автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Разработка технологии перехода с открытых на подземные горные работы и исследование параметров предохранительного перекрытия в сложных горно-геологических условиях

о6

На правах рукописи

Ковтуи Николай Викторович

4?

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕХОДА С ОТКРЫТЫХ НА ПОДЗЕМНЫЕ ГОРНЫЕ РАБОТЫ И ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО ПЕРЕКРЫТИЯ В СЛОЖНЫХ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Специальность 05.15.02 "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1996

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техническом университете)

Научные руководители : доктор технических наук, профессор

Ведущая организация: институт П1ПР0РУДА

Защита состоится " " /_ 1996 г. ь

" " час. мин. на заседании диссертационного Совета

Д.063.15.01 в Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199026, Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, зал N 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан -23 ." 1996 года.

Ученый секретарь диссертационного сов

Галаев Николай Захарович

доктор технических наук, профессор Горшков Лев Капитонович

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Галустьян Эммануил Лютерович кандидат технических наук Смирнов Альберт Андреевич

профессор, д.т.н.

Э.И. Богуславский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

На современном этапе развития многих отечественных и зарубежных горнодобывающих предприятий важное значение приобретает решение проблемы перехода с открытых на подземные работы, т.к. зачастую складывается ситуация, когда технически весьма проблематично, а экономически и экологически нецелесообразно вести даль. нейшую отработку месторождений открытым способом.

На основании анализа отработки рассмотренных месторождений можно определить, что в мировой практике широко используется переход с открытых на подземные работы системой подэтажного обрушения, позволяющей, не применяя закладочные работы, практически без потерь и разубоживания до обрушения бортов карьера извлекать значительные запасы руды непосредственно под дном отработанного карьера. Обрушение бортов карьера при такой технологии отработки запасов неминуемо ведет к значительным потерям и разубоживанию руды. В сложных горно-геологических условиях, в частности на некоторых кимберлитооых месторождениях Саха-Якутии, прямое применение систем с обрушением невозможно, а использование сплошного бетонного перекрытия или систем с закладкой требует значительных финансовых и материальных затрат. Предельным случаем можно считать оставление всей переходной зоны в виде рудного целика, что вряд ли целесообразно в условиях весьма ценнкх руд. В связи с этим возникает задача выбора и обоснования наиболее перспективных технологических схем перехода с открытых на подземные работы, позволяющих избежать отмеченные недостатки. Актуальность этих работ подтверждается соответствием их плану НИР и ОКР СПбГГИ в 1991-95 г.г. (М 37/91, 15/93).

Цель работы состоит в разработке технологии перехода с открытых на подземные работы с применением систем с открытым выработанным пространством и исследовании параметров предохранительного перекрытия, сооружаемого в сложных горно-геологических условиях кимберлитовых месторождений Якутии.

Идея работы. При переходе с открытых на подземные работы для выемки подкарьерных запасов целесообразно применение систем с открытым выработанным пространством, при этом для предупреждения

сползания бортов карьера формируется искусственный предохранительный целик с подпорной стенкой, препятствующий обрушению боковых пород.

Задачи исследований.

В соответствии с поставленной целью в работе предусматривается решение следующих задач:

- изучение и обобщение отечественного и зарубежного опыта по переходу с открытых на подземные горные работы;

- разработка технологии перехода с открытых на подземные горные работы;

- выбор методики исследований по определению максимальной величины давления боковых пород, действующих на подпорную стенку;

- разработка физико-математической модели для определения давления боковых пород и расчета основных параметров подпорной стенки;

Методы исследований.

При решении поставленных задач использовалась методика исследований, включающая изучение горно-геологических условий ким-берлитовых месторождений Якутии, натурные и лабораторные исследования прочностных и деформационных характеристик массива горных пород, фундаментальные положения статики сооружений, математическое моделирование и обработку полученных данных на ЭВМ.

Научные положения, защищаемые автором:

1. Реализация системы с открытым выработанным пространством для конкретных горно-геологических условий возможна при сооружении предохранительного целика с подпорной стенкой, препятствующей обрушению бортов карьера, что позволит избежать значительных потерь и разубоживания руды на этапе перехода с открытых на подземные работы.

