автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Управление состоянием водообильных массивов при разработке крутопадающих рудных тел

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

ГЛАВА 1. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОДООБИЛЬНЫХ

МЕСТОРОЖДЕНИЙ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 .Особенности разработки водообильных месторождений.

1.2.Осушение месторождений при управлении состоянием массивам.

1.3. Эффективность эксплуатации водообильных месторождений.

1.4. Особенности разработки Квайсинского месторождения.

1.5. Цель, задачи и методы исследований.

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ВОДОНАСЫЩЕННЫX

МАССИВОВ.

2.1. Натурные исследования свойств массивов.

2.2. Лабораторные исследования свойств пород.

2.3. Исследование механизма фильтрации вод.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ СОСТОЯНИЯ ВОДОНАСЫЩЕННЫХ

МАССИВОВ.

3.1. Гипотеза устойчивости водообильного массива.

3.2. Модель состояния водообильного массива.

3.3. Управление состоянием массива.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. УПРАВЛЕНИЕ СОСТОЯНИЕМ ВОДООБИЛЬНЫХ МАССИВОВ

ТЕХНОЛОГИЕЙ РАЗРАБОТКИ.

4.1.Технологии управления скальными массивами.

4.2. Рекомендуемая технология разработки.

4.3. Эколого-экономическая оценка результатов исследований.

Выводы по главе 4.

Актуальность работы. Современный этап развития технологии добычи характеризуется повышением требований к полноте использования недр. Усложняются условия разработки в связи с завершением работ в наиболее благоприятных участках. В этих условиях применение традиционных технологий с обрушением пород сопровождается осложнениями, в том числе ухудшением экологической обстановки. Возникает необходимость перехода на системы с закладкой выработанного пространства, что повышает себестоимость добычи. Поэтому разработка технологий, обеспечивающих полноту и качество извлечения полезного ископаемого в условиях высокой обводненности, относится к числу важных и актуальных задач горного производства.

Диссертационная работа является частью научно-исследовательской работы "Совершенствование технологии добычи на обводненных участках Квай-синского рудника с целью повышения эффективности", выполненной согласно договору № 44-88-6.

Целью работы является разработка технологических решений, способствующих повышению эффективности добычи на обводненных месторождениях.

Идея работы заключается в управлении состоянием массива путем уменьшения его обводненности изменением порядка отработки месторождения.

Методы исследований. Теоретические обобщения, натурные и лабораторные исследования, обработка и анализ экспериментальных данных с применением методов математической статистики и реализацией на ЭВМ.

Защищаемые научные положения:

1 .Установленные изменения угла внутреннего трения и обрушения горных пород, основная геомеханическая характеристика при достижении показателя увлажненности абсолютных 15 %.

2. Интервал коррелятивного изменения прочности блочных скальных массивов с повышением их влажности до 20 % оценивается величиной от 1,0 до 0,75.

3. Нейтрализация негативного влияния водообильности на показатели добычи и окружающую среду достигается комбинированной разработкой месторождений с опережающей выемкой нижней части залежи.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций основана на большом объеме обобщенных статистических данных, проведении достаточного количества расчетов и наблюдений, применении современных методов исследований, достаточной сходимости результатов теоретических и экспериментальных исследований при надежности не менее 90 % и внедрением в практику и учебный процесс.

Научная новизна работы:

- сформулирована рабочая гипотеза регулирования напряжений в геомеханической системе, отличающаяся снижением уровня критических напряжений путем уменьшения водонасыщенности массива;

- скомпонован банк паспортов прочности для скальных пород, построенных с учетом естественной влажности массива;

- предложена методика определения предельных по устойчивости параметров технологии разработки, отличающаяся учетом естественной влажности пород сложноструктурных массивов.

Научные результаты работы:

- разработана технология разработки обводненных крутопадающих месторождений, которая обеспечивает геомеханически сбалансированное состояние массива при уменьшении водонасыщенности пород путем изменения направления отработки рудных тел;

- раскрыты взаимосвязи параметров и эффективности технологии разработки водообильных месторождений и установлены коррелятивные закономерности поведения скальных массивов при техногенном вмешательстве, позволяющие создавать условия для эффективной разработки обводненных массивов.

