5 Основные задачи исследований - davaiknam.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Название работы Кол-во страниц Размер
Программа II государственного экзамена бакалавра по направлению 511000... 1 116.16kb.
Фундаментальные проблемы квартера, итоги изучения и основные направления... 1 282.89kb.
21. 39. Основные методы психологических исследований 2 1 188.07kb.
Вопросы к экзамену Основные понятия, этапы и методы математического... 1 22.52kb.
Программа-минимум кандидатского экзамена по специальности 1 172.61kb.
Лекция №3 Принципы организации съемочных работ 1 93.82kb.
Программа вступительных испытаний в магистратуру Введение. Основные... 1 32.57kb.
Цели и задачи работы математическое описание массопереноса в пористом... 1 30.12kb.
Цели и задачи работы математическое описание гидродинамики течения... 1 33.38kb.
Село Название подпроекта Типология подпроекта 1 246.17kb.
Село Название подпроекта Типология подпроекта 4 443.85kb.
Исследования по подбору составов закладочных смесей с использованием... 1 50.27kb.
Направления изучения представлений о справедливости 1 202.17kb.

5 Основные задачи исследований - страница №1/1

Введение

4 ВВЕДЕНИЕ


Значительная часть месторождений цветных металлов залегает в сложных горно-геологических условиях и представлена группами ярусно залегающих залежей с различным химико-минералогическим составом. Одной из характерных особенностей освоения таких месторождений является стадийность разработки [12].
Зачастую в первую очередь вынимают запасы залежей, которые расположены ниже менее ценных руд, содержащих вредные примеси, находящихся в сложных гидрогеологических условиях. В таком порядке отрабатывались участки месторождений: Талнахского, Октябрьского, Тасеевского, Николаевского, Кадомжайского, Зыряновского, «Крейтон», «Бьют Сулливан» (Канада), "Клаймакс" (США), "Ренстрем" (Швеция), "Маунт Айза" (Австралия) и другие [9,33,46,48,79].
Известно, что первоначальная отработка нижележащих запасов сопровождается перераспределением напряжений, ростом деформаций пород, которые вызывают раскрытие естественных и образование новых трещин, снижение прочностных и деформационных свойств, смещение и обрушение налегающей толщи. Методики, позволяющие учитывать влияние подработки на технологию освоения вышележащих ярусов рудного месторождения, отсутствуют.
Поэтому решение вопроса выбора технологии и обоснования параметров выемки в подработанном массиве представляет собой весьма актуальную задачу.
Целью работы является повышение эффективности и безопасности восходящей выемки запасов ярусно залегающих рудных тел за счет совершенствования технологии подземной разработки.
Идея работы состоит в использовании установленных закономерностей изменения напряженно-деформированного состояния и свойств подрабатываемых пород для формирования геомеханически адаптированных технологических схем подземной разработки ярусно залегающих рудных тел.
5 Основные задачи исследований:
- изучение особенностей физико-механических свойств, структурной нарушенное™ и напряженного состояния горного массива Узельгинского месторождения;
- определение закономерностей деформирования горных пород при последовательной отработке запасов рудных тел нижнего и верхнего рудоносных ярусов;
- разработка методик прогнозирования степени геомеханического влияния подработки и выбора технологических схем при выемке запасов ярусно залегающих рудных тел;
- конструирование систем подземной разработки, определение параметров и оценка эффективности систем разработки;
- обоснование рационального порядка отработки ярусно залегающих рудных тел.
Объект и методы исследований:
Объектом исследований являлась технология освоения в восходящем порядке запасов Узельгинского медно-колчеданного месторождения, представленного ярусно залегающими рудными телами.
В работе использовался комплексный метод исследований, включающий: анализ и обобщение опыта подземной разработки руд в подработанном массиве; натурные замеры напряжений и деформаций в массиве горных пород; анализ фактов вывалообразования в подземных выработках; математическое моделирование напряженно-деформированного состояния горного массива в плоской и объемной задачах; аналитические расчеты и технико-экономический анализ результатов.
