Подготовка рудного тела к выемке полезного ископаемого комбинированным способом Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Ю.В. Михайлов, А.Е. Васильев, С.В. Горный, 2003

УАК 622.72

Ю.В. Михайлов, А.Е. Васильев, С.В. Горный

ПОАГОТОВКА РУАНОГО ТЕЛА К ВЫЕМКЕ ПОЛЕЗНОГО ИСКОПАЕМОГО КОМБИНИРОВАННЫМ СПОСОБОМ

Подготовка рудного тела к выемке полезного ископаемого связана с проведением подготовительно-нарезных работ, выполняемых в условиях первоначального напряженно-деформированного состояния горного массива. По мере проведения горных выработок подготовительного периода в горном массиве происходит перераспределение напряжений с созданием зон концентрации напряжений и зон разгрузки, абсолютные величины которых меняются во времени в зависимости от реологических свойств массива. Подготовительные выработки подвергаются постоянному изменению нагрузок, как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, поэтому обеспечение устойчивости подготовительных выработок на весь срок эксплуатации является обязательным условием отработки рудных участков (камер, блоков и так далее). Из главных причин образования напряжений, превышающих предельно устойчивое состояние и приводящее к разрушению горных выработок являются такие факторы как: расположение рудного тела в тектонической зоне; большая глубина залегания; нарушение статического состояния горного массива наличием близко расположенных горных выработок, очистного пространства, выполненных ранее; динамика проведения горных работ в период строительства подземных сооружений.

Управление напряженным состоянием массива в зоне проведения подготовительных горных выработок (сооружений) заключается, с одной стороны, в приведении горного массива в неудароопасное состояние за счет создания деформированной защитной зоны перпендикулярной к направлению максимальных напряжений; с дру-

гой стороны - за счет придания выработке сводчатой формы и оформления контура выработки с минимальным воздействием

взрывных работ на него. Применение податливой крепи с обеспечением податливости в направлении максимальных напряжений; а также крепи, устойчивой к разно переменным нагрузкам рассчитываются по максимальным нагрузкам с учетом реологических свойств массива и перераспределения напряжений в результате строительства последующих подземных сооружений или ведения очистных работ.

В настоящей работе рассматривается возможность безопасной подготовки блока или добычного участка маломощного месторождения, разрабатываемого добычным комбайном КД800Э.

Выемочный участок рудной залежи в первую очередь подготавливается к отработке участковыми горными выработками (квершлагами, штреками, восстающими), расположенными вкрест или по простиранию рудного тела. Кроме того, их расположение и направление необходимо проектировать в соответствии с последовательностью проведения горных выработок и меняющимся полем напряженного состояния горного массива вследствие ведения этих работ. После решения этих вопросов необходимо приступать к выполнению строительства основных и подготовительных выработок, оконтуривающих блок.

При отработке маломощных месторождений крепких руд выбуриванием добычным комбайном КД800Э его можно использовать для строительства этих выработок (как горизонтальных, так и вертикальных). Применение добычного комбайна при проходке горных выработок позволяет объединить

обе задачи управления горным давлением (рисунок).

Для этого в центральной части маломощной залежи по ее оси формируют первичную компенсационную полость выработки бурением по крайней мере одной пилот скважины 1 радиусом гп =

Гк .

П • л ---- , где П - переводной

VI + к

коэффициент сечения выработки (при сечении формируемой выработки до 12-16 м2 7] = 0,4), К -

коэффициент расширения разрушаемой горной массы (к = 1,21,6), затем первичную компенсационную полость расширяют до размеров компенсационного пространства 2 радиусом г = R

К

------ , где R - радиус форми-

1 + К

руемой выработки 3, круглого сечения (при трапецеидальной или прямоугольной форме выработки 3 величина R = Н/2, где Н - высота выработки, м); на третьем этапе формируют выработку с окончательным проектным сечением буровзрывным способом с отбойкой на созданное компенсационное пространство 2.

В случае очень высокого напряженного состояния горного массива первичную компенсационную полость выработки формируют тремя пилот скважинами 1 с радиусом гп, расположенными на одной оси рудного тела в плоскости, перпендикулярной направлению максимальных напряжений амах, причем вначале бурят пилот скважины по внутренней касательной к краям выработки, после чего бурят центральную пилот скважину, которую затем расширяют радиусом г до размеров компенсационного пространства 2, после этого выполняют окончательное формирование выработки 3 радиусом R до проектной величины буровзрывным способом.