2. Для оценки напряженно-деформированного состояния (НДС) техногенных сред применима теория прочности Кулона-Мора с введением в расчетные зависимости переменных во времени коэффициентов внутреннего трения, постели и трения на контактах массива и закладочного материала с подпорной стенкой.

3. Предлагаемая технология сооружения подпорной стенки позволяет сформировать в процессе отработки переходной зоны надежный предохранительный целик, обеспечиваюций безопасность ведения гор-

ных работ с учетом противодавления водонапорного заполнения из карьерного пространства на подпорную стенку.

Научная новизна выполненной работы заключается в предложении нового техночогического решения перехода с открытых на подземные горные работы, в обосновании применимости теории прочности Кулона-Мора для оценки НДС техногенных сред и во введении в расчетные зависимости переменных во временя коэффициента внутреннего трения, коэффициента постели на контакте поверхности подпорной стенки и коэффициента трения на контакте массива и подпорной стенки.

Практическая значимость работы.

1. Предлагаемая технологическая схема позволяет осуществлять переход с открытых на подземные работы в сложных горно-геологических условиях практически без потерь и разубоживания руды.

2. Вариант отработки подкарьерных запасов с сооружением подпорной стенки, препятствующей обрушению бортов карьера, позволяет значительно сократить объем закладочных работ при формировании надежного предохранительного целика, обеспечивающего безопасность ведения горных работ и минимальное нарушение экологического состояния окружащей среды.

3. Для определения основных параметров подпорной стенки разработана расчетная методика и программное обеспечение ее реализации на ПЭВМ.

Достоверность научных положении.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объемом натурных исследований, проводимых на рудниках АО "Алмазы Саха-Якутии" при участии автора, использованием высокоточной измерительно-регистрирующей аппаратуры, корректностью постановки задач и использование при их решении методов математического моделирования, а также удовлетворительной сходимостью результатов наблюдений и расчетных данных.

Реализация результатов работы.

Результаты исследований использованы институтом ГИПРОНИКЕЛЬ при разработке технологии отработки подкарьерных запасов на ким-берлитовом месторождении "Мир" (Якутия-Саха), а также в учебном процессе.

Апробация работы.

Основные положения, изложенные в диссертации, докладывались на 2-ом и 3-ем Международных симпозиумах "Горное дело в Арктике" (Санкт-Петербург, 1994, 1995), на симпозиуме "Современное горное дело: образование, наука, промышленность", посвященном памяти акад. В.В.Ржевского (Москва, 1996), на заседаниях кафедры разработки рудных месторождений СПбГГИ в 1992-95 гг.

Исходные материалы и личный вклад соискателя.

Основой диссертационной работы являются результаты теоретических, экспериментальных и лабораторных исследований, проводимых на кафедре РРМ и ГТФ и на АО "Алмазы Саха-Якутии" при непосредственном участии автора в 1992-95 годах.

Публикации. ,

По теме диссертационной работы опубликовано 4 научных работы.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти разделов и заключения, изложенных на/уУстраницах машинописного текста, содержит ^¿"рисунков, ¿2 таблиц, список литературы из/Унаименований, приложений.

В первой главе диссертационной работы проводится анализ практики мирового и отечественного опыта по переходу с открытых на подземные горные работы. Во второй главе предлагается принципиальная схема перехода на подземные работы в сложных горно-геологических условиях на примере кимберлитовых месторождений Саха-Якутии. Третья и четвертая главы содержат методику расчета величины давления боковых пород, действующей на подпорную стенку, а также исследования по определению основных параметров подпорной стенки, препятствующей обрушению бортов карьера. В пятой главе разработана схема вскрытия, подготовки и очистной выемки для отработки переходной зоны между открытыми и подземными работами в условиях кимберлитового месторождения "Мир" (Якутия), разработана технология сооружения предохранительного перекрытия с подпорной стенкой, формируемого в процессе отработки переходной зоны.

