CC BY
38
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 97»
МОСКВА, МГГУ, 3.02.97 - 7.02.97 СЕМИНАР 6 ^ПРОБЛЕМЫ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ РУДНЫХ И НЕРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ•
М.В.Рыльникова, В.Н.Калмыков Э.Ю.Мещеряков, А.В.Зинуров
Магнитогорская государственная горно-металлургическая академия А.К.Самусенко, В.П.Красавин
Учалинский горно-обогатительный комбинат
ОПЫТ ПОДЗЕМНОЙ разработки при карьерных ЗАПАСОВ УЧАЛИНСКОГО МЕПНОКОЛЧЕДАННОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Учалинское месторождение, разрабатываемое комбинированным способом, представлено крупным линзообразным рудным телом вытянутым в меридиональном направлении и имеющим крутое падение на запад (80-85 град). Длина залежи составляет 1400 м, мощность колеблется от 2 до 170 м, глубина залегания достигает 460 м. Форма рудного тела в плане гантелеобразная, пережим в средней части мощностью 10-12 м разделяет залежь на северный и южный фланги.
Проектная глубина дорабатываемого в настоящее время карьера составляет 324 м. Угол откоса бортов — 40-46 град. Углы откосов уступов — 33-37 на верхних горизонтах и 60-65 град, на нижних. Непосредственно к предельному контуру карьера прилегают значительные рудные объемы, из которых 80-85% расположены в основании карьера, остальные, главным образом, в северном и в основании восточного бортов.
В целях восполнения производственных мощностей осуществляется интенсивное освоение законтурных запасов подземными горными работами. На строительство подземного рудника по традиционной схеме "сгвол-квершлаг-штрек" требовалось 10 лет. Опережающее вскрытие и подготовка законтурных запасов из карьера с использованием дренажных выработок позволило со-
кратить срок строительства рудника до 7-ми лет. Запасы были вскрыты несколькими штольнями с гор. 144 и 300 м относительно поверхности карьера. Рабочие горизонты сбиты грузовым и людским уклонами, с которых осуществляется штрековая подготовка участков рудного тела.
Одновременно с доработкой запасов карьера до отметки 324 м (рис. 1) на северном фланге месторождения осуществляется выемка запасов: в северном борту гор. 200-220 м; в основании карьера на северном фланге месторождения (гор. 340-380 м) и в центральной части в зоне пережима рудного тела (гор.340-380 м) с совмещением в вертикальной плоскости с открытыми горными работами; на южном фланге под рудной потолочной мощностью от 24 до 8 м (рис. 1). Все очистные работы осуществляются с последующим заполнением выработанного пространства твердеющей закладкой.
Выемка законтурных запасов в северном борту карьера осуществляется камерами высотой 20 м и размерами в плане 8x30 м. К настоящему времени отработано 20 камер гор. 200 м и осуществляется подготовка запасов нижележащего горизонта 220 м.
Очистные работы на 200 гор. осуществлялись в направлении от массива к поверхности борта. Разработка производилась
в опытном порядке: по камерно-целиковой схеме и всплошную: в одних случаях камера отрабатывалась после набора твердеющей смесью нормативной прочности в соседней камере, в других — буквально через несколько дней после окончания закладочных работ. Несмотря на невысокую фактическую прочность закладочного массива существен-
ных отслоений закладки не наблюдалось. Запасы гор. 200 м отработаны с отставанием 15-тиметрового несущего рудного барьерного целика. Проводимый институтом "Унипромедь" систематический контроль за устойчивостью северного борта значимых деформаций не выявил.
о
шт
/ГуГ77777Ж
Рис. 1 . Схема отработки Учалинского месторождения I — рабочий контур карьера, 2 - предельный контур карьера, 3 — камерная выемка в северном борту, 4 — искусственная потолочина, камерная выемка под временной рудной потолочиной 5-е центральной части, б — на южном фланге
Для отработки запасов в основании карьера на северном фланге месторождения на гор. 340 м было создано искусственное перекрытие мощностью 8 м [1]. Перекрытие создавалось лентами сечением 8x9 м. ориентированными по простиранию и отрабатываемыми камерно-целиковым вариантом системы разработки. Нижняя часть (несущий слой) потолочины на высоту 2 м армировалась металлической сеткой, располагаемой вертикально. Мощность потолочины и нормативная прочность закладки 5 МПа определялись из условия последующей подработки искусственного массива камерами, ориентированными вкрест простирания шириной 8 м, длиной 40-50 м, высотой 40 м.
