Подземная добыча руды с использованием льдопородной закладки на месторождени Бадран в Якутии Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ГОРНОГО ПРОИЗВОДСТВА

© Г.П. Необутов, В.П. Зубков, А.Ф.Мамонов, 2001

УДК 622.342.1(571.65)

Г.П. Необутов, В.П. Зубков, А.Ф.Мамонов ПОДЗЕМНАЯ ДОБЫЧА РУДЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЛЬДОПОРОДНОЙ ЗАКЛАДКИ НА МЕСТОРОЖДЕНИ БАДРАН В ЯКУТИИ*

Наилучшие показатели извлечения полезных ископаемых из недр имеют системы разработки с закладкой, обеспечивающие также сохранность земной поверхности и снижение ущерба окружающей среде утилизацией части отходов производства складированием в отработанном пространстве. Наиболее эффективными для разработки месторождений с сложными гор-но-геологичес-кими условиями являются варианты систем с твердеющей закладкой. Проведенные нами исследования целесообразности использования на рудных месторождениях Якутии твердеющих смесей на цементной основе выявили, что затраты на закладочные работы не окупаются снижением потерь в недрах.

Анализ применения ресурсосберегающих технологий добычи руды показал, что в условиях криолитозоны имеется опыт и представляется перспективной замена традиционных видов закладочных материалов на льдопородную и ледяную закладку, преимуществами которых являются отсутствие закладочных комплексов и сокращение расхода дорогостоящих материалов, необходимых при применении твердеющей закладки на цементной основе;

полнота заполнения выработанного пространства; возможность использования естественного холода. Однако применение смерзающейся закладки имело опытнопромышленный характер и не продвинулось далее выводов о ее технической осуществимости, выявления некоторых закономерностей процесса смерзания и отработки отдельных технологических операций.

На наш взгляд, попытки применения льдопородной закладки (ВНИИ-1, ЛГИ, Иргиредмет и др.) не имели распространения ввиду перенасыщения закладываемых пород водой, предназначаемой для их промораживания в процессе формирования закладки. Полученный закладочный материал по своим свойствам является схожим с ледяной закладкой, к основным недостаткам которой относятся длительный процесс ее смерзания и худшие по сравнению с льдопо-родой показатели прочностных свойств при взаимодействии с окружающим массивом.

Для решения указанной проблемы нами был предложен качественно новый закладочный материал, в котором уникальные физические свойства льда, как, например, образование квазижидко-го поверхностного слоя при со-

прикосновении смачивающей воды с закладочными породами, нетипичные упругие и пластические свойства, используются для образования породного скелета, скрепляемого минимальным количеством воды. На способ возведения льдопородной закладки в горной выработке получен патент на изобретение № 2150586.

Суть нетрадиционной ресурсосберегающей системы разработки рудных месторождений криолитозоны со сплошной выемкой руды камерами и льдопородной закладкой выработанного пространства заключается в замене поддерживающих кровлю рудных опор на опоры из смерзшихся пустых пород.

Принципиальная схема технологии ведения горных работ при управлении напряженно-

деформированным состоянием

массива многолетнемерзлых горных пород льдопородной закладкой на руднике Бадран заключается в следующем (рис. 1). Наклонное рудное тело средней мощности делится по падению через 50 м на выемочные горизонты, ограниченные по простиранию наклонными стволами. Отработка добычного горизонта ведется в две стадии: выемка первичных камер 4 через одну, их закладка и про-морозка, затем выемка междука-мерных рудных целиков 3. Отработка камер ведется нисходящими слоями по восстанию рудного тела. Отбойка рудного слоя мелкошпуровая, уборка и доставка руды скреперная 2. По окончании очистной выемки в нижней части камеры первой очереди сооружается бетонная перемычка 1. Закладочный материал в камеры 4 подается с поверхности через породоспуск 5, используются также и пустые породы от проведения полевых выработок. Рядом с породоспус-ком пробурена скважина для во-

* Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований, код проекта № 98-05-03831

доводного шланга 6, через который вода подается в закладываемые камеры. В зависимости от грансостава и температуры пород, закладываемых слоями мощностью 0,4-0,6 м, количество смачивающей воды изменяется в пределах 11-23 % от объема закладки.