Практическое значение работы состоит в разработке научно-методических и технологических решений по совершенствованию способов разработки обводненных месторождений на примере Квайсинского рудника, которые могут быть использованы научно-исследовательскими и проектными организациями, рудниками, ведущими разработку в условиях высокой обводненности, что позволяет позволяют:

- определять оптимальные параметры технологий;

- повысить показатели эффективности эксплуатации недр;

- сократить время на проектирование технологий разработки месторождений за счет использования банка данных о свойствах пород и массивов.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при выборе вариантов систем разработки ниже 9-го горизонта Квайсинского рудника и в учебном процессе в Северо-Кавказском государственном технологическом университете.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научно-технических конференциях СКГТУ (Владикавказ, 1996 г.), заседания кафедры ТРМ СКГТУ (Владикавказ, 1997 и 1999 г.), МГРИ (Москва, 1998 г.), МГИ (Москва, 1999 г.), Кавказцветметпроект (Владикавказ, 1999 г.), Садонско-го СЦК (Мизур, 1999 г.), Тырныаузского ВМК (Тырныауз, 1999 г.).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 7 статей, автор участвовал в написании отдельных глав двух монографий.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы из 85 наименований, приложения. Работа изложена на 141 стр. машинописного текста, включает 27 рисунков и 26 таблиц.

Выводы по главе 4:

1 .Природосберегающие технологии управления массивами классифицируются по признаку мероприятий, направленных на регулирование уровня напряжений в массиве и оптимизируются по фактору необходимой и достаточной прочности материала заполнения пустот.

2.Для водообильных месторождений рекомендована технологическая схема разработки с осушением массива, основанная на изменении порядка отработки рудного тела.

3. Предлагаемая технология позволяет снизить затраты на проведение специальных осушительных мероприятий при повышении качества руд и полноты извлечения их из недр и обеспечивает народнохозяйственный эффект при большем соответствии современным требованиям охраны окружающей среды.

4.Прибыль от комбинированных технологий обеспечивается существенным увеличением количества и качества металлов при одинаковых объемах добычи и утилизацией отходов производства для заполнения пустот.

5.Математическая модель эколого-экономической оценки природоохранных технологии по критерию «максимум прибыли» с учетом риска решается методом дискретного программирования с комплексным учетом экологических и технологических факторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований, посвященных разработке научно-обоснованных решений по управлению состоянием водообильных массивов при разработке крутопадающих жил, включающих управление состоянием водообильных массивов путем их осушения за счет изменения порядка отработки рудного тела с опережающей выемкой нижней части залежи.

Основные теоретические результаты, практические выводы и рекомендации:

1 .Разработаны технологические решения, способствующие повышению эффективности добычи на обводненных месторождениях.

2.Реализована идея управления состоянием массива путем уменьшения его обводненности изменением порядка отработки месторождения.

3 .Установлено, что основной геомеханической характеристикой водообиль-ного скального массива является изменение угла внутреннего трения и обрушения пород при достижении показателя увлажненности абсолютных 15 %.

4.Определено, что интервал коррелятивного изменения прочности блочных скальных массивов с повышением их влажности до 20 % оценивается величиной от 1,0 до 0,75.

5.Доказано, что нейтрализация негативного влияния водообильности на показатели добычи и окружающую среду достигается комбинированной разработкой месторождений с опережающей выемкой нижней части залежи.

6.Сформулирована рабочая гипотеза регулирования напряжений в геомеханической системе, отличающаяся снижением уровня критических напряжений путем уменьшения водонасыщенности массива.

7.Скомпонован банк паспортов прочности для скальных пород, построенных с учетом естественной влажности массива.

120

8.Предложена методика определения предельных по устойчивости параметров технологии разработки, отличающаяся учетом естественной влажности пород сложноструктурных массивов.

9.Разработана технология разработки обводненных крутопадающих месторождений, которая обеспечивает геомеханически сбалансированное состояние массива при уменьшении водонасыщенности пород путем изменения направления отработки рудных тел.

