CC BY
8
УДК 622.274.5:622.343.5 © А.М. Мажитов, Э.Ю. Мещеряков, 2013
ОЦЕНКА ГЕОМЕХАНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНОГО МАССИВА ПРИ ОТРАБОТКЕ ПОЛОГОЙ ЗАЛЕЖИ МЕДНОКОЛЧЕДАННЫХ РУД С ОБРУШЕНИЕМ НАЛЕГАЮЩИХ ПОРОД И ПЛОЩАДНО-ТОРЦЕВЫМ ВЫПУСКОМ РУДЫ
Проведена оценка влияния очередности и формы развития фронта горных работ на геомеханическое состояние горного массива в зоне ведения разработки при применении площадно-торцевого выпуска руды.
Ключевые слова: система разработки, напряженно-деформированное состояние массива, площадно-торцевой выпуск руды.
Медноколчеданные залежи характеризуются непостоянством горно-геологических и горнотехнических условий разработки: мощностью рудного тела, содержанием полезного компонента, устойчивостью и крепостью руд и пород. При подземной добыче медноколчеданных руд наибольшее распространение получила камерная система разработки с твердеющей закладкой. Несомненным ее достоинством является полнота извлечения руд при обеспечении сохранности земной поверхности. Основным недостатком вышеуказанной системы разработки является высокий уровень ресурсоемкости добычи, поэтому применение ее на участках с низким содержанием полезного компонента влечет за собой резкое снижение экономической эффективности освоения недр. Поэтому на горнодобывающих предприятиях возникает вопрос применения систем с обрушением руд на отдельных участках месторождений, содержащих бедные руды, а также вследствие очередного повышения цен на материальные и энергетические ресурсы или падения цен на добываемые металлы.
Необходимость совместного или последовательного применения систем разработки различных классов в пределах одного рудного тела привела к поиску конструкций системы разработки,
обеспечивающей оперативный переход от одного способа управления горным давлением к другому без существенных материальных и трудовых затрат.
Анализ существующих геотехнологических решений показал, что, в частности, институтом горного дела Сибирского отделения РАН был предложен вариант системы подэтажного обрушения с площадно-торцевым выпуском руды под обрушенными породами, применительно к условиям отработки мощных и весьма мощных крутопадающих рудных залежей [1]. Обладая теми же преимуществами, что и широко применяемая технология по-дэтажного обрушения с торцевым выпуском, предлагаемый вариант способствует повышению показателей качества и полноты извлечения запасов за счет увеличения количества точек выпуска руды из секций.
В результате конструирования системы разработки с обрушением для условий отработки локальных участков пологих медноколчеданных залежей с использованием принципа площад-но-торцевой технологии выпуска руд, был разработан следующий вариант системы (рис. 1) [2].
Вариант системы разработки в границах одного выемочного участка позволяет вести очистные работы как с применением твердеющей закладки, так и с обрушением руд и вмещающих пород и может быть реализован при клиновом или диагональном развитии фронта горных работ.
С целью оценки влияния очередности и формы развития фронта горных работ на геомеханическое состояние горного массива в зоне разработки было проведено математическое моделирование напряженно-деформированного состояния участка недр. Исследование геомеханического состояния горного массива осуществлялось с помощью программного комплекса «БЕМУ» (ИГД УрО РАН).
Моделировалось НДС фрагмента литосферы размерами 600х600х300 м с отработкой пологой рудной залежи мощностью от 20 до 40м технологией разработки с обрушением, с твердеющей закладкой выработанного пространства и с их совмещением (комбинированием), при глубине разработки от 500 до 1000 м, величине тектонических сил от Т=0 до Т=3уН и различной ориентации преобладающей компоненты.
Рис. 1. Система разработки с обрушением руд и вмещающих пород, и торцово-площадным выпуском пологих рудных тел средней мощности
По результатам математического моделирования НДС массива определялись значения действующих максимальных и минимальных нормальных напряжений, а также линейных горизонтальных деформаций.
