Научная статья на тему 'Разработка технологии крепления горных выработок в условиях интенсивного окисления сульфидных руд на Орловском месторождении'

Разработка технологии крепления горных выработок в условиях интенсивного окисления сульфидных руд на Орловском месторождении Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
424
47
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОДЗЕМНАЯ ГОРНАЯ ВЫРАБОТКА / UNDERGROUND MINING / ЗАКРЕПНОЕ ПРОСТРАНСТВО / UNSUPPORTED SPACE / РАМНАЯ КРЕПЬ / FRAME SUPPORT / ДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ / DYNAMIC LOADS / ПОДАТЛИВОСТЬ КРЕПИ / ЗАБУТОВКА / ФЕНОЛЬНАЯ СМОЛА / PHENOLIC RESIN / ВСПЕНЕННАЯ ГЛИНИСТАЯ ПУЛЬПА / FOAMED CLAY PULP / SUPPORTFLEXIBILITY / BACKFILLING

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Шапошник Юрий Николаевич, Конурин Антон Игоревич, Шокарев Денис Александрович, Шапошник Сергей Николаевич

При проведении выработок в неустойчивых рудах и породах на Орловской шахте в качестве крепи используется металлические рамные крепи СВП-22 с накатником из круглого леса и забучиванием пустот закрепного пространства костровой крепью. При забучивании пустот костровой крепью вручную люди находятся в незакрепленной части выработки, в связи с чем данная операция является травмоопасной и трудоемкой. Цель работы подобрать и испытать материал забутовки пустот закрепного пространства, обеспечивающий уменьшение диффузии и просачивание кислорода к очагам самовозгорания рудного массива в условиях интенсивного окисления сульфидных руд на Орловском месторождении. Методы. В рамках опытно-промышленных работ на Орловской шахте в качестве забутовки пустот закрепного пространства при креплении горных выработок металлической рамной крепью с накатником из круглого леса были испытаны вспенивающиеся негорючие материалы (фенольные двухкомпонентные смолы «Блокфил»). Результаты. Установлено, что применение в качестве забутовки закрепного пространства фенольной смолы позволит снизить интенсивность реакции окисления и предотвратить самонагревание руды до критических температур, а также предотвратить или замедлить процесс нагревания рудничного воздуха от разогретой поверхности рудного массива до температур, превышающих нормативные значения. Выводы. Применение в качестве забутовки пустот закрепного пространства фенольной смолой «Блокфил» обеспечило отсутствие деформаций элементов рамной металлической крепи и сохранность проводимой горной выработки, а также позволило снизить интенсивность реакции окисления и предотвратить самонагревание руды до критических температур и предотвратить или замедлить процесс нагревания рудничного воздуха от разогретой поверхности рудного массива до температур, превышающих нормативные значения.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Шапошник Юрий Николаевич, Конурин Антон Игоревич, Шокарев Денис Александрович, Шапошник Сергей Николаевич

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY FOR SUPPORTING MINE WORKINGS UNDER CONDITIONS OF INTENSE OXIDATION OF SULFIDE ORES AT THE ORLOVSKY MINE

Goal. Metal frame supports SVP-22 with round timber lagging and backfilling of the voidsof unsupported space with chock support is used in the workings of unstable ores and rocks at the Orlovsky mine. When filling the voids with a chock supportmanually, people are located in an unsupported part of the working, therefore this operation is hazardous and laborious. The purpose of the work is to select and test the backfill material for voids of unsupported space, which ensures a decrease in diffusion and oxygen seepage to the centers of spontaneous ignition of the ore bodies under conditions of intense oxidation of sulphide ores at the Orlovsky deposit. Methods. Foaming non-combustible materials (“Blockfil” phenolic two-component resins) were tested in the experimental works at the Orlovsky mine for backfilling the voids when supporting the mine workings by metal frame supports with a round timber lagging. Results. It has been established that the use of phenolic resins as backfilling will reduce the intensity of the oxidation reaction and prevent self-heating of the ore to critical temperatures, and also prevent or slow down the process of heating ofmine air from the heated surface of the ore body to temperatures exceeding the design values. Conclusions. The use of phenolic resin “Blockfil” to fill the voids ensured the absence of deformation of the elements of the metal frame support and the safety of mining, and also allowed to reduce the intensity of the oxidation reaction and prevent self-heating from the ore to critical temperatures and prevent or slow down the process of heating the mine air from the heated surface of the ore body to temperatures, exceeding the design values.