Чтобы обеспечить селективную выемку руды и высокую степень устойчивости выработок при разработке маломощных и тонких залежей, пилот скважины бурят по оси рудного тела 4. Таким образом, пилот скважинами 1 и расширяемой скважиной 2 извлекается наиболее богатая руда. Цент-

ральную пилот скважину 1 бурят на расстоянии R или Н/2 от кровли и почвы выработки, а две другие пилот скважины 1 на одной оси с центральной скважиной - по наиболее богатой части рудного тела. Такой прием обеспечивает извлечение наибольшего объема богатой руды выбуриванием на всем протяжении выработки, ограничивающей параметры очистного блока. Для обеспечения устойчивости выработки в условиях повышенного проявления горного давления оконтуривающие шпуры (скважины) 5 выработки выполняют щелевыми или спаренными, при этом ось щели или пары шпуров (скважин) сохраняют параллельно контуру выработки. Таким образом взрывная волна оказывает минимальное разрушающее воздействие на законтурную часть горного массива.

Восстающие выработки можно проходить на полное сечение без применения взрывных работ - это сразу приводит к разгрузке напряженного состояния массива, предотвращению горных ударов и минимальному объему крепления. Круглое сечение выработки обеспечивает одинаковое сопротивление разрушению от проявлений горного давления при любом направлении максимальных напряжений. Взрывание отбойных и контурных шпуров (скважин) при строительстве горизонтальных

выработок осуществляют на образовавшееся свободное пространство. При этом наибольшая эффективность достигается при использовании парносближенных

шпуров (скважин) или скважин

(шпуров) с бороздами по контуру выработки [1].

Таким образом, бурение опережающей скважины добычным комбайном по оси выработки диаметром 0,3-1,2 м при проведении подготовительных работ для отработки рудного блока маломощной залежи крепких руд позволяет решить одновременно обе задачи управления горным давлением удароопасных месторождений:

- привести напряженное состояние горного массива в неудароопасное за счет создания опережающего выработанного пространства, что приводит к перераспределению напряжений в горном массиве с выносом опасной зоны концентрации напряжений за область нахождения людей при проведении горных работ (более 30 м);

- обеспечивает устой-чивую форму выработки за счет контурного взрывания, выполняемого в наиболее благоприятных условиях, таких, которые позволяют энергию взрыва максимально использовать для дробления и выброса породы за область ее разрушения с минимальным воздействием на приконтурную часть выработки. Это происходит потому, что действие взрыва в данном случае распространяется на две обнаженные поверхности - забой выработки и свободное пространство образованное центральной скважиной большого диаметра;

Однако при проведении горной выработки с опережающей центральной скважиной большого диаметра необходимо учитывать следующие обстоятельства. Во-

первых, взрывные работы необходимо выполнять в строгом соответствии с паспортом взрывных работ, обеспечивающего применение оптимального удельного заряда ВВ, то есть такого заряда, при котором максимально используется его энергия на образование наибольшего объема воронки разрушения и качественного дробления руды (дробления, при котором вместе с отсутствием негабарита не происходит чрезмерного пере-измельчения руды). Каждому месторождению присущ свой удельный заряд ВВ, который является обобщающим показателем и зависит, как от горно-геоло-гических условий месторождения, так и от физико-механи-ческих свойств горных пород. Нами была разработана и испытана в опытно-промышленных блоках методика определения оптимального заряда ВВ. В основу методики положена теория кратера Ливингстона. Результаты проведенных экспериментов наиболее полно представлены в работе [2] и показывают, что оптимальный удельный заряд ВВ необходимо определять по формуле дор1; = 1/ К20р п , кг/м3, где Яор£ - оптимальный удельный заряд ВВ, кг/м3; К0р^ - оптимальный коэффициент деформации породы (коэффициент приведенной ЛНС; Кор = W/G1/2 ,где V- линия наименьшего сопротивления; й - вес заряда ВВ, приведенного на 1 пог.м.); п - показатель степени дробления, п = г/№ = Ьди, (г -радиус воронки, 2и - угол раскрытия воронки).

Таким образом, применение для взрывных работ оптимального удельного заряда ВВ позволяет максимально использовать энергию взрыва с минимальным воздействием на формируемый контур выработки и приконтурную часть массива и минимальным расходом самого ВВ.

