CC BY
26DOI: 10.24411/2619-0761-2020-10030 УДК 504.55.054:622(470.6)
ОПЫТ УПРАВЛЕНИЯ МАССИВАМИ ПРИ РАЗРАБОТКЕ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СЕВЕРНОГО КАВКАЗА
Голик В.И. * Разоренов Ю.И., Шурыгин Д.Н., Белодедов А.А., Логачев А.В.
Южно-Российский государственный политехнический университет, г. Новочеркасск, Россия
*E-mail: v.i.goiik@maii.ru
Аннотация. Рассмотрена практика управления состоянием рудовмещающих пород при разработке месторождений полезных ископаемых подземным способом в добывающих регионах Российского Кавказа. Обоснован приоритет сохранности земной поверхности от разрушения при подземной разработке месторождений полезных ископаемых. Дан критический анализ представлению о зависимости нормативной прочности твердеющих закладочных смесей от напряжений, связанных с глубиной работ. Сформулирована концепция ресурсосбережения при использовании технологий с закладкой пустот твердеющими смесями. Обоснована модель управления состоянием массивов из представлений об его дискретной среде, жесткость которой изменяется в зависимости от перераспределения напряжений, вызванных потерей породами несущей способности и создающих упругий отпор в пределах зоны действия. Дана характеристика крупных месторождений Кавказа: Тырныаузское, Садонское, Урупское с оценкой учета геомеханической ситуации при их разработке во временном срезе. Выделена отличительная особенность эксплуатации месторождений Северного Кавказа, как управление массивом без заполнения пустот твердеющими смесями и частичным заполнением их породой. Полученные результаты исследования разработки Кавказских месторождений сопоставлены с показателями разработки других месторождений России и Зарубежья. Детализирована концепция управления состоянием массива закладкой выработанного пространства твердеющими смесями в плане учета геомеханических особенностей. Обозначена возможность использования в качестве твердеющей закладки хвостов подземного выщелачивания в блоках, которые при естественном твердении приобретают прочность, сравнимую с прочностью твердеющих смесей. Сделан вывод о целесообразности учета геомеханических особенностей поведения рудовмещающих массивов при модернизации технологий разработки рудных месторождений подземным способом.
Ключевые слова: геомеханика, управление состоянием массива, напряжения, деформации, твердеющие смеси, сохранность земной поверхности.
И
Введение
нтенсификация разработки месторождений полезных ископаемых подземным способом сопровождается развитием сложных геомеханических процессов, обусловленных влиянием горных выработок на геомеханику системы. Напряжения и деформации в рудовмещающих массивах являются результатом взаимодействия формирующихся под влиянием техногенных и природных факторов полей.
Такие условия характерны для отработки Тырныаузского, Гайского, Абаканского,
Учалинского, Талнахского, Сибайского, Тишинского и др. месторождений России, а также для добывающих предприятий Эрц-берг (Австрия), Кируна (Швеция), Брансуик (Канада), Премьер (ЮАР), Митчелл (США), М ау нт -Айза (Австралия) и др. [1...4].
Одним из наиболее старых участков пром ы шленного освоения рудных месторождений являются регионы Российского Кавказа. Так, почти 200 лет насчитывает история разработки Садонской группы месторождений в РСО-Алания.
При изменении системы хозяйствования практически все месторождения
© ®
Содержимое этой работы может использоваться в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution 4.0. Любое дальнейшее распространение этой работы должно содержать указание на автора (ов) и название работы, цитирование в журнале и DOI.
Северного Кавказа оказались нерентабельными и прекратили функционирование. Одной из причин этого является недостаточный учет геомеханических условий разработки. Управление состоянием массивов с открытым выработанным пространством в стадии отработки камер второй очереди и целиков не препятствовало недопустимо высокому разубоживанию и потерям ценных руд, лишивших добычу металлов конкурентоспособности.
На месторождениях Северного Кавказа опробованы многие варианты систем разработки с открытым выработанным пространством, показатели которых могут учитываться при выборе технологий разработки месторождений в постреформенной России.
Целью настоящего исследования является ретроспективный анализ зависимости технико-экономических показателей
функционирования горного предприятия от учета геомеханических факторов.
Основная часть. Выемка руд в земной коре изменяет характер нагружения элементов геосистемы: целики работают в условиях сжатия со сдвигом, кровля камер находится в состоянии растяжения со сдвигом, причем максимальные растягивающие напряжения смещены в наиболее удаленный от поверхности откоса угол камеры. Подземные выработки изменяют положение зон разгрузки и опорного давления, создавая местные концентрации напряжений. Если суммарные напряжения оказываются выше предельных, массив начинает деформироваться [5...8].
С этого момента горные работы начинают влиять на вмещающий месторождение участок земной поверхности (рис. 1).
Максимальные касательные напряжения в системе могут увеличиться в 2...5 раз. В таких же пределах изменяются физико-механические свойства, структурная неоднородность и другие характеристики массивов, слагающих месторождения. Нарушается земная поверхность, снижается устойчивость обнажений вмещающих пород, повышается интенсивность отслоений вмещающих пород с увеличением потерь и разубоживания руды.
Зона влияния
Рис. 1. Влияние горных работ на земную
поверхность: 1 - зона жизнедеятельности;
2 - разделяющая зона; 3 - месторождение
Поддержание выработанного пространства магазинированной рудой используют при отработке устойчивых руд в недостаточно устойчивых вмещающих породах на Тиш инском, Сарылахском, Нежданинском и др. месторождениях России, рудниках Экарпьер (Франция), Локербай (Канада) и др.
