Геомеханическое обоснование и технология выемки рудных запасов при отработке слепого тела Таштагольского месторождения Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© A.A. Еременко, B.A. Еременко, B.M. Серяков, И.Ф. Матвеев, A.H. Принев, B.A. Штирп, 2012

УДК 622.935

А.А. Еременко, В.А. Еременко, В.М. Серяков, И.Ф. Матвеев, А.Н. Принев, В.А. Штирц

ГЕОМЕХАНИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ВЫЕМКИ РУДНЫХ ЗАПАСОВ ПРИ ОТРАБОТКЕ СЛЕПОГО ТЕЛА ТАШТАГОЛЬСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Предложены технологические решения и геомеханическое обоснование по освоению слепого рудного тела на Таштагольском месторождении. Определены величины напряжений и установлен характер распределения динамических явлений при отработке камер.

Ключевые слова: технология, отработка, рудные запасы, напряжение, месторождение.

Северо-Западный участок Таштагольском месторождения расположен в охранном целике под реку Кондома. Отработка участка в этаже (-210)-(-140) м начинается с наиболее мощного участка рудного тела. Порядок выемки запасов руды следующий: камера 2 (блок № 13); камера 1 (блок № 12); камера 2 (блок № 14); камера 1 (блок № 13); камера 1 (блок № 14) и камера 2 (блок № 12) (рис. 1).

2

о

д-т

—

4

ш

ПН г м

Рис. 1. 1 — камера 2 блока № 13; 2 — камера 1 блока № 12 и камера 2 блока № 14; 3 — камера 1 блока № 13; 4 — камера 1 блока № 14; 5 — камера 2 блока № 12

Рассмотрим технологию первоочередной отбойки камеры 2 в блоке № 13 в этаже (-210)-(-140) м. Рудное тело имеет треугольную форму. Мощность рудного тела на гор. -210 м составляет 60 м, на гор. -140 м руда выклинивается. Руда магнетитовая, мелкозернистой структуры, массивной, пятнистой текстуры; трещиноватая, среднеблочная. Коэффициент крепости по Протодьяконову 14.

Вмещающие породы представлены известняками и сланцами, боковые — сиенитами. Устойчивость пород средняя; коэффициент крепости 8—9. Сиениты разбиты серией крутопадающих трещин на блоки. Рудное тело также разбито серией крутопадающих трещин меридиального простирания, что способствует снижению устойчивости горных пород.

Ранее (1971, 1972, 1988 и 1989 гг.) при проведении выработок на Северо-Западном участке неоднократно отмечались признаки проявления горного давления в форме стреляния, заколообразования и шелушения горных пород, а также устанавливалась

категория удароопасности на гор. -210 м в ортах №№ 12 и 13. За период с 25.03.95 по настоящее время на Северо-западном участке сейсмостан-цией зарегистрировано 16 событий с сейсмической энергией 10 — 2,4-104 Дж. 14.11. 2003 г. произошел микроудар на гор. -140 м в разведочном квершлаге с энергией 2,4-103 Дж. Следует отметить, что взрывы, проводимые на Восточном участке, оказывают влияние на напряженно-деформированное состояние массива данного участка.

Динамические явления ниже 2 энергетического класса, а также интенсивное заколообразование, стреляние и шелушение возможны при проходке горизонта подсечки, на участке пересечения даек, тектонических контактов и в районах, прилегающих к тектоническим нарушениям. Отработка рудных блоков в этаже (-210)-(-280) м может привести к образованию значительных участков обнажений в кровле очистного пространства и важнейшей задачей в этих условиях будет сохранение устойчивого состояния налегающих пород над очистным пространством. Для общей оценки величин и характера распределения напряжений в районе отработки первых блоков в этаже (-210)-(-140) м Северо-Западного участка выполнены расчеты геомеханического состояния массива при выемке камеры 2 блока № 13, камеры 1 блока № 12 и камеры 2 блока № 14.

При моделировании были приняты следующие механические свойства рудного тела и вмещающих пород: модуль Юнга Е руды — 85000 МПа, вмещающих пород — 70000 МПа; коэффициент Пуассона V руды — 0,25, вмещающих пород — 0,2. Удельный вес пород принят равным 0,028 МН/м3.

Было рассмотрено двухмерное поле напряжений для вертикального сечения массива, изображенного на рис. 1. Исходное напряженное состояние, согласно экспериментальным данным, имеет следующие параметры: вертикальное напряжение ст 0у = уН , где у — удельный вес налегающих пород; Н — расстояние от земной поверхности; горизонтальное напряжение ст ° = 1,5уН .

