CC BY
47
3. Protosenja A.G., Beljakov N.A. Metod prognoza naprjazhen-no-deformirovannogo sostojanija obdelok dvuh vzaimovlijajushhih tonnelej s uchetom tehnologii stroitel'stva. Zapiski Gornogo instituta. SPb. 2012. T. 199. S. 128-133.
4. Protosenja A.G., BeljakovN.A. Opredelenie prostranstvennogo naprjazhenno- defor-mirovannogo sostojanija slabogo gruntovogo massiva v prizabojnoj chasti pri prohodke tonnelja s ispol'zovaniem prigruza zaboja. ZapiskiGornogoinstituta. SPb. 2011. T. 190. S. 149-157.
5. Hibbitt, Karlsson, Sorensen, Inc "Abaqus.Standard User's manual, v.6.12," Providence, Rhode Island. 2012.
УДК 622.272
ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТКИ БОГАТЫХ
ЖЕЛЕЗНЫХ РУД ЯКОВЛЕВСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
К. В. Созонов
Рассмотрена технология разработки богатых железных руд Яковлевского месторождения, представленных в основном рыхлыми тонкопористыми разностями желе-зослюдково-мартитового состава, слоевой системой с очистными выработками полигональной формы и закладкой выработанного пространства. Обоснованы параметры очистной выемки с применением камер увеличенных размеров, обеспечивающих повышение производительности Яковлевского рудника.
Ключевые слова: железорудное месторождение, слоевая система разработки, очистные камеры, устойчивость.
Сложные горно- и гидрогеологические условия разработки Яковлевского месторождения с наличием слабых неустойчивых рыхлых железных руд с пределом прочности на сжатие 1,02...2,1 МПа [1] и семи водоносных высоконапорных водоносных горизонтов предопределили применение на первом этапе разработки месторождения слоевой системы разработки с закладкой выработанного пространства, которая позволяет извлекать до 98 % запасов железных руд, однако относительно невысокая производительность труда вынуждает искать более эффективные варианты системы разработки.
Для повышения производительности Яковлевского рудника предложено применить систему разработки с очистными камерами полигональной формы увеличенных размеров [2]. Выполненное геомеханическое обоснование безопасных параметров камер полигональной формы [3] подтвердило возможность перехода к отработке запасов мартитовых и гидрогемати-то-мартитовых железных руд вариантом слоевой системы с камерами увеличенных размеров. Сущность предлагаемого способа разработки заключается в отработке ориентированных вкрест простирания очистных камер полиго-
нальной формы сечения с применением буро-доставочных и вентиляцион-но-закладочных ортов, расположенных в основании и кровле камер (рис. 1).
Камеры смежных этажей смещают на половину их ширины. Выемку руды осуществляют поуступно в нисходящем порядке под защитным перекрытием с использованием буровзрывного способа отбойки. После уборки отбитой горной массы камеру закладывают твердеющей закладкой с оставлением в кровле камеры вентиляционно-закладочного орта в результате не-дозаклада. Ширину, высоту камер различных очередей, угол наклона боковых стен камер определяют из математических выражений, исходя из устойчивого пролета защитного перекрытия, ширины буро-доставочного орта и угла внутреннего трения рудного массива [4]:
В - Ь , , ф
В < Ь
к
; к « — В; к2 ъ В; а = 45 + —, ус^ 2с^а 1 2 2 2
где В - ширина камеры, м; Ьуст - устойчивый расчетный пролет защитного перекрытия, м; к - высота камеры, м; Ь - ширина доставочного орта, м; а - угол наклона стенок камеры, град; к1 - высота камеры первого этажа, м; к2 - высота камеры второго этажа, м; ф - угол внутреннего трения рудного массива, град.
Рис. 1. Схема подготовки и отработки камер, вертикальный разрез вкрест
простирания
Камеры, смежные с рабочей, должны быть заполнены закладочным материалом, набравшим нормативную прочность или представлять неотработанную часть массива (рудный целик), для повышения безопасности ведения горных работ.
При этом за счет формирования монолитного закладочного массива в верхней части очистной камеры возможно увеличить нагрузку на очистной забой.