В настоящее время работы по созданию искусственной потолочины завершены. Съемки контуров камер звуколокационной системой "Луч" (рис. 2) указывают на пря-
мую зависимость степени вывалообразова-ния от величины периода времени между очистными и закладочными работами. Например, при отработке ленты 5 панели 12 строка между очистными и закладочными работами составит 2 месяца; при отработке ленты 10 панели 12 -- 5 мес.; ленты 4 панели 14 -- 1 мес.; ленты 5 панели 14 — 2 мес. Характер вывалообразования обусловлен па-рамеграми залегания основных систем трещин.
Всего на месторождении выявлено 8 систем трещин. Степень трещиноватости северного фланга определяют в основном четыре системы трещин (5-ая, 6,7 и 8-ая), для южного фланга наиболее характеры 1-ая, 4,5 и 8-ая системы. Выявлено, что в породах трещины имеют преимущественно крутое падение, в рудном массиве на равных представлены трещины крутого и пологого падения. В целом для месторождения ос-
новными являются 5-ая и 8-ая системы, как по распространению, гак и по определяющему отрицательному влиянию на устойчивость массива (наиболее протяженные трещины пологого (15-25 град.) и крутого падения (60-70)). Реконструируемое на основе этих систем поле напряжений (рис. 3) совпадает с данными натурных замеров. Величина и направление максимальных напряжений обусловлены действием тектонических сил в горизонтальной плоскости.
Рис. 2. Фактические контуры лент искусственной потолочины: а — панель 14, 6 — панель 12.
Таким образом, устойчивость обнажений очистных камер определяется: периодом времени между очистными и закладочными работами во взаимосвязи с величиной зарядов и количеством массовых взрывов, производимых как в карьере, так и в подземных выработках; параметрами основных систем трещин, характером напряженного состояния массива, окружающего выработанное пространство.
Для определения прочности массива искусственной потолочины на 340 горизонте в ортах 11, 13 и 16 были вскрыты бетонные перемычки и из закладочного массива отобраны штуфы закладки. На поверхности штуфы распилили на кубики размером
7x7x7 см и испытанием последних на прессе были получены данные фактической прочности закладки. Предел прочности кубиков изменялся от 0,3 до 7,8 МПа. Большая часть данных принадлежит области 0,3 — 2 МПа. Для получения более полной картины распределения значений фактической прочности по различным лентам и по их высоте необходимо осуществить взятие проб закладки отбором керна из скважин.
Л'Щ Л-О Л~1 Л'Ъ *’9 /) -/ п-9
Л-2 Л-З Л * л-в »-§ АЧф А -и
Рис.З. Реконструкция поля напряжений по структурной нарушенности массива
В настоящее время карьер "садится" на искусственную потолочину (потолочина обнажается открытыми горными работами). Ведение открытых горных работ над искусственной потолочиной сопряжено с такими проблемами, как необходимость удаления скопившейся над потолочиной воды (2-3 м) и перемещения большегрузного карьерного оборудования по искусственному массиву неопределенной прочности.
В целом, опыт разработки месторождений системами с закладкой показывает, что во многих случаях фактическая прочность закладки ниже нормативной. Однако, в литературе нет примеров больших обрушений закладочных массивов при их подработке. Этот факт указывает на имеющее место завышение значений нормативной прочности закладки. Применение методов строительной механики для расчета нормативной прочности искусственных массивов не всегда обосновано, т.к. закладочный массив обладает ярко выраженными реологическими и пластическими свойствами, что позволяет ему испытывать значительные дефор-
мации без признаков разрушения. Поэтому уточнение пролетов подрабатываемых камер будет производиться в процессе опытных испытаний.
Учитывая преимущественное действие на месторождении субширотных тектонических сил, сконцентрированных в основании карьера, для разгрузки массива на
нижележащем гор. 380 м предусмотрена предварительная отработка камер шириной 8 м, ориентированных по простиранию месторождения, с последующей их закладкой для создания искусственного панельного целика разделяющего запасы на две панели (рис. 4).
Рнс.4. План горных работ на горизонте 360 м
Выемка придонных запасов на южном фланге гор. 380 м осуществляется камерами высотой 40 м, длиной 50-60 м, шириной 12-15 м под рудной потолочиной мощностью от 24 до 8 м. Запасы горизонта разделены на две панели (западная и восточная), которые в свою очередь делятся на секции по четыре камеры. Предусмотрен трехстадийный порядок отработки секций. Первоначально отрабатываются запасы западной панели (висячий бок), а затем восточной.