Рис. 2. Характер распределения в массиве горных пород горизонтального напряжения ах после отработки камеры 2 блока № 13

Рис. 3. Характер распределения в массиве горных пород вертикального напряжения ау после отработки камеры 2 блока № 13

Рис. 4. Характер распределения в массиве горных пород первого главного напряжения а1 после отработки камеры 2 блока № 13

в) уровень растягивающих и сжимающих напряжений ниже соответствующих пределов прочности горных пород.

На рис. 7-11 представлены результаты расчетов напряженного состояния массива горных пород при отработке камеры 2 блока № 13 и камеры 1 блока № 12.

Качественная картина распределения полей напряжений остается прежней. Кроме того, возникают новые особенности их перераспределения:

Рис. 5. Характер распределения в массиве горных пород второго главного напряжения а2 после отработки камеры 2 блока № 13

На рис. 2-6 приведены некоторые компоненты поля напряжений после отработки камеры 2 блока № 13. Основные особенности их распределения заключаются в следующем:

а) в кровле и почве отработанной камеры формируются зоны концентрации горизонтальных (рис. 2), второго главного (рис. 5) и максимальных касательных напряжений;

б) в бортах выработанного пространства возможно образование зон действия растягивающих напряжений;

Рис. 6. Характер распределения в массиве горных пород максимальных ка-сательньх напряжений тмах после отработки камеры 2 блока № 13

Рис. 7. Характер распределения в массиве горных пород горизонтального напряжения ffx после отработки камеры 2 блока №13 и камеры 1 блока №12

Рис. 8. Характер распределения в массиве горных пород вертикального напряжения ау после отработки камеры 2 блока №13 и камеры 1 блока №12

Рис. 9. Характер распределения в массиве горных пород первого главного напряжения а1 после отработки камеры 2 блока №13 и камеры 1 блока №12

Рис. 10. Характер распределения в массиве горных пород второго главного напряжения а2 после отработки камеры 2 блока №13 и камеры 1 блока № 12

Рис. 11. Характер распределения в массиве горных пород максимальных касательных напряжений тмах после отработки камеры 2 блока №13 и камеры 1 блока №12

а) в кровле и почве камеры 2 происходит уменьшение величин сжимающих и максимальных касательных напряжений (рис. 7, 9, 11);

б) формируется обширная область действия растягивающих напряжений в районах расположения камеры 1 блока № 13 и камеры 2 блока № 12 (рис. 7, 9);

в) в почве камеры 1 блока № 12 образуются зоны повышенных значений сжимающих и максимальных касательных напряжений (рис. 10);

г) значения растягивающих и сжимающих напряжений не достигают пределов прочности горных пород на разрушение.

На рис. 12-16 показаны изолинии полей напряжений при отработке трех камер: второй в блоке № 13; первой в блоке № 12 и второй в блоке № 14. Отработка камеры 2 в блоке № 14 приводит к перераспределению полей напряжений в окружающем ее массиве:

а) в области расположения камеры 1 блока № 14 появляются зоны действия растягивающих напряжений (рис. 12, 14);

Рис. 12. Характер распределения в массиве горных пород горизонтального напряжения ах после отработки камеры 2 блока № 13, камеры 1 блока № 12 и камеры 2 блока № 14

Рис. 13. Характер распределения в массиве горных пород вертикального напряжения ау после отработки камеры 2 блока № 13, камеры 1 блока № 12 и камеры 2 блока № 14

Рис. 14. Характер распределения в массиве горных пород первого главного напряжения о1 после отработки камеры 2 блока № 13, камеры 1 блока № 12 и камеры 2 блока № 14

л о

Рис. 15. Характер распределения в массиве горных пород второго главного напряжения а2 после отработки камеры 2 блока № 13 и камеры 1 блока № 12

Рис. 16. Характер распределения в массиве горных пород максимальных касательных напряжений тмах после отработки камеры 2 блока № 13, камеры 1 блока № 12 и камеры 2 блока № 14

б) в почве камеры 2 блока № 14 формируются области концентрации сжимающих и максимальных касательных напряжений (рис. 15, 16);

в) в крове камеры 2 блока № 14 концентрации сжимающих и максимальных касательных напряжений не возникает;

г) отработка камеры 2 блока № 14 снижает концентрацию сжимающих и максимальных касательных напряжений в почве образованных ранее выработок (камер 2 блока № 13 и 1 блока № 12).

