CC BY
27
венной продукции пользующейся спросом как в России, так и на внешнем рынке.
С либерализацией экономики и приватизацией предприятий развитие горнорудной отрасли практически вышло из-под контроля государства и целиком оказалось под влиянием исполнительных дирекций предприятий и их крупных акционеров. Для развития горноруд-
1. Орлов В.П., Голивкин Н.И., Колибаба В.Л. и др. Железорудная база России. Монография. - М.: ЗАО «Геоинформмарк», 1998.
2. Путин В.В. Минерально-сырьевые ресурсы в стратегии развития Российской экономики. С-Петербург, Записки Горного института, 1999. Том 144.
ной отрасли основной задачей становится организация инвестирования, которая не может быть решена на уровне отдельных горных предприятий и требует поиска новых форм привлечения крупных отечественных (металлургических комбинатов) и иностранных инвестиций.
---------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
3. Колибаба В.Л., Калиш Е.А., Киреев Ф.Ф., Улья-ненко В.С. Концепция комбинированной разработки кор выветривания, Горный информационно-аналитический бюллетень № 5, - М.: Изд. МГГУ. 2000.
4. Гагут Л.Д. СНГ новый путь развития в ХХ1 веке. - М., Русь, 2000.
— Коротко об авторах -------------------------
Колибаба В.Л. — кандидат технических наук,
Киреев Ф.Ф. — кандидат геолого-экономических наук,
ВИМС им. Федоровского.
------------------------------------ ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ФАЩИЛЕНКО Валерий Николаевич Структурный анализ и синтез рационального управления электромеханическими системами горных машин 05.09.03 д.т.н.
ДЖУНУСОВА Джамиля Исаевна Экономическое обоснование организации корпоративного пенсионного обеспечения на угледобывающих предприятиях 08.00.05 к. э. н.
УДК 622.001 В.И. Колесников
ФОРМИРОВАНИЕ ОЧИСТНОГО ПРОСТРАНСТВА ПРИ СГД
© В.И. Колесников, 2005
ценка эффективности систем разработки месторождений в современных условиях основывается на выполнении принципа разработки месторождений - «максимум прибыли на конечный продукт», который вытекает из государственных законов и поддерживается научно-исследова-тельскими академическими институтами, контролирующими организациями, отраслевыми научными и производственными организациями.
Основные положения Законов и нормативных документов предусматривают в том числе следующие требования:
- составление и реализация проектов по добычи и переработке полезных ископаемых с учетом положения о лицензировании вида деятельности - «Производство маркшейдерских работ»;
- проведение опытно-промышленных испытаний новых технологий и технических решений отработки месторождений;
- приема выемочных единиц в эксплуатацию с участием органов Госгортехнадзора;
- отнесение объектов ведения горных работ к категории опасных производственных объектов и обеспечение безопасности ведения работ в зоне вредного влияния горных разработок;
- проведение наблюдений за проявлениями изменений горного давления и управление деформационными процессами горных массивов для охраны ресурсов геологической среды;
- обеспечение экономически целесообразного извлечения полезных ископаемых и сохранение остающихся в недрах для промышленного освоения;
- предотвращение загрязнение недр, выполнение мероприятий по охране недр и окружающей природной среды.
Несмотря на многообразие перечисленных условий, закрепленных законами и нормативными документами, их соблюдение возможно при управляемом процессе техногенного изменения состояния подрабатываемых массивов, которые являются определяющими при оценке степени нарушения других эксплуатируемых ресурсов геологической среды [1].
Общий принцип технологии разработки
Рис. 1. Зоны деформирования подрабатываемого массива
глубокозалегающих месторождений богатых железных руд КМА способом скважинной гидродобычи [2] сводится к разработке рудных тел в восходящем порядке, осуществляемой с использованием воды и воздуха под давлением и энергии горного давления с учетом геологического строения и физико-механических характеристик пород налегающей толщи, морфологии рудного массива, его обводненности, порядка и темпов отработки месторождения; при этом возможны варианты с закладкой или без закладки очистной выемки при сплошной отработке рудного тела комплексом скважин или частичной отработке одиночными независящими скважинами (камерами) с оставлением межскважинных целиков.
Теория и практика оценки напряженно-деформируемого состояния налегающего над зоной очистных работ массива горных пород основывается на формировании во времени зон обрушения, разрыва сплошности и сдвижения (рис. 1).