В условиях сложившейся неблагоприятной экономической ситуации на предприятии было принято решение -- производить комбинированную закладку камер южного фланга, подавая одновременно твердеющую смесь по трубопроводу и вскрышные породы через восстающие, пройденные по центру камер.
Расчеты устойчивой толщины потолочины по известным методикам [2] по фактору статических нагрузок с учетом сил тяжести бурового станка СБШ-250 и динамических нагрузок показали, что потолочина
камеры 2/4 с фактической мощностью 8-9 м является вполне устойчивой при постоянных прочностных характеристиках рудного массива. Учитывая, что при длительном нахождении потолочины под нагрузкой от бурового станка, подрабатываемых бортов карьера, тектонических сил, прочностные характеристики массива могут изменяться, было предложено производить систематический контроль за изменением прочностных характеристик рудного массива в процессе производства буровых и закладочных работ экспрессным звукометрическим методом. С целью сокращения времени стояния потолочины и интенсификации проходческих работ было рекомендовано осуществить проходку закладочного восстающего методом секционного взрывания скважин.
При выпуске отбитых запасов из камеры 1/4 южного фланга было выдано рудной массы в 1,2-1,3 раза больше расчетного объема. Съемки контуров камеры звуколокационной системой "Луч" выявили значительные отклонения фактического контура от проектного. Отклонения наблюдаются
как в вертикальном, так и в горизонтальном сечениях камеры, на южной стенке камеры форма вывала определяется 5-ой и 8-ой системами трещин. Фактическая толщина руд-ной поюлочины составила 15,5 м против проектной — 22 м.
Учитывая опыт отработки камеры 1/4, кровля камеры 24 была закреплена канатными анкерами длиной 6 м но сетке 2x2 м. Съемки камеры после окончания очистных работ не выявили существенных отклонений фактического контура от проектного.
В порядке эксперимента в пережиме рудного тела на опытном участке планируется выемка запасов камеры 7. ориентированной по простиранию рудного тела. Ширина камеры определяется мощностью рудного тела и составляет 22-30 м. длина 55-70 м. высота - 40 м. Со стороны лежачего бока рудной залежи для поддержания слабого массива вкрапленных руд планируется временное оставление но всей длине камеры защитного слоя массивных руд, запасы ко-юрого будут отбиты в последнюю очередь. По современному состоянию горных работ мощность рудной потолочины между дном карьера и выработанным пространством камеры составит 28-40 м.
При обосновании параметров отработки камеры 7 были определены: устойчивость рудной потолочины по статическим нагрузкам от собственного веса и силы тяжести перемещаемого по ней карьерного оборудования: зона потенциального вывало-образования; предельно допустимая масса заряда карьерных взрывов по фактору устойчивости рудной потолочины от воздействия динамических нагрузок. Потолочина мощностью 28 м в три раза превышает предельно допустимую по статическим нагрузкам. По фактору предотвращения вывалооб-разования в кровле (прогнозная зона возможных вывалов достигает 4,8 м) определена длина канатных анкеров — 6 м. Отбойку защитного слоя массивных толщиной 3-3.5
м и вкрапленных руд рекомендовано производи 1Ь в последнюю очередь.
Накопленный Учалинским комбинатом опыт по вскрытию и отработке ирикарь-ерных запасов подтвердил возможность и целесообразность вскрытия и подготовки запасов из карьерного пространства с использованием для транспортирования горной массы подземных автосамосвалов МоАЗ с перегрузкой в карьерный автотранспорт. Это позволило сократить сроки строительства рудника на три года и предотвратить разрыв в добыче руды. Развитие подземных работ в прикарьерной зоне на четырех различных участках параллельно с открытыми работами обеспечивает возможность стабильного наращивания производственной мощности подземного рудника. Отработка опытных блоков в бортах и в основании карьера подтвердила правильность результатов оценок напряженного состояния при-карьерного массива и зон возможного выва-лообразования; гсомеханических рекомендаций по определению направления развития работ в прикарьерной зоне, стадийности отработки, параметров отрабатываемых камер, целиков, толщины рудной потолочины в основании карьера и несущего рудного барьерного целика в борту.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Самусенко А.К., Григорьев В В.. Волков Ю.В.. Соколов И.В., Калмыков В.Н. Отработка Учалинского медноколчеданного месторождения комбинированным способом Горный журнал. 1994. N 6. с.11-13.
2. Казикаев Д М. Геомеханические процессы при совместной и повторной разработке руд. -- М.: Недра. 1981.288 стр.
©Авторов
