автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Управление состоянием массива интенсивной технологией разработки маломощных крутопадающих жил

РГ6 Ой

СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ОРДЕНА ДРУЖБЫ НАРОДОВ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ГАБАРАЕВ Олег Знаурович

УДК 622.272:622.34

УПРАВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЕМ МАССИВА ИНТЕНСИВНОЙ ТЕХНОЛОГИЕЙ РАЗРАБОТКИ МАЛОМОЩНЫХ КРУТОПАДАЮЩИХ ЖИЛ

Специальность: 05.15.02 — «Подземная разработка

месторождений полезных ископаемых»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук /

ВЛАДИКАВКАЗ 1993

Работа выполнена в Северо-Кавказском ордена Дружбы народов горнометаллургическом институте.

Научные руководители: доктор технических наук, профессор! ^етагУРов Д | кандидат технических наук, доцент Кабисов X. Г. Официальные оппоненты: доктор технических паук, профессор Котенко Евгении Александрович, кандидат технических наук Танделов Анатолий Есеевич

Ведущее предприятие — институт «Кавказпшроцветмет».

Защита диссертации состоится 18 июня 1993 года в 14 час. 30 мин. на заседании Северо-Кавказского регионального специализированного Совета Д 063.12.01 в Северо-Кавказском ордена Дружбы народов горно-металлургическом институте по адресу: 362021, г. Владикавказ, ул. Николаева, 44, СКГЛ1И.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан 17 мая 1993 г.

Ученый секретарь Северо-Кавказского регионального специализированного Совета

• В. В. СЕРГЕЕВ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одно!! из важнейших задач, стоящих перед горнорудной промышленностью, является обеспечение роста добычи цветных металлов при одновременном улучшении количественных и качественных показателей разработки полезных ископаемых. Эта проблема особенно актуальна для предприятий цветной металлургии, разрабатывающих маломощные крутопадающие месторождения, долевое участие которых в общем балансе добычи металлов составляет 35—40%. На многих месторождениях, в связи с завершением отработки руд в наиболее благоприятных условиях и увеличением глубины горных работ, в эксплуатацию вовлекаются участки месторождений со сложными условиями разработки. В этих условиях применение распространенных при разработке крутопадающих жильных месторождений вариантов системы с магазинированием руды сопровождается снижением производительности труда, возрастанием потерь и особенно вторичного разубоживания руды, которое за счет отслоений боковых пород достигает до 25—30%. Возникает необходимость перехода на дорогостоящие варианты системы с закладкой выработанного пространства. Но переход на системы с твердеющей закладкой сдерживается стоимостью и дефицитностью материалов, а сухая закладка нетех-нологнчна.

Поэтому разработка технологических решений, обеспечивающих высокую полноту и качество извлечения руды из недр, в условиях усложнения горнотехнических условий отработки,— важная и актуальная задача.

Диссертационная работа является частью научно-исследовательских работ, выполненных по приказу № 281 МЦМ СССР от 12 июня 1986 года «Разработка и внедрение эффективной технологии очистных работ на рудниках Садоиского евннцово-цинкового комбината».

Цель работы: Разработка способов снижения разубоживания руды при отработке маломощных крутопадающих жил на основе использования свойств геоматериалов, направленной нн-

тенсифнкации и комбинирования производственных процессов очистной выемки.

Идея работы состоит в использовании механизма взаимодействия рудовмещающих массивов и разрушенных геоматериалов во времени для уменьшения раз>6оживанпя руды.

Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий: анализ и обобщение ранее выполненных исследований, теоретические и экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях. Обработка и анализ экспериментальных данных производилась методами математической статистики с реализацией, на ЭВМ.

Научные положения, защищаемые в работе:

— устойчивость вмещающих пород при техногенном вмешательстве достигается путем оптимизации соотношения сыпучих и поддерживающих свойств руды на основе геомеханической сбалансированности системы, включающей нетронутый, нарушенный массивы и замагазинированную руду, описываемой условием: силы, способствующие перемещению руды при ее выпуске из блока, должны быть не менее сил, препятствующих этим перемещениям, а те, в свою очередь, должны быть не менее величины главных составляющих естественного поля напряжений в массиве;

— сыпучие и поддерживающие свойства отбитой руды в магазине определяются разрыхленностью материалов, адекватно коррелируют с конструктивными параметрами блока по его длине и высоте, и описываются полиномиальными уравнениями регрессии;

— интенсивная технология разработки, включающая отбойку руды на подэтажах отдельными секциями от одного фланга блока к другому с опережением нижележащих вышележащими подэтажами, магазинирование руды и ее выпуск, является средством управления состоянием вмещающего массива.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований с результатами опытно-промышленных работ при надежности не менее 90% и практической реализацией разработок.

