CC BY
8
13. Designing a frame system for developing deposits of solid mineral raw materials based on convergent technologies / V.A. Eremenko, Yu.P. Galchenko, V.Yu. Ex, A.R. Umarov // Mining Journal. 2021. № 9.
УДK 504.55.054:622(470.6) DOI 10.46689/2218-5194-2021-4-1-304-312
ПРАКТИКА ПРИМЕНЕНИЯ МАЛОЗАТРАТНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПОГАШЕНИЯ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА
ПРИ ДОБЫЧЕ РУД
И.Ю. Гарифулина, И.А. Зассеев, Н.Т. Дедегкаева, Г.О. Габараев
Рассмотрены примеры погашения выработанного пространства изоляцией очистных выработок и твердеющими смесями малой прочности при разработке рудных месторождений малой мощности. При обосновании возможности применения экономичных способов погашения в основу положен феномен целенаправленного создания такой геомеханической ситуации в массиве, когда он сохраняет свою устойчивость при техногенном воздействии за счет создания несущей конструкции из заклинившихся пород.
Ключевые слова: рудное месторождение, погашение, выработанное пространство, изоляция, твердеющая смесь, прочность, геомеханика, конструкция, заклинивание пород.
Месторождения малой мощности - исторически первый объект удовлетворения потребностей человека в минеральном сырье. Их эксплуатация отличается сложностью залегания в недрах и невозможностью интенсификации добычных работ за счет механизации процессов. Актуальность проблемы увеличивается в связи с возрастающей потребностью промышленности в металлах [1 - 4].
Углубление представлений о физике горных процессов позволяет модернизировать концепцию управления горным давлением путем учета геодинамических факторов в рамках природно-техногенной системы [5 - 8].
Добычные работы изменяют взаимодействие рудовмещающих массивов с крепью выработок: целики начинают работать в условиях сжатия со сдвигом, а кровля - в состоянии растяжения со сдвигом [9 - 12].
Конечной целью управления состоянием рудовмещающего массива является создание ситуации, когда земная поверхность не испытывает влияния горных работ.
Наиболее эффективными считаются технологии с заполнением образующихся пустот твердеющими закладочными смесями, но их применение ограничено высокой стоимостью вяжущих компонент.
Нормативную прочность твердеющих закладочных смесей нередко увязывают с глубиной работ, но практика свидетельствует о недостаточной
корректности такого подхода. Так, на месторождениях Северного Казахстана напряжения в нетронутом массиве на глубине 100 м изменялись в широком диапазоне: вертикальная составляющая 0...31,8 МПа; горизонтальные составляющие 1,0.19,6 МПа; на глубине 500 м от поверхности: вертикальная составляющая 4,6.53,7 МПа; горизонтальные 0,7.46,0 МПа.
Заполнение техногенных пустот твердеющими закладочными смесями прочностью не более 60.70 % от нормативной не сопровождалось разрушением земной поверхности.
При разработке металлических месторождений Северного Кавказа опережающей выемке подлежали богатые руды, а остальные руды использовали в качестве целиков.
Месторождения Садонской группы залегают на глубинах до 250 м в виде жил, линз и прожилков в геологических блоках, разобщенных безрудными интервалами. Основной системой разработки являлась выемка восходящими горизонтальными слоями с частичной закладкой выработанного пространства отбиваемой в пределах блока породой. Тырныаузское вольфрамово-молибденовое месторождение разрабатывали одновременно подземным и открытым способами, результатом чего явилось обрушение пород с выходом воронок на земную поверхность. Наиболее крупный из оползней имел объем 4 млн м на площади 10 га, а объем сдвигающегося массива достигал 15 млн м . Опыт комбинированной разработки месторождений системами с открытым очистным пространством показывает, что при этом следует избегать выемки руды рудником из контура карьера.
Урупское медное месторождение разрабатывают с гидравлической закладкой под р. Уруп, а остальные запасы - с открытым выработанным пространством.
Отличительная особенность эксплуатации месторождений Северного Кавказа - управление рудовмещающим массивом без заполнения пустот, что служит причиной разрушения земной поверхности.
Для увеличения надежности управления массивом пустоты заполняют отсортированной, отбитой в стенках или поданной извне породой.
На месторождениях Казахстана при разработке месторождений в сложных горно-геологических условиях снижалась полнота извлечения руд, возрастала себестоимость добычи и изменялись эргономические условия [13 - 16].
Примером рационального управления состоянием массива является отработка месторождения «Ишимское», пустоты которого объемом 1,5 млн
3 2
м на площади 0,7 млн м погашены изоляцией.