Текст научной работы на тему «Разработка технологии крепления горных выработок в условиях интенсивного окисления сульфидных руд на Орловском месторождении»

#

RUDN Journal of Engineering researches Вестник РУДН. Серия: Инженерные исследования

2018 Vol. 19 No. 2 235-245

http://journals.rudn.ru/engineering-researches

DOI 10.22363/2312-8143-2018-19-2-235-245 УДК 622.2

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В УСЛОВИЯХ ИНТЕНСИВНОГО ОКИСЛЕНИЯ СУЛЬФИДНЫХ РУД НА ОРЛОВСКОМ МЕСТОРОЖДЕНИИ

Ю.Н. Шапошник1, А.И. Конурин1, Д.А. Шокарев2, С.Н. Шапошник3

1 Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения РАН Российская Федерация, 630091, Новосибирск, Красный проспект, 54 2 ТОО ExpertPRO

Республика Казахстан, 070004, Усть-Каменогорск, ул. Протозанова А.К., 47

3 Восточно-Казахстанский государственный технический университет Республика Казахстан, 070004, Усть-Каменогорск, ул. Протозанова А.К., 69

При проведении выработок в неустойчивых рудах и породах на Орловской шахте в качестве крепи используется металлические рамные крепи СВП-22 с накатником из круглого леса и забучиванием пустот закрепного пространства костровой крепью. При забучивании пустот костровой крепью вручную люди находятся в незакрепленной части выработки, в связи с чем данная операция является травмоопасной и трудоемкой. Цель работы — подобрать и испытать материал забутовки пустот закрепного пространства, обеспечивающий уменьшение диффузии и просачивание кислорода к очагам самовозгорания рудного массива в условиях интенсивного окисления сульфидных руд на Орловском месторождении. Методы. В рамках опытно-промышленных работ на Орловской шахте в качестве забутовки пустот закрепного пространства при креплении горных выработок металлической рамной крепью с накатником из круглого леса были испытаны вспенивающиеся негорючие материалы (фенольные двухкомпонентные смолы «Блокфил»). Результаты. Установлено, что применение в качестве забутовки закрепного пространства фенольной смолы позволит снизить интенсивность реакции окисления и предотвратить самонагревание руды до критических температур, а также предотвратить или замедлить процесс нагревания рудничного воздуха от разогретой поверхности рудного массива до температур, превышающих нормативные значения. Выводы. Применение в качестве забутовки пустот закрепного пространства фенольной смолой «Блокфил» обеспечило отсутствие деформаций элементов рамной металлической крепи и сохранность проводимой горной выработки, а также позволило снизить интенсивность реакции окисления и предотвратить самонагревание руды до критических температур и предотвратить или замедлить процесс нагревания рудничного воздуха от разогретой поверхности рудного массива до температур, превышающих нормативные значения.

Ключевые слова: подземная горная выработка, закрепное пространство, рамная крепь, динамические нагрузки, податливость крепи, забутовка, фенольная смола, вспененная глинистая пульпа

Орловское колчеданно-полиметаллическое месторождение, расположенное на востоке Казахстана, характеризуется сложными горно-геологическими и горнотехническими условиями. Устойчивость пород резко понижается в зонах выветривания, тектонических нарушений и на участках гидротермального измене-

ния пород, мощность которых колеблется от нескольких метров до 100—150 м. Породы околорудных зон весьма неустойчивые из-за многочисленных разнонаправленных микротрещин, заполненных кальцитом, пиритом, и многочисленных зеркал скольжения. При обнажении, снятии больших нагрузок и увлажнении такие породы разуплотняются и обрушаются в горные выработки.

Руды месторождения относятся к пожароопасным (содержание пиритной серы более 35%) [1]. Приуроченность рудных зон месторождения к области мощного межслоевого тектонического нарушения типа сдвига, которому сопутствуют зоны интенсивного дробления и рассланцевания вмещающих пород, облегчающие доступ кислорода, увеличивает пожароопасность месторождения. На пожаро-опасность Орловского месторождения существенно влияют пострудные дизъюнктивные тектонические нарушения типа сбросов, которым сопутствуют зоны мелкораздробленной перетертой руды мощностью до 3—4 м [2]. Мелкораздробленная и перетертая руда окисляется значительно интенсивнее, чем монолитная, так как является более проницаемой по отношению к окисляемым образованиям и имеет большую поверхность для окисления. Аналогичное влияние на пожаро-опасность месторождения оказывает трещинная тектоника.