10.Разработаны научно-методические и технологические решения по совершенствованию способов разработки обводненных месторождений, которые могут быть использованы в условиях высокой обводненности.

1. Справочник по горнорудному делу. Под ред. Гребенюка В.А. - М.: Недра, 1983. - 816 с.

2. Галаев Н.З. Управление состоянием массива горных пород при подземной разработке рудных месторождений. М.; Недра: 1990. - 176 с.

3. Бронников Д. М., Замесов Н.Ф., Богданов Г. И. Разработка руд на больших глубинах. М.: Недра, 1982. - 292 с.

4. Ерофеев Л.М., Мирошникова Л. А. Повышение надежности крепи горных выработок. М.: Недра, 1988. - 245 с.

5. Каспарян Э.В. Устойчивость горных выработок в скальных породах. -Л.: Наука, 1985.- 184 с.

6. Казикаев Д. М., Осипенко Ю.С. Разработка рудных месторождений под водными объектами. М., Недра, 1989. - 192 с.

7. Демидов Ю.В., Аминов В.И. Подземная разработка мощных рудных залежей. М.: Недра, 1991.

8. Беркалиев Б. Т. Параметры разработки и полнота извлечения руд. М.: Недра, 1988. - 144 с.

9. Конелев КВ., Томасов А.Г. Поддержание, ремонт и восстановление горных выработок. М.: Недра, 1985.

10. СлесаревВ.Д. Механика горных пород. М.: Углетехиздат, 1948. - 302 с.

11. Ржевский В.В., Новик Г.Я. Основы физики горных пород. М.: Недра, 1984.-359 с.

12. Изучение отечественного и зарубежного опыта осушения месторождений руд черных и цветных металлов, угля: Отчет о НИР/В НИТИ центр; Руководитель Пономаренко Ю.В. 1/79-И-2-84-ТП инв. №02860097897. Белгород, 1986.- 117 с.

13. Дубинин Н.Г., Хромцов В.Ф., Шеховцов В.С. Предотвращение прорывов глинистых пород при разработке рудных месторождений. Новосибирск, 1989.- 118 с.

14. Указания по определению параметров процесса сдвижения и построения зон опасных сдвижений и предохранительных целиков на месторождениях руд редких металлов с изученным процессом сдвижения. ВНИМИ, Л., 1986. -50 с.

15. Временные правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных разработок на рудных месторождениях с неизученным процессом сдвижения./ВНИМИ. Л.: 1966. - 62 с.

16. Борисов АЛ. Механика горных пород и массивов. М.: Недра, 1980.

17. Правила технической эксплуатации рудников, приисков и шахт, разрабатывающих месторождения цветных, редких и драгоценных металлов. М.: Недра, 1981.- 108 с.

18. Сборник трудов по вопросам моделирования горного давления методом эквивалентных материалов. М.: Наука, 1962. - 109 с.

19. Лрдашев К.А., Ахаматов В.К, Катков Г.А. Методы и приборы для исследования проявления горного давления. М.: Недра, 1981. - 128 с.

20. Катков Г.А. Измерение нагрузок на крепь горных выработок. М.: Недра, 1969.

21. Руппенейт КВ. Некоторые вопросы механики горных пород. М.: Углетехиздат, 1954. - 383 с.

22. Рудиков B.C., Бабаянц Г.М. Защита горных предприятий от подземных вод. М.: Недра, 1981.-228 с.

23. Момчилов В. С. Защита шахт от подземных вод. М.: Недра, 1989. - 189 с.

24. Калмыков Е.П. Борьба с внезапными прорывами воды в горные выработки. М.: Недра, 1973. - 240 с.

25. Ялымов Н.Г., Рогожников О.В., Бердибеков М.Б. Распределение напряжений в массиве при разработке месторождений в горных районах. Фрунзе: Имин, 1982. - 149 с.

26. Кузнецов Г.Н., Будько М.И., Васильев Ю.И., Шклярский М.Ф., Юре-вич Г.Г. Моделирование проявлений горного давления. М.: Недра, 1987.

27. Руппенейт KBЛиберман Ю.И. Введение в механику горных пород. -М.: Госгортехиздат. 1960. 356 с.