Научная новизна работы:

— установленная возможность управления устойчивостью вмещающих пород при очистной выемке маломощных крутопадающих жил регулированием напряжений в геомеханической системе с помощью параметров технологии разработки, отличающаяся предотвращением критических напряжении в массиве управляемым перемещением замагазипироваиной руды;

4

— выявленные зависимости сыпучих и поддерживающих свойств замагазинированной руды от конструктивных параметров блока отличаются тем, что учитывают нарастающее уплотнение руды с увеличением высоты блока;

— разработанная интенсивная технология очистной выемки маломощных крутопадающих жил отличается тем, что отбойку нижележащего подэтажа при отработке блока ведут под замагазинированной рудой вышележащего подэтажа на последовательно создаваемое взрыванием снизу вверх вееров скважин подко»сольное пространство, границу которого формируют под углом естественного откоса отбитой руды.

Научная новизна работы подтверждается двумя авторскими свидетельствами СССР.

Значение работы. Научное значение работы состоит в том, что:

— установленные закономерности поведения скальных массивов при техногенном вмешательстве позволили обосновать условие геомеханической сбалансированности массива и разработать методику определения давления отбитой руды на бока и основание выработанного пространства с учетом нарастания уплотнения замагазинированной руды с увеличением конструктивных параметров блока;

— выявленные зависимости сыпучих и поддерживающих свойств замагазинированной руды от ширины очистного пространства, высоты и угла наклона магазина позволили разработать новые принципы технологического управления устойчивостью вмещающих пород и создать методики расчета оптимальных параметров подэтажей, взрывной отбойки и конструкции днища блока;

— разработанная технология очистной выемки маломощных крутопадающих жил позволяет управлять состоянием рудовме-щающего массива путем отработки блоков с нисходящим порядком отбойки и магазиннрования руды и повышения интенсивности очистных работ.

Практическое значение работы состоит в разработке и внедрении новых комбинированных вариантов систем (а. с. СССР №№ 1162977, 1446308), предназначенных для отработки маломощных крутопадающих рудных тел, позволяющих снизить потери и разубоживание руды, повысить производительность работ.

Результаты работы могут быть использованы иаучно-иссле-довательскимн и проектными организациями, рудниками для разработки маломощных крутопадающих месторождений.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при проектировании отработки Холстинского ниже 5-го горизонта и Октябрьского месторождений Садонского свинцово-цинкового комбината.

Методики определения параметров подэтажей, взрывной отбойки и конструкции днища блока внедрены в учебный процесс и используются в курсе «Процессы подземных горных работ». Методы управления устойчивостью вмещающих пород при очистной выемке маломощных крутопадающих жил внедрены на рудниках Садонского СЦК с экономическим эффектом 196 тыс. руб. в цепах 1990 года.

Абробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и получили положительную оценку на Всесоюзной НТК «Перспективы развития технологии подземной разработки рудных месторождений» (Москва, 1985 г.), Всесоюзной НТК. «Комплексное освоение месторождений и извлечение полезных ископаемых» (Москва, 1985 г.), НТС «Научно-технический прогресс на горных предприятиях цветной металлургии» (Каджаран, 1986 г.), республиканской НТК молодых ученых и специалистов (Орджоникидзе, 1986 г.), Всесоюзном НТС «Минерально-сырьевые ресурсы и комплексное их освоение» (Сарапул, 1989 г.), совместном заседании горной секции НТС Главалмаззолота СССР и горно-обогатительной секции НТС Минцветмета СССР по вопросу «Основные направления повышения эффективности разработки маломощных месторождений руд цветных и драгоценных металлов» (Солнечный, 1989 г.), НМС ВУЗов Северо-Кавказского региона (Владикавказ, 1990 г.) НТС института «ВНИИцветмет» (Усть-Каменогорск, 1985 г.), НТС Садонского СЦК и ежегодных НТК СКГМИ (Владикавказ, 1984—1993 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ и получено 2 авторских свидетельства на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 129 страницах машинописного текста, содержит 41 рисунок, 18 таблиц, список литературы из 88 наименований и 9 приложений.