В настоящее время при проведении выработок в неустойчивых рудах и породах на Орловской шахте в качестве крепи используются металлические рамные крепи СВП-22 с накатником из круглого леса и забучиванием пустот закрепного пространства костровой крепью. При забучивании пустот костровой крепью из-за того, что забутовка пустот костровой крепью не подведена вплотную к обнажению горного массива по кровле и бортам выработки, не обеспечивается надежный контакт «крепь — горный массив». При отслоении горного массива с кровли при некачественной забутовке происходит нарушение рам СВП, т.е. крепь не гарантирует поддержание кровли в устойчивом состоянии на участках очень слабого горного массива.

Наличие незаполненных пустот за верхняками рам металлической крепи является причиной неудовлетворительного управления горным давлением в выработках [3]. Известно, что незаполненные пустоты в своде выработок снижают несущую способность рамной металлической крепи в 2,0—2,5 раза за счет увеличенных изгибающих моментов в криволинейной части арок, неравномерности распределения нагрузки по их периметру, возможности смещения рам к одному из боков или вдоль выработки [4]. Несущая способность крепи СВП-22 — не менее 330 кН/раму, сопротивление — не менее 260 кН/раму1.

В ранее выполненных работах было установлено, что тщательная забутовка исключает динамические нагрузки и способствует более равномерному их распределению по периметру рам [5—10]. При этом чем плотнее забутовка, тем равномернее по контуру крепи распределяется внешняя нагрузка. Увеличение жесткости забутовки приводит к уменьшению изгибающих моментов в элементах крепи. Кроме того, при «кострении» лесом закрепных пустот вручную люди на-

1 ГОСТ Р 51748—2001. Крепи металлические податливые рамные. Крепь арочная. Общие технические условия.

ходятся в незакрепленной части выработки, в связи с чем данная операция является довольно травмоопасной и трудоемкой.

Повышение плотности забутовки приводит к более равномерному распределению внешней нагрузки по контуру [3], а увеличение жесткости забутовки приводит к уменьшению изгибающих моментов в элементах крепи. Для повышения работоспособности рамных крепей необходимо, чтобы податливый слой (забутовка) деформировался по мере смещения контура пород выработки от нагрузки, не превышающей прочности рамной конструкции с учетом податливости рамных металлических крепей в замковых соединениях [11]. Запас на смещения контура выработки задается параметрами податливого слоя и запасом податливости рамных металлических крепей в замковых соединениях.

В нормативных документах отмечено, что не допускается закладка пустот лесом при креплении горных выработок несгораемыми материалами1. Смещения, компенсируемые за счет сжатия забутовочного материала, зависят от сжимаемости материала, толщины забутовочного слоя и расчетной нагрузки на крепь и определяются опытным путем2.

Для исключения притока кислорода к очагу эндогенного пожара на Орловской шахте выработанное пространство в районе очага должно быть изолировано путем установки изолирующих перемычек или покрытия подходных выработок пленкообразующим компонентом, обеспечивающим уменьшение диффузии и просачивание кислорода к очагам самовозгорания сульфидных руд в виде утечек воздуха, который фильтруется через тело перемычки и трещины во вмещающих выработку породах.

Таким образом, при выборе забутовочного материала при проходке горных выработок на Орловской шахте необходимо учитывать следующие факторы:

1) материал, толщина и прочность забутовки выбираются таким образом, чтобы сформировать плотный и непосредственный контакт с вмещающими породами, а также обеспечить несущую способность возведенной рамной крепи, соответствующую существующим значениям горного давления и конвергенции вмещающих пород и не допустить существенного возрастания сосредоточенных случайных нагрузок на крепь, что резко снижает ее несущую способность, ведет к деформациям ее элементов, поломкам и даже завалам выработки;

2) материал забутовки пустот закрепного пространства должен обеспечивать уменьшение диффузии и просачивание кислорода к очагам самовозгорания сульфидных руд.

При этом забутовку необходимо возводить как можно раньше, чтобы она могла воспринять нагрузки, вызванные деформациями массива горных пород на ранних стадиях и предупредить быстрое формирование зоны разрушенных пород.