Магазинированная в камере руда за счет горизонтального распора поддерживает боковые породы. В период отработки камерных запасов блока магазинирование является методом, не требующим дополнительных затрат на поддержание выработанного пространства, но из-за высоких потерь и разубоживания руды при погашении целиков, не получившим широкого распространения.
Средством управления устойчивостью массива является интенсификация очистных работ в блоках путем увеличения числа действующих забоев, изменения последовательности отработки, организации непрерывно-поточной технологии и применения высокопроизводительных технологических схем очистной выемки. Повышение интенсивности горных работ сокращает сроки отработки блоков, снижает деформации в массиве.
Технологии с управляемым самообрушением применяют на Ново-Бакальском, Северо-Шиханском, Гороблагодатском и др. месторождениях России, на месторождениях Дутойтспайн (ЮАР), Джон Менвилл (США) и др.
Основное требование, предъявляемое к подземной разработке месторождений
полезных ископаемых, заключается в сохранности земной поверхности от разрушения. С точки зрения экономичности, надежности и технологичности превалируют технологии разработки месторождений с заполнением пустот твердеющими закладочными смесями. Возможности применения этой технологии ограничены высокой стоимостью компонентов твердеющих закладочных смесей, поэтому одним из актуальных направлений расширения области применения этой технологии является оптимизация нормативной прочности искусственных массивов [9...12].
Нормативную прочность твердеющих закладочных смесей увязывают с глубиной работ, считая, что с увеличением глубины работ напряженность массивов возрастает. Увеличение высоты пригрузки закладочных массивов породами компенсируется увеличением прочности закладки.
Это не согласуется с практикой разработки некоторых месторождений. Так, на урановых месторождениях Северного Казахстана диапазоны изменений абсолютных величин напряжений в нетронутом массиве на глубине 100 м от поверхности изменялись в широких пределах: вертикальная составляющая - 0...31,8 МПа; горизонтальные составляющие - 1,0...19,6 МПа. На глубине же 500 м от поверхности: вертикальная составляющая - 4,6...53,7 МПа; горизонтальные - 0,7...46,0 МПа.
Незакономерные изменения величины напряжений объясняются тем, что гравитационные и тектонические силы реализуются в условиях петрофизических и структурных неоднородностей. При наличии высоких горизонтальных сжимающих напряжений они служат направляющими плоскостями для восходящих и нисходящих движений земной коры. Поэтому расчеты, связанные с определением прочности искусственных массивов, исходя из глубины работ, точны не всегда [13...15].
Не всегда и не во всем подтверждаются и представления об изменении физико-механических свойств пород с глубиной. На указанных месторождениях коэффициент структурного ослабления пород на глубинах 500...1000 м изменялся в пределах 0,076...0,06. С увеличением глубины до
1 0 0 0 м прочность и упругость пород возрастают, а ослабленность уменьшается на 10...20 %. Это подтверждается данными других месторождений, где увеличение глубины работ с 500 до 1500 м сопровождалось изменением величины коэффициента хрупкости пород в пределах 18...20, а коэффициента крепости по Протодьяконову в 11...18 раз.
В общем случае напряжения максимальны на контуре выработки и уменьшаются на определенном для данного месторождения расстоянии вглубь массива (рис. 2).
Рис. 2. Изменение напряжений в окрестностях выработки: 1 - выработка; 2 - зона максимальных напряжений; 3 - зона минимальных напряжений;
4 - зона нетронутых пород
Практика погашения выработанного пространства на достигнутых глубинах с ост а в л ен и ем выработанного пространства открытым подтверждает отсутствие корреляции поведения вмещающих пород от глубины заложения выработок.
На месторождениях России большая часть пустот заполнена твердеющими закладочными смесями, прочность которых составляет 60...70 % от нормативной, однако это не сопровождается массовой потерей устойчивости земной поверхности над ними.
Концепция ресурсосбережения включает принципы:
- рациональное использование энергии взаимодействия пород, высвобождающейся в результате технологического вмешательства;
- разделение рудных полей с целью создания условий для реализации свойств твердеющих смесей (рис. 3);
- оптимизация нормативной прочности твердеющих смесей за счет дифференцированной оценки их функций в управлении геомеханической системой.
Ьс
и
Ц=1.
V
Рис. 3. Схема разделения массива на геомеханически
безопасные участки: L пред., L ф , L о - пролеты, соответственно, предельный по условию образования
свода естественного равновесия, фактический и плоской кровли; Н - глубина работ; h с - высота свода естественного равновесия до разделения; h1 - высота свода после разделения
В основу управления состоянием массивов положены закономерности системы напряжения-деформации. Напряжения в массиве описываются интегральной областью величин плоского пролета обнажений, являющихся функцией природных характеристик. Модель управления представляет систему как дискретную среду, жесткость которой изменяется в зависимости от перераспределения напряжений, вызванных потерей несущей способности частью пород, которые создают упругий отпор в пределах зоны или пригружают закладочные смеси.
Управляющее воздействие на систему заключается в создании условий, при которых жесткость заклинившихся пород кровли обеспечивается за счет прочности и напряжений распора, которые могут быть увеличены упрочнением пород. Управление напряжениями в нижнем слое зоны ослабленности осуществляется за счет несущей способности пород путем ограничения величины пролетов обнажения пород.
Устойчивость обеспечивается разделением массивов на такие участки, где выполняются неразрушающие условия соотношения пролетов обнажения пород. Это достигается комбинированием технологических параметров: пролетов, пролетов обнажений кровли, размеров целиков и прочности искусственных массивов.