Автор выражает признательность и благодарность проф. Богуславскому Э. И. за большую помощь, оказанную при работе над диссертацией, проф. Шувалову Ю.В. за помощь при подготовке диссертации, проф. Дядькину Ю.Д. за помощь в продолжении всего периода

работы над диссертацией, доц. Милехину Г.Г. за консультации при работе над диссертацией. Автор благодарен всем другим сотрудником кафедры РРМ и ГТФ Санкт-Петербургского государственного горного института за помощь в подготовке и проведении исследований и обсуждении их результатов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Полоиение 1. Реализация системы с открытым выработанным пространством для конкретных горно-геологических условий возможна при сооружении предохранительного целика с подпорной стенкой, препятствующей обрушению бортов карьера, что позволит избежать значительных потерь и разубоживания руды на этапе перехода с открытых на подземные работы.

Анализ мирового и отечественного опыта по переходу с открытых на подземные горные работы позволил установить, что в разное время этими вопросами занимались и занимаются сейчас целый ряд исследовательских и инженерных групп. Огромный вклад сделан институтами "Якутнипроалмаз", "Гипроникель", ВНИМИ, "Казнипроцвет-мег", Магнитогорским горно-металлургическим институтом и др. Состояние вопроса совместной разработки месторождений и отработки подкарьерных запасов отражены в работах Щелканова В.А., Казикаева М.А., Терентьева В.И., Черных А.Д., Цыгалова М.Н., Шнайдера М.Ф., Замесова Н.Ф. и др.

В настоящее время ка ряде рудников наметилась тенденция применения системы подэтажного обрушения для отработки залежей полезного ископаемого под дном карьера после завершения открытых работ. Характерной особенностью применения такой системы является частичное обрушение нерабочих бортов карьера. В ряде случаев для повышения эффективности подэтажного обрушения на дно карьера складировались пустые породы крупнокусковой фракции. Преимуществами системы подэтажного обрушения являются стандартные способы подготовки рудных тел к отработке и бурения глубоких скважин, что позволяет механизировать эти виды работ. Система также отличается

большой гибкостью и позволяет вести в случае необходимости селективную выемку руды. Кроме того, при применении системы подэтажно-го обрушения обеспечивается высокая степень безопасности, т.к. работы ведутся в подэтажных выработках с небольшой площадью сечения, на поддержание которых не требуется больших затрат. Но обрушение бортов карьера при такой технологии отработки запасов неминуемо ведет к значительным потерям и разубоживанию руды и сложности или невозможности перехода на технологии с закладкой выработанного пространства без потерь части запасов месторождения.

Рассмотрим решение этой задачи на примере месторождения "Мир", уникального как по ценности руды, так и по сложности горно-технических условий его эксплуатации. Наличие мощного водоносного горизонта в верхней части месторождения, залегание основных запасов в соляных породах и высокая ценность руды исключают возможность применения высокопроизводительных и относительно дешевых систем с обрушением руды и вмещающих пород и предопределяют использование систем с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. Поэтому применение подэтажного обрушения для выемки подкарьерных запасов ограничено в пределах объемов, исключающих обрушение бортов карьера, а обеспечение эффективной эксплуатации подземного рудника должно идти по пути поиска дешевых закладочных материалов и уменьшения объемов закладочных работ.

Одним из проектных решений рассматривается вариант перехода на подземные работы с отработкой запасов под дном карьера слоевой системой разработки с закладкой выработанного пространства и отработкой слоев в восходящем порядке. При такой технологии требуется устройство на дне отработанного карьера искусственного железобетонного перекрытия толщиной 2 м, на котором будет сформирован льдо-породный целик, пригруженный породной насыпью высотой 50 м для предотвращения всплытия его при затоплении карьера водами из водоносного горизонта.

Достоинством такого варианта является изоляция подземного рудника от карьера до окончания строительства первого. Кроме того, облегчается вентиляция подземного рудника, т.к. все подземные выработки изолируются от карьера.

