CC BY
44
------------------------------------------ © В.А. Осинцев, В.М, Беркович,
Д.В. Шараев, 2011
УДК 622.831
В.А. Осинцев, В.М, Беркович, Д.В. Шараев
ТЕХНОЛОГИЯ ОТРАБОТКИ УДАРООПАСНЫХ УЧАСТКОВ МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Приведены результаты испытаний новых вариантов системы разработки с учётом сформулированных требований к ударобезопасной технологии, показано, что конструктивные элементы системы позволяют снизить удароопасность на месторождении и тем самым повысить безопасность ведения очистных работ.
Ключевые слова: месторождение, закладка, боксит, рудник, искусственная кровля, буровой штрек.
ПРИ эксплуатации месторождений на значительных глубинах повышается опасность производства горных работ и ухудшаются техникоэкономические показатели добычи руды. В большинстве случаев системы разработки, применяемые на небольшой глубине, в указанных условиях непригодны. Развитие подземной добычи руд как в нашей стране, так и за рубежом связано с опусканием на большие глубины. С понижением горных работ, вследствие возрастания горного давления, породы переходят в предельное состояние, характеризующееся значительным снижением их устойчивости и возможностью возникновения горных ударов - наиболее опасной формы динамического разрушения массива.
Наибольшую остроту проблема горных ударов приобрела на шахтах Североуральского бокситового рудника (СУБР), где ежегодно регистрируется свыше 1000 сейсмических явлений с энергией, достигающей 108 Дж. Месторождение представлено пологопадающей залежью боксита переменной мощности. До момента возникновения горных ударов его отрабатывали в основном системами камерно-столбовой, сло-
евого обрушения, камерно-целиковой с твердеющей закладкой. По показателю удароопасности каждой из этих систем, выраженному через количество горных ударов на удельный вес системы в общей добыче шахты, все три системы разработки равнозначны по степени удароопасности. Это и обусловило необходимость изыскания технологии отработки, обеспечивающей максимальное снижение удароопасности. Работы велись в направлении создания оптимальных конструкций систем разработки. Кроме того, область применения на СУБРе высокопроизводительной камер-но-целиковой системы с закладкой ограничена мощностью рудного тела 6—8 м, а для отработки участков место-ро-ждения, где мощность превышает 8 м, применяется только система слоевого обрушения, показатели которой сегодня не удовлетворяют предприятие. Прогноз распределения запасов руды по мощности показывает, что свыше 70 % запасов месторождения до глубины 1200 м сосредоточено на участках мощностью более 9 м.
Прогрессивным решением в области повышения безопасности работ на больших глубинах в удароопасных
условиях в отечественной и зарубежной практике является применение камерной системы разработки с использованием искусственной кровли, конструктивной особенностью которой является двух-стадииность выемки рудной залежи, основанная на снижении уровня действующих напряжений в отрабатываемом массиве путём опережающих работ в висячем боку рудного тела [1]
Для условий рудника рекомендуется несколько вариантов камерной системы разработки с закладкой. Несмотря на некоторые конструктивные различия вариантов у них есть один общий принцип, который отличает их от других вариантов этой системы разработка — выемка основах запасов руды в камерах ведется под искусственной кровлей. Создание искусственной кровли из твердеющих смесей - дополнительные работы, связанные с затратой некоторого труда и расходом материалов. Однако, искусственная кровля, по сравнению с естественной, значительно прочнее, она надёжно сохраняет рабочее пространство в камерах и обеспечивает условия для применения скважинной отбойки руды и высокопроизводительного самоходного оборудования.
При конструировании вариантов рекомендуемых систем разработки учитывалась принятая схема подготовки блоков, применяемые на руднике по-грузочно-доставочные машины с ди-станционньм управлением, буровое оборудование и конвейерная доставка отбитой руды. Кроме того, использовались опробованные на руднике паспорта крепления выработок, паспорта буровзрывных работ и т.д.
Многостадийная камерная выемка с закладкой под искусственной кровлей. Система разработки предназначена для отработки рудных тел мощностью от 15 м и более при неустойчивых налегаю-
щих породах. Месторождение разделяется на блоки. Длина блока изменяется от 100 до 140 м, ширина 60-100 м. По высоте блок делят на подэтажи. Высота подэтажа 15-20 м. Подэтажи отрабатываются камерами первой и второй очереди.
Подготовительно-нарезные работы заключаются в проведении транспортных и вентиляционных, закладочных и вентиляционно-закладочных выработок, буровых штреков, вентиляционных и отрезных восстающих (рис. 1).
