Обоснование технологии формирования твердеющих искусственных массивов при подземной разработке коренных алмазных месторождений в криолитозоне Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© А.Н. Монтянова, 2003

YAK 622.273.2

А.Н. Монтянова

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ ТВЕРАЕЮШИХ ИСК"ССТВЕННЫХ МАССИВОВ ПРИ ПОАЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ КОРЕННЫХ АЛМАЗНЫХ МЕСТОРОЖАЕНИЙ В КРИОЛИТОЗОНЕ

Разработанные и рекомендуемые для алмазодобывающих подземных рудников бесклинкерные и малоцементные составы закладочных смесей характеризуются различной степенью тепловыделения в процессе твердения. Очевидно, что саморазогрев искусственного массива в условиях месторождений Якутии, отличающихся развитием многолетнемерзлых пород, приведет к растеплению горного массива, что может отразиться на его несущей способности. Вместе с тем возникает опасность неуправляемого негативного воздействия различных температур рудников на прочность закладки. В связи с отмеченным обоснованы способы формирования искусственных массивов применительно к двум коренным месторождениям -«Айхал» и «Мир» - в условиях крио-литозоны.

Трубка «Айхал» представляет собой крутопадающее сплюснуто -трубчатое тело северо-восточного простирания под углом 63о. На глубине 126 м трубка разделяется на 2 рудных тела: юго-западное (ЮЗРТ) и северо-восточное (СВРТ), разделенные массивом вмещающих карбонатных пород мощностью от 22 на отм.-225 до 105 м на отм.-400 м. СВРТ на глубине 620м разделяется на 2 рудных столба: западный и восточный. Трубка «Айхал» расположена в зоне развития многолетнемерзлых пород мощностью 400-500 м. Нулевая изотерма зафиксирована на глубине 700м (-200 а.о.). Температура вмещающих пород и кимберлита изменяется по глубине от -3 до +2 оС.

В связи с низкой устойчивостью горного массива, проектом подземного рудника «Айхал» пре-

дусмотрена сплошная слоевая система разработки с нисходящей выемкой слоев. Месторождение характеризуется ограниченными параметрами рудных тел в плане. Для обеспечения заданной производительности (500 тыс. т. руды в год) добычу производят одновременно в трех слоях (рис. 1). Очистные заход-ки отрабатывают в две стадии: 1) проходится выработка высотой 4,25 м, 2) отбивается почвоуступный забой высотой 2 м, что позволяет уменьшить объем ПНР и располагать слоевые штреки не через 12,5 м по высоте. Рентабельность отработки месторождения системами с закладкой обеспечивается при условии использования твердеющих смесей стоимостью не более 700 руб. за 1 м3. Указанные особенности предопределили необходимость использования для закладки выработанного пространства на подземном руднике «Айхал» новых бесклинкерных закладочных смесей.

Тепловыделяющий компонент бесклинкерных закладочных смесей - обожженные карбонатные породы. Гидратация обожженных карбонатных пород, с точки зрения термокинетики -интенсивно протекающий процесс с ярко выраженным тепло-

I г 1 4 i 6 7 а « ю п и

iff!«г— c«t

Рис. 2 Кинетика тепловыделения материалов

I • портландцемент.

И-У - замещение цеолитом 0. 15. 30. 50 и 85% цемента в составе вяжущего соответственно,

V I- обожженные карбонатные породы

СВ

Рис. 3. Формирование искустВеннозо массиба В процессе отработки трубки ’’Аахал”

вым эффектом, рис. 2. Методом математического моделирования и теплофизическими расчетами выявлено: с целью обеспечения оптимального теплового режима твердения закладки в контакте с массивом, имеющим отрицательную температуру, необходимо обеспечить мощность единовременно возводимого слоя бесклин-керной закладки не менее 3 м.

Для этого протяженные за-ходки (более 40 м) следует закладывать отдельными участками с возведением промежуточных перемычек. При длине заходок менее 40 м промежуточные перемычки возводить нецелесооб-

разно. Протяженность отдельных участков обоснована исходя из суточной производительности закладочного комплекса (1200 м3), ширины заходок (5,1 м), угла наклона почвы выработок (5о) и угла растекания закладки (3о). Глухая перемычка у слоевого орта позволяет заложить высокопрочной закладкой оставшуюся нижнюю часть заходки и малопрочной (с более высокой подвижностью) - верхнюю часть заходки по всей ее длине.

При соблюдении ограничения по минимально допустимой мощности возводимого слоя, в подошве искусственного массива

формируется температура ~50 оС, обеспечивающая его интенсивное твердение, что способствует формированию высокопрочного несущего слоя.

С целью повышения устойчивости искусственной кровли в 1,6-1,7 раза (по опыту работы Орловского подземного рудника [2]), при отработке алмазных месторождений нисходящими слоями с закладкой рекомендуется перекрещивающееся расположение очистных заходок в смежных по высоте слоях, рис. 3. При этом, в отличие от соосного расположения заходок, снижается эквивалентный пролет обнажения в кровле закладки, не набравшей по каким-либо причинам прочность.