В рамках опытно-промышленных работ на Орловской шахте в качестве забутовки пустот закрепного пространства при креплении горных выработок метал-

1 Правила обеспечения промышленной безопасности для опасных производственных объектов, ведущих горные и геологоразведочные работы. Утверждены Приказом Министра по инвестициям и развитию Республики Казахстан от 30 декабря 2014 года № 352.

2 Руководство по проектированию подземных горных выработок и расчету крепи // ВНИМИ, ВНИИОМШС Минуглепрома СССР. М.: Стройиздат, 1983. 272 с.

лической рамной крепью с накатником из круглого леса были испытаны вспенивающиеся негорючие материалы (фенольные двухкомпонентные смолы «Блок-фил»). Фенольная смола «Блокфил» содержит формальдегид — 0,01 мг/м3; метиловый спирт — 0,5 мг/м3; аммиак — 0,04 мг/м3; фенол — 0,003 мг/м3.

Опыт работ по забутовке пустот закрепного пространства фенольной смолой «Блокфил» при проходке выработок на Орловской шахте показал, что после производства буровзрывных работ в забое выработки при расстоянии около 1,5 м от забутовки до груди забоя разрушение забутовочного материала из смолы «Блок-фил» не происходило (рис. 1).

Прочность на сжатие при 10% деформации затвердевшей смолы «Блокфил» по данным компании ТОО «ДСИ Техно» составляет 0,02 МПа.

В ходе опытно-промышленных испытаний были отмечены случаи отставания по времени забутовки пустот закрепного пространства вспенивающимися материалами, что в конечном итоге приводило к полной деформации элементов рамной крепи из-за высокого горного давления.

Так, на слоевом штреке блока 12 с на нижнем горизонте Орловской шахты была апробирована технология забутовки пустот закрепного пространства вспенивающимися материалами. Закрепные пустоты заполнялись фенольной смолой «Блокфил». Однако в дальнейшем при проходке данной выработки было выставлено шесть рам без забутовки пустот фенольной смолой. Вероятно, частично забутовка все-таки была выполнена из костровой крепи, что необходимо для поддержания накатника на рамной крепи. Однако плотного контакта обнажений вмещающих пород с забутовкой на было.

Рис. 1. Состояние забутовки пустот закрепного пространства из фенольной смолы «Блокфил» после проведения буровзрывных работ, вид со стороны забоя при отставании крепления от груди забоя 4 м [Fig. 1. The state of backfilling of the voids of the unsupported roof space from the phenolic resin "Blockfil" after drilling and blasting operations, the view from the side of the face when the supports are 4 m from the face]

В последующем в результате отслоений горной массы рамы были полностью деформированы, в связи с чем для приведения выработки в безопасное состояние необходимо было перекреплять аварийный участок выработки. Руководством шахты было принято решение об остановке работ на слоевом штреке блока 12с и дальнейшем заполнении его бетонной закладкой.

При этом смежные рамы с аварийным участком, пустоты закрепного пространства которых были забутованы фенольной смолой, не были деформированы.

Теплопроводность образца фенольной смолы «Блокфил» определена в Институте нефтегазовой геологии и геофизики им. А.А. Трофимука СО РАН на измерителе теплопроводности сканирующем на эталонах полиметилметакриата методом игольчатого зонда. Однако в силу того, что нижний предел эталонов в Институте нефтегазовой геологии и геофизики СО РАН представлен относительно высоким значением теплопроводности 0,194 Вт/м-°К, полученный с помощью измерителя теплопроводности результат при использовании эталонов с более высоким значением, чем у образца, имеет более завышенные показатели. Поэтому измерения коэффициента теплопроводности были продублированы с помощью абсолютного метода (игольчатого зонда), результаты которого являются более достоверными (к = 0,026 Вт/м-°К).

В работе [2] были определены теплофизические показатели руд и вмещающих пород Орловского месторождения (табл. 1).

