автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Развитие геотехнологий подземной разработки пологих маломощных рудных месторождений

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ КОМПЛЕКСНОГО ОСВОЕНИЯ НЕДР

РГи ОД На правах рукописи

2 4 НОЯ Щ7

БЕССОНОВ Игорь Иванович

РАЗВИТИЕ ГЕ1ТЕШШ1ВВДЗЕМВВЙ РАЗРАБОТКИ ПОЛОГИХ МАЛОМОЩНЫХ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Специальность: 05.15.02 - "Подземнаяразработка месторождений полезных ископаемых"

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

МОСКВА 1997

Работа выполнена в Горном институте Кольского научной центра Российской академии наук.

Научный консультант - член-корреспондент РАН Д.Р.Каплунов

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор СЛ.Иофин доктор технических наук, профессор Г.Г.Ломоносов доктор технических наук, профессор Ё.И.Панфилов

Ведущее предприятие - АО "Севредмет"

Защита состоится У сГ/>/ 1997 г. вУчасов н

заседании диссертационного совет? Д 003.20.01 Института пробле1 комплексного освоения недр РАН по адресу:

111020, Москва, Крюковский туп. 4.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенны печатью, просим направлять в адрес совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Институт проблем комплексного освоения недр РАН.

Автореферат разослан " ^ " ^1997 г.

Ученый секретарь МИл

диссертационного

канд.техн.наук «г^^^ДйР^^^ Г.И.Богданов

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Современное состояние подземного госсба разработки пологих маломощных месторождений руд редких цветных металлов характеризуется в ряде случаев снижением «ества добываемых полезных ископаемых, ростом глубины горных :бот, увеличением потерь руды в целиках и, как следствие удшением технико-экономических показателей эффективности :воения недр в целом. Конкурентоспособность горнодобывающих )едприятий, разрабатывающих маломощные месторождения руд :дких . металлов, в частности Ловозерского редкометалльного деторождения комплексных руд, определяется качеством рудного трья и затратами на его добычу и переработку, которые в ¡ачительной мере зависят от эффективности систем разработки.

Научное и практическое значение дальнейшего развития ;тодов повышения эффективности технологии освоения шомощных рудных тел с использованием опыта разработки »паритосого месторождения на Кольском полуострове очевидно, >скольку оно является одной из характерных и важнейших фьевых баз для получения тантала, ниобия и редкоземельных 5таллов. 3 то же время результаты технического перевооружения, >вышенис полноты и качества извлечения полезного ископаемого и циональнос использование ресурсов во многом обуславливаются анидами эффективного применения различных систем разработки > соответствующим км технологическим зонам рудных тел, а также ^штабами использования в системах с закладкой выработанного юстранства техногенных минеральных ресурсов в виде хвостов югащения и горных пород от проведения выработок. В связи с ;стом, которое занимают в минерально-сырьевой базе пологие то мощные .рудные месторождения, их особенностями и временным геотехнолошчееккм состоянием эксплуатации и пользования добываемого сырья, особую значимость приобретает •иск новых технологических решений, позволяющих, с одной ороны, обеспечить ресурсосбережение при применяемых в проком масштабе системах разработки с открытым очистным юстранством, и с другой, - расширить область применения систем зработки с закладкой выработанного пространства с пользованием техногенных минеральных ресурсов.

Накопленные знания в области установлен™ параметров оектируемых и реконструируемых подземных рудников, учитывающих затепло освоения и сохранения недр Земли и постоянное влияние

научно-технического прогресса нашли отражение при опргделе проблем и приоритетных направлений исследований в области гор

наук на ближайшую перспективу*, среди которых центральное м< отведено исследованию взаимосвязей параметров и условий примене технологических схем, характеризующих комплексное освое месторождений как новую систему технических, оргашзационны экономических решений, обеспечивающую необходимые объемь качественный состав добываемого сырья.

Все это обуславливает актуальность развитая геотехнолс зыемки запасов месторождений редкомеггалльных руд,' представлен пологами маломощными рудными телами, на основе комплекс! использования минеральных ресурсов и ресурсосберегающих процес составляющего совокупность научно-обоснованных технических рента внедрение которых имеет важное народнохозяйственное значение.

В основу диссертации положены результаты, получен] автором в 1975-1997 гг. при выполнении исследований в каче< ответственного исполнителя или научного руководителя разделов в соответствии с планами НИР Горного института КНЦ Р^ программой НИР и ОКР, утвержденной ОГГГГ АН СССР в 198( Постановлением ГКНТ СССР от 10.03.86 № 56, Приказ распоряжением МЦМ СССР и КФАН СССР №69/5 от 31.01 Проекта Миннауки РФ "Создание экологически безопас технологии крупномасштабной подземной добычи ] обеспечивающей комплексное освоение кедр", по комплекс программе ИПКОН РАН, соисполнителем которых является 1 КНЦ (26.03.92.).

Цель работы заключается в создании и научном обоснова параметров эффективных технологий разработки поле маломощных рудных месторождений цветных и редких металлоь основе выявления закономерностей изменения и взаимо« основных геологических, горнотехнических и геомеханичес факторов по технологическим зонам месторождения.

Идея работы заключается в учете при выборе сис разработки и параметров выемочных единиц закономерно« взаимосвязи геологических, горнотехнических и геомеханичес

* Приоритетные направления научных исследований в области геологичес геохимических, геофизических и горных наук по изучению, ссвоешп сбережению недр России / ВАЖариков, Ю.Г_Яеонов, Ю.Г.Сафонов и др.; ред. ВАЖарикова - М.: ИПКОН РАН, 1996. - 213 с.

акторов по характерным технологическим зонам рудных тел, что беспечивает повышение полноты и качества извлечения полезного скопаемого и оптимальное сочетание ресурсосберегающих роцессов по всему месторождению.

Методы исследовании включают анализ и систематизацию ютехнологий подземной разработки маломощных рудных есторождешш, производственные наблюдения, лабораторные, олупромышленные и промышленные испытания новых конструкций исгем разработки и новых материалов, используемых в системах с «сладкой выработанного пространства, метод вариантов и технико-кономическую оценку результатов исследования с использованием кономико-математического моделирования и пакетов прикладных рограмм для PC IBM.

Основные положения, защищаемые в диссертации:

1. Методика районирования шахтного поля на гхнологические зоны для дифференцированного выбора систем азработки и параметров выемочных единиц по сочетанию мощности угла падения рудного тела, ценности руды, величины междупластья

уровня удароопасности ¡в отличие от решения этих задач по :редним" данным шахтного поля, что расширяет диапазон рименяемых систем и повышает их эффективность.

2. Зависимость изменения качества извлечения горной массы при роведении подготовительных выработок в зонах повышенного апряженного состояния массива: чем больше угол между направлением ярабсоки и 'азимутом направления вектора горизонтального «тонического напряжения массива горных пород, тем больше величина 1зубоживания за счет вывалов горных пород запроекшош контура лработки (это особенно важно при ориентации выработок под углом эльше 20-30° в удароопасных технологических зонах с высокой енностью руды).

3. Снижение трудоемкости и повышение безопасности работ i счет уменьшения времени нахождения людей в зоне повышенного иска при системе с открытым очистным пространством достигается роведением щелевых выработок узкого сечения методом взрывания сдозаряженных скважин, пробуриваемых из подготовительных лработок.

4. Эффективные условия формирования закладочных ассивов для систем разработки с закладкой на основе хвостов Зогащения лопаритовых руд связаны с их доизмельчением и адением в состав адсорбентов повышающих прочность массива, сологическую чистоту и снижающих расход цемента на 20-25%.

5. Конструирование вариантов систем разработки дл технологических зон с селективной выемкой рудных тел должн осуществляться на принципе одностадийной одновременной отбойк рудного тела и подрываемых вмещающих пород лежачего бока размещением их в пределах контуров объема горной массь отбиваемого за один цикл.

Достоверность. Научные положения и выводы обоснованы:

- применением широко апробированных в исследовательской проектной практике методов физического, экономико-математическо] моделирования и технико-экономического анализа консгруктивнь элементов систем разработки и технологических процессов;

- сходимостью результатов теоретических расчетов параметре и показателей систем разработки, закладочных материалов данными промышленных испытаний;

- оценкой установленных основных зависимостей с ошибке не более 10-15% при коэффициентах корреляции ш корреляционном отношении 0.75-0.85.