После выемки руды в камерах первой очереди их закладывают твердеющей смесью. Когда смесь наберёт нормативную прочность приступают к отработке запасов руды в камерах второй очереди. По отработке их также закладывают твердеющими смесями.
Выемка нижележащих подэтажей осуществляется аналогично верхнему подэтажу, за исключением того, что камеры второй очереди нижнего подэтажа заполняют гидравлической закладкой (рис. 2).
Такой порядок ведения работ позволяет в границах блока, за счет постадий-ной закладки, организовать многозабойную выемку руды одновременно на двух-трёх подэтажах.
Отбойка руды производится путём взрывания вееров скважинных зарядов, погрузка и доставка отбитой горной массы осуществляется погрузочно-доставочными машинами с дистанционным, управлением, за счёт чего и достигается безопасность работ. Закладка выработанного пространства обеспечивает наибольшую полноту выемки руды и сохранность поверхности. Данная система разработки позволяет получить высокие технико-экономические показатели: производительность труда забойного рабочего без учёта затрат на закладочные работы порядка 48 т/чел. —
Рис. 1. Многостадийная камерная выемка с закладкой под искуственной кровлей:
1 — налегающие породы; 2 — руда; 3 — почва камер; 4 — транспортная выработка; 5 — вентиляционная выработка; 6 — подэтажные орты; 7, 10 — вентиляционный ходок; 8 — закладочный орт; 9 — вентиляционно-закладочная выработка; 11 — буровой штрек; 12 — отрезной восстающий; 13 — вентиляционный восстающий; 14 — искусственная кровля; 15 — штанговая крепь; 16 — закладочный массив камер I очереди; 17 — камера I очереди в стадии выемки; 18 — закладочный массив камер II очереди; 19 — камера в стадии закладки; 20 — камера в стадии нарезных работ; 21 — рудный массив камер II очереди; 22 — закладочный трубопровод; 23 — изолирующая перемычка; 24 — взрывные скважины; 25 — отбитая руда; 26 — потери боксита; 27 — направление выемки камер; 28 — границы камер второго подэтажа
смену; потери руды 2-3 %; разубожива-ние — 5 %.
Камерная выемка под искусственной кровлей с горизонтом выпуска. Параметры выемочных блоков: длина 100 м и ширина 40-60 м. Из откаточного штрека, расположенного на границе блока на длину камер проходятся транспортные орты. В каждой камере из штрека проходят пальцевый восставший, который сбивается с вентиляционной выработкой, расположенной на буровом горизонте. Из вентиляционной выработки проходят
буровые орты для каждой камеры (рис. 3). Над погрузочно-доставочным ортом оставляется предохранительный целик толщиной 5 м. Руда в камере отбивается путём взрывания глубоких скважин. Высота камеры составляет около 23 м. Выпуск отбитой руда из камеры осуществляется порциями путём подрывки предохранительного целика мелкошпуровой отбойкой.
Производительность труда составив 54 т/чел. — смену. Потери руды 2-3 %, разубоживание 5-10 %.
Рис. 2. Многостадийная камерная выемка с искуственной кровлей (выемка второго подэтажа): 1 — искусственная кровля; 2 — закладочный массив первого подэтажа; 3 — закладочный массив камер первой очереди второго подэтажа; 4 — рудный массив; 5 — камера в стадии выемки; 6 — шаг закладки камер; 7 — взрывные камеры; 8 — камера в стадии нарезки; 9 — закладочный трубопровод; 10 — отбитая руда; 11 — изолирующая перемычка
За счёт совмещения по времени процессов бурения, отбойки и выпуска руды при данной системе разработки могут быть получены высокие показатели интенсивности выемки камерных запасов. Система разработки применима при условии, что отбитая руда не слеживается.
Камерная система разработки под искусственной кровлей из твердеющей закладки. Конструктивная особенность предлагаемого варианта системы разработки - двухстадийность выемки рудной залежи, основанная на снижении уровня действующих напряжений в отрабатываемом массиве путём опережающей отработки в висячем боку рудного тела.
Выемочный блок подготавливается к очистным работам системой панельных штреков, пройденных на контакте руды и подстилающих пород (рис. 4) Очистные работы начинаются с выемки и последующей закладки первичных и вторичных заходок, располагаемых на контакте рудного тела и висячего бока. При этом образованный искусственный массив служит кровлей, предназначенной предотвратить самообрушение налегающих пород при камерной отбойке основных нижележащих запасов руды и снизить действующее горное давление.