Таблица

Теплофизические показатели руд и вмещающих пород Орловского месторождения [Table. Thermophysical parameters of ores and enclosing rocks of Orlovsky mine]

Тип породы [Rock type] Коэффициент теплопроводности к, Вт/м-°К [Thermal conduction coefficient к, W/m-°K]

Сплошная полиметаллическая руда [Massive polymetallic ore] 5,5—5,9

Сплошная барит-полиметаллическая руда [Massive barite-polymetallic ore] 4,88—7,44

Сплошная медно-цинковая руда [Massive copper-zinc ore] 3,4—11,3

Сплошная медно-колчеданная руда [Massive copper-sulphide ore] 4,21—4,204

Алевролит [Siltst one] 0,4—3,8

Аргиллит [Argillite] 0,2—3,0

Глинистый сланец [Argillaceous slate] 0,2—3,0

Известняк влажный [Wet limestine] 0,9—4,4

Песчаник плотный [Tight sandstone] 2,33

Сравнение полученных значений коэффициента теплопроводности руд, вмещающих пород Орловского месторождения и фенольной смолы показывают, что она вполне может выполнять роль изоляционного материала при забутовке за-крепных пустот при проходке горных выработок в условиях наличия очагов самонагревания рудного массива при интенсивном окислении сульфидных руд.

Кроме того, забутовка закрепных пустот вспенивающими материалами позволит исключить или существенно снизить контакт обнаженной поверхности рудного массива с кислородом рудничного воздуха, а при контакте руды с кислородом рудничного воздуха разогрев поверхности рудного массива в течение года может достигнуть 200—260 °С [2], что близко к температуре самовозгорания пиролизированной древесины, что подтверждается замерами, выполненными пылевентиляционной службой Орловской шахты, показывающими, что температура рудничного воздуха в горных выработках в результате окисления и самонагревания руды может превысить 100 °С.

Таким образом, применение в качестве забутовки закрепного пространства фенольной смолы позволит снизить интенсивность реакции окисления и предотвратить самонагревание руды до критических температур, а также предотвратить или замедлить процесс нагревания рудничного воздуха от разогретой поверхности рудного массива до температур, превышающих нормативные значения.

К недостаткам использования в качестве забутовки закрепного пространства фенольной смолы можно отнести невозможность охлаждения поверхности прогретого рудного массива за счет контакта с рудничным воздухом. Однако охлаждение поверхности прогретой выработки (массива) в условиях контакта с сухим рудничным воздухом (к = 0,034 Вт/м-°К) при скорости потока порядка 0,1—0,5 м/с и с температурой, близкой к температуре прогретого массива, проходит очень медленно, при этом температура поверхности может снизиться до 55—60 °С в течение 2,5—3,0 лет.

Удельные затраты на забутовку закрепного пространства вспенивающимися материалами в сравнении с забутовкой пустот «костровой» крепью довольно высоки (рис. 2).

m

0 £

ю

я ^

га 5

я с

1 ^

п О

га

ш >

забутовка вспенивающимися материалами

забутовка костровой крепью

Рис. 2. Удельные затраты на забутовку закрепного пространства вспенивающимися материалами и «костровой» крепью на 1 п.м. выработки сечением впр = 16,0 м2 [Fig. 2. Specific costs for backfilling of unsupported roof space with foaming materials and chock support for 1 m. ofoutput withsection S = 16.0 m2]

По данным [12], температура термической деструкции фенольной смолы «Блокфил» составляет около 700 °С, при этом потеря массы образца составляет всего 21,7%. Фенольная смола «Блокфил» по классу опасности материала по значению показателя токсичности продуктов горения относится к высокоопасным, по группе горючести материала — к трудногорючим.

Контакт продукции с кожей может привести к сильному раздражению, ожогам. Пары продукции в концентрациях, превышающих ПДК для воздуха рабочей зоны, раздражают верхние дыхательные пути и слизистые оболочки глаз, оказывают воздействие на центральную нервную систему (ЦНС), печень, почки. Входящие в состав вещества способны вызывать аллергические заболевания в производственных условиях (при контакте с кожей), канцерогенны. Контроль воздуха рабочей зоны необходимо осуществлять по гидроксибензолу, серной кислоте, фосфорной кислоте, формальдегиду, 4-гидроксибензолсульфокислоте.

Анализ проведенных исследований и опытно-промышленных работ на Орловской шахте свидетельствует о том, что применение в качестве забутовки пустот закрепного пространства негорючими вспенивающимися материалами при креплении горных выработок металлической рамной крепью обеспечивает сохранность проводимых горных выработок и позволяет предотвратить самонагревание руды до критических температур, замедлить процесс нагревания рудничного воздуха от разогретой поверхности рудного массива до температур, превышающих нормативные значения.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Ходжаев Р.Р., Габайдуллин Р.И., Асаинов С.Т., Побединская И.В. Исследование пожароо-пасности при добыче сульфидных руд подземным способом // Тез. докл. XXIX международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию ФГБУ ВНИИПО МЧС России. Балашиха, 2017. С. 205—208.