Научная новизна работы заключается в:

- районировании месторождения на технологические зоны г сочетанию основных геологических, горнотехнических геомеханических критериев, заключающемся в существеннс изменении базы данных для выбора и определения удельного в& различных классов и вариантов систем разработки с открыты очистным пространством и закладкой, снижения удельного во двухстадийных систем разработки с валовой выемкой, что позволя снизить потери и разубоживание руды в 1.5-2.0 раза;

. - установлении и учете закономерностей дифференцированного совокупного влияния выемочной мощности рудного тела, интенсивное очистной выемки и направления ориентации выработок на показать эффективности геотехнологий подземной разработки полог маломощных рудных месторождений;

- создании новых материалов для твердеющей заклад! выработанного пространства на основе хвостов обогащен] лопаритовых руд с заданной прочностью (в пределах 2.0-5.0 МПа);

- обосновании принципов конструирования геотехнолоп подземной разработки пологих маломощных рудных месторожцени обеспечивающих условия для максимального использования самохода горных машин, повышения качества извлечения полезного ископаемого минимального времени нахождения людей в открытом очистю пространстве, а также управление зоной перемешивания рудной массь: вмещающими породами при очистной выемке.

Практическое значение работы состоит:

1. В разработке, промышленном испытании и внедрении вьрс конструкций систем разработки на рудниках АО "Севредмет", зволивших, по сравнению с применявшимися в данных условиях эиантами сплошной системы забой-лава и камерно-целиковой, гличить производительность труда подземного рабочего, тенсивность отработки запасов на 15-20% и снизить себестоимость бычи на 10-12%.

2. В разработке составов твердеющих смесей прочностью 1.5-2.5 Па на основе хвостов обогащения лопаритовых руд с сокращением гхода цемента на 25-30% и повышением экологической чистоты шологии.

3. В разработке инженерных методов конструирования и счета элементов систем разработки пологих маломощных рудных нежей, обеспечивающих повышение безопасности работ в зонах •вышенного риска.

Реализация работы. По результатам исследований разработаны и едрены новые технологические инструкции по применению сплошной, нельно-столбовой систем разработки с открытым очисшым юстрансгвом и с закладкой на рудниках "Карнасурт" и "Умбозеро" на >возерском месторождении АО "Севредмет"; разработаны рекомендации > повышению безопасности систем разработки, порядку и юледовательносш ведения закладочных работ; регламенты для юектирования составов гидравлических и твердеющих смесей для кладки выработанного пространства хвостами обогатительных фабрик, I основании которых институтом Гиредмет выпущены проекты работки Ловозерского редкометалльного месторождения.

Апробация работы. Основные результаты выполненного ¡следования докладывались и получили положительную оценку на «союзных, ведомственных и отраслевых научно-технических •вещаниях, научных конференциях, научных совещаниях по июлнению координационных планов, в том числе Ученом совете >рного института КНЦ (1975-1997 гг.), Всесоюзной научно-хнической конференции "Теория и практика проектирования и :сплуатации высокопроизводительных подземных рудников Москва, ИПКОН, 1990 г.), в Московском горном институте на гесоюзной научно-технической конференции "Рудник будущего ж механизированной разработке месторождений крепких руд" Москва, МГИ, 1979 г.), на выездной сессии отделения ОГГГГН Ш (Апатиты, 1993 г.), на координационных совещаниях по эоблеме "ЭКОГОРМЕТКОМПЛЕКС" (Москва, ИПКОН РАН, 1992,

1995 гг.); научно-технических совещаниях института ГИРЕДМЕ1 технических совещаниях АО "Севредмет" по проблеме "Создани безопасной технологии разработки Ловозерского месторождения (1978-1996 г.) и проблеме "Стабилизация и устойчивое развита горных работ на рудниках АО "Севредмет" (1997 г.).

Публикации. Автором опубликовано 125 научных работ основное содержание диссертации изложено в 51 печатной работ« получено 7 авторских свидетельств на изобретения.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, семи гла! изложенных на 319 стр. машинописного текста, включая 81 рисунов 59 таблиц, списка литературы из 167 наименований.

Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарност академику РАН Н.Н.Мельникову и член-корреспонденту РА1 Д.Р.Каплунову за постоянное внимание к работе, научно методическую помощь и оценку результатов исследований, а таюк искреннюю признательность коллегам по работе в Горном институт КНЦ и ИПКОН РАН за многолетнее творческое сотрудничестве поддержку и ценные критические замечания на различных этапа выполнения работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

По существующим классификациям к пологим маломощны месторождениям относятся рудные тела мощностью от 0.6-0.8 м до 1 5 м с углом падения от 3 до 25°.

Минералогический состав рудных тел рассматриваемого тип месторождений неоднороден, руды комплексные, им свойственн высокая ценность, так как большинство из них являются сырьево базой цветных и редких металлов. На территории России эт месторождения расположены в районах Сибири, Дальнего Восток; Урала и Крайнего Севера. Значительная часть их расположена сейсмически активных регионах, а массивы горных пород находятс в сложном напряженном состоянии, что существенно затрудняе подземную разработку.

Указанные условия оказывают существенное влияние } эффективность горных работ, поэтому потери и разубоживание руды пр добыче составляют 25-35%, а небольшая высота очистного пространен при выемке маломощных рудных тел и невозможность выпуска руды I блока под действием сил гравитации усложняют технологию очистно выемки и являются причиной низкой производительности труда, которг

$ 3-5 раз ниже, чем при разработке крутопадающих месторождений малой 1 средней мощности.

На территории бывшего СССР известно более 15 рудников, соторые разрабатывали месторождения данного типа. Однако в настоящее время многие из них оказались либо в странах СНГ, либо з странах ближнего зарубежья.

В настоящее время при разработке пологих маломощных залежей наибольшее распространение получили различные варианты сплошной и камерно-столбовой систем разработки. Удельный вес в эбщем объеме добычи различных классов систем следующий: с эткрытым очистным пространством - 18; с креплением - 62; с закладкой и креплением очистного пространства - 10; с обрушением - 5 и с закладкой - 5%. Системы разработки с открытым очистным пространством широко применяются в практике разработки месторождений как в России, странах СНГ, так и за рубежом. Значительный удельный вес приходится на варианты сплошной системы с выемкой блоков забоем - лавой по простиранию или восстанию рудного тела и реже - по падению или радиально.

Параметры блоков изменяются в широких пределах: длина по простиранию 40-120 м, наклонная высота этажа - 30-60 м, высота очистного пространства (выемочная мощность) - 0.9-1.5 м.

В качестве базового объекта исследований было выбрано Ловозерское редкометалльное месторождение лопаритовых руд, расположенное на территории Кольского полуострова, которому присущи, практически, все характерные особенности пологих маломощных рудных месторождений и которое является одной из важнейших минерально-сырьевых баз тантала, ниобия и редкоземельных элементов.

Лопаритовые руды значительно беднее по содержанию пятиокиси тантала и ниобия, чем пирохлоровые или танталит-колумбитовые, но большие запасы их, относительно простая технология обогащения, выгодное географическое положение района месторождения делают это месторождение одним из основных в редкометалльной подотрасли цветной металлургии.

Месторождение представлено серией пологих пластообразных рудных тел с широким диапазоном изменения мощности (от 0.6-0.7 м до 4-5 м); угла падения (от 0-10° до 20-35°); содержания полезного компонента (от 0.5-0.8% по конгуру рудных тел до 12-15% в, цешральной части), глубины залегания рудных тел от поверхности (от 0 м до 500-600 м и более); горизонтальных напряжений, превышающих в 3-4 раза вертикальное напряжение сгг сил гравитации.

Руды - комплексные и содержат, кроме основного минерал! лопарита, эгирин, нефелин, полевой шпат, апатит и др.

В последние годы в связи с положительным опытом применен самоходного оборудования при разработке мощных месторождений увеличением при этом производительности труда забойного рабочего в 2-раза, область применения его значительно расширилась. На раде рудню ехали применял» системы с использованием самоходной техники л мощности рудных тел от 2.0 м и более при пологих углах падения.

Анализ разработки маломощных месторождений показал, ч в качестве основных направлений исследований, которые могли ( привести к существенному повышению эффективности освоен недр, являются создание систем и технологии выемки полог маломощных месторождений, основанных на механизации процесс добычи руды и позволяющих значительно (в 3-4 раза) повыси производительность труда рабочих по системе, сократить , оптимального уровня потери полезного ископаемого при добыче повысить качество выдаваемой рудной массы из блока.