Желательная по условиям безопасности работ и качества добываемых руд плоская
форма пролетов кровли обеспечивается из условия достаточной прочности нижнего слоя пород. Такие пролеты при разработке пологих и наклонных рудных тел малой и средней мощности не превышают 30...40 м.
При соответствии прочности пород и величины напряжений в массиве выработанное пространство погашается технологиями с минимальными затратами: изоляцией пустот, малопрочной твердеющей закладочной смесью или комбинированным способом.
Устойчивость породных массивов при техногенном вмешательстве определяется свойствами пород, размерами обнажений кровли, боков и горным давлением. Земная к о ра сохраняет целостность до тех пор, пока выработки не достигают земной поверхности. При этом крепь или закладочные смеси испытывают влияние не всего объема пород до поверхности, а только пород в контуре свода естественного равновесия. По нашим данным при высоте искусственного массива 50...60 м его прочность не превышает 1.1,2 МПа.
Показателем прочности закладки служит ее сопротивление напряжениям на участке, где она определяет безопасность горных работ :
- для камерных систем разработки -вертикальные и горизонтальные обнажения искусственного массива;
- для слоевых - горизонтальные обнажения искусственного массива, под которыми работают люди.
Если высота предельного свода естественного равновесия. превышает глубину работ, зона влияния пустот достигает поверхности, а закладка испытывает напряжения от всей массы налегающих пород.
При разработке мощных месторождений устойчивость массивов обеспечивается созданием барьерных целиков из прочной закладки.
На Кавказе минеральное сырье добывают на месторождениях Тырныауза, Садона, Урупа, Квайсы и др. За годы добычи р уд в рудоносных провинциях геомеханическая ситуация осложнилась. Крутое падение р удн ых тел с выходом на дневную поверхность способствовало массовой подработке массивов и разрушению в формах от плавного сдвига до обрушения с образованием
провалов. Садонское полиметаллическое месторождение гидротермального типа локализовано в форме кварцевых и кварцево -карбонатных жил и прожилков с гнездооб-разными скоплениями сульфидов свинца, цинка, меди и железа. Рудные тела залегают на глубинах до 250 м. Форма рудных тел -зоны, жилы, линзы, прожилки. Простирание месторождения до 4,5...5 км, падение до 1,5 км. Мощность жил изменяется в пределах 0,2...0,26 м, протяженность 20...50 м. Руды локализованы в геологических блоках протяженностью 80...160 м, разобщенных безрудными интервалами длиной
200...400 м.
До 1950 г. на Садонском месторождении применялась система разработки горизонтальными восходящими слоями с закладкой выработанного пространства горной массой от сортировки и подрыва боков. С 1942 г. осуществляется повторная отработка техногенных запасов верхних горизонтов месторождения. Система обеспечивала полноту выемки и была экономически выгодна при добыче руд с повышенным (2,5 %) содержанием металлов.
В качестве альтернативы системы этажного выпуска металлоносной закладки была освоена система подэтажного обрушения с выпуском полиметаллической руды ромбоидными участками. На участках вкрапленного оруденения в коренных вмещающих породах для повышения транспортабельности слежавшейся закладки использовали взрывные скважины.
Згидское месторождение разрабатывали до глубины 800 м от земной поверхности. В его верхней части размеры пустот достигали 250 м в длину и 250...300 м в глубину, с выходом воронок обрушения на земную поверхность.
Применяли двухстадийные варианты технологии подземной разработки с магази-нированием руд в коротких блоках (высота 40 м и длина 30 м) с оставлением целиков. В малоустойчивых породах с высоким содержанием металлов применяли слоевую систему с закладкой породой от проходки горных выработок.
На Архонском месторождении магази-нирование руд применяли при мощности жил более 0,6 м и углах падения свыше 55°.
Подготовительно-нарезные работы заключались в проведении восстающих, штрека скреперования, отрезной ленты и оборудования днища. Очистная выемка велась уступами высотой 2,0...2,2 м. Руду выпускали на горизонт скреперования, где направляли в рудоспуски.
В слабоустойчивых породах система разработки с закладкой выработанного пространства уступила место системе подэтажного обрушения. Высота подэтажа при этом составляла от 10 до 15 м. В пределах подэтажа проходил отрезной восстающий, от которого создавалась компенсационная камера шириной до 10 м. Во вторую стадию обрушали секцию шириной 10 м с выпуском руды через дучки, смещенные через 10 м относительно друг друга.
От систем разработки с магазинировани-ем и горизонтальных слоев с закладкой перешли к системам с магазинированием руды и отбойкой ярусно располагаемыми скважинам и и подэтажным обрушением с торцовым вы п у с ком.
На Холстинском месторождении система разработки горизонтальными слоями с закладкой выработанного пространства являлась основной. Через 15...20 м из штрека проводили крепленные сплошной крепью рудоспуски. В выработанном пространстве их перед закладочными работами наращивали. Минимальная выемочная мощность определялась условием перемещения скрепера и составляла 1,0...1,2 м. Выработанное пространство закладывали металлосодержа-щей породой из горных мельниц, проводимых в породах лежачего бока. Для закладки выработанного пространства отбивали не т о л ь к о безрудные включения, но и некондиционную руду.
Система разработки с раздельной выемкой и закладкой выработанного пространства заключалась в опережающей выемке руды с незначительным прихватом боковых пород и закладкой выработанного простр анства вмещающими породами.