Автор благодарит д. т. н., проф. Голика В. И., д. т. н., проф. Липового А. И., д. т. н. проф. Климова Б. Г.Г за постоянное внимание и ценные советы, а также сотрудников кафедры «Технология разработки месторождений» и Садонского СЦК за содействие при выполнении диссертационной работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Взаимодействие рудовмещающих массивов и разрушенных геоматериалов

Вопросам теории и практики управления состоянием массивов при подземной разработке месторождений полезных ископаемых посвящены работы М. И. Агошкова, А. А. Борисова, С. В. Ветрова, В. П. Влоха, Н. 3. Галаева, В. И. Голика, Н. Г. Дубинина, Н. Ф. Замесова, Д. М. Казикаева, Р. П. Каплунова, Е. В. Кузьмина, Е. А. Котенко, С. В. Кузнецова, В. В. Куликова, А. И. Ляхова, В. А. Шестакова и др.

Большое внимание совершенствованию методов управления устойчивостью вмещающего массива при разработке маломощных месторождений в недостаточно устойчивых породах уделяется на отечественных рудниках (Саралинский, Тасеевскнй, Центральный, Дарасунский, Шахтоминский, Белоусовскпй, Хрустальный, Квайсинскнй и др.), а также па зарубежных рудни-<ах Айрон-Кинг, Айдорадо (США), Стеубн, Доум (Канада), Зарлау, Меггеп (ФРГ), Асио, Осаридзава (Япония).

Поиск оптимальных решений в управлении состоянием мас-:ивов ведется в различных направлениях: крепление, поддер-каиие закладкой, уменьшение параметров блока, оставление федохранительной корки, предварительное упрочнение, нптеп-'.ификация технологических процессов, магазнпированне руды, сомбинированные варианты и др.

Перспективным направлением в управлении состоянием мас-:нвов являются комбинированные способы, основанные на пп-енсифнкацни очистных работ и использовании отбитой руды I качестве временной закладки для поддержания боковых по-юд. При этих способах после отбойки каждого слоя излишки сбитой руды удаляют скреперовапием в рудоспуски и замага-иннрованпая руда находится в камере в неподвижном состоя-иш, оказывая на вмещающие породы давление, достаточное ;ля поддержания слоя боковых пород определенной толщины. )бщим недостатком комбинированных способов управления стойчивостью массивов является переуплотнение и ухудшение ыпучих свойств замагазинированной руды, особенно в нижней асти блока под воздействием бокового давления и гравнтаци-ниых сил. Поэтому при наличии факторов, способствующих ереуплотнению замагазинированной руды, существует необходимость разработки технологических решений, обеспечивающих нтенсивный выпуск руды при одновременном сохранении ус-ойчивости боков выработанного пространства.

Магазшшроваиная руда, как и другие сыпучие тела, одновременно проявляет свойства текучести и упругости. Первьк вызывают давление на боковые стенки и основание блока, вто рые обусловливают сопротивление руды сжимающим нагрузкам

Исследованиями характера сжимающих и распирающих па пряжений замагазннированпой руды и определению их зиаче ний занимались Н. Г. Дубынин, X. Г. Кабисов, Д. М. Казикаев В. В. Куликов, Г. А. Курсакин, А. И. Ляхов, Г. М. Малахов Д. И. Рафиепко и др. Несмотря на значительное количестве работ, научные основы процесса пока разработаны недостаточ но полно, что объясняется сложностью и многообразием фнзи ко-механических явлений, происходящих в процессе взаимодей ствия дискретных геоматериалов при очистной выемке. В ука заиных работах не учитывают нарастающего уплотнения отби той руды по высоте блока и неравномерности распределенн: вертикального давления в горизонтальных плоскостях. Мал* внимания уделено комбинированию несущих и сыпучих свойст; нарушенных геоматериалов.

В диссертации рассматриваются вопросы взанмодеистви: рудовмещающих массивов и разрушенных технологически гес материалов.

Задачи решались применительно к условиям разработк маломощных крутопадающих месторождений в недостаточи устойчивых вмещающих породах камерными системами на nps мере Архонского месторождения полиметаллических руд.

В результате генезиса и последующих изменений горных мае сивов в районе рудного пояса массив горных пород предстаЕ ляет собой блочную среду с отличающимися свойствами. Мае сив сложен блоками по меньшей мере четырех порядков с раг личными размерами, геометрией и сцеплением по границам ра; рывов. При этом крупные тектонические блоки, ограниченны дпзъюнктивами первого порядка, разбиты на более мелкие блс ки нарушениями второго порядка, которые разбиты плоскост5 ми смесителей третьего порядка па еще более мелкие тектош ческие блоки, а они, в свою очередь системами трещин — эл< ментарные структурные блоки.