Положения, представленные к защите:
¦ Технологические решения по освоению запасов ярусно залегающих рудных тел следует дифференцировать по зонам влияния выработанного пространства нижних горизонтов, параметры которых определяются степенью отклонения относительных горизонтальных деформаций от нормативных значений.
6
¦ Технология отработки ярусно залегающих залежей в восходящем порядке определяется наличием и параметрами тектонических нарушений, соотношением мощности породного прослоя и высоты зон разностепенного деформирования подработанного массива.
¦ Влияние горных работ на нижних горизонтах при конструировании технологических схем выемки запасов вышележащих рудных тел учитывается использованием в расчетах параметров вторичных силовых полей, снижением прочностных и деформационных свойств налегающих пород.
¦ Стабилизация геомеханического состояния налегающих пород достигается взаимоувязкой порядков отработки на нижнем и верхнем ярусах, обеспечивающей наложение разнознаковых полей деформаций.
Научная новизна работы:
¦ Установлены закономерности распределения относительных горизонтальных деформаций в подработанном массиве в зависимости от тектонических сил, модуля упругости рудного и искусственного массивов, глубины разработки, мощности рудного тела и пролета подработки.
¦ Получены многопараметрические регрессионные уравнения, позволяющие прогнозировать высоту зон геомеханического влияния выработанного пространства, заполненного твердеющей закладкой.
¦ Предложен метод количественного учета влияния подработки на прочностные свойства налегающего массива пород.
¦ Сформулирован алгоритм выбора рациональных технологических схем при освоении запасов ярусно залегающих рудных тел.
¦ Разработаны технологические схемы освоения ярусно залегающих рудных тел, характеризующиеся взаимоувязкой порядков развития горных работ на ярусах.
Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается представительностью и надежностью исходных данных; сопоставимостью результатов математического моделирования, аналитических расчетов, лабораторных и натурных исследований.
7
Практическая значимость работы состоит в разработке технологических схем освоения ярусно залегающих рудных тел, обеспечивающих безопасность, эффективность и качество извлечения запасов медно-колчеданных
РУД-
Реализация рекомендаций: результаты исследований использованы
при составлении рабочих проектов отработки запасов верхнего яруса Узель-гинского месторождения.
Апробация работы: Результаты, основные положения и выводы доложены на межгосударственной научно-технической конференции "Проблемы безопасности и совершенствования горных работ" (Мельниковские чтения), Москва - Санкт-Петербург, 1999 г; международных симпозиумах «Неделя горняка», Москва, 2001-2003 гг.; международных научно-технических конференциях "Геомеханика в горном деле", Екатеринбург, 2000, 2002 г; международной научно-технической конференции "Комбинированная геотехнология: проектирование и геомеханические основы", Магнитогорск, 2001 г; ежегодных научно-технических конференциях МГТУ и технических совещаниях Учалинского ГОКа.
Публикации: Основные положения диссертации опубликованы в б работах.
Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 104 наименований и содержит 140 стр. машинописного текста, 58 рисунка, 12 таблиц.
Работа выполнена в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова на кафедре "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых". Исследования, представленные в диссертации, выполнялись в рамках хоздоговорных НИР.
8 1. СОСТОЯНИЕ ИЗУЧЕННОСТИ ВОПРОСА,
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ 1.1. Обзор опыта разработки руд в подработанном массиве
Исследованиями Айнбиндера И.И.[3], Болтенгагена И.Л. [10], Герасиг менко В.И. [24], Голованова А.И. [25], Зеленцова С.Н. [34,35], Звекова В.А. [14], Елисоветского И.Я. [29,30], Красавина А.П. [49], Смелянского Е.С. [86,87], Тапсиева А.П. [91], Трофимова И.М. [94], Щелканова В.А. [104] и др. доказано, что выемка рудных тел, осуществляемая последовательно в две или более стадий, характеризуется существенным изменением состояния налегающего массива.