Однако, исследованиями Санкт-Петербургского государственного горного института установлено, что толщины перекрытия в 2 м не-

достаточно, т.к. при предлагаемой технологии горных работ невозможно осуществить полный подпор такого перекрытия закладкой. Кроме того, сам закладочный материал обладает компрессионными свойствами и подвержен усадке в процессе твердения. Поэтому при достаточно больших размерах рудного тела в плане (около 150 м) возможны критические деформации данного перекрытия и его разрушение, что при наличии воды в карьере может вызвать крайне нежелательные последствия.

В качестве альтернативного варианта этим, ранее выполненным исследованиям рекомендована принципиально новая схема перехода с открытых на подземные горные работы системой разработки с подэ-тажной отбойкой руды в камерах ромбовидной формы, рассчитаны и подтверждены лабораторными исследованиями основные параметры искусственного предохранительного целика, образуемого при этой схеме перехода, а также разработаны схема и технология перехода на подземные работы.

Согласно этой схеме отработку переходной зоны предусматривается осуществлять подземным способом (хотя и не исключается выемка верхних слоев открытым способом). Выемку руды предлагается производить с подэтажной отбойкой руды в камерах ромбовидной формы, при которой обеспечивается нисходящий порядок отработки месторождения. Это позволит сформировать искусственный предохранительный целик в процессе отработки запасов месторождения подземным способом.

Основным достоинством предлагаемого варианта перехода на подземные работы является создание надежного предохранительного целика в процессе извлечения руды, а недостатком - большой объем закладочных работ, необходимых для сооружения данного целика.

В связи с отмеченными недостатками рассмотренных технологических схем перехода с открытых на подземные горные работы, а также сложностью горно-геологических условий месторождения "Мир" разработана принципиальная схема перехода на подземные работы, при которой для предотвращения обрушения бортов карьера и возможности перехода к отработке основных запасов с закладкой выработанного пространства параллельно с извлечением подкарьерных запасов подэтажным обрушением извлекаются запасы в приконтурной зоне с заполнением отработанного пространства твердеющими смесями,

формируя из закладки подпорную стенку, препятствующую обрушению бортов карьера. Так как толщина подпорной стенки увеличивается с понижением горных работ, то объемы закладочных работ при вводе подземного рудника в эксплуатацию будут возрастать постепенно.

Описанная схема базируется на применении системы разработки с подэтажной отбойкой руды. Сущность этой системы заключается в отработке запасов месторождения камерами ромбовидной формы, расположенными по высоте со смещением по вертикали на половину высоты камеры. Камеры отрабатываются в нисходящем порядке с подэтажной отбойкой руды в них, которые могут после полной их отработки заполняться твердеющей закладкой. При закладке кровля камер формируется закладочным массивом ранее отработанных вышерасположенных камер, а отсутствие вертикальных обнажений позволяет отрабатывать по такой технологии неустойчивые руды.

При этом применительно к конкретным горно-геологическим условиям месторождения рассматриваются массивные подпорные стенки.

Положение 2. Для оценки напряженно-деформированного состояния техногенных сред применима теория прочности Кулона-Мора с введением в расчетные зависимости переменных во времени коэффициентов внутреннего трения, постели и трения на контактах массива и закладочного материала с подпорной стенкой.

Для определения основных параметров формируемой в соответствии с принципиальной схемой перехода с открытых на подземные горные работы подпорной стены можно применить известные методы расчета подпорных стенок, основанные на теории Кулона, которые используются в строительной механике и модифицированы для конкретных условий на основе теории статики сыпучей среды.

В настоящее время, как отмечает проф. Г.К.Клейн, статику сыпучей среды следует рассматривать в качестве одного из разделов строительной механики, наряду с теориями упругости, пластичности и ползучести, широко использующимися в механике грунтов и горных пород в качестве теоретической базы, на которой основаны различные технические расчеты.

Большинство горных пород можно рассматривать, как "сыпучую среду". Однако, этот термин не отражает физического состояния

горных пород, поэтому, как отмечает проф. Г.Л.Фисенко, их лучше характеризовать, как слоистую трещиноватую среду, к которой в механическом отношении применимы законы "сыпучей среды".