[2] Нургалиева А.Д., Рахимберлина А.А., Какенова М.Ж., Габайдуллин Р.И. Пожароопасность Орловского месторождения // Труды международной научно-практической конференции «Интеграция науки, образования и производства — основа реализации плана нации» (Сагиновские чтения № 7). Ч. 2. Карагандинский государственный технический университет. Караганда: Изд-во КарГТУ, 2015. с. 187—189.

[3] Ерофеев Л.М., Мирошникова Л.А. Повышение надежности крепи горных выработок. М.: Недра, 1988. 245 с.

[4] Мартыненко И.И., Мартыненко И.А., Минакова Ж.А. Влияние заполнения закрепного пространства на работу крепи // ГИАБ. 2005. С. 160—163.

[5] МаксимовА.П., Шашенко А.Н., Рожко А.Н. Влияние качества забутовки на несущую способность металлической арочной крепи // Шахтное строительство. 1987. С. 21—23.

[6] Мартыненко И.И., Мартыненко И.А., Минакова Ж.А. Влияние заполнения закрепного пространства на работу крепи // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2005. № 8. С. 160—163.

[7] Великий И.Г., Черетянко В.И., Черкасов В.В., Любашевская Н.В., Шаповалов Ю.С. О выборе забутовочного материала для ЗЗП горных выработок // Шахтное строительство. 1978. № 9. С. 12—14.

[8] Галушко П.Я. Влияние ширины слоя и состава забутовки на взаимодействии пород и крепи // Уголь Украины. 1977. № 4. С. 6—8.

[9] Заславский И.Ю. Несущая способность арочной крепи при ТЗП // Шахтное строительство. 1987. № 10. С. 11—13.

[10] Симанович Г.А. О прочности тампонажного раствора в закрепном пространстве горных выработок // Шахтное строительство. 1987. № 12. С. 10—13.

[11] Солодянкин А.В., Гапеев С.Н. Численное моделирование влияния параметров податливой забутовки на напряженно-деформированное состояние вмещающего выработку массива // Материалы IV международной научно-практической конференции «Проблемы горного дела и экологии горного производства». Антрацит. 2009. С. 115—123.

[12] Уварова В.А. Методологические основы контроля пожароопасных и токсических свойств шахтных полимерных материалов: дисс. ... д-ра техн. наук. М., 2016. 300 с.

© Шапошник Ю.Н., Конурин А.И., Шокарев Д.А., Шапошник С.Н., 2018 История статьи:

Дата поступления в редакцию: 20 февраля 2018 Дата принятия к печати: 28 апреля 2018

Для цитирования:

Шапошник Ю.Н., Конурин А.И., Шокарев Д.А., Шапошник С.Н. Разработка технологии крепления горных выработок в условиях интенсивного окисления сульфидных руд на Орловском месторождении // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования. 2018. Т. 19. № 2. 235—245. DOI 10.22363/2312-8143-2018-192-235-245

Сведения об авторах:

Шапошник Юрий Николаевич — доктор технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории физико-технических геотехнологий, Институт горного дела им. Н.А. Чина-кала Сибирского отделения Российской академии наук. Область научных интересов: геомеханика, механические свойства и разрушение геоматериалов и горных массивов, проблемы геотехнологий и обогащения минерального сырья. Контактная информация: e-mail:shaposhnikyury@mail.ru

Конурин Антон Игоревич — кандидат технических наук, научный сотрудник лаборатории физико-технических геотехнологий, Институт горного дела им. Н.А. Чинакала Сибирского отделения Российской академии наук. Область научных интересов: механические свойства и разрушение геоматериалов и горных массивов, современная геодинамика, моделирование геодинамических процессов. Контактная информация: e-mail:akonurin@ yandex.ru

Шокарев Денис Александрович — директор ТОО «Expert PRO». Область научных интересов: проблемы геотехнологий и обогащения минерального сырья, современная геодинамика, моделирование геодинамических процессов. Контактная информация: e-mail: denshok82@ mail.ru

Шапошник Сергей Николаевич — доктор технических наук, профессор кафедры геологии и горного дела, Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева. Область научных интересов: сейсмология, сейсмические волны, проблемы геотехнологий и обогащения минерального сырья. Контактная информация: e-mail: shaposhniksergey@mail.ru

DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY FOR SUPPORTING MINE WORKINGS UNDER CONDITIONS OF INTENSE OXIDATION OF SULFIDE ORES AT THE ORLOVSKY MINE

Yu.N. Shaposhnik1, A.I. Konurin1, D.A. Shokarev2, S.N. Shaposhnik3

1 N.A. Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences 54, Krasny Prospect, Novosibirsk, 630091, Russian Federation 2 Expert PRO

47, Protozanov A.K. str., Ust-Kamenogorsk, 070004, Republic of Kazakhstan

3 East Kazakhstan State Technical University (EKSTU) 69, Protozanov A.K. str.,Ust-Kamenogorsk, 070004, Republic of Kazakhstan

Abstract. Goal. Metal frame supports SVP-22 with round timber lagging and backfilling of the voidsof unsupported space with chock support is used in the workings of unstable ores and rocks at the Orlovsky mine. When filling the voids with a chock supportmanually, people are located in an unsupported part of the working, therefore this operation is hazardous and laborious. The purpose of the work is to select and test the backfill material for voids of unsupported space, which ensures a decrease in diffusion and oxygen seepage to the centers of spontaneous ignition of the ore bodies under conditions of intense oxidation of sulphide ores at the Orlovsky deposit. Methods. Foaming non-combustible materials ("Blockfil" phenolic two-component resins) were tested in the experimental works at the Orlovsky mine for backfilling the voids when supporting the mine workings by metal frame supports with a round timber lagging. Results. It has been established that the use of phenolic resins as backfilling will reduce the intensity of the oxidation reaction and prevent self-heating of the ore to critical temperatures, and also prevent or slow down the process of heating ofmine air from the heated surface of the ore body to temperatures exceeding the design values. Conclusions. The use of phenolic resin "Blockfil" to fill the voids ensured the absence of deformation of the elements of the metal frame support and the safety of mining, and also allowed to reduce the intensity of the oxidation reaction and prevent self-heating from the ore to critical temperatures and prevent or slow down the process of heating the mine air from the heated surface of the ore body to temperatures, exceeding the design values.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Key words: underground mining, unsupported space, frame support, dynamic loads, supportflexibility, backfilling, phenolic resin, foamed clay pulp

REFERENCES

[ 1] Khodzhaev R.R., Gabaidullin R.I., Asainov S.T., Pobedinskaya I.V Issledovanie pozharoopasnosti pri dobyche sul'fidnykh rud podzemnym sposobom [The study of fire danger in the extraction of sulphide ores by an underground method]. Tez. dokl. XXIX mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii, posvyashchennoi 80-letiyu FGBU VNIIPO MChS Rossii [Abstracts of XXIX International Scientific and Practical Conference, dedicated to the 80th anniversary of the FGB VNIIPO EMERCOM of Russia]. Balashikha, 2017. 205—208. (In Russ.)

[2] Nurgalieva A.D., Rakhimberlina A.A., Kakenova M.Zh., Gabaidullin R.I. Pozharoopasnost' Orlovskogo mestorozhdeniya [On the fire hazard of the Orlovsky deposit]. Trudy mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii «Integratsiya nauki, obrazovaniyai proizvodstva — osnova realizatsii plana natsii» (Saginovskiechteniya № 7). Ch. 2 [Proceedings of international scientific and practical conference "Integration of science, education and production — the basis for the implementation of the national plan" (Saginov Readings No. 7). Part 2]. Karaganda State Technical University. Karaganda: KARGTU Publ., 2015. 187—189. (In Russ.)

[3] Erofeev L.M., Miroshnikova L.A. Povysheniye na dezhnosti podderzhki gornykh vyrabotok [Increasing the reliability ofmine workings supports]. Moscow: Nedra Publ., 1988. 245 p. (In Russ.)

[4] Martynenko I.I., MartynenkoI.A., Minakova Zh.A. Vliyaniye zapolneniya fiksirovannogo prostranstva na krepirovaniye [Influence of unsupported spacefilling on support strength]. GIAB, 2005. P. 160—163. (In Russ.)

[5] Maksimov A.P., ShashenkoA.N.,RozhkoA.N. Vliyaniye kachestva zasypki na nesushchuy usposobnost' oporymetallicheskoydugi [Influence of the quality of backfill on the bearing capacity of metal arc support]. Shakhtnoe stroitel'stvo [Mine Construction]. 1987. P. 21—23. (In Russ.)