Первоначальная отработка одного из типов руд приводит к нарушению естественного равновесия, существовавшего в массиве до начала выемки и сопровождается перераспределением напряжений, ростом деформаций и смещений пород, которые вызывают нарушение сплошности, раскрытие естественных и образование новых трещин, обрушение пород в выработанное пространство. Естественно, что интенсивность указанных явлений тем выше, чем больше величины деформаций и смещений пород, которые являются основными показателями, определяющими поведение налегающего массива.
В свою очередь на величину и характер смещения налегающей толщи, помимо основных горно-геологических факторов, таких как физико-механические свойства пород и степень трещиноватости массива, его исходное напряженное состояние, наличие крупных тектонических нарушений, наибольшее влияние оказывает выбранный способ управления горным давлением, который во многом определяет технологические схемы очистной выемки.
Управление горным давлением определяется следующими способами поддержания выработанного пространства: естественным, обрушением руд и вмещающих пород, закладкой, а также могут применяться специальные ме-
9 тоды, которые предназначены для разгрузки массива в зоне очистных работ:
опережающая подработка и надработка, камуфлетное взрывание, щелеобра-зование, искусственная податливость, а также упрочнение массива различными химическими составами и укрепление различными видами анкеров.
Наиболее распространенным способом выемки полезного ископаемого в нашей стране является разработка с обрушением. Характерным в поведении вышерасположенного массива в этом случае является образование трех зон: обрушения, разрыва сплошности и сдвижения. Главными факторами, определяющими данный способ выемки, являются необходимость выхода зоны обрушения на поверхность и раздробленность налегающего массива в подработанной части на отдельные куски, между которыми отсутствует сцепление. Эти факторы практически исключают возможность применения систем с обрушением на первой стадии отработки месторождений, требующих последовательной выемки запасов.
Наиболее надежным методом поддержания считается оставление в выработанном пространстве рудных целиков, способных воспрепятствовать деформированию налегающей толщи и, тем самым, позволяющих избежать ее нарушения. В этом случае устойчивость кровли и всей вышерасположенной толщи зависит от способности целиков воспринимать повышенную нагрузку от веса пород, а общие деформации кровли в основном определяются деформационными свойствами рудных целиков.
Тенденции развития технологии подземной добычи, связанные с постепенным переходом горных работ на большие глубины, свидетельствуют о резком снижении области применения систем разработок, использующих в качестве поддержания налегающих пород целики [2]. Вызвано это, в первую очередь, повышенными концентрациями напряжений, возникающими в целиках на больших глубинах, способными вызвать их разрушение и, соответственно, обрушение кровли в очистных забоях и в выработанном пространстве. Кроме того, данный способ выемки характеризуется значительными потерями руды, которые с углублением горных работ постоянно растут.
10
Но даже и на сравнительно небольших глубинах (200-300 м) применение
систем разработки с использованием разного рода целиков не гарантирует надежное поддержание вышерасположенной толщи. Так, на рудниках Джезказгана, применяющих камерно-столбовую систему разработки за период около 30 лет, произошло 1100 обрушений кровли. При этом средняя площадь единичного обрушения составила 140 м2, т.е. обрушения были достаточно крупными и составили 30 - 35 % от общей площади подработки [13].
Все это свидетельствует о том, что в перспективе использование данного способа поддержания в случае последовательной выемки разных сортов руд будет крайне ограничено.
Широкое распространение как у нас в стране, так и за рубежом, получили способы искусственного поддержания налегающей толщи с помощью закладки выработанного пространства. Возведенный в процессе выемки полезного ископаемого закладочный массив препятствует развитию деформаций и обрушений налегающих пород и тем самым способствует сохранению их сплошности, что особенно важно в случае последующих этапов отработки полезных ископаемых.
Опыт выемки месторождений (Норильского района, Лениногорское, Тишинское, Тасеевское месторождения и др.) с применением систем разработки с закладкой, показывает, что использование закладки позволяет обеспечить относительно незначительное и плавное деформирование и смещение пород налегающий толщи в выработанное пространство. При этом величина деформаций зависит от глубины разработки, пролета подработки и определяется, в основном, компрессионными свойствами закладки [99].