Тырныаузское месторождение. Руды вольфрама, молибдена, меди, висмута локализуются в скарнах на контакте роговиков с мраморами. Глубина месторождения 1000 м, мощность от первых метров до 130 м, падение рудных тел крутое.
При отработке камер под подошвой северного борта на глубине 120 м из-за неполного заполнения камеры и усадки закладки произошло обрушение потолочины с выходом воронки на земную поверхность.
В начальной стадии эксплуатации применялась система разработки с отбойкой минными зарядами при увеличенной высоте этажа. Параметры эксплуатационного блока: высота около 200 м, ширина более 100 м, обнажение висячего бока на площади до 15 тыс. м2. Нижнюю часть блока отрабатывали взрыванием зарядов ВВ в скважинах, а в верхней части руду отбивали минными зарядами.
При системе этажного принудительного обрушения с одностадийной выемкой рудное тело разделяли на панели высотой 75 м, шириной 30...35 м, длиной до 100 м. Запасы руды в панели составляли до 800 тыс. т.
Руда отбивалась горизонтальными слоями высотой до 12 м с запасами до 50 тыс. т. Первый слой отбивали на компенсационное пространство, образованное рудовыпускны-ми воронками (17...25 % по объему). Последующие слои отбивали на пространство, образуемое выпуском руды. Площадь подсечки составляла 1200 м . Вариант скважинной отбойки использовался для мощных рудных тел.
Широкое применение комбинированных технологий разработки Тырныаузского месторождения в сочетании с естественным управлением состоянием горного массива обусловило его необратимые деформации с образованием воронок, оползней и обрушений. Количество воронок с диаметром до 40 м превысило 120. Наиболее крупный из оползней объемом 4 млн. м3 развился на площади 10 га. Объем сдвигающегося массива оценивался в 15 млн. м .
Впоследствии получила распространение система разработки камерами с сухой закладкой выработанного пространства. Ширина камер составляла 50...60 м, пролет обнажения висячего бока - не более 90 м, ширина междукамерных целиков - 30 м. Пустоты заполняли сухой закладкой с поверхности.
Обрушению способствовала тектоническая нарушенность массива Слепой залежи и
наличие Мукуланского разлома, вскрытого карь е ром. Воронку обрушения заполняли породами от вскрышных работ. Объем пород, засыпанных в воронку обрушения, составил 50...60 тыс. м .
Р азубоживание руды закладочным материалом достигало 6...10 %, снижая извлечение при обогащении на 4... 6 %.
Опыт эксплуатации месторождений системами с открытым очистным пространств о м показывает, что при определении участков для комбинированной разработки следует избегать добычи руды подземным способом в контуре карьера. Это снижает эффективность и технико-экономические показатели работы карьера, прежде всего, п о в ышенными потерями и разубоживанием руды
Урупское медное месторождение.
Кре пость пород по Протодьяконову 10...18. Глубина оруденения 800 м. Главное рудное тело - ассоциация линз и пластов, выполненных серно-, медно- и медно-цинково-колчеданными сплошными и прожилково-вкрапленными рудами. Породы на контакте с р у д н ым т елом неустойчивы с коэффициентом крепости 8...14.
Система разработки горизонтальными слоям и с гидравлической закладкой для выемки запасов под рекой Уруп характеризуется потерями до 15 % и разубоживание до 25 %. Камерно-столбовую систему разработки применяют при пологом падении рудных тел с оставлением целиков размерами 3*3 м на расстоянии 6...12 м друг от друга.
Система разработки подэтажными штреками использована на участках с углами па-д ен ия 50° и мощностью 2...4 м. Эксплуатационный блок разбивали на подэтажи, которые о б рабатывали сверху вниз. Размеры выемочного блока: длина 40...50 м, высота 50...60 м. Площадь обнажения пород достигала 1200 м2.
В качестве основной системы р аз работки применяли камерно-столбовую с регулярными целиками. Принятая ширина камер 12...15 м не обеспечивала сохранности горного массива, а ее сокращение до 6 м увеличило потери и разубоживание до 23,4 % и 21,5 %, соответственно.
В рамках двухстадийной схемы камеры первой очереди разрабатывали с
магазинированием, а камеры второй очереди и междукамерные целики отбивали на пустоты первой очереди. Вторая стадия характеризуется показателями потерь и разубоживания до 20...40 %.
Практика многолетней эксплуатации месторождений Кавказа свидетельствует о некорректности управления массивом без компенсации технологической пустотности.
Результаты разработки Кавказских месторождений корреспондируют с показателями разработки других месторождений.
Высокогорское месторождение железа отрабатывает рудные тела мощностью до 200 м с падением 60...70°. Коэффициент крепости руды - 8...10, вмещающих пород 12...15. Глубина залегания месторождения -более 1000 м.
Подземные работы ведут с применением этажного и подэтажного обрушения. К недостаткам способа относятся трудности контроля полноты заполнения пустот и разубоживание руды при выпуске.
Гайское месторождение медно-цинковых руд отрабатывается комбинированным способом. Мощность рудных тел достигает 180 м, вмещающие породы и руды достаточно устойчивые. Подземные работы ведут с применением системы подэтажных штреков. Камеры располагают вкрест простирания рудного тела. Ширина камер и целиков по 15 м, высота от 20 до 60 м. Целики в прикарьерной части отрабатываются из карьера. Запасы, извлекаемые подземным способом, составляют 30...40 % общих запасов.