Исследования этих вопросов многие годы носили лежалый характер для конкретных предприятий и ориентировались : применение, в основном, переносного оборудования. В связи с эт1 была уточнена методика поиска рациональных решений технологии разработки пологих маломощных месторождений направлении создания в эксплуатационных блоках благоприятш горнотехнических условий для независимого выполнения основю технологических процессов нарезных и очистных работ: бурей шпуров (скважин) и их взрывания, доставки руды и поддержан] выработанного пространства. Достижение таким путем относителы непрерывной циклично-поточной технологии разработки долж] обеспечить наиболее эффективное использование самоходных других высокопроизводительных машин и оборудования на очистш и подготовительно-нарезных работах.

Основными задачами диссертационных исследований являются:

1. Изучение особенностей и основных факторов, определяющ выбор и эффективность систем разработки Ловозерского месторожденл и выявление технологических зон.

2. Установление закономерностей распределения полезш компонентов по мощности в свите рудных тел в шахтном поле.

3. Изыскание возможности повышения технико-экономичесю эффективности и безопасности систем класса с открытым очисть пространством за счет нетрадиционных методов подготовки

ормирования активного фронта работ в блоках с различной ориентацией [боев-лав.

4. Определение составов и свойств твердеющих и гидравлических смесей с заданными свойствами на основе хвостов обогащения лопаритовых руд для систем с закладкой выработанного пространства.

5. Создание новых технологий разработки пологих аломощных рудных тел с учетом районировгния шахтных полей на биологические зоны и определение областей эффективного рименения классов систем с открытым очистным пространством и с исладкой.

6. Развитие информационной базы для принятия решений о новой технологии разработки вводимых в эксплуатацию шахтных олей Ловозерского редкометалльного месторождения.

Задачи по определению целесообразности расширения нформационной базы решались на осноес изучения фундаментальных гнов решения задач по изысканию методов повышения эффективности и омплексносги разработки подземным способом рудных месторождений, зложенных в трудах М.ИАгошкова, Д.М.Бронникова, В.М.Бусырева, .И.Бурцева, В.В.Гущина, Ю.ВДемвдова, Н.Ф.Замесова, Н.Х.Зашрова, .Р.Имениггова, СЛ.Иофина, Д.Р.Каплунова, ИАКовалева, .ГЛомоносова, Н.Н.Мельникова, А-Ф.Назарчика, Е.И.Панфилова, АПетросова, Д.И.Рафиенко, ЗАТерпогосова, ВАСимакова, [..Н.Чаплыгина, ВАШестакова, В.И.Голика и других, а также анализа и данных, которые рекомендуются нормативными положениями.

Изыскание оптимальных составов закладочных смесей и изучение х свойств выполнялось путем лабораторных экспериментов и опытно-ромышленных испытаний с использованием методических основ, зложенных в работах: М.ИАгошкова, СААшанских, ИААйнбиндера, ;.М.Бронникова, Н.В.Брезгулевского, М.И.Вескова, В.П.Вольхина, [.И.Городецкого, В.ВДобровольского, Е.И.Ерофеева, Н.Ф.Замесова, .Р.Имегоггова, В.П.Кравченко, Л.И.Крупника, Ю.И.Паненкова, ЛО.Реппа, КН.Светлакова, АЕ.Смолдырева, САСгудзинского, 1.Н.Цыгалова.

На рис.1 дана принципиальная блок-схема анализа методов овышения эффективности разработки пологах маломощных есторождений, которые последовательно рассматривались для □стижения поставленной цели применительно к условиям овозерского месторождения.

Рис.1. Блок-схема анализа методов повышения эффективноеп\ разработки пологого маломощного месторождения.

Изучению основных горно-геологических и геомеханических асгоров разработки Ловозерского месторождения посвящены ^следования ИАТурчанинова. Эта работы позволили выявить отряженное состояние массива, физико-механические свойства горных >род, удароопасносгь. Однако в выводах рассмотренных исследований не лло рекомендаций по районированию шахтных полей на хнологические зоны по сочетанию геологических, горнотехнических и омеханических факторов, позволяющему прогнозировать полноту и гаесгво извлечения полезного ископаемого и дифференцированно гределять параметры конструктивных элементов систем разработки.

Учитывая это, совместно с ГАМарковым, ААКозыревым, ВЛовчиковым, АИ.Калашником было изучено влияние основных омеханических и геологических факторов на изменение основных [раметров систем разработки, что явилось основой для районирования гсторожцения на технологические зоны. Для дифференцированного ,1бора параметров систем разработки технологические зоны выделены по •четанию мощности, угла падения, нарушенносги, удароопасности и шряженности массива участков шахтных полей (рис.2). Критериями [фференциации шахтного поля приняты: по напряженности -ношение вертикального напряжения от веса пород к горизонтальным ктоническим напряжениям; по нарушенносги и устойчивости пород юшга - допустимая площадь обнажения незакрепленной кровли, когда ирина и длина обнажения соизмеримы, т.е. длина превышает ширину ; более чем в два раза.

Для определения качества извлечения полезного ископаемого выработках блоков, расположенных в тектонически напряженных хнологических зонах шахтных полей, была использована висимость изменения контуров выработок от угла между азимутами травления выработки и направления действия тектонического шряжения, которая выражается формулами:

й + СЬгВй. <•>

е авф - содержание полезного компонента в добытой горной массе, ; а\- содержание полезного компонента в проектных контурах фаботки, %; ф- содержание полезного компонента в приращенном ¡ъеме горной массы, %; К5 - коэффициент увеличения площади чения выработки от угла между направлением проведения фаботки и направлением сжимающего напряжения (аЛрнс.З):

£000

1500

«ОС

2000

(500

¡ООО

-{300 -ЮОО -500

® ~ НОМЕР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЗОНЫ

ГРАНИЦА ФРОНТА ГОРНЫХ РАБОТ НА 101.92 Г.

Рис.2. Схема районирования шахтного поля на технологические зоны чо совокупности горно-геологических факторов.

К, = 1.07 + 0.02аа, (2)

Установленное влияние интенсивности очистной выемки на качество извлечения полезного ископаемого аппроксимируется уравнением (рис.4)

Лт = 0.1 + 0.0По, (3)

дс Лт - мощность отслоений пород кровли, м; 10 - время очистной ыемки блока (при 5<Чо520 суток).

Установленные коррелящюнные зависимости позволили пределять качество извлечения полезного ископаемого и прогнозировать го изменение в зависимости от ориентации основных выработок в ыемочных единицах и интенсивности очистной выемки. С учетом сгановленной зависимости скорректированное содержание полезного юмпонента в добытой руде определяется из выражения

тс\Ат + (0.1 + 0.01/)сп 1 ...

ал = —--4 V4)

1 т + [Д/я + (0.1 + 0.01/0)]

де т - мощность рудного тела, м; Лт - нормированная прирезка мешающих пород, м; - продолжительность очистной выемки, уток; с и с„ - содержание полезного компонента соответственно в ¡алансовых запасах и в прирезаемых породах, %.

Результаты этих исследований позволили конструировать системы | определенной ориентаций как подготовительно-нарезных выработок, ак и забоев лав, очистных камер, что значительно повысило безопасность [ эффективность выемки в зонах повышенного риска ведения работ при исгемах с открытым очистным пространством

Тектоническая нарушенность Ловозерского массива горных юрод характеризуется в основном мелкоблоковой трещиноватостыо, де выделены семь систем круто- и пологопадающих трещин, их •лемеиты ориентировки в пространстве и углы падения. Анализ шформации позволил определять размер естественных структурных ¡локов, формируемых различными системами трещин и учитывать IX при определении предельных пролетов, незакрепленной кровли [ыработок внутри предельного свода естественного равновесия (по *етодике ИПКОНа) до проведения экспериментальных работ, что ювысило их безопасность.

К5

/.5 ¡2 и 10

J_ц

Л-!-1_____1..

10 го 30 40 50 60 70 во 30 <¿4

Рис.3. График зависимости коэффициента увеличения площас выработки от угла между направлением выработки и действие главных субгоризонтальных сжимающих напряжений.

д т\м О*

0.3

0.2

0.1

й т'-0.1 + 0.0!Ь

*___I

¡0

2.0 Ь,сутки

Рис.4. График зависимости мощности отслоений пород кровл от времени очистной выемки.