Исследования сопротивления горных пород и грунтов различным нагрузкам показывают, что разрушение массива, как правило, происходит путем сдвига некоторой его части по отношению к остальной. Поверхности, по которым происходит сдвиг, называются поверхностями скольжения.

Условие предельного равновесия по любой элементарной площадке на поверхности скольжения характеризуется равенством касательного напряжения величине сопротивления сдвигу по этой площадке. Экспериментальными исследованиями установлено, что для горных пород и грунтов в качестве условия предельного равновесия может быть принято с достаточной степенью адекватности условие прочности Кулона-Мора: .

Х= С+б'Гс)?, (1)

где Т и Ф - соответственно касательное и нормальное напряжения по площадке скольжения; с и I? - переменные во времени прочностные характеристики среды, называемые соответственно сцеплением и углом внутреннего трения.

В практике применения теории Кулона-Мора для большинства случаев зависимость между нормальными и касательными напряжениями прямолинейна. Однако, учитывая непостоянность во времени с прямолинейная зависимость искажается, т.е. становится криволинейной.

Как отмечает проф. Г.Л.Фисенко, в статике сыпучей среды рассматриваются две основные группы задач, принципиально отличающиеся в методах их решения:

1. Задачи, в которых условие предельного равновесия удовлетворяется в каждой точке некоторой области массива сыпучей среды, примыкающей к обнажению.

2. Задачи, в которых условие предельного равновесия удовлетворяется не во всех точках этой области, а лишь по поверхности, отделяющей ее от основного массива.

Следуя Г.Л.Фисенко, будем называть метод решения задач первой группы методом предельного напряженного состояния сыпучей

среды, метод решения задач второй группы - методом предельного равновесия сыпучей среды.

Метод предельного напряженного состояния получил развитие в работах У.Ренкина, Л.Прандтля, Ф.Кеттера, В.В.Соколовского, В.И.Новоторцева, С.С.Голушкевича, В.Г.Березанцева, исследовавших напряженное состояние сыпучей среды, в которой по заданным граничным условиям устанавливается область, заполненная сеткой поверхностей скольжения, в каждой точке которой удовлетворяется условие (1).

Метод предельного равновесия сыпучей среды разработан В.Фе-мениусом, К.Терцаги, Н.М.Герсевановым, Н.А.Цытовичем, Л.Н.Бернац-ким и другими, исследовавшими условия предельного равновесия по поверхности скольжения, устанавливаемой в массиве методом последовательного приближения. С помощью этого метода были получены приближенные решения отдельных частных задач статики сыпучей среды, основанные на предположениях о той или иной форме поверхностей скольжения.

Классическую теорию давления грунта на вертикальную грань стенки, основанную на состоянии предельного равновесия призмы сползания, предложил Кулон. Позднее Кульман и Понсле, базируясь на теоремах Ребгана, дали графический способ нахождения максимальной величины бокового давления сыпучего. Общая теория предельного равновесия грунтов, дающая точное решение в условиях плоской задачи, была разработана проф. В.В.Соколовским. В разные годы этому вопросу уделяли большое внимание ученые Ленинградского горного института: проф. Геронтьев В.И., проф. Махно Е.Я., проф. Богуславский Э.И. и др.

Вес пород Р может быть уравновешен двумя силами, параллельными направлениям Е и Е (рис.1а), т.е. образуется силовой треугольник. Но не всякий вес имеет решающее значение при расчете устойчивости стенки, поэтому необходимо подобрать такую равнодействующую, при которой одна из составляющих, а именно Е, получает максимальное значение, т.к. можно предполагать, что опасной будет именно та призма сползания, которая оказывает наибольшее давление на стенку.

Согласно этому с учетом угла трения сыпучей среды по отноше-

а) общая схема

б)силовой трЕУгольник (É,R,F¡)

рис.]. СИЛЫ,ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ПОДПОРНУЮ СТЕНКУ.