Отработка камер в нисходящем порядке позволяет исключить выва-лообразование в кровле камер, находящихся непосредственно под защитным перекрытием. Размещение камер в шахматном порядке повышает устойчивость верхних наклонных стенок камер за счет расположения половины камеры под заложенным массивом (рис. 2).
Однако такое расположение камер увеличивает нагрузку, воспринимаемую рудным межкамерным целиком, что повышает вероятность потери несущей способности стенок нижней части камер. Для предотвращения вывалов из стенок камер им придают полигональную форму, угол наклона стенок которой зависит от угла внутреннего трения пород массива.
Результаты моделирования напряженно-деформированного состояния вокруг камер и выработок, пройденных в рудном массиве, показали, что устойчивость межкамерных рудных целиков сохраняется в плотных железос-людково-мартитовых рудах [2]. В рудном массиве средней и низкой плотности обеспечение устойчивости целиков и кровли выработок достигается применением стеклопластиковых анкеров [5].
Рис. 2. Схема расположения очистных камер
Низкая устойчивость рудного массива увеличивает риски вывалооб-разования в кровле камер и разрушения межрудных целиков. Для повышения безопасности ведения горных работ предлагается поуступная отработка очистных камер. При этом длину заходок принимают 6-15 м (с шагом 3 м). Длина заходки определяется технологическими параметрами и временем цикла
полной отработки камеры. Увеличение длины заходки позволяет уменьшить количество камер, находящихся в одновременной отработке.
Однако поуступная отработка и закладка камер влияют на вентиляцию блока. В этой ситуации проветривание очистных и подготовительных выработок приходится осуществлять по тупиковой схеме, тем самым усложняя схему вентиляции и увеличивая издержки.
Для обеспечения сквозного проветривания камер и выработок за счет общешахтной депрессии предлагается оставлять в закладываемых камерах вентиляционно-закладочный орт (рис. 3). Свежий воздух из штреков лежачего бока подается по вентиляционно-закладочному и буро-доставочным ортам в очистную камеру, а отработанный воздух удаляется по искусственно сформированному вентиляционно-закладочному орту в вентиляционный штрек висячего бока и далее к вентиляционному стволу.
А А-А
Рис. 3. Схема и план расположения вентиляционно-закладочного орта
В ситуациях, когда закладка или отбитая в камере руда препятствует прохождению отработанного воздуха из буро-доставочного орта в вентиля-ционно-закладочный орт, необходимо применять тупиковую схему проветривания с использованием ВМП.
Формирование вентиляционно-закладочного орта над искусственным массивом начинается с полной закладки очистной камеры, для чего производится подготовка ее к приему закладочной смеси: выполняется равномерная подсыпка отбитой рудной массы на высоту 100 - 300 мм и производится армирование несущего слоя; монтируются основные и промежуточные закладочные перемычки и др.
Подача закладки осуществляется самотеком из закладочного трубопровода, расположенного в вентиляционно-доставочном орте. По объему поданной закладки контролируют её уровень в камере и оставляют недозоклад в кровле камеры для формирования вентиляционно-закладочного орта. Высота недозаклада принимается достаточной для свободного прохода людей и размещения оборудования, осуществления вентиляции и ведения закладочных работ [6].
Для уменьшения суммарной усадки закладочного массива, после отработки и закладки камеры на всю мощность рудного тела вентиляцион-но-закладочный орт и сбойка до штрека лежачего бока подлежат полной закладке. Переход на следующий этаж осуществляется только после набора нормативной прочности закладочного массива.
Увеличение нагрузки на забой достигается разнесением технологических процессов бурения и заряжания скважин, доставки руды, и монтажа закладочного трубопровода в различные выработки в пределах очистной камеры, так и в различные камеры в пределах одного этажа. Каждый участок обслуживает один добычной комплекс, состоящий из буровой установки и одной или двух ПДМ. В случае если длина откатки превышает 300 м, технологический комплекс может быть дополнен автосамосвалами.
Для обеспечения безопасности ведения горных работ порядок отработки камер предусматривает наличие междукамерного целика шириной не менее пролета очистной камеры.