На Абаканском месторождении железа комбинация технологий с обрушением и закладкой твердеющими смесями, принятая по геомеханическим условиям, обеспечила сохранение производственной мощности горного предприятия.
При отработке прикарьерных запасов Джиджикрутского и Молодежного месторождений упрочнение породного массива путем нагнетания синтетических смол обеспечило устойчивость пород и позволило эффективно дорабатывать целики, объем которых достигает 40 % от всех запасов.
При отработке Зыряновского месторождения золота запасы руды
отрабатывают этажно-камерной системой с закладкой выработанного пространства. Ка м еры после отработки закладывают тве р деющей смесью, а междукамерные целики - сухой породой.
Междуэтажные целики отрабатывают системой горизонтальных слоев с бетонной закладкой. По мере увеличения удельной нагрузки деформация потолочин камер про-д о л жается до образования свода обрушения.
Обрушение руд и пород применяется при отработке мономинеральных крупных рудных тел с высоким содержанием металлов при необязательном сохранении зе мн о й поверхности. Доля добычи этим способом снижается, как по причине отработки запасов в комфортных районах, так и в результате неразрешимых противоречий со смежными отраслями хозяйства, н а п р и мер, с сельским хозяйством.
Поддержание выработанного пространств а магазинированной рудой используют при отработке маломощных жил и залежей устойчивых руд в недостаточно устойчивых вмещающих породах. Доля добычи таким способом снижается по причине снижения качества продукции, особенно в заключительной стадии.
Технологии управления состоянием м а с си ва закладкой выработанного пространства твердеющими смесями широко используют при отработке Горевского, Гайского, Коробковского, Тишинского, Зыряновского, Талнахского, Учалинского месторождений, на месторождениях Японии, Финляндии, Австрии, США, Великобритании и др. стран.
Важным преимуществом технологий с за кладкой выработанного пространства твердеющими смесями является
возможность перераспределения напряжения в массиве. Массивы твердеющей закладки заменяют рудные целики. Это позволяет добывать руды с сохранением земной п о в ерхн о сти даже под городскими построй-к ам и (Германия, месторождение Висмут).
Применяют литой, инъекционный, гидроз акладочный, полу-раздельный
способы возведения закладочного массива, для чего используют песок, вскрышные породы, породы от проходки выработок, х вост ы о б о г атительных фабрик, котельные и м еталлургические шлаки и др.
Для предотвращения оставления незаложенных пустот камеры отрабатывают с верхней подсечкой, придавая кровле камеры угол наклона на 1...2 градуса больше угла растекания закладки и заполняя камеры твердеющей смесью в два приема. Вначале закладывают основной объем камеры с оставлением у ее кровли незаложенного пространства высотой 2...3 м. После усадки основного объема закладки заполняется остальная часть камеры.
Если массив расположен вблизи земной поверхности, где вертикальная составляющая главных напряжений мала, перемещения висячего бока малы, деформации не достигают критических величин, поэтому даже небольшой подпор достаточен для сохранения напряжений в равновесии.
Для снижения себестоимости закладочных работ при отработке Учалинского, Новоберезовского, Северного, Зыряновского месторождений закладочный массив формируют путем рациональной комбинации породной и твердеющей закладки.
Сухая порода, которой заполняют пространство после выемки целиков, не обладает необходимой несущей способностью из-за усадки до 30 %. Для повышения несущей способности сыпучей закладки применяют воздействия:
уплотнение взрывом; повышение влажности;
классификация компонентов крупности;
по
укладка под давлением сжатого воздуха;
пропитка песчано-цементным раствором и т.п.
Частным случаем твердеющей закладки являются хвосты подземного выщелачивания в блоках, которые под влиянием процессов минерализации и кольматации набирают прочность 0,5...1,0 МПа, сравнимую с прочностью твердеющих смесей (рис. 4) [16].
Рис. 4. Подземное выщелачивание металлов: 1 - штрек; 2 - восстающий; 3 - штрек для орошения; 4 - штрек; 5 - буровые штреки; 6 - дренажно-буровые штреки; 7 - дренажный штрек; 8 - дренажные скважины; 9 - промежуточный горизонт орошения; 10 - промежуточный горизонт орошения; 11 - штрек для орошения; 12 - верхняя подсечка; 13 - костровая крепь; 14 - оросительная система
Результаты исследования могут быть востребованы при модернизации технологий разработки на геомеханической основе в других добывающих минеральное сырье отраслях [17...19]. Их реализация формирует комплексный экономический, экологический и социальный эффекты [17...19].
Заключение. Последствия сложных геомеханических процессов при интенсификации разработки месторождений полезных
ископаемых подземным способом могут быть минимизированы путем полного учета геомеханических условий разработки. Опыт разработки месторождений Северного Кавказа позволяет выполнить ретроспективный анализ зависимости показателей функционирования горного предприятия от учета геомеханических факторов для использования при модернизации технологий добычи руд.
Литература
1. Разоренов Ю.И., Голик В.И., Куликов М.М. Экономика и менеджмент горной промышленности. Новочеркасск, 2010. 251 с.
2. Захаров Е.И., Анциферов С.В., Саммаль А.С., Никулин И.Б. Изучение механизма природных процессов - основа решения экологических проблем при добыче твердых полезных ископаемых // Известия Тул ГУ. Науки о Земле. 2016. Вып. 3. С. 24-30.
3. Комащенко В.И., Васильев П.В., Масленников С.А. Технологиям подземной разработки месторождений КМА - надежную сырьевую основу // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2016. Вып. 2. С. 95-101.