На месторождениях Шокпак и Камышовое пустоты при камерных системах с подэтажной отбойкой погашали закладкой прочностью до 1 МПа, используя то, что при ширине рудных тел до 20 м высота сводов естественного обрушения не превышала 10 м, поэтому пустоты были защищены конструкциями из заклинившихся пород (рис. 1).
иг
Рис.1. Схема образования плоской кровли: Н - высота свода естественного равновесия; Ь - ширина пролета; й! - горизонтальный размер структурных блоков; й2 - вертикальный размер структурных
блоков; % - момент силы
Нормативная прочность твердеющей закладки назначается дифференцированно для каждого варианта условий ее работы. Если пролет обнажения пород в кровле выработки меньше допустимого, пустоты устойчивы и погашать их можно с меньшими затратами. Если это условие не обеспечивается, поверхность разрушается. Компромиссный вариант состоит в разделении выработанного пространства на участки, при которых обеспечивается данное условие (рис. 2).
Технология погашения закладкой малопрочными смесями применена при разработке месторождений Шокпак и Камышовое, расположенных на расстоянии 2,5 км друг от друга. Рудные залежи отличались небольшими размерами, трубообразной формой и сложной морфологией. Глубина границы оруденения от поверхности 50 м. Пустоты, образованные с отбойкой из подэтажных выработок, погашали закладкой прочностью в возрасте 28 дней: днища и потолочины - 1,5 МПа; верхние части камер первой очереди -1,0 МПа; остальные - 0,5 МПа. В год закладывали до 100 тыс. м пустот, из них около 75 % по объему - малопрочной закладкой.
Рис. 2. Технология разработки с изоляцией пустот: 1 - наносы;
2 - граница твердых пород; 3 - рудовмещающий массив;
4 - структурные блоки пород; 5 - прочный разделяющий искусственный массив; Н - глубина работ;
Н - высота возможного свода обрушения
Комбинирование способов погашения пустот твердеющей закладкой и изоляцией применено при отработке верхних горизонтов месторождения в 50 м от поверхности и 20 м от границы коры выветривания. Участок месторождения залегал под пахотными землями. Рудная залежь имела линзообразную форму мощностью 2.10 м и была приурочена к зоне разлома мощностью 2 м. Размеры элементарных блоков не превышали 0,2 м, длина залежи по простиранию 25.30 м, коэффициент структурного ослабления 0,04.0,2. Запасы отрабатывали в два приема. Нижний подэтаж отрабатывали с опережением и заполняли малопрочными твердеющими смесями (0,5.1,0 МПа).
Опыт эксплуатации месторождений сложной структуры позволяет выявить ряд закономерностей, которые могут быть использованы при совершенствовании способов управления состоянием массива.
В результате техногенного воздействия вокруг выработок возникают зоны, характеризующиеся снижением прочности или ослаблением пород (рис. 3).
В породах с прочностью от 70 до 150 МПа и более на контуре выработок коэффициент ослабления снижается до 0,04.1,15 от первоначальной величины 0,25.0,35 в пределах зоны мощностью от 0,5.2,0 до 5.10 м. Вокруг выработок формируются зоны хрупких деформаций.
Для эффективного управления напряжениями камеры отрабатывают с верхней подсечкой. Вначале закладывается основной объем камеры с оставлением у ее кровли незаложенного пространства высотой 2.3 м. После усадки закладки заполняется остальная часть камеры, чем обеспечивается надежность работы системы «порода - закладка».
Рис. 3. Изменение напряжений в окрестностях выработки: 1 - выработка; 2 - зона максимальных напряжений; 3 - зона минимальных напряжений; 4 - зона нетронутых пород
Определено, что подпор вмещающих пород закладкой создает в них объемное напряженное состояние, в результате чего их прочностные характеристики возрастают.
На месторождении Маныбайское (Северный Казахстан) исследовали динамику напряжений в разделяющем карьер и подземный рудник закладочном массиве с размещением глубинных реперов в скважинах. Для измерения вертикальных сдвижений использовали почвенные реперы.
Установлено, что компрессионные свойства затвердевшей закладки обеспечили минимальную усадку под действием подработанной толщи пород. Состояние целика было оценено как удовлетворительное.
Для камерно-целиковых вариантов показателем надежности является устойчивость вертикальных обнажений закладки. Если кровля обнажения сохраняет плоскую форму, прочность и стоимость закладки могут быть снижены. При сплошном порядке отработки этим требованиям отвечает подэтажно-камерная система разработки с закладкой пустот.