Анализ фактических параметров функционирования систем азработки показал существенные отклонения их значений от асчетных. Это связано, с одной стороны, со случайным характером ротекания технологических процессов и отказами в работе онструктивных элементов и технических средств, с другой, с спользованием. "средних" данных по характеристике рудных тел ри выборе систем разработки и определении параметров камер и еликов. Такой подход, естественно, упрощал решаемые задачи и озволял сократить время и затраты на проектирование. Однако при том не учитывался экономический ущерб, который напрямую вязан с отклонением фактических параметров от расчетных, собенно по полноте и качеству извлечения полезного ископаемого.

Отмеченные недостатки проектирования компенсировались ведением в расчеты коэффициентов резерва при определении сновных параметров системы, которые регламентируются нормами ехнологического проектирования и правилами технической ксплуатации месторождений. Однако более существенное значение дя приближения фактических параметров к расчетным и пределения оптимальных значений оказало использование более ифференцированной информации по отдельным технологическим онам рудного тела.

Технологическая зона, как часть шахтного поля, выделяется ю определенному сочетанию геологических, горнотехнических и еомеханических факторов в пределах границ геологических блоков [а стадии разведки месторождения, или эксплуатационных блоков -[а стадии вскрытия и подготовки месторождения.

К основным геологическим и геомеханическим факторам, »пределяющим выбор систем разработки и устойчивые и безопасные сараметры выработок и конструктивных элементов блоков относятся лементы залегания рудных тел, физико-механические свойства руд [ вмещающих пород, исходное напряженное состояние массива юрод, удароопасность и структурная нарушенность.

Технологические зоны выделяли с учетом следующих снтервалов изменения указанных параметров:

- глубина разработки [На\, м:

1. 100£Я,<200 2. 2ШНв <4003. 400^Яв <600

- нормальная мощность [т], м:

1.0.5<ш<1.5 2. 1.5<ш<3.0 3.3.0*т<4.0

- угол падения [а], град.;

1. 10<а<20 2. 20<а<30 3.30<а<40

- высота междупластья [//„], м:

1.30<;НМ<50 2.50£НМ<60 3.60<:НМ<80

- содержание металла [с], %:

1. 1.0<с<2.0 2. 2.0<с<3.0 3. 3.0<с<5.0

Картирование залежи производилось в изолиниях мощности рудного тела, содержания полезного компонента, угла падения, глубины залегания и мощности междупластья с использованием прикладных программ.

На основе анализа Ловозерского месторождения выделены 2( технологических зон с фактическими сочетаниями значение геологических параметров месторождения (табл.1), что позволило использовать различные методы повышения эффективность технологии, а при разработке новых конструкций систем и выборе технических средств учитывать возможность их адаптации к боле« широкому диапазону изменения горно-геологических условий.

Из исследования трудоемкости систем разработки с открытык очистным пространством следует, что удельный вес трудовых затрат при проходке отрезных щелей при подсечке блока составляет 10-129; в общей трудоемкости систем, что в совокупности с низкиме темпами их проведения и повышенным расходом материалов резк< снижает эффективность разработки в целом.

По опыту разработки мощных месторождений одним и: методов повышения эффективности подготовки блоков являете? способ проведения подготовительных выработок методом недозаряд; скважин, который в отечественной практике был применен например, на рудниках Зыряновского комбината при проведение штреков сечением 9 м2 в крепких породах, однако при проведение выработок с малой высотой (0.9-1.0 м) при подсечке блоков ) крепких породах такой опыт как в отечественной, так и зарубежное практике не известен. Поэтому первым методом повышение эффективности систем было установление технической возможносте и экономической целесообразности использования способ; недозаряжания скважин при проходке узких выработок высотой 0.9 1.0 м. Первые эксперименты проводились по отбойке рудь скважинами диаметром 36 и 43 мм, глубиной от 6.0 до 7.5 м пре расстоянии между рядами скважин 0.8-1.0 м, а между скважинами ) ряду-0.50-.0.80 м. Недозаряд скважин составлял 3 м, т.е. скважинь недозаряжались на величину целика.

Схема проведения отрезных щелей скважинами представлена на рис.5.

Таблица 1

Интервалы изменения технологических параметров по зонам

Номер зоны Параметры дифференциации Относительная площадь зоны, %

Нв, м m, м а, град. Нш м

1 <200 <1.5 10-20 <50 1.4

2 <200 <1.5 20-30 <50 1.2

3 <200 <1.5 20-30 50-60 2.8

4 <200 <1.5 >30 <50 3.0

5 <200 <1.5 >30 50-60 2.7

6 <200 1.5-3.0 10-20 50-60 1.5

7 <200 1.5-3.0 20-30 50-60 7.0

8 200-400 <1.5 10-20 >60 3.2

9 200-400 <1.5 20-30 >60 5.2

10 200-400 1.5-3.0 10-20 50-60 12.0

И 200-400 1.5-3.0 10-20 >60 4.3

12 200-400 1.5-3.0 20-30/ 50-60 5.8

13 200-400 1.5-3.0 20-30 >60 1.7

14 200-400 1.5-3.0 >30 50-60 1.8

15 200-400 1.5-3.0 >30 >60 1.0

16 200-400 >3.0 20-30 50-60 0.4

17 >400 <3.0 10-20 >60 0.3

18 >400 <1.5 20-30 50-60 5.2

19 >400 <1.5 20-30 >60 5.5

20 >400 1.5-3.0 10-20 50-60 2.6

21 >400 1.5-3.0 >60 >60 6.7

22 >400 1.5-3.0 50-60 50-60 10.5

23 >400. 1.5-3.0 >60 >60 0.5

24 >400 >3.0 50-60 50-60 1.5

25 >400 >3.0 >60 >60 8.7

26 >400 >3.0 50-60 50-60 3.5

Всего 100.0

За время экспериментальных работ было взорвано 198 скважин, из них 86 глубиной 5.4 м и 112 глубиной 6.3 м. Экспериментально установлено, что для снижения степени влияния

торцевого зажима заряда на показатели взрывных работ скважин; необходимо располагать под углом к плоскости бурения (стенк штрека) не более 70°.

По А-А . По Бгб

Рис.5. Проведение отрезной щели методом недозаряжаш взрывных скважин: 1 - откаточный штрек; 2 - восстающий; 3 отрезная щель; 4 - надштрековый целик; 5 - взрывные скважины; 6 буровой станок.

Оптимальная величина уходки забоя за цикл, определялась I условий технических возможностей применяемой техники согласованности основных технологических процессов - буреш скважин и уборки горной массы с учетом высоты развала отбитс горной массы и зазора между кровлей выработки, достаточного да свободного прохождения скрепера. Анализ профилей развала горне массы в щели показал, что наиболее приемлемым является профил полученный при уходке забоя щели за цикл равной примерно, 5.0 ] которая и принята в конкретных условиях.

Проведенные исследования позволили установи' оптимальные параметры проведения щелевой выработк одновременное взрывание за цикл двенадцати скважин диаметром ' мм с Л.Н.С., расстоянием между скважинами в ряду и их рядам равными соответственно 0.7, 0.8 и 0.9 м.

Установлено, что при проходке первых 6-8 м выработки часть отбиваемой горной массы силой взрыва доставляется в аккумулирующий восстающий в количестве 10-15% из общего объема, получаемого при проходке щели, и не требует затрат труда на ее доставку.

Эффективность метода по сравнению с мелкошпуровым состоит в сокращении удельного расхода В В в два раза, расхода бурения в 1.57 раза, снижении трудоемкости проведения 1 пог.м выработки в 2 раза, при этом на бурении - в 1.12 раза, на заряжании и взрывании - в 1.5 раза, а на доставке горной массы по щели -почти в 4 раза.

Исследование технической возможности и экономической целесообразности отбойки руды скважинами малого диаметра в технологической зоне месторождения мощностью 0.70-0.80 м с углом падения 10-12°, нарушенной трещинами при выемке блоков по восстанию. Блок восстающими разделялся на выемочные столбы, которые отрабатывали последовательно в восходящем порядке. Очистные работы вели одновременно в двух столбах (рис.6) с образованием рудного вала со стороны очистного забоя и созданием компенсационного пространства, определяемого по формуле

Вк= Пра(Кр-1)+вскр, (5)

где Вк - ширина компенсационного пространства, м; пр - число рядов скважин, взрываемых за цикл; а - расстояние между рядами скважин, м; Кр - коэффициент разрыхления руды при взрыве; о^р - ширина скрепера, м.

Одним из результатов исследований явилось установление граничного соотношения длины скважины и выемочной мощности рудного тела, выражаемого зависимостью:

т0 = 0.70 +0.01L (6)

где т0 - высота очистного пространства, м; L - длина скважины, м. Зависимость справедлива при 5<Lál5. Коэффициент корреляции -0.98.