4. Соколов И.В., Антипин Ю.Г., Никитин И.В. Принципы формирования и критерий оценки геотехнологической стратегии освоения переходных зон рудных месторождений подземным способом // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. №9. C. 151-160.
5. Голик В.И., Исмаилов Т.Т. Управление состоянием массива. М., 2005. 374 с.
6. Golik V.I., Doolin A.N., Komissarova M.A., Doolin R.A. Evaluating the effectiveness of utilization of mining waste // International Business Management. 2015. Т. 9. № 6. Рр.1119-1123.
7. Логачев А.В. Упрочнение сырьевой базы производства золота выщелачиванием металлов на заключительном этапе разработки месторождений. МГГУ // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2008. №11. С. 86-92.
8. Голик В.И., Ермоленко А.А., Лазовский В.Ф. Организационно-экономические проблемы использования природных ресурсов южного федерального округа. Краснодар, 2008. 323 с.
9. Крупник Л.А., Шапошник Ю.Н., Шапошник С.Н., Нуршайыкова Г.Т., Тунгушбаева З.К. Разработка технологии закладочных работ на основе цементно-шлакового вяжущего на Орловском руднике // Физико-технические проблемы разработки рудных месторождений. 2017. №1. С. 58-64.
10. Голик В.И., Разоренов Ю.И., Страданченко С.Г., Хашева З.М. Принципы и экономическая эффективность комбинирования технологий добычи руд // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2015. Т. 326. № 7. С . 6-14.
11. Разоренов Ю.И., Белодедов А.А., Шмаленюк С.А. Определение потерь и разу-боживания при разработке месторождений полезных ископаемых // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009. № 9. С . 4 7 -50.
12. Башков В.И., Мельниченко В.Ф., Еременко А.А., Христолюбов Е.А. Технология разработки рудного тела этажно-камерной системой с шахматным располо-ж е н ие м в ыемочных камер и междукамерных целиков на удароопасном месторождении // Г о р н ый информационно-аналитический бюллетень. 2017. №7. С. 124-130.
13. Барышников В.Д., Федянин А.С., Пуль Э.К., Барышников Д.В. Результаты геомеханического мониторинга подкарьер-ного массива рудника "Мир" АК "АЛРОСА" // Физико-технические проблемы разработки рудных месторождений. 2017. №1. С. 34-38.
14. Басов ВВ., Риб СВ., Фрянов ВН. Исследование характера деформирования э квив алентного материала для тестирования численной модели прогноза устойчивости сопряжений горных выработок // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2017. Вып. 2. С . 134-145.
15. Белодедов А.А., Должиков П.Н., Легостаев С.О. Анализ механизма образования деформаций земной поверхности над горными выработками закрытых шахт // Известия ТулГУ. Науки о Земле. 2017. Вып. 1. С. 153-160.
16. Комащенко В.И., Воробьев Е.Д., Разоренов Ю.И. К концепции извлечения металлов при утилизации отходов обогащения руд // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2017. Т. 328. № 10. С.18-24.
17. Голик В.И., Комащенко В.И., Страданченко С.Г., Масленников С.А. Повышение полноты использования недр путем глубокой утилизации отходов обогащения угля // Горный журнал. 2012. № 9. С. 91-95.
18. Разоренов Ю.И., Белодедов А.А., Шмаленюк С.А., Копач С.Н. Технология отработки тонких и средней мощности угольных пластов // Горный информационно -аналитический бюллетень. 2013. № 3. С. 42-46.
19. Качурин Н.М., Стась Г.В., Корчагина Т.В., Змеев М.В. Геомеханические и аэрогазодинамические последствия подработки территорий горных отводов шахт Восточного Донбасса // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2017. Вып. 1. С. 170-182.
20. Разоренов Ю.И., Белодедов А.А., Шмаленюк С.А. Определение потерь и разу-боживания при разработке месторождений полезных ископаемых // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2009. №9. С. 47-50.
21. Логачев А.В. Производство золота при поэтапной разработке месторождений // Цветная металлургия. 2011. № 12. С. 31-34.
Контактные данные:
Голик Владимир Иванович, эл. почта: v.i.golik@mail.ru, Разоренов Юрий Иванович, эл. почта: yiri1963@mai.ru Шурыгин Дмитрий Николаевич, эл. почта: shurygind@mail.ru Белодедов Андрей Алексеевич, эл. почта: a.a.belodedov@mail.ru Логачев Александр Владимирович, эл. почта: log.a@bk.ru
© Голик В.И., Разоренов Ю.И., Шурыгин Д.Н., Белодедов А.А., Логачев А.В., 2020
EXPERIENCE OF MASSIVE MANAGEMENT IN THE DEVELOPMENT OF ORE DEPOSITS IN THE NORTHERN CAUCASUS
V.I. Goiik*, Y.I. Razorenov, D.N. Shurygin, A.A. Belodedov, A. V. Logachev
South-Russian State Polytechnic University, Novocherkassk, Russia
E-maii: v.i.goiik@maii.ru
Abstract. The practice of managing the state of ore-hosting rocks during the development of mineral deposits by underground method in the mining regions of the Russian Caucasus is considered. The priority of the preservation of the earth's surface from destruction during underground mining of mineral deposits has been substantiated. A critical analysis is given of the concept of the dependence of the standard strength of hardening filling mixtures on stresses associated with the depth of work. The concept of resource saving when using technologies with filling voids with hardening mixtures is formulated. A model for controlling the state of rock mass is substantiated from its representation as a discrete medium, the rigidity of which changes depending on the redistribution of stresses caused by the loss of bearing capacity by rocks and creating an elastic rebound within the zone of action. The characteristic of large deposits of the Caucasus is given: Tyrnyauzskoe, Sadonskoe, Urupskoe with an assessment of taking into account the geomechanical situation during their development in a time section. A distinctive feature of the exploitation of fields in the North Caucasus is highlighted as the management of the massif without filling the voids with solidifying mixtures and partially filling them with rock. The obtained results of the study of the development of the Caucasian fields are compared with the indicators of the development of other fields in Russia and abroad. The concept of controlling the state of the rock mass by filling the mined-out space with hardening mixtures in terms of taking into account geomechanical features is detailed. The possibility of using as a hardening backfill of underground leaching tailings in blocks, which, with natural hardening, acquire a strength comparable to the strength of hardening mixtures is indicated. It is concluded that it is expedient to take into account the geomechanical features of the behavior of ore-bearing massifs when modernizing technologies for the development of ore deposits by underground method.