Известно [32, 88], что если закладочный массив находится в условиях сжатия, его действие направлено на сдерживание перемещений и ограничение деформаций окружающего горного массива, а не на непосредственное поддержание налегающего массива пород. Сдерживание и ограничение сдвижений и деформаций приводят к дополнительной релаксации напряжений и более умеренным разрушениям пород.
11
Как показывает практика работы рудников Норильского района, применение систем разработки с полной закладкой выработанного пространства твердеющими смесями не позволяет полностью избежать расслоений и разрушений вышерасположенной толщи руд и пород, которые начинают наблюдаться при смещениях 80 - 100 мм и прослеживаются на высоту до 80 — 100 м [42].
Таким образом, даже применением твердеющей закладки невозможно избежать частичных разрушений налегающей толщи. В то же время, этот способ поддержания является наиболее перспективным в случае последовательной выемки разносортных руд, поскольку позволяет с минимальными потерями разрабатывать месторождение в первой стадии, надежно управлять горным давлением и избежать крупных нарушений налегающей толщи [28].
Вторая стадия выемки отличается повышенными смещениями налегающей толщи, которая предварительно испытала деформации в результате первичной подработки. Это обстоятельство позволяет использовать на этом этапе системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород, поскольку снижение сцепления по отдельным структурным блокам способствует обрушаемости пород, которая является одним из главных критериев, определяющих возможность применения данного способа управления горным давлением [27].
Большой опыт выемки руд в подработанном системами с обрушением массиве накоплен при, так называемой, повторной разработке ряда месторождений.
На руднике им. Кирова в Криворожском бассейне над горизонтами первичной разработки в отм. 653, 700 м, осуществлялась повторная разработка запасов на гор. 557 м системами с подэтажным обрушением. Извлекались оставленные чистые руды, сосредоточенные в зоне разрушений в основном в междукамерных целиках, треугольниках, зависших на лежачем боку, гребнях между выпускными отверстиями и рудных полостях при сложных формах оруденения. [100].
12
В статье [84] приведены результаты замеров деформаций пород на участке массива между горизонтами первичной разработки, осуществляемой на отметках 653, 700 м и повторной — на горизонте 557 м на руднике им. С. М. Кирова (рис. 1.1).
4
Рис. 1.1 Разрез вкрест простирания залежи: 1 - рудное тело; 2 - оставленные руды; 3 - рудное тело, отработанное при первичной разработке; 4 -зона разрушенных пород; 5 - зона сдвигов; 6 - зона трещин и плавных прогибов; 7 - зона сдвигов по напластованию
Отработка оставленных запасов железной руды в междукамерных целиках, треугольниках, зависших на лежачем боку, гребнях между выпускными отверстиями велась системой подэтажного обрушения (вариант «закрытый веер»).
Исследования деформаций пород нарушенной области выполнялись на наблюдательных станциях заложенных в подготовительных и нарезных выработках опытных участков повторной разработки на гор. 557 м (рис. 1.2).
• I
Рис. 1.2 План повторных горных работ гор. 557 м: 1 - реперы наблюдательных станций; 2 - оставленные руды; 3 - обрушенные породы; 4 - орт № 2 южн.; 5 - орт № 2 сев.; 6 - орт № 4 сев.; 7 - скважины для установки глубинных реперов
13
По орту № 2 южн. было проведено 3 наблюдения. Максимальное сдвижение пород разрушенной зоны за 80 сут на этом участке составило 550 мм. По орту № 4 сев. сдвижения пород разрушенной зоны составили 1120 мм. При этом наблюдались появления трещин в стенках выработок, потрескивания крепи и пород.
Разработка руд на подработанных участках в Криворожском бассейне осуществлялась также на рудниках ЦГОКа, РУ им. Коминтерна и Первомайского железорудного комбината. При повторной разработке в основном применяли системы подэтажного обрушения со скважинной или штанговой отбойкой и самообрушением рудной массы [52].