Во-вторых, необходимо оптимизировать длину уходки отбойными и оконтуривающими шпурами за один цикл. Длина отбойки и образовавшаяся взорванная масса должны рассчитываться таким образом, чтобы не допустить запрессовку центральной скважины с целью возможности ее дальнейшего использования. Другими словами должны увязываться как длина

уходки за один цикл, так и различные ступени замедления взрыва при различных диаметрах центральной скважины (0,3-0,8-1,2 м). Кроме того, объем отбиваемой горной массы необходимо увязывать с производительностью убо-рочно-доставочной техники, чтобы обеспечить циклично-поточную технологию. Таким образом, сечение штрека (минимальные размеры которого зависят от габаритов добычного комбайна), диаметр центральной опережающей скважины и паспорт взрывных работ должны быть взаимоувязаны.

В-третьих, учитывая сложность комбинации отбойных и контурных шпуров, необходимость обеспечения «гладкой» поверхности контура выработки и не допущения запрессовки центральной скважины, отбойка должна выполняться только электровзрывным короткозамедленным способом. Особенности электровзрыва-

ния и условия его безопасного применения подробно изложены в работе [3]. Высокая степень безопасности проведения горных выработок в условиях удароопасного месторождения обеспечивается также за счет применения крепи с разнопеременными нагрузками на массив [4, 5].

Вместе с тем, опережающее бурение центральной скважины при проведении горных выработок (оконтуривающих рудный блок) позволяет получить чистую рудную массу с минимальным разу-боживанием руды вследствие возможности ее селективной выемки при проходке по рудному телу.

Резюмируя вышеизложенное, необходимо отметить, что безопасность строительства горных выработок в условиях удароопасного массива при разработке месторождений выбуриванием обеспечивается за счет, во-первых, приведением горного массива в

неудароопасное состояние за счет переноса опасной зоны концентрации напряжений вне сферы деятельности людей бурением центральной скважины большого диаметра; во-вторых, за счет принятия мер по обеспечению устойчивого состояния выработки на весь период ее эксплуатации: придание выработке сводчатой формы с оформлением контура выработки «гладким» взрыванием с применением оптимального удельного заряда ВВ; применение короткозамедленного электровзрывания; применение податливой крепи с обеспечением податливости в направлении максимальных напряжений; применение крепи, обеспечивающей разнопеременные нагрузки на массив с учетом реологических свойств массива и перераспределения напряжений в результате строительства последующих подземных сооружений или ведения очистных работ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А.с. 1422777 А1 СССР, кл. Р 42 Б 3/ 04. Способ буровзрывной отбойки горных пород. 1986//Михайлов Ю.В. и др.

2. Михайлов Ю.В, Мец Е.С. Определение оптимального удельного заряда ВВ для апатитовых руд. //Научные труды МГИ, М., 1973, с. 17-21.

3. Инструкция по электрическому способу взрывания в условиях Учалинского ГОКа. // Труды Гипроцветме-та. - М.: 1992, - 21 с.

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

4. Михайлов Ю.В. и др. Способ проведения горных выработок в условиях повышенного горного давления. // Авт.св. СССР, № 1643726, кл. Е21 О 13/00, 1990.

5. Михайлов Ю.В, Золотухин Ю.И. Испытания пнев-мобалонной крепи при сплошной слоевой системе разработки с закладкой. // Цветная металлургия, 1986, № 2, с 26-30.

Михайлов Ю.В, Васильев А.Е., Горный С.В. - Московский государственный открытый университет.

© В.А. Шестаков, А.А. Шмаленюк, А.П. Шмаленюк, А.А. Белолелов, 2003

УАК 622.72

В.А. Шестаков, А.А. Шмаленюк, А.П. Шмаленюк, А.А. Белолелов

ОБОСНОВАНИЕ ПОРЯАКА ПОАГОТОВКИ И ОТРАБОТКИ ВЫЕМОЧНЫХ ПОЛЕЙ

В современных экономических условиях дефицита инвестиций и огромных процентных ставок за кредиты решение задачи сравнительной оценки порядка подготовки и отработки выемочных полей может быть осуществлено на основе более

полного учета особенностей современного состояния отраслей горной промышленности. Для правильной оценки порядка подготовки и отработки выемочных полей, как и любого другого элемента технологии разработки месторождений полезных ископаемых и выбора наиболее эффективных направлений ее совершенствования, необходимо разрабатывать такие экономикоматематические модели для расчетов, в которых полностью отражены все особенности технологической схемы, а также основные факторы и параметры, влияющие на эффективность не только горнодобывающих, но и перерабатывающих предприятий (их комплекс). А критерий эффективности,