Выбор оптимальной ширины очистного забоя производили с учетом изменения количества и качества извлечения полезного ископаемого при различных условиях формирования очистного пространства.

Рис.6. Опытный вариант системы разработки со скважинно отбойкой.

Установлению, что при сетке расположения скважин 0.60x0.30 м, дине скважин 7.5, 10.0, 12.5 и 15 м, ширине столба 15, 20, 25 и 30 м, зрывании за один прием трех рядов скважин, по шесть из каждого осстающего, средняя высота очистною пространства соответственно оставляла: 0.79, 0.90, 1.02 и 1.17 м. При этом производительность труда абойного рабочего увеличивается в 1.1 раза при снижении себестоимости ;обычи 1 т руды на 6.0%., качество добываемой руды повышается на 10% [ общий экономический эффект увеличивается в размере 8-12% с 1 т югашенных балансовых запасов.

Следующим методом повышения эффективности сплошной истемы разработки является повышение интенсивности очистной ыемки й концентрации горных работ.

Установлено, что система разработки со спаренными [анелями и концентрационным горизонтом позволяет повысить сзвлечение руды на 3% по сравнению с применяемым вариантом, :огда панели отрабатываются раздельно,, производительность труда >абочих повысить на 26.0%, а потери руды в целиках сократить на 0-15%.

Выявленные в результате исследований резервы повышения ффективности сплошной системы разработки с открытым очистным [ространством в технологических зонах с минимальной выемочной ющностью рудного тела 0.85-1.0 м составляют: по снижению рудоемкости и материалоемкости системы - 10-12%, по повышению ачества извлечения полезного ископаемого - 8-10%.

В. целом, на основании промышленных экспериментов и нализа вариантов сплошной системы разработки с открытым »чистным пространством и переносным оборудованием (в диапазоне вменения высоты очистного пространства от 0.8 до 1.2 м и длины [авы от 25 до 120 м) можно констатировать, что потенциальные юзможности повышения технико-экономических показателей этой :истемы за счет оптимизации параметров конструктивных элементов 1аходятся в пределах 15-20%.

Комплексность освоения месторождения рассмотрена в гескольких аспектах по отношению: к свите пластов, слагающих {есторождение; к балансовым и забалансовым запасам в целом, по »уде и лопариту; ко всем полезным компонентам, входящим в »удный минерал лопарит; к суммарному количеству продуктов [обычи, переработки и потерь полезного ископаемого.

Установлено, что существующий уровень комплексности ювоения редкометалльных лопаритовых руд составляет не более 3-

4% от общего объема добываемой горной массы и 40-45% < стоимости извлекаемых и используемых полезных компонентов.

При многопластовом строении Ловозерского месторождеш и использовании систем подземной разработки с открыть; очистным пространством величина безопасной глубины подработс определяется из условия:

Н6~КбМэкНм (7)

где Не - безопасная глубина подработки, м; Kg - коэффицие] безопасности (для объектов III категории (Kg =100); Нм - мощное междупл астья, м.

При мощности междупластья 40 м допустим! (максимальная) величина эффективной мощности подрабоп вышележащего пласта составила 0.4 м., которая слагается из дв; слагаемых: высоты недозаложенного выработанного пространсп (hj) и абсолютной компрессионной деформации закладочно] массива под нагрузкой от веса налегающей толщи горных пород (hi

Ma-hI + h2 (8)

Абсолютная компрессионная деформация определялась г формуле

h2 = тв£к (9)

где та - выемочная мощность рудного тела, м; ек - относительн; компрессионная деформация, доли ед.

По данным испытаний закладки в лабораторных условю компрессионная деформация образцов составила 3-55 Относительная компрессионная деформация - 10%..

Максимальная эффективная мощность подработки вышележаще пласта при высоте недозаложенного пространства в пределах 0.05-0.10 м компрессионной деформации в пределах 5-10% составит для твердеющ« и гидравлической закладки соответственно 0.24 и 0.38 м, что значителы меньше допустимой при междупластье 40 м.

Таким образом, сохранение вышележащего пласта от подрабоп должно обеспечивается твердеющей закладкой с мелкофракционны заполнителем. Применение мелкофракционной гидравлической заклад* возможно в технологических зонах при мощности рудного тела не более м и при междупластье не менее 40м.

При мощности пласта 1.5-3.0 м и мсждупластье 44-60 м в целиках остаётся не менее 30-35% запасов руды.

Укрупненные технико-экономические расчеты показали, что система разработки с закладкой является экономически целесообразной при извлечении запасов в пределах 93-95% при средней мощности рудного пласта 2.5 м и разубоживании 5-8%. Однако фактический диапазон изменения геологических параметроя значительно шире, а вопрос о закладочном материале на основе хвостов обогащения попаритовых руд был поставлен впервые.

Поэтому продолжением технико-экономического обоснования, явилось изыскание рациональных конструкций систем разработки, поиск дашевых закладочных смесей на основе хвостов обогащения, рациональных конструкций систем разработки, и обоснование границ области эффективного применения.

Полученные аналитическим путем приближенные значения необходимой прочности закладки для условий Умбозерского рудника позволили установить диапазон поиска и исследования составов с заданными свойствами

Выбор промышленного состава закладочного материала производился по следующим критериям: предел прочности закладки на одноосное сжатие -5 МПа; подвижность смеси с мелкозернистым заполнителем - 12-13 см; предельное напряжение сдвига свежеприготовленной смеси - 150-180 МПа

Испытания прочности образцов закладочного материала производили в возрасте 28, 60 и 90 сут.

Испытания образцов показали, что максимальную прочность имеют составы, приготовленные на шахтной воде. При повышенном удержании тонкоизмельченных хвостов ОФ или цемента состав используемой воды не влияет на прочность образцов. Контрольные ;оставы, затворенные на технической воде, имеют прочность в 1.21.5 раза меньшую.

В качестве добавки тонкодисперсного компонента заполнителя испытывали шлам текущих хвостов ОФ. Удельная поверхность мелкофракционной части хвостов ОФ, составляет 700300 см2Д при содержании частиц - 0.1 мм до 30%. Для сравнения эыли изготовлены смеси с добавкой 25% тонкоизмельченных хвостов ЭФ на технической воде и воде обогащения. Контрольный состав изготовлен без тонкодисперсной добавки. Подвижность смеси - 12 :м. Результаты испытаний показали, что активность шлама, зыделенного из текущих хвостов ОФ, значительно ниже активности гонкоизмельченных хвостов ОФ. При соотношении 1:10 и введении

в заполнитель 25% тонкоизмельчепных хвостов ОФ влияние соста! воды затворсния на прочность закладки незначительно.

Исследование свойств закладочных смесей в лабораторнь условиях позволило установить, что дополнительный помол 20-30' хвостов ОФ до удельной поверхности 3000 см2Д позволяет снизит расход портландцемента до 30% в диапазоне прочности закладки сг, = 2-5 МПа; тонкоизмельченные хвосты ОФ являются эффективны пластификатором закладочной смеси; шахтная вода и во; обогатительного процесса, используемая для затворения закладочнс смеси, увеличивает прочность закладки в присутстви тонкоизмельченных хвостов ОФ.

Реологические свойства закладочной смеси, определяют! потери напора при транспортировании закладки по трубопровод оценивались вязкостью 7 и предельным напряжением сдвига смес т0. В лабораторных условиях были испытаны закладочные материал при различном расходе цемента, составе заполнителя, типе добавс ПАВ. Измерения величины т0 производились по методике институ "Унипромедь". Определялись также коэффициенты водоотделени пористости и фильтрации. Испытания показали, что смес приготовленные с использованием в качестве заполнителя отвальнь хвостов ОФ при содержании тонкодисперсных частиц (-0.074 мм) количестве 5-10% и соотношении В:3, равном 1:8 и 1:10, имен повышенные значения коэффициентов пористости, водоотделения фильтрации, что приводит к значительному выносу цемента и, к; следствие, к снижению прочности закладки.

В результате лабораторных и опытно-промышленш экспериментов установлено, что при применении гидрозакладки 1 основе хвостов обогащения редкометалльных руд происход] повышение концентрации фтора в шахтной воде как за сч вымывания его из фторсодержащих горных пород и рудной мелочи почвы очистных камер, так и за счет привнесения его с вод< обогащения, которая используется при гидротранспорте хвостов обогатительной, фабрики до закладочного комплекса.