нию к стенке и ее наклона формула Кулона может быть записана в виде:

sin (<*-*)

Е = Р • -, (2)

sin - V)

где Е - суммарная величина максимального бокового давления на стенку; Р - вес призмы сползания; d - угол наклона плоскости обрушения; - угол внутреннего трения ; f - 90° - £ - i - угол между силами Е и Р в силовом треугольнике (см.рис.lb); £ - угол наклона стенки АВ к вертикали; i - угол трения сыпучего по грани стенки (отклонение давления пород Е от нормали к стенке).

По этой формуле еще нельзя определить максимальную величину давления Е, т.к. в нее входят неизвестный пока угол и зависящий от него вес призмы сползания Р.

Для конкретных условий кимберлитового месторождения "Мир", на котором принято решение о переходе с открытых на подземные горные работы, автором были проведены исследования по определению веса призмы сползания Р при различных углах <Х., расчету максимального давления боковых пород Еюах и нахождению угла наклона плоскости сползания с^ обр- Для решения данной задачи были проведены натурные исследования по определению прочностных и деформационных характеристик горных пород рассматриваемого района. Данные исследования проводились как в полевых условиях, так и в лабораторных на подготовленных образцах горных пород правильной геометрической формы (кубической и цилиндрической) по принятым методикам и ГОСТам. В результате выявлены значения плотности горных пород (У и), их влажности (W), пределов прочности на сжатие и растяжение (ФСт и<5 р), а также величины сцепления (с) и угла внутреннего трения(^ ). На основании выявленных характеристик горных пород разработана математическая модель и составлена соответствующая программа (на языке программирования TURBO PASKAL), а расчеты проводились на ПЭВМ типа IBM.

После необходимых вычислений были получены зависимости величины веса призмы сползания Р и давления боковых пород Е на подпорную стенку от угла наклона плоскости сползания сС (рис.2). При

120000

-г 4500

55 54 53 52 51 50 4Э 48

Угол наклона плоскости обрушения, град.

- Ряд1 ■вес призмы сползания

- Ряд2 - давление боковых пород

Рис.2. Зависимость давления пород Р и Е от угла наклона плоскости обрушения

этом отмечено, что функция имеет явно выраженный макси-

мум. Снижение Е после некоторого значения объясняется изменением перераспределения силы Р между Е и Е в сторону последней.

Чтобы получить наибольшее возможное давление боковых пород Е, необходимо воспользоваться теоремой Ребгана и методом построений, предложенных Понсле. Для конкретных горно-технических условий были произведены данные построения и необходимые расчеты. В конечном итоге величина максимального давления боковых пород, непосредственно действующего на подпорную стенку, численно равна площади треугольника давления СИЛ, умноженной на плотность пород:

Ещах - & С Н ^ ' ^П (3)

Определив Ьщах) можно определить параметры подпорной стенки. Толщина стенки в верхней части:

Ьа. = 0,438 + 0,2 5 • Ь, (4)

где Ь - высота стенки, м.

Толщина стенки в средней части:

Ещах

Ьср ~ Киар ' ~ > (5)

0,7 • О • Ь

где Кгар = 1,5 - коэффициент запаса прочности стены; <5* - переменная во времени плотность закладочного материала, т/м3.

Исходя из полученных значений Ь1 и ЬСр, определяется толщина стенки у основания и угол наклона передней грани стены.

В результате расчетов было определено, что максимальное давление боковых пород на стенку будет оказываться при угле наклона плоскости сползания оС = 52°. Толщина стенки в верхней части 1э1 = 16 м. Исходя из значения Ь1 и механических свойств закладочного материала, были рассчитаны основные параметры подпорной стенки (толщина и угол наклона передней грани) и выявлена зависимость этих параметров от свойств закладочного материала (рис.З).

Полученные зависимости показывают, что толщина подпорной

39 •

--54

■52

■■48

... ■ 46

■44

.....42

■■40

1.8 1.9 2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 плотность закладочного материала, т/куб.м.

—Ряд 1 " толщина стенки

—в— Ряд2 * Угол наклона передней грани стены

2.8

ис.З. Зависимость основных параметров подпорной стенки от физико-механических свойств закладочного материала

стенки уменьшается с увеличением объемного веса закладки и, следовательно, увеличивается угол наклона ее передней грани.

Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что, изменяя физико-механические свойства твердеющей закладки, можно значительно сократить объем закладочных работ, требуемый для сооружения подпорной стенки, формируемой в процессе перехода с открытых на подземные горные работы.

Положение 3. Предлагаемая технология сооружения подпорной стенки позволяет сформировать в процессе отработки переходной зоны надежный предохранительный целик, обеспечивающий безопасность ведения горных работ с учетом противодавления водонапорного заполнения из карьерного пространства на подпорную стенку.

В соответствии с принципиальной схемой отработка переходной зоны применительно к условиям месторождения "Мир" осуществляете? в нисходящем порядке в несколько этапов:

- отработка траншей верхнего подэтажа без закладки выработанного пространства;

- отработка камер ромбовидной формы второго подэтажа (межд; отметками -525 и -565 м) с закладкой нижней половины этих каме] (траншей) у границ рудного тела и без закладки в центральной части;

- отработка камер ромбовидной формы третьего подэтажа с зак ладкой у границ рудного тела и без закладки в центральной части;

- отработка камер четвертого подэтажа с полной закладкой границ рудного тела и с закладкой нижней половины в центрально части (вне подпорной стенки);

- формирование искусственного целика между переходной зоне и основными запасами по всей площади рудного тела путем отрабоп-и полной закладки камер треугольного сечения на подэтаже -625 м

Общий порядок отработки переходной части - нисходящий. Отрг ботка каждого подэтажа ведется вдоль длинной оси рудного тела < центра к флангам. Отработка каждой камеры или траншеи производи' ся от границ рудного тела к центральному штреку в два этапа: сн; чала отрабатываются участки у границ рудного тела и после закла

ки и схватывания закладочного материала производится выемка - основных запасов этих камер или траншей.

Отработка траншей между дном карьера и первым от дна карьера подэтажом осуществляется без закладочных работ. Выпуск руды -торцевой, доставка руды осуществляется погрузодоставочными машинами .

Начиная со второго подэтажа (-540 м), осуществляется формирование подпорной стенки. Поэтому отработка запасов этого и следующего подэтажей производится с закладкой выработанного пространства, так чтобы образовывалась подпорная стенка с заданным углом наклона. Закладка ведется из оставленного во вмещающих породах участка срта, соединенного с кольцевым подэтажным штреком. С целью максимального заполнения камеры трубопровод для подачи закладки необходимо разместить под кровлей закладочного орта.

Отработка ведется камерами ромбовидной формы высотой 40-50 м и шириной в средней части 20 м. Отбойка руды веерами скважин начинается от отрезной щели, образуемой на контакте с боковыми породами. Для придания подпорной стенке необходимого угла наклона создается соответствующий наклон торца камеры отбойкой наклонных вееров скважин. Между отметками -540 м и -565 м отрабатываются траншеи, которые после зачистки почвы доставочшми машинами с дистанционным управлением закладываются твердеющей закладкой у границ рудного тела. После отработки и закладки твердеющими смесями приконтурных участков продолжается отработка этих траншей в отступающем порядке в сторону центрального доставочного штрека, но уже без закладки.

После отработки ( точнее после полного затвердевания закладки на участках формирования подпорной стенки) можно переходить к отработке третьего от дна карьера подэтажа (-590 м), совмещая, таким образом, работы на двух подэтажах и повышая интенсивность работ. Отработка третьего и ниже подэтажей ведется камерами ромбовидной формы высотой 50 м.

Между отметками -590 м и -625 м необходимо создать искусственный целик в центральной части месторождения, где не стыкуются подпорные стенки с противоположных границ рудного тела, что позволит отрабатывать рудный целик между траншейными камерами пониженной высоты (20 м) в заложенном массиве.

После выемки и зачистки почвы траншей из заездов последние полностью заполняются закладочным материалом. К отработке камер треугольного сечения приступают только после полного затвердевания закладочного материала в траншеях, что позволит вести работы в этих камерах под защитой искусственного целика. По окончании выемки руды из этих камер и зачистки почвы из закладочного окна производится полная закладка их твердеющими смесями, что позволит сформировать между отметками -590 м и -615 м искусственный целик толщиной 25 м.