[6] Martynenko I.I., Martynenko I.A., Minakova Zh.A. Vliyaniye zapolneniy azakrepnogo prostranstvana rabotu krepi [Influence of unsupported space filling on support strength]. Mining Informational and Analytical Bulletin. 2005. No. 8. 160—163. (In Russ.)

[7] Wiky I.G., Cheretyanko V.I., Cherkasov VV, Lyubashevskaya N.V, Shapovalov Yu.S. O vybore zabutovochnogo materiala dlya ZZP gornykh vyrabotok [On selectingbackfill material for filling voids of unsupported space in mine workings]. Shakhtnoe stroitel'stvo [Mine Construction]. 1978. No. 9. P. 12—14. (In Russ.)

[8] Galushko P.Ya. Vliyaniye shirinysloyai sostava zasypki na vzaimodeystviye porodi krepi [Influence of layer width and composition of backfill on the interaction of rocks and supports]. Ugol' Ukrainy [Coal of Ukraine]. 1977. No. 4. P. 6—8. (In Russ.)

[9] Zaslavsky I.Ya. Nesushchaya sposobnost' arochnoi krepi pri TZP [Strength of arch support with thermal protection coating]. Shakhtnoe stroitel'stvo [Mine Construction]. 1987. No. 10. P. 11—13. (In Russ.)

[10] Simanovich G.A. O prochnosti tamponazhnogo rastvora v zakrepnom prostranstve gornykh vyrabotok [On the strength of cement mortar in unsupported space of mine workings]. Shakhtnoe stroitel'stvo [Mine Construction]. 1987. No. 12. P. 10—13. (In Russ.)

[11] Solodyankin A.V., Gapeev S.N. Chislennoe modelirovanie vliyaniya parametrov podatlivoi zabutovki na napryazhenno-deformirovannoe sostoyanie vmeshchayushchego vyrabotku massiva [Numerical modeling of effect of flexible backfill parameters on stress-strain state of ore containing rock body]. Materialy IV mezhdunarodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii «Problemy gornogo delaiekologiigornogoproizvodstva» [Proceedings of the IV International Scientific and Practical Conference "Problems of Mining and Ecology of Mining Industry"]. Antratsit. 2009. P. 115—123. (In Russ.)

[12] Uvarova VA. Metodologicheskiye osnovy kontrolya pozharoopasnykh i toksicheskikh svoystv shahtnykh polimernykh materialov. Dokt. Diss. [Methodological fundamentals of control of fire-hazardous and toxic properties of mine polymeric materials. Doct. Diss.]. Moscow, 2016. 300 p. (In Russ.)

Article history:

Received: February 20, 2018 Accepted: April 28, 2018

For citation:

Shaposhnik Yu.N., Konurin A.I., Shokarev D.A., Shaposhnik S.N. (2018). Development of technology for supporting mine workings under conditions of intense oxidation of sulfide ores at the Orlovsky mine. RUDN Journal ofEngineering Researches, 19(2), 235—245. DOI 10.22363/23128143-2018-19-2-234-245

Bio Note:

Yuriy N. Shaposhnik — Doctor of Technical Sciences, leading research associate, laboratory of engineering physics geotechnologies, N.A. Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy of Sciences. Research interests: geomechanics, mechanical properties and destruction of geomaterials and mountain massifs, problems of geotechnology and mineral processing. Contact information: e-mail: shaposhnikyury@mail.ru

Anton I. Konurin — Candidate of Technical Sciences, research associate, laboratory of engineering physics geotechnologies, N.A. Chinakal Institute of Mining, Siberian Branch, Russian Academy

of Sciences. Research interests: mechanical properties and failure of geomaterials and rock bodies, modern geodynamics, modeling ofgeodynamic processes. Contact information: e-mail: akonurin@ yandex.ru

Denis A. Shokarev — CEO "Expert PRO". Research interests: problems of geotechnology and mineral processing, modern geodynamics, modeling ofgeodynamic processes. Contact information: e-mail: denshok82@mail.ru

Sergey N. Shaposhnik — Doctor of Technical Sciences, Professor at the Department of Geology and Mining, East Kazakhstan State Technical University (EKSTU). Research interests: seismology, seismic waves, problems of geotechnology and mineral processing. Contact information: e-mail: shaposhniksergey@mail.ru

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.