После набора нормативной прочности твердеющей смесью в заходках отработку основных запасов ведут камерами. Последние располагают через одну таким образом, чтобы их
Рис. 3. Камерная выемка под искусственной кровлей с горизонтом выпуска отбитой руды: 1,
11 — пальцевый восстающий; 2 — вентиляционная выработка; 3, 7 — транспрортная выработка; 4 — буровой орт; 5 — погрузочно-доставочный орт; 6 — погрузочно-доставочная машина; 8 — отбитая руда; 9 — глубокие скважины; 10 — вентиляционно-закладочная выработка; 12 — изоляционная перемычка; 13 — заложенная камера; 14 — налегающие породы; 15 — штанговая крепь; 16 — вентиляционно-закладочный орт; 17 — искусственная кровля; 18 — потери в лежачем боку; 19 — почва; 20 — отрезной восстающий
центральные оси совпадали с осями первичных заходок, а границы камер находились на осях вторичных заходок. При этом уступообразная форма искусственной кровли образует геометрическую поверхность, приближающуюся по своей форме к фигуре свода обрушения (рис. 5).
При отработке рудных тел в удароопасных условиях при неустойчивых породах предложенной системой разра-
ботки достигается следующий положительный эффект: повышается безопасность работ за счет опережающей отработки в висячем боку рудного тела; увеличиваются основные камерные запасы и снижается объема горноподготовительных работ на единицу продукции, повышается эффективность добычи полезного ископаемого; отработка запасов камерами под искусственной кровлей
Рис. 4. Камерная система разработки под искусственной кровлей из твердеющей закладки:
1 — первичные заходки; 2 — вторичные заходки; 3 — свод естественного равновесия; 4 — выемочные камеры
Рис. 5. Камерная выемка под арочной искусственной кровлей.
а — при различной высоте первичных и вторичных камер; б — при одинаковой высоте первичных и вторичных камер заходки; 1 — первичная камера, заполненная закладкой; 2 — вторичная камера, заполненная закладкой; 3 — отбитая руда, оставляемая на почве камер для создания свода
позволяет снизить разубоживание добываемой руды.
Промышленные испытания [2] новых вариантов системы разработки, проведенные на СУБРе с учётом сформулированных требований к ударобезопасной
1. Беркович В.М. и др. Рациональная технология отработки удароопасных полиметаллических месторождений: Итоги науки техники, серия «Разработка место-
технологии, показали, что конструктивные элементы системы позволяют снизить удароопасность на месторождении и тем самым повысить безопасность ведения очистных работ.
-------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
рождений твёрдых полезных ископаемых», том 59, — М: ВИНИТИ, 1992 г.
2. Беркович В.М. и др. Камерная выемка руды под искусственной кровлей. \ Горный журнал № 11-12, 1996. Н5ГД=1
— Коротко об авторах ---------------------------------------
Осинцев В.А., Беркович В.М., Шараев Д.В. — (УГТУ, Екатеринбург)
&
------------------------------------------- ОТДЕЛЬНЫЕ СТАТЬИ
ГОРНОГО ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКОГО БЮЛЛЕТЕНЯ
Саваторова В.Л. — кандидат физико-математических наук, доцент, Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, tpr_msmu@mail.ru
Моделирование фильтрации жидкости сквозь пористую среду с периодической структурой: Отдельные статьи Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического журнала). — 2010. — № 9. — 63 с. — М.: Издательство «Г орная книга»
Использован подход Бринкмана для описания фильтрации жидкости сквозь твердый неде-формируемый пористый материал. В предположении, что пористый материал можно рассматривать как периодическую среду, в которой может быть выделено несколько характерных масштабов, применяется метод асимптотического усреднения. Для каждого из этих масштабных уровней выводятся определяющие уравнения. Определение усреднённых фильтрационных характеристик среды, а также скорости и давления жидкости сводится к решению соответствующих периодических задач на ячейке.
Savatorova V.L. MATHEMATICAL MODELLING OF THE FILTRATION OF FLUID THROUGH POROUS MEDIUM WITH PERIODIC STRUCTURE
Here we consider Brinkman’s filtration in rigid porous media. Under the consideration that material has structure close to periodic, we extend the theory of asymptotic homogenization to a medium with several space scales. We deduce the governing equations for all scales from the smallest to the largest. As a result, in order to find physical quantities on all scales, we will to solve a family of periodic problems in cells.
Keywords: filtration; three scale homogenization; problem on the cell; effective permeability.