Установлено, что под действием значительных тектонических сил, в несколько раз превышающих вертикальное давление, параметры зоны концентрации и максимальная величина напряжений зависят от взаимной ориентации направлений развития фронта горных работ и максимальной тектонической составляющей напряжений. Так, повышенные тектонические напряжения в массиве (коэффициент бокового распора Х=3), действующие перпендикулярно вектору развития фронта горных работ (рис. 2 — 1
и 3), приводят к формированию зон концентрации сжимающих напряжений в краевых участках залежи на границах погашенного выработанного пространства. При развитии фронта горных работ в направлении действия наибольших горизонтальных напряжений зона концентрации напряжений образуется на фронте опережающей секции (рис. 3 — 2 и 4). Максимальные сжимающие напряжения в зоне концентрации более чем в 3 раза превышают напряжения в нетронутом массиве и достигают до 50 МПа при ведении горных работ по направлению преобладающих тектонических сил и до 40 МПа — вкрест простирания (при глубине отработки 500м и мощности залежи 20 м).
С увеличением глубины горных работ с 500 до 1000м уровень сжимающих напряжений в зонах концентрации возрастает в 2-2,5 раза, а изменение мощности залежи с 20 до 40 м приводит к росту сжимающих напряжений в среднем на 10-12 %.
Рис. 3. Изолинии максимальных нормальных напряжений при клиновом и диагональном порядке отработки под действием горизонтальных сил: 1,3 — &х<0у в 3 раза; 2,4 — ах>ау в 3 раза
Рис. 4. Эпюры максимальных сжимающих напряжений в кровле рудного тела по линиям 1 и 2 на рис. 3
Рис. 5. Эпюры максимальных сжимающих напряжений в кровле рудного тела по линии 3 и 4 на рис. 4
При ведении горных работ ортогонально направлению повышенных горизонтальных напряжений обеспечивается разгрузка кровли подготавливаемых камер от сжимающих напряжений (рис. 4) и их величина над опережающей секцией в 1,5-2 раза меньше, чем при ведении фронта горных работ по направлению действия повышенных горизонтальных напряжений (рис. 5).
Снижение напряжений, действующих в массиве горных пород при подземной разработке, достигается за счет выбора рационального направления и формы развития фронта горных работ. Ведение горных работ по направлению повышенной компоненты горизонтальных сил и перпендикулярно ей влечет за собой перераспределение зон концентраций максимальных сжимающих напряжений на кровлю опережающей секции и на краевые участки выработанного пространства соответственно. Временная устойчивость кровли отрабатываемых и находящихся в подготовке камер достигается за счет смещения зоны концентрации сжимающих напряжений путем опережающей отработки (на 3-4 секции) ленты, ориентируемой согласно вектору повышенной компоненты горизонтальных сил.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Пат. 2208162 РФ, МПК7 Е21С41/22, С1. Способ разработки рудных месторождений подэтажным обрушением.
2. Мещеряков Э.Ю., Мажитов А.М., Лутфуллин Р.Р. Совершенствование системы разработки с обрушением в условиях пологопадающих рудных залежей. Сб. научных трудов: Комплексное освоение месторождений полезных ископаемых. — Магнитогорск: Изд-во Магнитогорского гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. — С. 91-94.
3. Макаров А.Б. Практическая геомеханика. Пособие для горных инженеров. — М.: Издательство «Горная книга», 2006. — 391 с.: ил.
УДК 622.45+622.274 © В .В. Яхеев, 2013
ПРОВЕРКА РАЗРАБОТАННЫХ СХЕМ РУДНОЙ ПОДГОТОВКИ ДЛЯ МАЛОМОЩНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ, ОТРАБАТЫВАЕМЫХ С ЗАКЛАДКОЙ И САМОХОДНЫМ ОБОРУДОВАНИЕМ ПО ВЕНТИЛЯЦИИ
Приводится обоснование разработанных схем рудной подготовки, отрабатываемых с закладкой и самоходным оборудованием требованиям Единых правил безопасности и условий по вентиляции. Полученные значения оказались лучше, чем аналогичные показатели при полевой подготовке.
Ключевые слова: маломощные рудные месторождения, схемы рудной подготовки, закладка, самоходное оборудование, правила безопасности, вентиляция.
При подземной разработке рудных месторождений вентиляция является необходимым требованием по ТБ. Свежий воздух нужен как для человека, так и для работы самоходного оборудования, большинство двигателей которых, дизели.
Разработанные автором схемы рудной подготовки [1] были проверены на соответствие Единым правилам безопасности по вентиляции [2]: по условиям обособленного проветривания очи-