Для снижения концентрации фтора было изучено влиян адсорбента-реагента на обесфторивание воды фильтрата твердеющей гидравлической закладки. В качестве адсорбента-реагента 61 использован активированный серной кислотой нефелиновый концентр; Опыты с добавкой адсорбента в соотношении 1:8 и 1:15 в гидравлическ; смесь с начальной концентрацией фтора 120-160 мг/л показа возможность снижения содержания фтора в фильтрате до 10-25 мг/л.

Установлено, что при добавке адсорбента в твердеющую исладочную смесь в количестве 10-20% от массы цемента было олучено снижение концентрации фтора в воде фильтрата от 25-60 5 10-16 мг/л.

Проведенные лабораторные испытания показали, что спользование в составе закладочного материала активированного полотой нефелинового концентрата позволяет снизить энцентрацию фтора в воде фильтрата в 2-10 раз и дополнительно зеличить прочность закладки на 10-15%.

Для определения основных характеристик закладочных смесей в зависимости от соотношения компонентов разработана номограмма (рис.7).

Расход цемента(о).кг/м3

1-12 /■•/о /•<? ' г-б_1

Соотношение цемент:х8осты обогащения,вес^

Рис.7. Номограмма для определения основных характеристик лсладочных смесей.

Опытно-промышленные испытания технологии гидравлической i твердеющей закладки с использованием хвостов обогащение лопаритовых руд проведены в соответствии с последовательностьк процессов и операций, показанных на рис.8. Для опытного блока быт установлены параметры формирования закладочного массива и еп физико-механические свойства при соотношении ТОК в пульпе от 1:4 д 1:2, а именно: угол поверхности намытого массива, фракционно разделение материала по длине намыва, вынос тонких фракций коэффициенты фильтрации и водоотделения, плотность закладочной массива. При этом угол свободной поверхности закладочного массива н превышал 1.5° при Т:Ж = 1:4 и 3° при Т:Ж = 1:2, водоотдача массив прекращалась через 1.5-2 часа после остановки процесса подач] закладки в блок; вынос шлама с водой фильтрации не превышал 10 г/, (этому способствовало обесшламливание материала в гидроциклонах i уменьшение содержания фракции -0.063 мм с 24 до 16%). Испытани образцов закладочного массива показали, что их влажность через супа после остановки процесса подачи закладочного материала в камеру, н превышает 10%. Плотность закладочного массива составляет 1.55-1.6 г/см3 при пористости 40-41%; угол естественного откоса обезвоженно! закладки равен 50-55°.

Таким образом, в результате опытно-промышленных рабо были получены необходимые данные для проектировани промышленной закладочной установки, выбора конструктивны элементов систем разработки и промышленного внедрени технологии разработки пологих маломощных рудных те. Ловозерского месторождения системами с гидравлической закладкой с использованием хвостов обогащения лопаритовых рун обеспечивающих более рациональное использование ресурсо земных недр. Промышленные испытания комплекса для твердеюще: закладки и наблюдения за формированием закладочного массив производились в отработанных камерах опытного блока 1с расположенных на отметках +256 и +290 м. Подготовка камер закладке включала возведение фильтрующих и изолирующи перемычек, монтаж закладочного трубопровода. В качеств закладочного материала использовали сгущенные хвосты ОФ в смес с портландцементом марки 400.

Формирование закладочного массива осуществлялос свободным потоком закладочной смеси по почве выработанног пространства в направлении от места сброса к фильтрующе перемычке, установленной на штреке.

Рис.8. Технологичекая схема опытной гидрозакладки камеры на руднике "Карнасурт".

Установлено, что в процессе закладки поток растекающейс смеси обеспечивает плотную подбуговку кровли камеры. Уго растекания смеси по свободной поверхности массива не превышае 5-7°. При увеличении содержания воды в закладочной смеси боле 500 л/м3 происходит расслоение смеси с образованием в нижне: части камеры "прудка", состоящего из пульпы с больши] содержанием тонкой фракции хвостов ОФ и цемента. Более крупны фракции размером +0.1 мм оседают на дно "прудка". На таки участках после дренажа воды закладочный массив имеет уго наклона свободной поверхности до 30-40°. При этом на свободно поверхности образуется слой тонкодисперсного материала толщино 1.5-2 см. Из-за наклона растекания закладки 5-7° в углах верхне части камеры остаются пустоты, имеющие форму треугольных приз; общим объемом 50-60 м3 при общей площади незаложенны участков по кровле 15-20 м2, которые требуют дозакладки.

Для определения структуры искусственного массива проведения испытаний образцов на прочность цилиндрически пробоотборником были отобраны пробы закладочного материала н глубину 1-1.5 м со стороны свободной поверхности в верхней част камеры по сетке 3x3 м и после демонтажа перемычек на подсечно штреке в нижней части заложенной камеры.

В результате опробования участков, заложенных повышенным содержанием воды в закладочной смеси, установлен слоистое строение закладочного массива в вертикально направлении. Рыхлые слои крупнофракционного материал мощностью 30-70 см чередуются с тонкими прослойками плотно1 материала, обогащенного цементом. Предел прочности образце таких прослойков на одноосное сжатие в возрасте 6 месяце составляет 1.3-14.1 МПа. Прочность рыхлых слоев не менее 1 МПа.

Результаты прочностных испытаний образцов заклада приготовленных в лабораторных условиях с использованием хвостов О "Умбозеро", показывают, что при содержании портландцемента марки 4( в количестве 165 кг на 1 м3 закладочной смеси марочная прочное достигает 2 МПа при расходе воды соответственно 400 и 500 л/м3.

С целью расширения области применен* высокопроизводительных самоходных горных машин был разработа вариант системы разработки длинными столбами по простиранию валовой и селективной выемкой рудного тела и закладкой выработанно] пространства (рис.9) с ориентацией панелей с учетом направлен! действия вектора главного напряжения в массиве горных пород, близко) к субмеридиональному.

<5 (0 и

гор. + 290 м

гор. +*70м

ы

Рис.9. Опытно-промышленный вариант двухстадийной системы разработки длинными столбами по простиранию: 1- вентиляционный штрек; 2,3 - откаточные штреки соответственно полевой и рудный ; 4 - сборочный квершлаг; 5 - рудоспуски ; 6 - материалыю-транспортный штрек ; 7 -квершлаг с материально-транспортного штрека; 8 - диагональный съезд; 9 -сентиляционно-закладочный восстающий; 10 - доставочный наклонный съезд; 11 - столбовой доставочный съезд; 12 - столбы 1-й очереди; 13 - столбы 2-й очереди; 14 - твердеющая закладка; 15 - целики.

Сущность разработанной технологии заключается ] следующем. Блок длиной по простиранию 500 и по падению 410 > разделяют по высоте на столбы 1-й и 2-й очереди отработки. Столб!

1-й очереди включают по 3 ленты шириной по 5 м каждая, а столб!

2-й очереди - по 2 ленты. Подэтажи отрабатывают в восходяще* порядке. В каждом крыле блока в одновременной работе находятся -столба 1-й очереди с 6 лентами и 2 столба 2-й очереди с 4 лентами Ленты в столбах отрабатывают одновременно с опережением п< нижележащим лентам.

Закладку выработанного пространства твердеющей смесью столбах 1-й очереди производят после полной их отработки и зачистта Схемы отработки (а) и закладки (б) столбов 1-й и 2-й очереди и отрабопа лент фронтальным забоем представлены на рис.10.

Новый способ селективной выемки руды и породы на маломощны пластах, основанный на использовании методов предварительног щелеобразования и разнонаправленного взрывания шпуров, состоит в то\ что по контурам рудного пласта, путем взрывания шпуровых зарядо! предварительно образуются щели, и пласт со стороны висячего и лежачег боков отрезается от массива. Затем за один прием производится огбойк пласта между его контурами, одинаково ориентированными огносительн линии очистного забоя шпуровыми зарядами, и пород лежачего бока рядам шпуровых зарядов, расположенных под углом 45° к горизонтальной плоскосг в направлении отбойки к стенке очистной заходки (ленты), для образовали горизонтальной площадки, удобной для работы самоходного оборудования, оставлением предохранительной породной бермы вдоль края образуемо заходки (ленты). При этом с помощью разнонаправленного взрывани шпуровых зарядов, в процессе отбойки производится взрывосоргаровка рущ и порсды - руда силой взрыва доставляется в нарезной ипрек, а отбита порода располагается на почве отрабатываемой заходки (ленты). Отбитая рун погрузочно-досгавочной машиной доставляется в рудоспуск, а порода -ближайшие ранее отработанные столбы, где используется в качесге закладочного материала при закладке выработанного пространства.

