (Свердловск, 1991), на конференции, посвященной 80-летию МГГА "Наука и новейшие технологии при ос-

воении месторождений полезных ископаемых на рубеже XX - XXI в" (Москва, 1998).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 1 монография и 1 авторское свидетельство.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 151 страницах машинописного текста, содержит 30 рисунков, 15 таблиц и список использованной литературы из 106 наименований.

Автор глубоко благодарен администрации института за предоставленную возможность сделать обобщение результатов многолетних исследований и выражает искреннюю признательность научному руководителю профессору Симакову В.А за научно-методическую помощь и коллегам по работе за творческое сотрудничество, поддержку и ценные критические замечания на различных этапах выполнения работы, а также инженерно-техническим работникам АО "Севредмет", способствовавшим проведению исследований, испытаний и внедрению рекомендаций в практику ведения горных работ на рудниках "Карнасурт" и "Умбозеро".

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Современные тенденции в совершенствовании технологии разработки пологих маломощных рудных месторождений

Совершенствование технологии добычи руд подземным способом обычно проводится по результатам исследований системы разработки месторождения полезных ископаемых, выбранной для данных горно-геологических условий.

Вопрос выбора систем разработки обычно связан с их классификациями. Ряд авторов используют различные принципы разделения систем разработки на классы /5 - 9/. Диапазон применения той или иной системы разработки внутри класса по условиям горно-геологической и экономической характеристик месторождения (параметров рудных залежей, устойчивости вмещающих пород и руд, ценности полезных компонентов) в совокупности со средствами механизации очистных работ достаточно широк.

В соответствии с порядком очистной выемки, который определяет состояние очистного пространства выемочного участка - главный признак классификации систем разработки М.И.Агошкова, выделяют шесть классов систем разработки применяемых в основном при добыче руд маломощных месторождений. Среди них наибольший удельный вес в общем объеме добычи руды имеют системы с открытым очистным пространством, с магазинированием руды и с креплением очистного пространства.

Разработка жильных месторождений производится преимущественно системами с магазинированием руды и с креплением очистного пространства /10/. Применение систем разработки с креплением очистного пространства широко распространено при разработке маломощных месторождений с на-

клонным и пологим падением рудных залежей. В странах бывшего СССР 62 % руды от общего объема ее добычи на месторождениях подобного типа приходится на этот класс систем разработки /3, 7/.

При разработке пологих месторождений малой и средней мощности наибольшее распространение получили различные варианты класса систем разработки с открытым очистным пространством /2, 3, 11 - 15/ . В ряде вариантов систем разработки этого класса в очистном пространстве устанавливают простую крепь для поддержания отдельных участков кровли /16/.

В соответствии с требованиями нормативных документов класс систем разр