Класс

- 1 ю 2 > 2 ю 3 ^ 3 ю 4 » 4 Ю 5 к 5 Ю 7

М 1:5000

Рис. 17. Схема распределения динамических явле ний при отработке камеры 2

Рис. 18. Схема расположения сближенных (I) и веерных (II) скважинных зарядов ВВ при создании камеры. № 2 — № 6 — виброустановки ВДПУ-4ТМ

На рис. 17 представлен процесс распределения динамических явлений с энергией 102-107 Дж в массиве горных пород на гор. -210 м на Северозападном участке при ведении взрывных работ по отработке камеры 2. Установлено, что отработка камер с расположением их через один и два целика не способствует увеличению напряжений в массиве до критических величин.

Отработка Северозападного участка ниже гор. -70 м предусмотрена камерно-целиковой системой с твердеющей закладкой выработанного пространства. Размеры камер: ширина 12,5; высота 70 и длина 35 м.

Для условий отработки в первую очередь камеры 2 блока № 13 принято: длина камеры 27-46; ширина 12,5 и высота 60, средняя 32 м.

Подсечка плоская с разворотами; отбойка производится пучковыми сближенными и веерными зарядами ВВ (рис. 18, табл. 1). Удельный расход ВВ 0,6 кг/т; запасы балансовой руды 89,6 тыс. т; рудной массы — 98,4 тыс. т (табл. 2).

Отбойка руды в камерах веерными скважинными зарядами ВВ позволили уменьшить удельный расход ВВ на вторичное дробление в 1,2 раза со снижением интенсивности динамических явлений.

Таким образом, выявлено, что отработка камер 2 в блоке № 13 (1 в блоке № 12 и 2 в блоке № 14) на Северо-Западном участке с расположением их через один и два целика не способствует увеличению напряжений в массиве до критических величин, однако отработка камеры 2 в блоке № 13 приводит к инициированию толчков с сейсмической энергией 102-107 Дж в районе выработок блоков 12-14. Установлено, что при взрывании вееров скважинных зарядов ВВ уровень максимальной энергии сейсмических событий снижается, гтттг?

Таблица 1

Расчеты по бурению глубоких скважин по отрезной щели

Расчеты по бурению Нисходящие одиночные скважины Восходящие одиночные скважины Итого

Запасы, тыс. т 7917

Кол-во скважин, шт. 12 12 24

Бурение 1 скв., м 44,5 8,5

Бурение всего, м 534 102 636

Заряжание 1 скв., м 44 8

Заряжание всего, м 528 96 624

Кол-во ВВ, кг 4488 816 5304

Уд. расход ВВ, кг/т 0,67

Выход руды с 1 м сква- 12,45

жины

Таблица 2

Технические показатели по камере 2 блока № 13 в этаже (-210)-(-140) м

Наименование показателей Показатели

Балансовые запасы камеры, тыс. т 89,6

Содержание Ре в балансовых запасах камеры, % 51,9

Сырая руда, подлежащая выпуску, тыс. т 98,4

Содержание Ре в сырой руде, подлежащей выпуску, % 45,6

Объем обрушаемой горной массы, м3 23465

Потери по камере, % 7,1

Засорение по камере, % 12,0

Объем нарезных работ, м3 2530

Удельный расход нарезных работ на 1000 т рудной массы, м 6,6

Количество установок ВДПУ, шт. 3

Количество ВВ на подсечку, кг 4074,9

Количество ВВ на образование отрезной щели, кг 5304

Количество ВВ на обрушение камеры, кг 42021,9

Общее количество ВВ на камеру, кг 51400,8

Коэффициент разрыхления 1,6

Общий объем бурения глубоких скважин по камере, м 6534,25

Удельный расход ВВ на первичную отбойку, кг/т 0,544

Выход руды с 1 м скважин, т/м 13,76

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Еременко Андрей Андреевич — доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией ИГД СО РАН; yge@ngs.ru

Еременко Виталий Андреевич — кандидат технических наук, старший научный сотрудник ИГД СО РАН;

Серяков Виктор Михайлович — доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник ИГД СО РАН;

Матвеев Игорь Федорович — доктор технических наук, директор Таштагольского филиала ОАО «Евразруда»;

Принев Александр Николаевич — начальник техотдела Таштагольского филиала ОАО «Евразруда»; Штирц Владимир Александрович — аспирант ИГД СО РАН.