Положительный эффект разработанного способа, по сравнению ранее рекомендованными, достигается использованием энергии взрыва н доставке руды и разнонаправленного взрывания шпуровых зарядов п руде и породе, что позволяет исключить перемешивание их в процесс отбойки и в совокупности с предварительным оконтуриванием рудног пласта сводит до минимума потери и разубоживание полезног ископаемого. Кроме того, оставляемая вдоль края отрабатываемой ленп предохранительная породная берма, обеспечивает безопасные услови работы самоходного оборудования.

/

СХЕМА ОТРАБОТКИ ЛЕНТ

I,«

СХЕМА ОТРАБОТКИ И ЗАШАКИ СТОЛБОВ 1-ОЙ И 2-ОЙ ОЧЕРЕАИ

а) ОЧИСТНАЯ ВЫЕМКА

СХЕМА РАСПОЛОЖЕНИЯ ФЭШАШ ШПУРОВ В ЗАБОЕ С ВЫЕМКОЙ РУАНОГО ТЕАА

а) ВАЛОВОЙ

а) очистим БЫЕШ

б)СЕЛЕКТИВНОЙ

•« " «•»-.я ... •« V

Iв 41 и~»еГск

б)зшик&

Рис. 10. Схема очистной выемки столбов при валовом и селективном способах отработки рудного тела.

Рис.11. График области эффективного применения систем закладкой: 1-е валовой выемкой рудного тела; 2-е селективнс выемкой рудного тела; с - условное содержание полезных компонентов балансовой руде, %.

Обоснование области эффективного применения варианте столбовой системы разработки с валовой и селективной выемко рудного пласта производили при постоянном сечении очистнот забоя и прочих равных условиях.

На основании технико-экономического анализа по кригери "прибыль на тонну погашенных балансовых запасов" установлены облает эффективного применения систем с открытым очистным пространством с закладкой при валовом и селективном способах выемки рудного тела зависимости от содержания полезного ископаемого и выемочне мощности пласта, что позволяет дифференцированно примешг сочетание различных вариантов системы по технологическим зона шахтных полей месторождения (рис.Н).

Применение этих систем позволяет повысить производительность руда забойного рабочего в 1.6-1.7 раза, снизить разубоживание полезного ископаемого в 1.5-1.6 раза, по сравнению с камерно-целиковой системой шработки, и обеспечить экономический эффект в размере 10-15% ювышения прибыли на 1 т погашаемых балансовых запасов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации на основе теоретических и •кспериментальных исследований на примере лопаритовых руд »едких и цветных металлов изложены научно обоснованные ехнические решения по повышению эффективности существующих [ созданию новых геотехнологий подземной разработки пологих галомощных рудных тел, внедрение которых обеспечивает ювышение безопасности работ, полноты и качества извлечения голезного ископаемого, что вносит значительный вклад в развитие гинерально-сырьевой базы цветных и редких металлов.

Основные научные и практические результаты заключаются в ледующем:

1. Районирование месторождения на технологические зоны по очетанию геологических, горнотехнических и геомеханических >акторов (по мощности, углу падения, величине междупластья, дароопасности и ценности) позволило расширить возможности овышения эффективности освоения пологих маломощных рудных алежей на основе дифференцированного определения параметров онструктивных элементов систем разработки.

2. Особенности. формирования источников потерь и азубоживания рудной массы в технологических зонах, тличающихся повышенным напряженным состоянием массива эрных пород, связаны с ориентацией горных выработок тносительно направления действия главного сжимающего апряжения. Установленная прямая зависимость увеличения лощади сечения выработки от угла между направлением ее роведения и азимутом вектора напряжения позволяет с достаточной эчностью для практических целей прогнозировать развитие этого вления и соответственно дополнительное снижение качества эбываемой руды за счет отслоений вмещающих пород для различно риентированных выработок в массиве.

3. Исследование в промышленных условиях проведен узких нарезных щелевых выработок сечением 0.8-0.9 х 3.0-4.5 методом взрывания недозаряженных скважин показало £ эффективность и дало возможность определить оптимальн соотношение параметров технологических процессов отбойки доставки (при диаметре скважин 36-43 мм, глубине - 6.0-7.5 соотношении незаряжаемой части к полной длине скважин - от до 1:2.5), что позволяет по сравнению с мелкошпуровым спосрб снизить трудоёмкость в два раза и общие затраты на проведен выработок подобного сечения в 1,3 - 1,4 раза.

4. Промышленные испытания разработанных конструкц систем со скважинной отбойкой руды, а также спаренными забоя?* лавами с концентрационным горизонтом позволили повыс! качество извлечения на 10-12% и производительность труда системе в 1.7 раза

5. Исследование хвостов обогащения лопаритовых руд лабораторных, опытно-промышленных и промышленных услове позволили установить оптимальное соотношение мел компонентами гидравлической закладки и твердеющей заклал прочностью 1.5-5.0 Мпа с сокращением расхода цемента на 30% г введении в состав заполнителя в качестве добавки молотых хвое до удельной поверхности 3000 см2/г.

6. Установлено влияние добавки в состав твердеюц закладки нефелинового концентрата, активированного кислот позволяющего снизить содержание фтора в воде фильтрата г закладке и увеличить прочность закладки на 10-15%.

7. Разработан новый вариант конструкции системы одностадийной селективной выемкой рудного тела, позволяюа снизить разубоживание в 1.5-1.6 раза и повысить производительно труда по системе в 1.6-1.7 раза, что расширяет область применее систем с закладкой и самоходной техникой при разработке поло маломощных месторождений и существенно дополн информационную базу для проектирования.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Сплошная система разработки пологопадаюи маломощной рудной залежи //-Л.:Наука, 1974. - С.67 (соавтс

Б.И.Нифонтов, В.Н.Боборыкин).

2. Научно-технический прогресс на Ловозерском горно-югатительном комбинате // Научно-технический прогресс на рнорудных предприятиях Заполярья. - Л.: Наука, 1988. - Гл.5. -172-195 (соавторы: А.А.Козырев, В.Н.Боборыкин и др.),

3. Закладочные материалы из отходов производства. -татиты: КНЦ АН СССР, 1988, - 71с (соавторы: А.А.Леонтьев, П.Конохов и др.).

4. Совершенствование технологии подземной разработки шомощных рудных месторождений. - Апатиты: КНЦ АН СССР, '90. - 158 с (соавторы: В.Н.Боборыкин, А.И.Калашник и др.).

5. Определение активного фронта горных работ на подземных •дниках. - Апатиты: КНЦ АН СССР, 1991. - 52 с (соавтор Г.Едигарьев).

6. Основные направления повышения эффективности щземной разработки месторождений руд цветных металлов на ольском полуострове и задачи исследований // Подземная 1зработка полезных ископаемых Кольского полуострова. - Апатиты: Ф АН СССР, 1985. - С.3-12 (соавтор Мельников H.H.).

7. О нормировании подготовленных и готовых к выемке пасов // Цветная металлургия. - 1965. - № 1. - С.17-19 (соавтор ПЛобанов).

8. Изыскание путей повышения эффективности систем зработки пологопацающих маломощных рудных месторождений // роблемы совершенствования технологии добычи руд. - Л.: Наука, 1973. -, 34-35 (соавторы: Б.И.Нифонтов, В.Н.Боборыкин, ААУханов).

9. Экономико-математические модели основных технико-:ономических показателей сплошной системы разработки // роблемы совершенствования технологии добычи руд. - Л.: Наука, >73. - С.17-18 (соавтор В.Н.Боборыкин).

10. Применение показателя трудоемкости для анализа систем яработки [/ Проблемы совершенствования технологии добычи руд. П.: Наука, 1973. - С. 18-21 (соавтор В.Н.Боборыкин).

11. Изыскание путей повышения эффективности систем зработки пологопацающих маломощных рудных месторождений // роблемы совершенствования технологии добычи руд. - Л.: Наука, 1973. -34-35 (соавторы: Б.И.Нифонтов, В.Н.Боборыкин, А-АУханов).

12. Определение оптимальной длины лавы при разработке шомощных пологопадающих рудных залежей // Оптимизация 1раметров технологических процессов систем подземной разработки ;др. - Апатиты: КФ АН СССР, 1974. - 21-23с. (соавторы: Н.Боборыкин, А.А.Уханов).