Keywords: geomechanics, rock mass control, stresses, deformations, hardening mixtures, safety of the earth's surface.
References technologies] // Izvestiya TulGU. Nauki o
1. Razorenov, Yu.I., Golik, V.I., Kulikov, Zem]e i2016 ^ Pf 95-101v (™s) AT, . . A/riV/r T-., • i t , • 4. Sokolov, I.V., Antipin, Yu.G., Nikitin, M.M. Ekonomika i menedzhment gornoj . . ' . ' ...... , .
I.V. Principy formirovaniya i kriterij ocenki promyshlennosti [ Economics and management ,,,-,,• ••
geotekhnologicheskoj strategii osvoeniya of the mining industry]. Novocherkassk, 2010. ,, , , , , , , ••
perekhodnyh zon rudnyh mestorozhdenij
2. Zaharov, E.I., Anciferov, S.V., Sammal', podzemnym sposobom . № principles of
formation and the criterion for evaluating the A.S., Nikulin, I.B. Izuchenie mekhanizma , . , , &
geotechnological strategy for the development prirodnyh processov - osnova resheniya . . & °J . . ^ .
of transition zones of ore deposits by the
ekologicheskih problem pri dobyche tverdyh
underground method] // Gornyj infor-poleznyh iskopaemyh [Study of the mechanism . & . , , .. J, ,, ^„^
r- , , , • r- , • macionno-analiticheski] byulleten'. 2017. №9.
of natural processes - the basis for solving
environmental problems in the extraction of p. ( ^ T ^^ TT , .
5. Golik, V.I., Ismailov, T.T. Upravlenie solid minerals] // Izvestiya Tul GU. Nauki o ' .' r . ' ^
Zemle 2016 Vyp 3Pp 24 30 (rus) sostoyaniem massiva [Array state management].
^ . u u . p. 24 ir . ( •) . uw M., 2005. 374 p.
3. Komashchenko, V.I., Vasil'ev, P.V.,
A;r,-, cATiui- j • 6. Golik, V.I., Doolin, A.N., Komissarova,
Maslennikov, S.A. Tekhnologiyam podzemno]
M.A., Doolin, R.A. Evaluating the effectiveness razrabotki mestorozhdenij KMA - nadezhnuyu & ,
of utilization of mining waste [Evaluating the syr'evuyu osnovu [KMA is a reliable raw _ . „ ... P :L. ..
effectiveness of utilization of mining waste] //
material base for underground mining
International Business Management. 2015. T. 9. № 6. Pp. 1119-1123. (rus)
7. Logachev, A.V. Uprochnenie syr'evoj bazy proizvodstva zolota vyshchelachivaniem metallov na zaklyuchitel'nom etape razrabotki mestorozhdenij. MGGU [Strengthening the raw material base for gold production by leaching metals at the final stage of field development. MGGU] // Gornyj informacionno-analiticheskij byulleten'. 2008. №11. Pp. 86-92. (rus)
8. Golik, V.I., Ermolenko, A.A., Lazovskij V.F. Organizacionno-ekonomicheskie problemy ispol'zovaniya prirodnyh resursov yuzhnogo federal'nogo okruga [Organizational and economic problems of using natural resources of the southern federal district]. Krasnodar, 2008. 323 p. (rus)
9. Krupnik, L.A., Shaposhnik, Yu.N., Shaposhnik, S.N., Nurshajykova, G.T., Tungushbaeva, Z.K. Razrabotka tekhnologii zakladochnyh rabot na osnove cementno-shlakovogo vyazhushchego na Orlovskom rudnike [Development of technology for stowing operations based on cement-slag binder at the Orlovsky mine] // Fiziko-tekhnicheskie problemy razrabotki rudnyh mestorozhdenij. 2017. №1. Pp. 58-64. (rus)
10. Golik, V.I., Razorenov, Yu.I., Stradanchenko, S.G., Hasheva, Z.M. Principy i ekonomicheskaya effektivnost' kombinirovani-ya tekhnologij dobychi rud [Principles and economic efficiency of combining ore mining technologies] // Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov. 2015. T. 326. № 7. Pp. 6-14. (rus)
11. Razorenov, Yu.I., Belodedov, A.A., Shmalenyuk, S.A. Opredelenie poter' i razubozhivaniya pri razrabotke mestorozhdenij poleznyh iskopaemyh [Determination of losses and dilution in the development of mineral deposits] // Gornyj informacionno-analiticheskij byulleten'. 2009. № 9. Pp. 47-50. (rus)
12. Bashkov, V.I., Mel'nichenko, V.F., Eremenko, A.A., Hristolyubov, E.A. Tekhnologiya razrabotki rudnogo tela etazhno-kamernoj sistemoj s shahmatnym raspolozheniem vyemochnyh kamer i mezhdukamernyh celikov na udaroopasnom mestorozhdenii [The technology of mining the ore body by a storey-chamber system with a staggered arrangement of extraction chambers