Достоинством предлагаемой технологии отработки переходной зоны является формирование искусственного предохранительного целика в процессе выемки запасов руды и высокая надежность такого целика, а также значительное сокращение объемов закладочных работ в начале эксплуатации рудника.

Предполагаемый экономический эффект от применения данной технологии по сравнению с предлагаемыми ранее вариантами составляет около 15,6 млн.руб. (в ценах 1991 г.), что позволит снизить объем капитальных затрат на сооружение искусственного предохранительного целика на 39 %.

При увеличении плотности закладочного материала значительно сокращается объем закладочных работ, а следовательно, снижается объем затрат на создание подпорной стенки. Экономический эффект в этом случае составляет 4,9 млн.руб.

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Разработанная схема перехода с открытых на подземные работы на месторождениях в сложных горно-геологических условиях предусматривает отработку подкарьерных запасов путем перехода на подземные работы высокопроизводительной системой с подэтажной отбойкой руды с одновременным формированием в процессе горных работ искусственного целика в виде подпорной стенки, препятствующей обрушению бортов карьера,что позволяет избежать значительных экономических затрат при сооружении искусственного перекрытия, изолирующего подземный рудник от карьера.

2. Рекомендуемая методика расчета основных параметров подпорной стенки, формируемой в процессе ведения горных работ, отве-

чает конкретным горно-геологическим условиям алмазоносных месторождений Якутии и может быть использована на практике.

3. Полученная математическая модель и программа для ЭВМ позволяют определить основные параметры подпорной стенки, а также зависимости их от физико-механических свойств закладочного материала, изменяющихся во времени при его уплотнении.

4. Предложенная технология разработки подкарьерных запасов позволяет обеспечить необходимую безопасность работ при формировании подпорной стенки, снизить величину потерь и разубоживания руды при переходе: с открытых на подземные работы при минимальных экологических нарушениях окружающей среды.

5. Предлагаемую технологию перехода с открытых на подземные горные работы целесообразно использовать в сложных горно-геологи-ческик условиях тех месторождений, где невозможно применение традиционных технологий отработки подкарьерных запасов.

6. При проектировании технологической схемы перехода с открытых на подземные работы с созданием искусственного предохранительного целика в виде подпорной стенки на месторождении "Мир" рекомендуется использовать предлагаемые в работе расчетные параметры подпорной стенки. При этом применение технологии отработки подкарьерных запасов с созданием подпорной стенки экономически и технологически целесообразно на месторождениях с мощностью полезного ископаемого более 100 м.

7. Для дальнейшего повышения эффективности технологии перехода с открытых на подземные горные работы в сложных горно-геологических условиях необходимо продолжить исследования по совершенствованию методики определения параметров подпорной стенки, технологии ее формирования, а также проведение экспериментальных исследований по определению физических констант и коэффициентов массива горных пород и сыпучей среды.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах .

СТАТЬИ

1. Ковтун Н.В. Расчет основных параметров подпорной стенки, 1репятствующей обрушению бортов карьера / Тезисы доклада на 3-ем

Международном симпозиуме "Горное дело в Арктике". - СПб.: СПбГГИ, 1994.

2. Мнлехин Г.Г., Ковтун Н.В. Вариант отработки переходной зоны для условий месторождения "Мир" / Тезисы доклада на том же симпозиуме "Горное дело в Арктике". - СПб.: СПбГГИ, 1994.

3. Определение толщины железобетонных перекрытий при переходе с открытых на подземные горные работы / В сб. Физические процессы горного производства /, авторы Милехин Г.Г., Александров В.А., Ковтун Н.В., Крамсков Н.П. - СПб.: СПбГГИ, 1994.

4. Ковтун Н.В. Обоснование принципиальной схемы перехода с открытых на подземные работы в условиях кимберлитовых месторождений Севера - В сб. Научная работа аспирантов и студентов СПГГИ (ТУ), - СПб.: СПбГГИ, 1994.