Как установлено расчетами на ПЭВМ по программе «7ДУМОУ», под действием тепловыделения бесклинкерной закладки горный массив нижележащего слоя разогревается. К 28 суткам нулевая изотерма распространяется на глубину ~3,5 м, рис. 4. Согласно исследованиям д.т.н. Н.К. Звона-рева, рис. 5, при переходе мерзлых пород в талое состояние их прочность снижается на 50%. С целью обеспечения безопасности ведения горных работ формирование искусственного массива в пределах слоя должно осуществляться с учетом данного негативного фактора.

При нисходящей выемке руды кровля очистных выработок должна быть представлена высокопрочной закладкой. Устойчивость целиков в растепленном и, следовательно, менее прочном рудном массиве нижележащего слоя обеспечивается порядком отработки, при котором их ширина не менее чем в 2 раза превышает ширину очистных заходок. Анализом приведенного на рис. 3 порядка развития закладочных работ в слоях установлено, что он соответствует заданному требованию. Работа в слое начинается с отработки очистной заходки в средней части залежи.

После окончания очистных и закладочных работ и набора нормативной прочности искусственным массивом, начинается отработка следующих заходок, которые отрабатываются впри-

сечку к заложенным (рис. 3). После набора нормативной прочности закладочным массивом вышележащего слоя ведение очистных работ возможно в нижележащем слое. Налегающий массив поддерживается искусственным и породным массивами шириной более 10 м, что обеспечивает необходимую безопасность ведения горных работ от тепловыделения закладки с точки зрения геомеханики.

Кимберлитовое месторождение «Мир» представлено трубообразным субвертикально падающим рудным телом, в поперечном сечении близким к эллипсу, с размерами малой и большой полуосей 140 на 300 м. С глубиной площадь сечения трубки уменьшается, и форма ее усложняется, приобретая удлиненно-овальные очертания. Рудное тело характе-

ризуется средней степенью трещиноватости. Трещины залечены галитом и сульфатами.

Месторождение расположено в зоне сплошного распространения многолетнемерзлых пород. Нулевая изотерма пород зафиксирована на глубине 760-780 м. Месторождение характеризуется весьма сложными гидрогеологическими условиями, что связано с наличием в толще массива пород мощного метегеро-ичерского водоносного горизонта. Для отработки основных запасов трубки "Мир" проектом рекомендуется слоевая система разработки с твердеющей закладкой. В районе месторождения «Мир» отсутствуют материалы для производства дешевых бесклинкерных закладочных смесей, поэтому рекомендуются к использованию малоцементные составы на основе

портландцемента и цеолитовых пород.

Поскольку горный массив характеризуется значительной засоленностью, то, несмотря на его отрицательную температуру, он находится в талом состоянии. Поэтому растепление массива не повлечет за собой изменение его несущей способности.

Наиболее остро при разработке проектных решений по отработке месторождения встал вопрос обеспечения заданных прочностных параметров искусственного массива в стенке (1,0 МПа) в предусмотренные планограммой ведения горных работ сроки (3 суток).

Разогрев искусственных массивов на основе клинкерных вяжущих происходит медленно, через 14 суток в массиве развиваются максимальные температуры, интенсифицирующие процессы твердения закладки. Исходя из этого, технология формирования искусственных массивов из цементных и малоцементных закладочных смесей требует разработки планограмм ведения работ в слое таким образом, чтобы обнажение массива происходило не ранее чем через 14 суток после его возведения.

При увеличении сроков обнажения искусственных массивов в стенке с 3 до 14 суток заданная нормативная прочность закладки обеспечивается меньшим расходом вяжущего в ее составе, а требуемая производительность добычи обеспечивается увеличением часовой производительности закладочного комплекса с сокращением времени на закладочные работы.

----------------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Разработка Орловского месторождения системой горизонтальных слоев в нисходящем порядке / Барилюк А.И. и др. // Горный журнал. - 2002. - №5. - С. 55-58.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------------------------------------

Монтянова А.Н. - кандидат технических наук, зав. лабораторией технологий закладки института Якутнипроалмаз.

Файл:

Каталог:

Шаблон:

Ш

Заголовок:

Содержание:

Автор:

Ключевые слова:

Заметки:

Дата создания:

Число сохранений:

Дата сохранения:

Сохранил:

Полное время правки: 9 мин.

Дата печати: 08.11.2008 22:37:00

При последней печати страниц: 3

слов: 1 274 (прибл.)

знаков: 7 267 (прибл.)

МОНТЯН

G:\По работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB6_03 C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.do На правах рукописи Монтянова А.Н.

05.05.2003 8:54:00 9

08.11.2008 22:18:00 Таня