Блочное строение массива приводит к меньшим деформащ ям под воздействием тектонических сил до достижения пр< дельных деформаций, а затем более интенсивному разрушепи: с образованием еще более мелких блоков, ограниченных Tei тоническими разрывами различных порядков. Напряженное с< стояние массива горных пород по величине и направлеип действия главных составляющих поля напряжений не подчнн; ется геостатическому закону распределения. Обнажения горны

пород, создаваемые при отработке блоков, испытывают воздействие не только вертикальных, по и горизонтальных напряжений. В пределах месторождения системы трещин разбивают массив горных пород па отдельные блоки, ослабляя его прочность. В наибольшей мере ослабляют массив системы трещин, располагаемых параллельно или под острым углом по направлению к плоскости жилы, что способствует отслоению вмещающих пород в виде вывалов и обрушений. Размеры вывалов, как правило, превышают размеры элементарных блоков, па которые разбит массив трещинами. Системы трещин, располагаемых под прямым пли близким к нему углом к плоскости жилы, в заметной степени не уменьшают устойчивость пород ввиду самозаклинивашш образованных ими отдельпостеп.

По мере увеличения площади обнажения и времени отработки растут интенсивность раскрытия трещин и расслоение вмещающих пород. Процесс вывалов пород интенсифицируется по мере увеличения глубины работ и горного давления.

Исследование характера и механизма отслоений вмещающих пород проводились в натурных условиях с установкой спецпаль-пых реперов в породах висячего бока. Репера представляли собой анкерные болты диаметром 28 мм и длиной 300 мм. Опытные блоки находились па одинаковом удалении от Диагонального разлома и были представлены кварцево-полпметалличе-ской жилой мощностью от 1,5 до 3,0 м. Вмещающие породы — средпезернистые граниты средней устойчивости имели коэффициент крепости по шкале Протодъякопова 10—12. Коэффициент структурного ослабления массива составлял 0,5—0,6, а в местах тектонических нарушений 0,35—0,37.

Отработку блоков велп системой с магазшшрованием руды, вариантом с выпуском руды па горизонт скреперовапия. Основное количество вышедших реперов пришлось па верхнюю часть камеры, а зона наиболее интенсивных отслоений вмещающих пород находилась выше 2/3 высоты камеры.

Характер влияния интенсивности очистной выемки и конструктивных параметров блока па величину отслоений вмещающих пород устанавливали по данным геолого-маркшейдерских замеров по блокам с 1-го по 6-й горизонт рудника. Для выполнения аналитических расчетов автором разработана программа, которая реализовывалась на ЭВМ «Электроника МС 0507» с расчетом уравнений и коэффициентов уравнения регрессии и проверкой адекватности моделей с помощью статистического критерия Фишера. Уравнение после отбрасывания незначимых членов по результатам эксперимента имеет вид:

И2 = 33,7—22,41дИ+0,05К,

где Иг — вторичное разубоживание руды, %; И — интенсивность очистной выемки, м/мес.; К — длина блока, м.

Физическим моделированием процессов взаимодействия разрушенных геоматериалов в пределах отрабатываемого блока установлено уплотнение и характер распределения давления отбитой руды на днище и стенки блока. Исследования проведены на объемной модели, иммитирующей отработку блока с параметрами 50x50 м в масштабе 1:50. Модель для исследовании представляла собой деревянную конструкцию, задняя и боковые стенки которой изготовлены из многослойной фанеры с напылением абразивной крошки. Передняя стенка модели сделана из органического стекла. При моделировании регулировали высоту замагазинированной руды (от 0 до 100 см) ширину очистного пространства (от 2 до 6 см) и угол падения (от 60 до 90°). Влажность руды, шероховатость стенок модели, материал и гранулометрический состав отбитой руды принимали постоянными. Частичный выпуск в процессе формирования магазина не производили, поскольку исследовали варианты системы с магазинировапием и использованием отбитой руды в качестве временной закладки и удалением излишков отбитой руды послойным скреперованием. Гранулометрический состав руды в модели подбирался с учетом фактической крупности. Необходимое число опытов определялось по коэффициенту вариации, допустимой ошибке и нормируемому отклонению.