Механика формирования указанных зон, в условиях разработки железных руд на КМА технологией СГД состоит в следующем [3, 4, 5]. Формирование зоны обрушения начинается с естественного обрушения разрабатываемого рудного массива. Зона обрушения распространяется вверх, занимая последовательно положения выше расположенных зон разрыва сплошности и сдвижения в рудном массиве до встречи с породо-мостом (в слоистые массивы крепких монолитных руд, известняков). Процесс формирования этих зон можно представить себе как последовательное образование и разрушение сводов равновесия. Время существования их, форма и размеры регулируются размерами площади подсечки массива, физикомеханическими и структурными характеристи-
Рис. 2. Схема формирования очистного пространства скважины (камеры): 1, 2,..., 1 - места фиксирования гидромониторного снаряда при отработке интервала; а1, а2,..., аг - подошва руды, отрабатываемой очередным интервалом; в1, в2,..., вг - поверхность отмытой руды, не поддающаяся эрлифтному подъему; с1, с2,...,сг - кровля руды в отработанном интервале; й и е - зоны соответственно активного и пассивного технологического разуплотнения руды; т - мощность рудной залежи; - компенсационное пространство после отработки очередного интервала; к - диаметр формируемой камеры
ками его, интенсивностью технологии извлечения руды. Зона обрушения, развиваясь путем образования и разрушения сводов разгрузки, при прекращении извлечения руды может стабилизироваться, своды разгрузки приобретают свойства статического равновесия.
В результате этого, развитие зон обрушения и разрыва сплошности прекращается, а если добыча руды продолжается, то над образовавшимися нависаниями плотных руд и известняков происходит образование зоны сдвижения массива. В этом случае из-за изменения величин и направлений действующих напряжений может произойти деформация массива породо-моста. При сдвижении массива в пределах указанных зон подработанный породный мост будет стремиться к прогибанию, вызывая растягивающие напряжения в центре моста и сжимающие - на флангах. И то и другое приводит к снижению устойчивости в целом. В этом случае подработанная толща плотных руд и известняков с мощной толщей рыхлых пород (наносов) прогибается, на поверхности может образовываться мульда сдвижения пород от проведения подземных очистных работ. Изменение состояния массива оценивается по результатам выполнения комплекса маркшейдерских, геофизических и геомеханических наблюдений, наблюдений за гидрогеологическим состоянием района ведения очистных работ.
Сформулированный принцип протекание процесса сдвижения подрабатываемых массивов опирается на установление закономерностей изменения напряженного состояния и разрушения массива, а также на мировой опыт результатов исследований, позволяющий прогнозировать влияние горного давления на эффективность разрушения горных пород. Важнейшим фактором, определяющим поведение горных пород, и, следовательно, проявление горного давления, является их напряженное состояние.
Расширение области применения ресурсосберегающих технологий ведения горных работ, и прежде всего, при разработке месторождений богатых железных руд КМА через скважины, связано с оценкой состояния массива пород и протекающих в нем геомеханических процессов. Неправильно выбранные схемы расположения скважин и недоучет условий формирования скважинного очистного пространства могут привести к неоправданно высоким эксплуатационным затратам.
Оценка состояния горного массива нами обосновывается принятой системой отработки шахтного поля, скважины на котором располагаются равномерно в пределах горного отвода. Каждая скважина (камера, выемочная единица) отрабатывается самостоятельно без связи со смежными скважинами. Между скважинами оставляются предохранительные целики.
Можно определить, что применяется камерная система разработки месторождений способом СГД.
Отработка залежей руд производится снизу вверх с последовательным формированием очистной выемки (камеры) в пределах отдельных технологических интервалов (рис. 2). Исходя из установленной «продуктивности скважины», зависящей от мощности рудной залежи богатых руд, очистное пространство формируется поинтервально, объем выемки руды из каждого интервала регламентируется определяемой «продуктивностью скважины». То есть, из каждого технологического интервала скважины, фиксируемого на точке установления гидромониторного снаряда, извлекается количество руды, приходящееся на этот интервал пропорционально определяемой «продуктивностью скважины». Отработка руды в пределах технологического интервала (при отсутствии нарушений регламента добычных работ) будет производиться в течении трех - пяти суток с постепенным падением производительности
скважины из-за удаления неразуплотненной руды от гидромониторного снаряда. За этот период времени формируется кровля руды (поверхность «с») не подверженная активному (гидромониторным снарядом) технологическому разуплотнению руды (в пределах зон обрушения «й» и частично «е»), далее от которых распространяется зона «разрыва сплошности» (рис. 1). По достижению «продуктивности интервала скважины», производится подъем гидромониторного снаряда для отработки последующего технологического интервала.
Следует учитывать, что дальнейшее нахождение гидромониторного снаряда в пределах отрабатываемого технологического интервала (например, при попытке добиться большего объема извлечения руды из интервала, превышающего его определенную «продуктивность интервала скважины») приведет к обрушению руды из зоны «разрыва сплошности» и активизации зоны сдвижения. В результате может произойти завал («прихват») гидромониторного снаряда, что затруднит подъем его из отработанного интервала. Аналогичные аварийные ситуации имели место на опытно-методическом Шемраевском руднике. Также нарушится геометрия очистного пространства, что, в свою очередь, отрицательно скажется на устойчивость межскважинных целиков.
При отработке рудной толщи, извлечение руды из скважины (отдельного технологического интервала) составляет 15-20 %. Каждый предыдущий технологический интервал будет заполнен на 80-85 % кусками руды не поднятой эрлифтом (пространство между поверхностями «а» и «в») с формированием компенсационного пространства (между поверхностями «в» и «с»).Следует ожидать частичную релаксацию нижнего слоя рудного массива (поверхность с) в пределах последующих интервалов.