13. Трудоемкость технологических процессов при сплошной системе разработки Ц Оптимизация параметров технологически) процессов систем подземной разработки недр. - Апатиты: КФ АН СССР, 1974. - 27-31 с. (соавтор Боборыкин В.Н.).

14. Проходка отрезных щелей методом недозаряжани* скважин при отработке тонких рудных тел // Горн.журн. - 1975. ■ С.51-53 (соавторы: Боборыкин В.Н., Еремин В.И.).

15. Оценка степени опасности кровли в очистных блоках / Повышение эффективности подземной разработки месторождений. Апатиты: КФ АН СССР, 1975. - 106-110 с. (соавторы: В.Н.Боборыкин

B.М.Кукинов и др.).

16. Надежность технологических процессов очистной выемк! // Повышение эффективности подземной разработки рудны; месторождений. - Апатиты: КФ АН СССР, 1975. - С. 10-15 (соавто] Уханов A.A.).

17. Анализ состояния эксплуатационных потерь и разубоживани руды при разработке маломощных месторождений // Bonpoci совершенствования технологии подземных горных работ. - Апатиты. К<3 АН СССР, 1976. - 37-42 с. (соавторы: Беличенко Л.Ф., Чуркин O.E.).

18. Экономическая оценка извлечения балансовых запасов npi разработке пологопадаюхцего маломощного месторождения // Повышени эффективности добычи и обогащения комплексных руд. - Апатиты: К< АН СССР, 1977. - 27-32 с. (соавтор Малиновская М.П.).

19. Комбинированная система разработки пологопадающи маломощных рудных залежей // Горн. журн. 1977. - N 8. - С.30-3 (соавтор Жуков В.В.).

20. Эффективность применения сплошной систем] разработки со спаренными панелями // Горн, журн., 1978. - N 5. - С 17-20 (соавторы: В.И.Еремин, В.Н.Боборыкин, Н.З.Галаев).

21. Вероятностно-сштисгическая оценка времени отработки блок системой разработки горизонтальными слоями с закладкой / Совершенствование способов разработки и обогащения ру месторождений Кольского полуострова. - Апатиты: КФ АН СССР, 1978.

C. 14-18 (соавтор Едигарьев В.Г.).

22. Расширение границ области эффективного применени самоходного оборудования при разработке рудных месторождение Тез. докл. научн.-техн. конф. -М.: МГИ, 1979. - С.73-74 (соавторь Боборыкин В.Н., Жуков В.В.).

23. Пути повышения полноты и качества извлечения полезнь ископаемых при разработке маломощных пологопадакищ

порождений // Комплексное использование минерального сырья. -ша-Ата, 1979. - С.121-126 (соавторы: Ганин В.В., Боборыкин В.Н.).

24. О совершенствовании оптимизации выемочной мощности шомощных пологопадающих месторождений с учетом роятностного характера ее отклонений при отбойке // кономические и социальные проблемы Мурманской области. -латиты: КФ АН СССР, 1980. - С.74-76 (соавтор Ганин В. В.).

25. Разработка тонких пологопадающих залежей системой со зажинной отбойкой и магазинированием руды // Горн.журн. 1984. N 3. - С. 11-19 (соавторы: В.Н.Боборыкин, А.Н.Любин и др.).

26. Изменение технологии и повышение полноты извлечения пасов при подземной разработке Ловозерского месторождения с [етом тектонической напряженности массива // Приложение ;зультатов исследований полей напряжений к решению задач •рного дела и инженерной геологии. - Апатиты: КФ АН СССР, >84. - С.93-100 (соавтор Ловчиков А.В.).

27. Гидрозакладка выработанного пространства на пологом 1ломощном месторождении // Горн, журн., 1985. - N 4. - С: 16-19 оавторы: Юркевич Г.Ф., Гуменников В.П.).

28. Технологическая схема приготовления твердеющей закладки с ¡пользованием нефелинсодержащих хвостов // Горн, журн., 1985. - N 4. -. 20-23 (соавторы Г.Ф.Юркевич, В.П.Гуменников и др.).

30. Влияние глубины горных работ на эффективность 1зработки пологопадающих маломощных месторождений // одземная разработка месторождений полезных ископаемых ольского полуострова. - Апатиты: КФ АН СССР, 1985. - С.27-31.

31. Удароопасные породы маломощных месторождений // гзопасность труда в промышленности .- 1986. - № 6 (соавторы: А.Марков, В.И.Панин и др.).

32. Модель оптимизации активного фронта горных работ // нализ систем и управление ими в горном производстве. - Апатиты: Ф АН СССР, 1988. - С.32-35 (соавтор Едигарьев В.Г.).

33. Выбор современной технологии очистной выемки тонких элогих рудных залежей на основе учета геомеханических факторов ' Горный журнал. - 1990. - № 3. - С.23-26 (соавторы: .Н. Боборыкин, А. В.Ловчиков, АИ.Калашник).

34. Повышение полноты и комплексности освоения недр при эдземной разработке месторождений руд редких и цветных еталлов на Кольском полуострове (Тез.докл.Всес.науч.-техн.конф.). Л.: МГИ. - 1990.

35. Оценка качества извлечения руды при проведет выработок в тектонически напряженных массивах // Цветн металлургия. - 1992. - N 12. - С.5-7 (соавторы Калашник А.1 Киреев Г.П.).

36. Область эффективного применения систем разработки твердеющей закладкой при добыче лопаритовых руд // Горн, жур] 1994. - N 6. - С.17-20 (соавтор В.Н.Боборыкин).

37. Оценка экономических последствий изменен: выемочной мощности в блоке при разработке месторожден: лопаритовых руд // Горн.журн., 1994. - N 10. - С.27-28 (соавт В.Н.Боборыкин).

38. Реализация малоотходных технологических с» подземной добычи руд в условиях Крайнего Севера // Горное деле Арктике: Тез.докл. III Междунар. симп. - С.-Петербург, 1994. - С.1 12 (соавтор Леонтьев A.A.).

39. К определению параметров конструктивных элемент при подземной разработке рудных месторождений // Комплексн разработка рудных месторождений и вопросы геомеханики сложных и особо сложных условиях. Тр. Междунар. совещ. Апатиты, 1995. - С.24-31 (соавторы: Н.А.Калашник, А.И.Калашник

40. Совершенствование методики выбора систем разработки Совершенствование методов моделирования горно-обогатительн технологии на ЭВМ. - Апатиты, 1996. - С.45-46 (соавтор В.Г.Ецигарьев).

41. Концепция оптимизации параметров горных предприят: // Совершенствование методов моделирования горно-обогатительн: технологий на ЭВМ. - Апатиты, 1996. -С. 6.35 (соавтор Н.Н.Чаплыгин, Г.И.Близиюк).

42. Методические рекомендации по повышению безопасное систем разработки на Ловозерском ГОКе. - Апатиты: КФ АН СССР, 19' - с. (соавторы: В.Н.Боборыкин, В.И.Иванов, АИ.Калашник и др.).

44. Указания по безопасному ведению горных работ Ловозерском месторождении, склонном к горным ударам. - Апатит КНЦ РАН, 1988. - 68 с (соавторы: А.АКозырев, А.В.Ловчик< В.И.Панин, В.Н.Боборыкин, Н.И.Белов, А И.Калашник и др.).

45. Методические рекомендации по контролю качесп закладочных смесей. - Апатиты: КНЦ АН СССР, 1990. - 93 (соавторы В.П.Конохов, А.А.Леонтьев, Б.И.Гуревич).

46. A.c. №575422 "Способ разработки маломощн: пологопадающих и наклонных месторождений" // соавтор В.В.Жуков, Б.А.Микуленко, Л.Ф.Беличенко и др., 1976.

47. А.с. № 977835 "Состав закладочной смеси" // соавторы: Г.Ф.Юркевич, В.П.Гуменников, Б.И.Гуревич, 1982.

48. А.с. № 1486612 "Состав закладочной смеси" // соавторы: В.П.Гуменников, А.П.Зосин, Т.Ф.Мартынова и др., 1987.

49. Ас. 1559211 "Способ образования выработки в закладочном массиве" // соавторы: В.П.Гуменников, АО.Орлов, 1988.

50. А.с. № 1535994 "Способ разработки маломощных пологих залежей" // соавторы: Ю.В.Михайлов, С.И.Симаков, И.С.Паньшин и др., 1990.

51. А.с. № 1839209 "Способ разработки маломощных пологих и наклрнных рудных залежей" // соавторы: В.Н.Боборыкин, АН.Любин, Д.С.Подозерский, 1993.