При проведении экспериментов исследовался характер изменения давления отбитой руды на днище и висячий бок по периметру модели в зависимости от высоты замагазинированной руды, ширины очистного пространства и угла наклона модели. Измерения давления производили динамометрами конструкции Ленинградского горного института и измерителями малых перемещен?! типа «ИМП-3».

В результате исследований установлено:

— значения давления при постоянной высоте замагазинированной руды по длине основания блока непостоянны и уменьшаются от центра к флангам блока;

— максимальное давление на бока выработанного пространства по высоте блока замагазшшрованная руда оказывает в нижней части блока, причем с уменьшением угла падения, ширины очистного пространства и высоты замагазинированной руды происходит его снижение;

— начиная с высоты, равной 7—12м, давление отбитой руды на стенки и бока выработанного пространства стабилизиру-

ется и перестает соответствовать геостатическому закону распределения;

— стабилизация давления начинается с краевых участков блока и завершается в центральной его части.

На модели установлено влияние конструктивных параметров блока па величину коэффициента разрыхления замагазннп-рованной руды. Сначала исследовался характер влияния высоты замагазинироваиной руды на величину ее уплотнения, за-тем-—влияние угла наклона, ширины очистного пространства и высоты магазина на величину уплотнения. Экспериментальные данные были апроксимированы полиномиальными уравнениями регрессии следующих видов:

а) при а = 90°

Кр.м.= 1,841—0,042 Нм+0,001Н2м—0,974-10"сНзм (2)

б) при а = 75°

Кр.м.= 1,97—0,046Нм+0,011 Н2м—9,254-10-6Н3м (3)

в) при а = 60°

Кр.м. = 2,065—0,048Нм+0,0012 Н2м—1,101 • 10"5Н3м (4) 2) комплексное влияние факторов

Кр.м. = 2,47—8,05- 10~3Нм—8,2 • 10 3а—3,8 • 10 2 Мо, (5)

где Кр.м. — коэффициент разрыхления замагазинироваиной руды; Нм — высота замагазинироваиной руды, м; а — угол наклона магазина, град.; Alo — ширина очистного пространства, м.

В результате исследований установлено:

— величина коэффициента разрыхления замагазшшрован-ной руды в различных точках вертикального сечения блока неодинакова и изменяется с увеличением высоты, ширины и угла наклона магазина;

— с увеличением высоты замагазинироваиной руды коэффициент разрыхления уменьшается от максимального значения до определенного предельного для заданных условий;

— наиболее интенсивное изменение относительной плотности замагазинироваиной руды наблюдается до высоты 10— 16 м, после чего она становится практически одинаковой.

Управление состоянием массива технологией горных работ

С учетом представлений В. Д. Слесарева, Г. Н. Кузнецова, С. В. Ветрова, В. И. Голика и др. авторов предложена рабо-

чая гипотеза, согласно которой устойчивость массива, в котором образовано выработанное пространство, обеспечивается при геомеханической сбалансированности системы — нетронутый массив — нарушенный массив — выработанное пространство.

Установлено, что находящаяся в камере замагазинированная руда в неподвижном состоянии оказывает на бока камеры давление, достаточное для поддержания слоя боковых пород, и сопротивляется надвиганию па нее висячего бока, предотвращая его расслоение. Чтобы в пределах элементарного слоя толщиной dH замагазинированная руда выполняла функции поддержания выработанного пространства и в то же время сохраняла свои сыпучие свойства, необходимо обеспечить условие:

где о Pz — вертикальное давление вышележащих над элементарным слоем слоев руды, МПа; S — площадь слоя, м2; der — вертикальное давление, создаваемое элементарным слоем руды, МПа; арх —горизонтальное давление замагазинированной руды, МПа; Р — периметр поперечного сечения, м; f — коэффициент трения.

Условие геомехапнческой сбалансированности массива описывается математико-аиалитической моделью вида:

6;s^sdH>(^d6p2)s< Pd.Hf > {¿:£у>нк н f ^ Ни

где b[= |j-x(dxi,diz,da3,cLx4...dxa); Xr

. О »

физико-механические свойства руд; х2 — морфологические параметры рудного тела; х3 — технологические факторы; х4 — время отработки; о ^—вертикальная составляющая напряжении; МПа; а рх— горизонтальная составляющая напряжений; у — объемный вес пород, т/м3; к2 — коэффициент, учитывающий

разницу между геостатическим распределением напряжений и фактическим, К2=0,75-^-0,9

При соблюдении условия (7), замагазпнироваиная руда оказывает па бока выработанного пространства необходимое давление и в то же время сохраняет свои сыпучие свойства. Давление замагазинировапной руды на бока и основание выработанного пространства зависит от плотности укладки отбитой руды, которая апроксимнруется экспоненциальной зависимостью вида

7м = Ь е Шм' (8)

у' Кр

где Ь и X — коэффициенты уравнения регрессии; Ь= ¡Г—'

1 >00

X = 0,0043 м-1; Кр — первоначальный коэффициент разрыхления руды; Нм — высота замагазинировапной руды, м.