Применение данной технологии в условиях Яковлевского месторождения неустойчивых железных руд, по предварительной оценке, позволит обеспечить годовую производительность блока на уровне 480 тыс.т/год, повысить технико-экономические показатели добычи, безопасность труда горнорабочих и решить ряд связанных с этим проблем:
- обеспечить устойчивость очистных камер за счет придания полигональной формы и использования крепления зон потенциального вывалообра-зования стеклопластиковыми анкерами;
- осуществить вентиляцию очистных камер и выработок за счет общешахтной депрессии;
- уменьшить суммарные усадки закладочного массива за счет двух-этапной закладки отработанных камер.
Список литературы
1. Протосеня А.Г., Трушко В. Л. Прогноз устойчивости выработок в слабых железных рудах Яковлевского месторождения // Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых. 2013. №4. С. 1-13.
2. Trushko V.L., Protosenya A.G., Ochkurov V.I. Prediction of the Ge-omechanically Safe Parameters of the Stopes during the Rich iron Ores Development under the Complex Mining and Geological Conditions // International Journal of Applied Engineering Research. Volume 11. Number 23. 2016. P. 11095-11103.
3. Trushko V.L., Protosenya A.G. Stress-Strain Behavior of the Workings during the Rich iron Ores Development under the Confined Aquifers // International Journal of Applied Engineering Research. 2016. Volume 11. Number 23.
4. Пат. 2248448 РФ. Способ разработки мощных крутопадающих залежей слабых руд / В.Л. Трушко, Ю.Н. Огородников, А.Г. Протосеня. Опубл. 20.03.05. Бюл. № 8.
5. Трушко В. Л., Созонов К.В. Обеспечение устойчивости подготовительных выработок при разработке Яковлевского месторождения // Естественные и технические науки. 2016. №6. С. 63-67.
6. ПБ 03-553-03. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и рассыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом. М., 2003.
Созонов Кирилл Владиславович, асп., ksozonov@mail.ru, Россия, Санкт-Петербург, Санкт-Петербургский горный университет
RAISING EFFICIENCY OF MINING RICH IRON-ORES OF YAKOVLEVSKYI DEPOSIT
K.V. Sozonov
Technology of mining rich iron-ores of Yakovlevskyi deposit, which presenting as a rule porous elements of iron-mica- martite composition, by slicing method with polygonal configuration stopes and goaf stowing is considered. Parameters of stopped excavation with the application of oversize dimension stopes providing an increase in efficiency of the Yakovlevsky mine are proved.
Key words: iron-ore deposit, slicing method, stopes, stableness.
Sozonov Kirill Vladislavovich, postgraduate, ksozonov@mail.ru, Russia, Saint Petersburg, Saint Petersburg Mining University
Reference
1. Protosenja A.G., Trushko V.L. Prognoz ustojchivosti vyrabotok v slabyh zheleznyh rudah Jakovlevskogo mestorozhdenija // Fiziko-tehnicheskie problemy razrabotki poleznyh iskopaemyh. 2013. №4. S. 1-13.
2. Trushko V.L., Protosenya A.G., Ochkurov V.I. Prediction of the Geomechanically Safe Parameters of the Stopes during the Rich iron Ores Development under the Complex Mining and Geological Conditions // International Journal of Applied Engineering Research. Volume 11. Number 23. 2016. P. 11095-11103.
3. Trushko V.L., Protosenya A.G. Stress-Strain Behavior of the Workings during the Rich iron Ores Development under the Confined Aquifers // International Journal of Applied Engineering Research. Volume 11. Number 23. 2016.
4. Pat. 2248448 RF. Sposob razrabotki moshhnyh krutopadajushhih zalezhej slabyh rud / V.L. Trushko, Ju.N. Ogorodnikov, A.G. Protosenja // Opubl. 20.03.05, Bjul. № 8.
5. Trushko V.L., Sozonov K.V. Obespechenie ustojchivosti podgotovi-tel'nyh vyrabotok pri razrabotke Jakovlevskogo mestorozhdenija // Estest-vennye i tehnicheskie nauki. №6. 2016. S. 63-67.
6. PB 03-553-03. Edinye pravila bezopasnosti pri razrabotke rudnyh, nerudnyh i rassypnyh mestorozhdenij poleznyh iskopaemyh podzemnym sposobom. Moskva, 2003.