and inter-chamber pillars at a rockburst hazardous deposit] // Gornyj informacionno-analiticheskij byulleten'. 2017. №7. Pp. 124-130. (rus)
13. Baryshnikov, V.D., Fedyanin, A.S., Pul', E.K., Baryshnikov, D.V. Rezul'taty geomekhanicheskogo monitoringa podkar'ernogo massiva rudnika "Mir" AK "ALROSA" [Results of geomechanical monitoring of the under-quarry massif of the Mir mine of ALROSA JSC] // Fiziko-tekhnicheskie problemy razrabotki rudnyh mestorozhdenij. 2017. №1. Pp. 34-38. (rus)
14. Basov, V.V., Rib, S.V., Fryanov, V.N. Issledovanie haraktera deformirovaniya ekviva-lentnogo materiala dlya testirovaniya chislennoj modeli prognoza ustojchivosti sopryazhenij gornyh vyrabotok [Investigation of the nature of deformation of an equivalent material for testing a numerical model for predicting the stability of joints in mine workings] // Izv e stiya TulGU. Nauki o Zemle. 2017. Vyp. 2. Pp. 134-145. (rus)
15. Belodedov, A.A., Dolzhikov, P.N., Legostaev, S.O. Analiz mekhanizma obrazovaniya deformacij zemnoj poverhnosti nad gornymi vyrabotkami zakrytyh shaht [Analysi s of the mechanism of the formation of deformations of the earth's surface over the mine workings of closed mines] // Izvestiya Tul GU. Nauki o Zemle. 2017. Vyp. 1. Pp. 153-160. (rus)
16. Komashchenko, V.I., Vorob'ev, E.D., Razorenov, Yu.I. K koncepcii izvlecheniya metallov pri utilizacii othodov obogashcheniya rud [Towards the concept of metal extraction during the utilization of ore dressing wastes] // Izvestiya Tomskogo politekhnicheskogo universiteta. Inzhiniring georesursov. 2017. T. 328. № 10. Pp.18-24. (rus)
17. Golik, V.I., Komashchenko, V.I., Stradanchenko, S.G., Maslennikov, S.A. Povyshenie polnoty ispol'zovaniya nedr putem glubokoj utilizacii othodov obogashcheniya uglya [Increasing the completeness of subsoil use by deep utilization of coal preparation waste] // Gornyj zhurnal. 2012. № 9. Pp. 91-95. (rus)
18. Razorenov, Yu.I., Belodedov, A.A., Shmalenyuk, S.A., Kopach, S.N. Tekhnologiya otrabotki tonkih i srednej moshchnosti ugol'nyh plastov [The technology of mining thin and
medium thickness coal seams] // Gornyj infor-macionno-analiticheskij byulleten'. 2013. № 3. Pp. 42-46. (rus)
19. Kachurin, N.M., Stas', G.V., Korchagi-na, T.V., Zmeev, M.V. Geomekhanicheskie i aerogazodinamicheskie posledstviya podrabotki territory gornyh otvodov shaht Vostochnogo Donbassa [Geomechanical and aerogasdynamic consequences of undermining the territories of mining allotments of mines in the Eastern Donbass] // Izvestiya Tul'skogo gosudarstven-nogo universiteta. Nauki o Zemle. 2017. Vyp. 1. Pp. 170-182. (rus)
20. Razorenov, Yu.I., Belodedov, A.A., Shmalenyuk, S.A. Opredelenie poter' i razubozhivaniya pri razrabotke mestorozhdenij poleznyh iskopaemyh [Determination of losses and dilution in the development of mineral deposits] // Gornyj informacionno-analiticheskij byulleten'. 2009. №9. Pp. 47-50. (rus)
21. Logachev. A.V. Proizvodstvo zolota pri poetapnoj razrabotke mestorozhdenij [Gold p roduction during the stage-by-stage development of deposits] // Cvetnaya metallurgiya. 2 0 1 1 . № 12. Pp. 31-34. (rus)
Contacts:
Vladimir I. Goiik, v.i.goiik@maii.ru Yuri I. Razorenov, yiri1963@maii.ru Dmitry N. Shurygin, shurygind@maii.ru AndreyA. Beiodedov, a.a.beiodedov@maii.ru Aiexander V. Logachev, iog.a@bk.ru
© Golik, V.I., Razorenov, Y.I., Shurygin, D.N., Belodedov, A.A., Logachev, A.V., 2020
Голик В.И., Разоренов Ю.И., Шурыгин Д.Н., Белодедов А.А., Логачев А.В. Опыт управления массивами при разработке рудных месторождений Северного Кавказа // Вектор ГеоНаук. 2020. Т.3. №3. С. 38-50. DOI: 10.24411/2619-0761-2020-10030.
Golik, V.I., Razorenov, Y.I., Shurygin, D.N., Belodedov, A.A., Logachev, A.V., 2020. Experience of massive management in the development of ore deposits in the Northern Caucasus. Vector of Geosciences. 3(3). Pp. 38-50. DOI: 10.24411/2619-0761-2020-10030.