Опыт горных работ на руднике им. Кирова в Криворожском бассейне показывает, что при четко разработанных технологии горного производства и мероприятиях по технике безопасности повторная разработка на подработанных участках массива может успешно осуществляться по истечении 10 месяцев после окончания первичной разработки на нижележащем горизонте (разница отметок 250 м) при условии плавного сдвижения пород обрушенной области со скоростью оседания не более
8 мм^д^^КЩ^-ОКа, РУ им. Коминтерна и Первомайского железорудного комбината показал, что полное разрушение выработок в подработанном мае- ' сиве наблюдается при смещениях 500 - 800 мм; разрушение отдельных участков крепи, локальные вывалы вызывают деформации горных пород в пределах 300 - 600 мм; деформирование горных пород со смещениями 10 - 100 мм при плавном протекании процесса сдвижения горных пород не вызывает изменений устойчивости горных выработок [104].
В условиях повторной разработки подработанных запасов Никитовско-
го месторождения применялись системы этажного самообрушения, этажного
и подэтажного принудительного обрушения [89]. При отработке рудных тел
• системой этажного принудительного обрушения очистные работы по Чегар-
i
никским песчаникам опережали очистные работы по Софиевским песчаникам на 120 м по глубине (рис. 1.3).
14
Рис. 1.3 Характер сдвижений земной поверхности при разработке Чегарник-ской рудной зоны на горизонте 330 м: а - горизонтальные деформации; б - горизонтальные сдвижения; в - вертикальные сдвижения; г -разрез по линии реперов № 14
Оруденение приурочено к мощным песчаникам: Софиевским (Сф), мощность пласта m = 60 - 70 м и Чегарникским (Чг), m = 50 - 60 м, залегающим в сводовых частях и крыльях антиклинальной складки. Расстояние между пластами песчаников по нормали 110—120 м. Рудное поле вытянуто вдоль крутого разлома «Секущая», простирание которого почти совпадает с осью антиклинальной складки.
В зоне сдвижения от очистных работ по Чегарникским песчаникам с горизонтов 330 и 390 м оказались горные выработки горизонтов 210 и 270 м, пройденные по Софиевским песчаникам. За период подработки в течение 5 лет максимальные вертикальные сдвижения составили 300 мм вблизи разлома "Секущая". В выработках, удаленных от разлома вывалов породы и открытых трещин зафиксировано не было.
При управлении горным давлением обрушением налегающих пород напряжения в зоне опорного давления, как правило, на 30-50% выше, чем при работах с твердеющей закладкой, деформации краевых частей массива существенно возрастают, что приводит к снижению устойчивости как подготови-
15
тельных, так и очистных выработок. Поэтому затраты на поддержание подготовительных выработок в зоне опорного давления при системах разработки с обрушением значительно выше.
Закладка выработанного пространства (особенно твердеющими смесями) препятствует развитию процессов сдвижения и оседания подработанных массивов пород, снижает деформации кровли и призабойного рудного массива и улучшает условия ведения горных работ, позволяя безопасно и с минимальными потерями извлекать полезные ископаемые из недр.
Большой опыт применения систем с закладкой накоплен на рудниках Норильского ГМК, где во вторую стадию отрабатывались богатовкраплен-ные руды, непосредственно залегающие на сплошных рудах. Подработанные руды вынимали, как правило, сплошной камерной и слоевой системами разработки с заполнением выработанного пространства твердеющими смесями. Пологопадающие рудные тело по падению разбивали на панели шириной 30 — 50 м с оставлением между ними панельных целиков шириной 15 м, извлекаемыми в первую очередь [58].
Так, на руднике «Комсомольский» Норильского ГМК были подработаны выработки вентиляционно-закладочного горизонта сплошной слоевой системой с твердеющей закладкой выработанного пространства [86]. Выработки были пройдены в 10—30 м от кровли пологопадающего рудного тела мощностью до 25 м на глубине 500— 550 м по такситовым габбро-долеритам. Орты 1 и штреки 2 вентиляционно-закладочного горизонта укреплялись комбинированной крепью (железобетонные штанги с набрызгбето-ном) и ориентировались соответственно параллельно и перпендикулярно направлению развития фронта очистных работ (рис. 1.4).