Используя условие предельного равновесия и расчетные схемы (рис. 1) из механики сыпучих сред с учетом условия (8), разработана методика определения вертикального давления за-магазинированиой руды для магазинов с параллельными стенками:

при 90° ^

¿Р <;1л^-4со<;</ р_<----

3 Л^м^+^Д

и „

[§дН„_е" 5 }

при с¿=90° с 2nfl

где ц — ускорение силы тяжести; Г — коэффициент трения руды о- стенки магазина; п — коэффициент бокового давления.

Формулы (9) и (10) отличаются от известных тем, что учитывают нарастание уплотнения замагазинировапной руды с увеличением высоты блока. Границы применимости метода автора, определенные в ходе экспериментальных работ, характе-

а

5

Рис. 1. Расчетные схемы к определению величины давления замагазшш-роваинон руды:

Р — вертикальная сила от давления вышележащих слоев руды на горизонтальный слой толщиной ¿Н; И — реакция нижних слоев замагазинированной руды; сЮ — С|1Ла тяжести слоя; с!Р — горизонтальные силы, действующие на стенки магазина; (Щ — реактивные силы, действующие на слой со стороны стенок магазина; с1Ртр — силы трения между частицами руды и стенками магазина.

ризуются следующими значениями переменных параметров: 7 = 1,8-^3,8 т/м3; М0=0,8^3 м; Нм = 2,(Н-60,0 м; а=55^90°.

Величину о Р определяют из выражения о Р =то^.

На основе комбинирования производственных процессов очистной выемки разработаны технологические решения, обеспе-

чивающие необходимые сыпучие и поддерживающие свойства замагазннированной руды при разработке маломощных крутопадающих жил. Сущность технологии (рис. 2) заключается в том, что на отрабатываемых сверху вниз подэтажах магазшш-руют руду, которую выпускают после полной отбойки камерных запасов блока. Выемку очередного подэтажа ведут под замагазннированной рудой вышележащего подэтажа па последовательно создаваемое взрыванием скважин подкоисольное пространство, границу которого формируют под углом естественного откоса отбитой руды.

■у/////////////////////////////////,

30-50

Рис. 2. Технология разработки маломощных крутопадающих жил с нисходящим порядком отбойки и магазинирования руды.

Блоки подготавливают этажными штреками и фланговыми восстающими. Между восстающими сверху вниз проходят под-этажные штреки, которыми блок разбивается'на подэтажи. По окончании проходки верхнего подэтажного штрека в блоке начинается очистная выемка, которая подвигается от одного фланга к другому. Отбойку руды на подэтажах производят отдельными секциями высотой равной целиковой части подэтажа. Скважины располагают ярусно (рис. 3). Наклон верхних сква-

Рис. 3. Схема отбойки руды па подэтажах.

жин в ярусе равен углу естественного откоса отбитой руды. Взрывание скважин в секции осуществляют последовательно с нижнего ряда скважин в ярусе. Это обеспечивает образование мгновенно существующих подконсольных пространств до взрывания верхнего ряда скважин на подэтаже. Формирование границы подконсолыюго пространства под углом равным углу естественного откоса отбитой руды, после взрывания верхнего ряда скважин в ярусе, позволяет располагать всю отбиваемую руду в непосредственном соприкосновении с наклонной плоско-

стыо забоя без зажима и без образования свободного пространства.

При рекомендуемой схеме отбойки секций на подэтажах действие динамических ударов отрывающихся от массива кусков руды направлено в сторону целиковой части подэтажа, что повышает сыпучие свойства замагазинированной руды.