В отработанных интервалах скважины будет формироваться камера (диаметром «К») на всю мощность отрабатываемой рудной толщи. Устойчивость стенок (бортов) скважины будет обеспечиваться заполнения камеры неизвле-ченными эрлифтом кусками руды и обломками прослоек более прочных руд (зона между поверхностями а и в), а также постоянным гидростатическим давлением в забое скважины.
Оседание надрудной толщи горных пород на момент отработки скважиной рудного слоя будет происходить за счет деформации пород за компенсационным пространством (выше поверхности а - рис. 2) с затуханием процесса
смещения пород, не доходящего до нижних слоев карбоновых отложений [2], что подтверждается установленной в ФГУП ВИОГЕМ зависимостью (рис. 3) и полученными результатами наблюдений за сдвижением подрабатываемого горного массива на опытно промышленном шемраевском руднике. Отсутствие оседания земной поверхности при опытно-промышлен-ном внедрении технологии может служить подтверждением правомочности описанного выше технологического процесса отработки рудной залежи и незначительности влияния технологии СГД на состояние налегающего горного массива.
Введенный «показатель продуктивности скважины», равный выходу металла в добытой рудной массе из 1 п.м. рудной части скважины позволяет определить балансовые и промышленные запасы, а также коэффициент извлечения руды из недр:
Р = Дс/1 р,
где Д - количество руды, добытой из скважины, т;с - содержание железа в руде, доли единицы; I р - длина рудного интервала скважины, м.
На примере Гостщевского рудника мощностью 2,5 млн т определен коэффициент извлечения руды из недр 13,7-15,75 %.
Имеющиеся разработки (заявка на изобретение № 2002134842 от 23.12.2002 г.), позволяют увеличить диаметр отрабатываемых скважинных забоев и повысить коэффициент извлечения руды до 25-30 %.
Остающиеся в недрах неизвлеченные технологией СГД балансовые запасы руды, являются временно неактивными запасами, разработка которых в перспективе традиционными открытым или подземным способами возможна при экономической целесообразности. Это обосновывается практическим отсутствием нарушений геологической среды в зоне ведения очистных работ, в том числе фонового состояния морфологии рудных тел, а также практикой отработки бокситовых месторождений на СУБР-е в условиях наличия природных карстовых полостей (для условий СГД отработанные камеры - техногенные «карстовые полости» приравниваются к природным карстовым полостям).
Несмотря на благоприятные последствия влияния геомеханических процессов, возникающие в подрабатываемых массивах, и являющихся основой для оценки коэффициента извлечения руды и состояния всего комплекса
Рис. 3 Зависимость высоты влияния выработанного пространства на изменение напряженно-деформированного состояния подрабатываемых массивов от объема извлечения
природных ресурсов, подверженному техногенному преобразованию при технологии СГД, с целью предупреждения непредвиденных нарушений ресурсов геологической и окружающей среды (полезного ископаемого, массива горных пород, рельефа местности, подземных и поверхностных вод, земельных ресурсов -почвенного покрова, ландшафтной системы, воздушной среды) следует рекомендовать внедрение системы литомониторинга [1, 3] для своевременного прогноза изменения ресурсов в процессе добычных работ и принятия превентивных мер.
Изложенное в статье позволяет сделать вывод о целесообразности применения камерной системы разработки богатых железных руд КМА одиночными скважинами с оставлением межскважинных целиков, особенно с учетом того, что скважина является рентабельной на 30 % при извлечении из нее руды до 35 тыс. т. При этом обеспечивается недопустимость от-
рицательных нарушений пространственного положения залежей рудных тел и подверженных влиянию технологии других природных ресурсов.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Журин С.Н. Колесников В.И., Стрельцов В.И. Природопользование при скважинной гидродобыче богатых железных руд. - М.: НИА - Природа, 2001. - 384с.
2. Колибаба В.Л. Скважинная добыча твердых полезных ископаемых. - М: ГЖ, № 1, 1992. с.45-47.
3. Журин С.Н., Колесников В.И., Стрельцов В.И. Геомеханический литомониторинг обводненных массивов. - М.: НИА - Природа, 1997. - 188с.
4. Турганинов НА., Иофис МЛ., Каспорян Э.В. Основы механики гоных пород. - Л. Недра, 1977. 503с.
5. Кузнецов С.В., Христианович С.А. О напряженном состоянии горного массива при проведении очистных работ. - Л: Тр. ВНИМИ, 1965 г.
— Коротко об авторах -----------------------------------------------------
Колесников В.И. - кандидат технических наук, ОАО «Юнион руда».
------------------------------------------------------ © И.В. Британ, 2005
УДК 622.001 И.В. Британ
О КРИТЕРИЯХ ОЦЕНКИ РЕСУРСОВ БОГАТЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД КМА ДЛЯ СКВАЖИННОЙ ГИДРОДОБЫЧИ
Семинар № 15