Камеры второй очереди 3 отрабатываются после набора искусственными льдопородными целиками 4 необходимой нормативной прочности на сжатие 3 -5 МПа. Использование мероприятий по снижению продолжительности промораживания закладки (проветривание холодным воздухом, использование цементирующей шуги и т.д.) и повышению устойчивости искусственных целиков (проведение специальных работ в процессе закладки и при выемке прикон-

тактной рудной «корки») позволяет вынимать междукамерные целики уже через 1,5-2 месяца после закладки смежных первичных камер.

Подземную выемку руд с использованием льдопородной закладки по рекомендациям ИГДС СО РАН и проекту ГУП «СИБ-ГИПРОЗОЛОТО» производит артель старателей "Западная", которой достигнуты высокие техникоэкономические показатели. Потери и разубоживание при ранее применявшейся на руднике камерно-столбовой системе разработки составляли соответственно 28-30 и 30-35, при системе разработки с камерной выемкой и льдопородной закладкой - 3 и 21 %.

Камерная выемка руды с льдопородной закладкой рекомендуется для подземной добычи ценных по-

лезных ископаемых криолитозоны, представленных рудными телами любой мощности с любым углом падения при рудах и вмещающих породах, обеспечивающих устойчивость очистных выработок в период выемки и закладки.

Обоснование рациональных параметров технологии, учитывающее пространственно-

временную динамику горных работ, осуществлялось в последовательности, приведенной на блок-схеме рис. 2. Выполненный комплекс экспериментальноаналитических исследований явился необходимым и достаточным для разработки и выдачи практических рекомендаций по конструктивным и технологическим параметрам выемки руды камерами и льдопородной закладкой выработанного про-

странства, последовательности выемки и закладки камер, их взаимной увязке во времени и пространстве [1].

Кратко можно выделить следующие наиболее важные результаты:

• разработана и в промышленных масштабах внедрена камерная система разработки рудных месторождений криолитозоны с закладкой выработанного пространства качественно новым смерзающимся закладочным материалом. Выявленные отличительные особенности технологии по сравнению с известными являются научной основой для создания новых высокоэффективных нетрадиционных вариантов подземной разработки рудных месторождений Севера;

• сконструированы технологические схемы добычи руды комбинированными системами разработки, основанными на использовании мобильных вариантов камерно-столбовых систем с систе-

мами разработки с частичной льдопородной закладкой выработанного пространства для селективной отработки кондиционных участков;

• теоретически обоснованы и разработаны способы возведения смерзающихся закладочных массивов, повышения устойчивости искусственных целиков и сокращения продолжительности промерзания закладки;

• выявлена динамика промерзания закладочных массивов, основанная на натурных измерениях с использованием математической модели теплообмена.

К основным результатам фундаментальных исследований можно отнести следующие:

• развиты теоретические основы управления напряженно-деформированным состоянием массива многолетнемерзлых горных пород льдопородной закладкой выработанного пространства;

• созданы основные принципы конструирования нетрадици-

онной ресурсосберегающей системы подземной разработки рудных месторождений криолитозоны, использующей смерзающуюся закладку.

Практическая ценность технологии выемки руды с использованием льдопородной закладки заключается в повышении качественных и количественных показателей добычи и снижении ущерба окружающей среде при минимальном расходе дорогостоящих материалов, эффективном управлении горным давлением, использовании имеющихся минерально-сырьевых ресурсов, материально-технической базы и природно-климатических особенностей, а также возможность комбинирования системы разработки с льдопородной закладкой с мобильными, недорогими вариантами других систем для отработки участков месторождений с относительно низким содержанием полезного ископаемого.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Необутов Г.П., Гринев В.Г. Разработка рудных месторождений с использованием замораживаемой закладки в условиях многолетней мерзлоты. - Якутск: ЯНЦ СО РАН, 1997.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

ш

Необутов Геннадий Павлович - кандидат технических наук, ст. научный сотрудник.

Зубков Владимир Петрович - кандидат технических наук, ст. научный сотрудник, зам. директора по научной работе.

Мамонов Алексей Филиппович - кандидат технических наук, ст. научный сотрудник.

Институт горного дела Севера СО РАН.