Устойчивость вертикальных и горизонтальных обнажений зависит от порядка разработки, поэтому уменьшение прочности компенсируют организацией при закладке пустот смесями.
Погашение выработанного пространства малозатратными методами на основе рационального использования несущей конструкции из заклинившихся пород позволяет улучшить экономику горного производства при обеспечении безопасности производства.
Результаты исследования подтверждаются работами специалистов, занимающихся вопросами обеспечения функционирования горных предприятий [17 - 21].
Список литературы
1. Минерально-сырьевая база цветной металлургии россии / Ю.В. Дмитрак, Б.С. Цидаев, В.Х. Дзапаров, Г.Х. Харебов // Вектор ГеоНаук. 2019. Т. 2. № 1. С. 9-18.
2. Валиев Н.Г., Пропп В.Д., Вандышев А.М. Кафедре горного дела УГГУ - 100 лет // Сб. науч.тр. IX Междунар. науч.-технич. конф. «Инновационные геотехнологии при разработке рудных и нерудных месторождений». 2020. С. 6-18.
3. Перспективы разработки садонских месторождений подземным выщелачиванием / И.Ю. Гарифулина, А.Г. Абдулхалимов, И.А. Засеев, Ю.А. Майстров // Горные науки и технологии. 2020. Т. 5. № 4. С. 358-366.
4. Бурмистров К.В., Осинцев Н.А. Принципы устойчивого развития горно-технических систем в переходные периоды // Известия Томского по-ли-технического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020. Т. 331. № 4. 179-195.
5. Повышение безопасности подземной добычи руд учетом геодинамики массива / В.И. Голик, Ю.И. Разоренов, Ю.В. Дмитрак, О.З. Габараев // Безопасность труда в промышленности. 2019. № 8. С. 36-42.
6. Клюев Р.В., Голик В.И., Босиков И.И. Комплексная оценка гидрогеологических условий формирования ресурсов минеральных вод Нижне-Кармадонского месторождения // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2021. Т. 332. № 8. 206-218. DOI 10.18799/24131830/2021/8/3319.
7. Титов Н.В., Иванов С.И. Исследование процесса формирования зон опорного давления в системе "парные штреки"// Горные науки и технологии. 2020. №5. С. 49-55.
8. Моделирование процесса предконцентрации рудной массы / Х.Х. Кожиев, И.Ю. Гарифулина, А.О. Габараева, Н.Т. Дедегкаева // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. 2020. № 9. С. 92-96.9.
9. Обоснование параметров технологии отработки подработанных вкрапленных руд / О.З. Габараев, Н.Г. Валиев, Ю.А. Майстров, И.А. Зассеев // Устойчивое развитие горных территорий. 2020. Т. 12. № 1 (43). С. 10911510.
10. Влияние режима подготовки вяжущей добавки при изготовлении бетонов / В. И. Голик, О. З. Габараев, Н. М. Качурин, Г. В. Стась // Устойчивое развитие горных территорий. 2019. Т. 11. № 3. С. 315-320.
11. Ляшенко В.И. Природоохранные технологии освоения сложноструктурных месторождений полезных ископаемых // Маркшейдерский вестник. 2015. № 1. C.10-15.
12. Исследование сухих строительных смесей на основе отходов производства для подземного строительства / В.Х. Дзапаров, Г.З. Харебов, В.П. Стась, П.П. Стась // Сухие строительные смеси. 2020. № 1. С. 35-38.
13. Zaalishvili, V.B., Melkov, D.A., Kanukov, A.S., Dzeranov, B.V., Shepelev, V.D. Application of microseismic and calculational techniques in engineering-geological zonation // International Journal of GEOMATE, 2016. 10 (1). Р. 1670-1674.
14. Чотчаев Х. О., Бурдзиева О. Г., Заалишвили В. Б. Влияние геодинамических процессов на геоэкологическое состояние высокогорных территорий // Геология и геофизика Юга России. 2020. 10 (4): 70 - 100.
15. Shchurov N.I., Myatezh S.V., Malozyomov B.V., Shtang A.A., Martyushev N.V., Klyuev R.V., Dedov S.I. Determination of Inactive Powers in a Single-Phase AC Network. Energies 2021. 14. 4814. https://doi.org/10.3390/en14164814.
16. Белодедов А.А., Должиков П.Н., Легостаев С.О. Анализ механизма образования деформаций земной поверхности над горными выработками закрытых шахт // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2017. Вып. 1. С.153-160.