В результате исследований структурной нарушенности было установлено, что основное ослабляющее влияние на массив оказывают III, IV и VI системы трещин (см. рис. 1.4в), благоприятствуя своими пространственными характеристиками вывалообразованию в ортах.
16
а г / / . г /'
/ \ //
|
'УУУУУУУУ/- 'уу'/%
II /II1 /
Б J /3
г т
в
Рис. 1.4 Ориентирование подготовительных выработок вентиляционно-закладочного горизонта к фронту очистных работ и основным системам трещин: а - схематичный план горных работ; б - разрез вкрест простирания; в - лучевая диаграмма трещиноватости; I - VI - номера систем трещин (стрелкой показано направление падения плоскости трещины; длина луча соответствует удельному весу системы в процентах)
При подработке же устойчивость штреков оказалась ниже, чем ортов, и их пришлось закрепить крепью поддерживающего типа. Орты потребовали только повторного торкретирования. Такое различие в устойчивости штреков и ортов можно связать только с разным характером деформирования пород при подработке по простиранию и вкрест простирания.
Из наблюдений за сдвижениями пород в выработках вентиляционно-закладочного горизонта следует, что вертикальные деформации массива пород (наклоны) не превышают по простиранию 1,0*10"4, а вкрест простирания достигают 3,5* 10"3, т. е. в 35 раз больше.
В ортах максимальные наклоны ориентированы перпендикулярно поперечному сечению, поэтому орт не претерпевает больших деформаций, а наблюдается лишь раскрытие трещин, параллельных ему, что не отражается на общем состоянии выработки. В штреках наклоны массива ориентированы параллельно их поперечному сечению, что ведет к раскрытию трещин, параллельных оси выработки, и, как следствие, к вывалообразованию.
Авторами работы [47], на основании результатов комплекса исследований по устойчивости выработок при повторной разработке руд в Криворожском бассейне, также сделан вывод, что выработки, пройденные вкрест простирания более устойчивы, чем штреки.
17 По данным ВНИМИ [26], полученным на основании обследования 46
околоствольных дворов шахт Донбасса, оказались нарушенными почти 90%, в которых выработки пройдены по простиранию, и только 30%, где выработки пройдены вкрест простирания. В условиях рудных тел нескольких месторождений крутого падения из 7100 м выработок, пройденных по простиранию, 87 % были деформированы, а из 8300 м выработок, пройденных вкрест простирания, нарушено 32 %.
Проведенный обзор опыта освоения залежей при различных способах управления горным давлением показывает, что в случае последовательной восходящей выемки рудных тел наиболее перспективными на первой стадии выемки являются способы поддержания выработанного пространства с помощью закладки выработанного пространства; на второй стадии возможно применение различных способов поддержания как с помощью закладки, так и обрушения налегающей толщи, но они должны обеспечить безопасность горных работ, высокую производительность и низкую себестоимость добычи, возможность комплексной механизации производственных процессов, максимально возможную полноту выемки полезного ископаемого и охрану окружающей среды.
1.2. Факторы, определяющие параметры
процесса деформирования подработанных пород
Исследованиям геомеханических процессов, направленными на определение степени подработки налегающих пород, посвятили свои труды следующие ученые: Авершин СТ. [1], Акимов А.Г. [4,5,51], Бахурин И.М. [8], Борщ-Компаниец В.И. [13], Влох Н.П. [18,19], Замесов Н.Ф. [15,16], Зубков А.В. [36], Казаковский Д.А. [41], Кашников Ю.А. [43], Кратч Г. [50], Кузнецов М.А. [5,51], Леонтовский П.М. [53], Макаров А.Б. [13,54], Мартынов Ю.И. [55], Сашурин А.Д. [81], Шуплецов ЮЛ. [103]и др.

Список литературы




Проститутка: женщина, которая находит деньги на улице. «Шпильки»
ещё >>