Для управления несущими и сыпучими свойствами замагазинированной руды при рекомендуемой технологии разработки необходимо, чтобы вся отбиваемая руда из целиковой части подэтажа размещалась между почвами двух смежных под-этажных штреков без зажима, заполняя при этом все выработанное пространство. При этом должно соблюдаться условие:

1пМвЬпКр = 1п.ш. Вп.ш. Ьп.ш.+1пМвЬп.ц., (11)

где 1п и Ьп.ц — соответственно длина и высота целиковой части подэтажа, м;'1п.ш н Ьп.ш ■—соответственно длина и высота подэтажного штрека, м; Мв — выемочная мощность рудного тела, м; Вп. ш — ширина подэтажного штрека, м; Кр — коэффициент разрыхления руды.

Высота подэтажа Ип равна:

Ьп.ш+Ьп.ц , м Кр

Принимая оптимальное соотношение между высотой подэтажного штрека и целиковой частью подэтажа, пользуясь номограммой (рис. 4), устанавливают необходимый коэффициент разрыхления замагазинированной руды и тем самым регулируют сыпучие и поддерживающие свойства отбитой руды.

Для определения оптимальных параметров конструкции днища блока, используя уравнение свода, образующегося в процессе выпуска отбитой руды, получены зависимости:

с10 = 3,29т0созг|5 • у-1 (13)

а0 = [2,85Ьт0со5фу_ 1 +0,5 ({10+с!к) 2]0-5 (И)

где с10 — диаметр выпускного отверстия, м; т0 — сила сцепления, т/м2; ^ — угол внутреннего трения, град.; у — объемный вес отбитой руды, т/м3; с]к — диаметр копдпцнонного куска руды, м; а0 — расстояние между выпускными отверстиями, м.

Формулы (13) и (14) учитывают основные физико-механические свойства отбитой руды.

9 8 7 6 5 4

3 2 1

-

г"-

Ч-

1,25

1,35

1,45

1,55 1,65 Кр

Рис. 4. Номограмма для определения оптимальных параметров подэтажа при рекомендуемой технологии разработки:

1 _ ^ п.ш. = 3,2 м; 3 _ ^ п.ш. = 2,4 м;

2 — ^ п.ш. = 2,8 м; 4 _ п.ш. = 2,0 м.

Эффективность управления массивом интенсивной технологией

Экспериментальная проверка возможности управления устойчивостью массива интенсивной технологией разработки с нисходящим порядком отбойки и магазинирования руды проводилась на нижних горизонтах Архонского рудника.

Таблица

Сравнительные показатели отработки блоков

Единица измерения Технология разработки

Наименование показателей традицион. рекоменд.

Объем подготовительно-нарезпых работ на 1000 т руды

Производительность труда забойного рабочего:

— на очистных работах

— по системе Производительность блока:

— при магазинировании

— при выпуске Интенсивность очистной выемки Потерн руды при добыче Разубоживание руды:

— общее

— в т. ч. вторичное

м3 109,76 187,9 т/см

9,8—11,6 18—26

7,2—7,6 11,2—14,6

т/мес

500—650 —

1000 1200—1350

м/мес 6—8 15—20

% 4—6 6—7

%

28—32 15—18,6

12—15 4,8—6,2

Рекомендуемая технология разработки позволила снизить разубоживание руды на 12—15%, повысить производительность труда забойных рабочих па очистных работах и интенсивность очистной выемки в среднем в 1,5—2 раза по сравнению с традиционной технологией.

Технико-экономическая оценка результатов исследований производилась путем сопоставления приведенных затрат до и после внедрения рекомендуемых технологических решений. Общий экономический эффект от результатов внедрения рекомендуемой технологии разработки на рудниках Садонского СЦК составил свыше 435 тыс. руб., в том числе доля участия автора составляет 196 тыс. руб. (в цепах 1990 года).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

диссертационной работе изложены результаты исследований, посвященных разработке научно обоснованных решений по управлению качеством при очистной выемке маломощных кру-

ТопадаюЩНх жил интенсивными технологиями, включающие управление Состоянием Массива эа счет оптимизации соотношения сыпучих и поддерживающих свойств отбитой руды путем изменения параметров системы разработки,

Основные Теоретические результаты, практические выводы и рекомендации:

1. ПоВыШёнИе эффективности разработки маломощных кру-топаданэЩих рудных Тел обеспечивается направленным применением интенсивных Технологий с комплексным решением задач перемещения рудЫ и поддержания Вмещающих пород,

2. Жильные месторождения Неоднородного строения отличаются высоким уровнем концентрации напряжений в массиве, определяющими Технологические особенности систем разработки, что может быть использовано в целях улучшения показателей добЫчН.

3. Активность отслоения вмещающих пород повышается на высоте 2/3 высоты магазина при очистной выемке.