28. Разработка и обогащение руд Миргалимсайского месторождения. Под ред. Байконурова O.A. Алма-Ата, 1964.

29. Плотников Н.И., Рогинец И.И. Гидрогеология рудных месторождений. М.: Недра, 1987.

30. Плотников Н.И. Техногенные изменения гидрогеологических условий. М.: Недра, 1989.

31. Познер М.Е., Костовецкий В.П. Экология горного производства. М.: Недра, 1990.

32. Усовершенствование систем разработки и технология основных процессов на Квайсинском руднике: Отчет о НИР/ВНИТИ центр. Руководитель Дзугкоев B.C.

33. Гидрогеологические условия и прогноз водопритоков в горных выработках Квайсинского месторождения: Отчет о НИР/ВИТИ центр. Руководитель Ткачук Э.И. Госр. № 74046589. - Новочеркасск, 1978. - 286 с.

34. Совершенствование технологии добычи на обводненных участках Квайсинского рудника с целью повышения эффективности: Отчет о НИР/ВНИТИ центр. Руководитель Дзугкоев B.C.

35. Каплунов Д.Р. Основные вопросы развития техники и технологии подземных рудников. В сб.: Совершенствование техники подземных рудников СССР. - М.: Наука, 1980. - с. 5 -14.

36. Ветров С.В. Допустимые размеры обнажений горных пород при подземной разработке руд. М.: Наука, 1975. - 198 с.

37. Ляшенко В.Н., Коваленко В.Н., Голик В.И., Габараев ОЗ. Бесцементная закладка на горных предприятиях. М.: ЦНИИцветмет экономики и информации, 1992. - 95 с.

38. Стандарт СЭВ 1052-78. Метрология. Единицы физических величин. -М.: Издательство стандартов, 1979. 39 с.

39. Мельников Н.В. Состояние и проблемы развития горной науки и техники в СССР. М.: Наука, 1992.

40. Астахов A.C. Экономическая оценка запасов полезных ископаемых. -М.: Недра, 1981.

41. Мкртчян Г.М. Методы оценки эффективности освоения природных ресурсов. М.: Недра, 1989.

42. Рациональное использование недр и охрана окружающей среды: Сб. научных трудов. ЛГИ. JI: 1990.

43. Экономика природопользователя. Под ред. Хетагурова Т.С. М.: Издательство Московского университета, 1991.

44. Скабалланоеич И.А., Седенко М.В. Гидрогеология, инженерная геология и осушение месторождений. М.: Недра, 1980. - 205 с.

45. Лагерь А.И., и др. Фотографический метод контроля параметров выработок с большим поперечным сечением// Журнал Шахтное строительство. -1970.-№3,-с. 15-18.

46. Методологическое пособие по инженерно-геологическому изучению горных пород. Под ред. Сергеева Е.М. Т. 1. М.: Недра, 1984. - 433 с.

47. Методическое пособие по инженерно-геологическому изучению горных пород. Под ред. Сергеева Е.М. Т. 2 М.: Недра, 1984. - 483 с.

48. Коломенский Н.В. Общая методика инженерно-геологических исследований. М.: Недра, 1968. - 342 с.

49. Методическое руководство по определению физических свойств горных пород и полезных ископаемых. Под общ. ред. Дормана Н.Б., Озерской H.JI. М.: Госгортехиздат, 1962.

50. Шаумян JI.B. Физико-механические свойства массивов скальных горных пород. М.: Наука, 1972.

51. Влияние поровых вод на физико-механические свойства пород.// Материалы Всесоюзной конференции, Киев, 1974. Киев: Издательство Наукова Думка, 1974. - 40 с.

52. Исследование физико-механических свойств горных пород применительно к задачам управления горным давлением// Сб. статей под ред. Прото-дьянконова М.М. М.: Изд. Академии наук СССР, 1962. - с. 50 - 74.

53. Дортман Н.Б. и др. Физические свойства горных пород и полезных ископаемых СССР. М.: Недра, 1964. - 310 с.

54. Коцаурое И.Н. Механика горных пород. М.: Недра, 1964.

55. Глейзер М.И. Определение физически характеристик горных пород в маркшейдерской геологической практике. М.: Недра, 1969.