4. Сыпучие и поддерживающие сйоистйа отбитой руды в магазине определяются разрыхленностью материалов и адекватно коррелируют с высотой магазина, шириной очистного пространства и углом наклона рудных тел как по высоте, так и по длине блока.

5. Коэффициент разрыхления руды по высоте магазина непостоянен и изменяется при изменении технологических параметров разработки.

6. Для оперативного выбора оптимальных параметров рекомендуемой технологии разработана номограмма.

7. Разработана методика определения давления отбитой руды на бока и основание выработанного пространства, учитывающая нарастающее уплотнение замагазинированной руды с увеличением конструктивных параметров блока.

8. Для определения рациональных параметров конструкции днища блока предложена методика, отличающаяся от известных максимальным учетом свойств отбитой руды.

9. Результаты диссертационной работы внедрены па рудниках Садонского свиицово-цинкового комбината, а технологические решения защищены авторскими свидетельствами СССР. Экономический эффект от внедрения результатов исследований составил свыше 196 тыс. рублей в ценах 1990 года.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. А. С. 1162977, МКИ3 Е 21 С 41/06. Способ разработки тонких крутопадающих жил /О. 3. Габараев (СССР). —

№ 3613218/22-03; заявлено 01.07.83; опубл. 23.06.85. Бюл. № 23. .Открытия. Изобретения.

2. А. С. 1446308, МКИ3 Е 21 С 41/06. Способ разработки крутопадающих рудных тел /X. Г. Кабисов, О. 3. Габараев, X. Т. Гаев, А. Б. Пернсаев (СССР).— № 4062008/22-03; заявлено 10.07.86; опуб. 23.12.88. Бюл. А"? 47. Открытия. Изобретения.

3. Балхавдаров X. А., Сабаткоев М. М., Габараев О. 3. Динамика потерь руды на днище между воронками //Горный журнал. Изв. вузов,— 1991 г., № 10. С. 24—26.

4. Лященко В. И., Коваленко В. Н., Голик В. И., Габараев О. 3. Бесцементная закладка на горных предприятиях.— М.: ЦНИИцветмет экономики и информации, 1992.— 95 с.

5. Лященко В. И., Голик В. И., Габараев О. 3. Повышение эффективности разработки маломощных крутопадающих жил в сложных горно-геологических условиях //Цветная металлургия,— 1992. № 11. С. 8—И.

6. Лященко В. И., Габараев О. 3., Голик В. И. Совершенствование технологии разработки тонких крутопадающих жил //Безопасность труда в промышленности.— 1992. № 10. С. 24— 29.

7. Хетагуров Г. Д., Дзугкоев В. С., Габараев О. 3. и др. Проблема разработки бедных полиметаллических руд /Деп. в ЦНИИцветмет экономики и информации 22.10.84 № 1150-84.— Реф. опубл. БУ ВИНИТИ Деп. науч. работы,— 1984. № 9(155). С. 108, п. 433.

8. Габараев О. 3. Способ разработки крутопадающих рудных тел с подэтажным магазпнированнем руды /Информационный листок СОЦНТИ.— Орджоникидзе, 1987. № 78—87.

9. Хетагуров Г. Д., Габараев О. 3. Разработка маломощных жил на руднике будущего //Перспективы развития технологии подземной разработки рудных месторождений.— Тезисы докладов Всесоюзной научно-технической конференции.— М., 1985. С. 34—35.

10. Кабнсов X. Г., Габараев О. 3. Динамика истечения отбитой руды из узких выработанных пространств при разработке крутопадающих жил //Тезисы докладов восьмого зонального научно-методического совещания по теоретической механике вузов Северо-Кавказского региона,— Владикавказ, 1990. С. 36— 37.

11. Габараев О. 3. Совершенствование технологии разработки крутопадающих жил //Научно-технический прогресс на горных предприятиях цветной металлургии,— Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического совещания,—Ереван, 1986. С.

12. Габараев О. 3. Пути снижения потерь и разубоживания руды при разработке тонких жил /Деп. в ЦНИИцветмет экономики и информации 14.02.84 № 1113-84.— Реф. опубл. БУ ВИНИТИ Деп. науч. работы. 1984., № 6. С. 142—143, п. 619.

Слано в набор 7.05.93 г. Подписано в печать 17.05.93. г. Заказ 2667. Тираж 100.

Газетно-журнальная типография. 362015, г. Владикавказ, ул. Тбилисская, 98.