56. Ломтадзе В.Д. Методы лабораторных исследований физико-механических свойств горных пород. JL: Изд. Недра, 1972.

57. Гидрогеологические исследования в горном деле. Под ред. Мироненко В.А. М.: Недра, 1976.

58. Океании И.Ф., Береснев B.C., Гордон Л.Б., Тиль В.И. и др. Осушение месторождений при строительстве железорудных предприятиий. М.: Недра, 1977.

59. Справочник по осушению горных пород. Под ред. Станченко И.К. М.: Недра, 1984.

60. Головачев Н.К. Катастрофа на руднике "Муфулира".// Горный журнал. -1971.-№11.-с. 74-76.

61. Голик В.И., Габараев О.З., Габисов В.Ю. Концепция природо- и ресурсосбережения при добыче Садонских руд. В сб. Пути развития горного производства. - Владикавказ, 1993. - с. 64 - 70.

62. Габисов В.Ю. Определение путей проникновения подземных вод на отрабатываемые горизонты Квайсинского рудника. В сб. Материалы научно-технической конференции СКГМИ. Владикавказ, 1993. - с. 69 - 70.

63. Любимов Н.И., Носенко Л.Н. Справочник по физико-механическим параметрам горных пород рудных районов. М.: Недра, 1978. - 285 с.

64. Инструкция по проектированию систем защиты горных выработок от подземных и поверхностных вод. М.: Госстрой СССР, 1981 - 193 с.

65. Дзугкоев B.C., Тедеев А.И., Паук Л.Г., Габисов В.Ю. Система подэ-тажного обрушения с ромбоидальным выпуском/ Информационный листок ЦНТИ. Владикавказ, 1987. - № 99 - 89.

66. Керкис Е.Е. Методы изучения фильтрационных свойств горных пород. М.: Госстройиздат, 1962. - 179 с.

67. Инструкция по определению границ зон, опасных по прорывам воды в горные выработки. Осипенко Ю.С., Болотов Б.Н., Денчик Н.Б., Фоменко К.И. ВИОГЕМ, Белгород, 1985. - 34 с.

68. Бронштейн И.Н., Семендеев К.А. Справочник по математике. М.: Наука, 1964. - 608 с.

69. Голик В. И., Габисов В.Ю. Влияние природных и техногенных условий на сохранность окружающей среды при добыче полезных ископаемых// Горный журнал. Изв. вузов. 1995. - № 7.

70. Голик В.И., Габисов В.Ю. Оценка качества подготовки скальных массивов к выщелачиванию// Горный журнал. Изв. вузов. 1996. - № 2. - с. 47. - 56.

71. Методика определения экономической эффективности использования в народном хозяйстве новой техники, изобретений и рационализаторских предложений. М.: Наука, 1981. - с. 5 - 7.

72. Мосинец В.И., Шестаков В.А., Авдеев O.K., Мельниченко В.М. Охрана окружающей среды при проектировании и эксплуатации рудников ПВ. М.: Недра, 1987. - 304 с.

73. Котенко Е.А., Порцевский А.К. Управление устойчивостью горного массива закладкой различного вида// Цветная металлургия. 1992. № 1. - с. 7 - 9.

74. Именитое В.Р., Ковалев И.Д., Уралов B.C. Моделирование обрушения и выпуска руды. М.: МГИ, 1961. -151 с.

75. Абрамов С.К., Скирчелло О.Б. Осушение шахтных и карьерных полей. -М.: Недра, 1968. -254 с.

76. Барон Л.И., Логунцов Б.М., Позин Е.З. Определение свойств горных пород. М.: Госгортехиздат, 1962. - 334 с.

77. Садовский Г.К, Колегов A.A., Янишевский A.A. Механика горных пород, расчеты крепи и конструктивных элементов систем разработки рудных месторождений подземным способом. Красноярск, 1974. - 154 с.

78. Голик В.И. Управление состоянием массива горных пород погашением пустот. Владикавказ, 1992. - 213 с.

79. Алборов И.Д., Голик В.И., Цгоев Т.Ф. Экология промышленного производства. Владикавказ, 1996. - 344 с.