17. Клюев Р.В., Босиков И.И., Майер А.В. Комплексный анализ генетических особенностей минерального вещества и технологических свойств полезных компонентов Джезказганского месторождения // Устойчивое развитие горных территорий. 2019. Т. 11. № 3 (41). С. 321-330.
18. Земсков А.Н., Лискова М.Ю. Пути обеспечения безопасных условий труда горняков на основе автоматизации контроля производственных процессов // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2018. Вып. 1. С. 82-88.
19. Отработка маломощных участков месторождения подэтажно-камерной системой разработки с последующей закладкой выработанного пространства / И.Ю. Гарифулина, В.Ф. Гасымов, Г.О. Габараев, Р.О. Куба-лов // Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. 2020. № 7. С. 45-48.
20. Горно-экологический мониторинг ликвидируемых шахт Кузбасса / В.И. Ефимов, С.М. Попов, Т.В. Корчагина, Н.В. Ефимова / Горный журнал. 2017. № 12. С. 91-94.
21. Новый подход для оценки эффективности работы горнообогатительных комбинатов / И.Т. Мельников [и др.] // Горная промышленность. 2012. № 5 (105). С. 60-66.
Гарифулина Ирина Юрьевна, доц., svgu_gd@mail.ru, Россия, Магадан, СевероВосточный государственный университет,
Зассеев Игорь Анатольевич, асп., gabaraskgmi-gtu.ru, Россия, Владикавказ, Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет),
Дедегкаева Нина Таймуразовна, асп., kafedra-trm@,skgmi-gtu.ru, Россия, Владикавказ, Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет),
Габараев Георгий Олегович, асп., kafedra-trm@,skgmi-gtu.ru, Россия, Владикавказ, Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет)
THE PRACTICE OF USING LOW-COST TECHNOLOGIES FOR THE REPAYMENT OF THE DEVELOPED SPACE DURING THE EXTRACTION OF ORES
I. Yu. Garifulina, I.A. Zasseev, N. T. Dedegkaeva, G. O. Gabaraev
The examples of depletion of the goaf by isolation of stope workings and solidifying mixtures of low strength during the development of ore deposits of low power are considered. The substantiation of the possibility of using economical methods of repayment is based on the phenomenon of purposeful creation of such a geomechanical situation in the massif, when it retains its stability under anthropogenic impact due to the creation of a supporting structure from jammed rocks.
Key words: ore deposit, repayment, goaf, insulation, hardening mixture, strength, geomechanics, structure, rock jamming.
Garifullina Irina Yurievna, associate professor, svgu_gd@mail. ru, Russia, Magadan, North-Eastern State University,
Zaseev Igor Anatolyevich, postgraduate, gahar a skgmi-gtii. ru, Russia, Vladikavkaz, North Caucasus Mining and Metallurgical Institute (State Technological University),
Dedegkaeva Nina Taimurazovna, postgraduate, kafedra-trm@,skgmi-gtu. ru, Russia, Vladikavkaz, North Caucasus Mining and Metallurgical Institute (State Technological University),
Gabaraev Georgy Olegovich, postgraduate, kafedra-trm @,skgmi-gtu. ru, Russia, Vladikavkaz, North Caucasus Mining and Metallurgical Institute (State Technological University)
Reference
1. Mineral resource base of non-ferrous metallurgy of Russia / Yu.V. Dmitrak, B.S. Tsidaev, V.H. Dzaparov, G.H. Kharebov // Vector Geosciences. 2019. Vol. 2. No. 1. pp. 9-18.
2. Valiev N.G., Propp V.D., Vandyshev A.M. Department of Mining of UGSU - 100 years // Sb. nauch.tr. Innovative geotechnologies in the development of ore and non-metallic deposits. IX International Scientific and Technical conference 2020. pp. 6-18.
3. Prospects for the development of Sadon deposits by underground leaching / I.Y. Garifulina, A.G. Abdulkhalimov, I.A. Zaseev, Yu.A. Maistrov // Mining Sciences and Technologies. 2020. Vol. 5. No. 4. pp. 358-366.
4. Burmistrov K.V., Osintsev N.A. Principles of sustainable development of mining and technical systems in transition periods // Izvestiya Tomsk Poly-Technical University. Georesource engineering. 2020. Vol. 331. No. 4. 179-195.
5. Improving the safety of underground ore mining taking into account the geodynamics of the massif / V.I. Golik, Yu.I. Razorenov, Yu.V. Dmitrak, O.Z. Gabaraev // Occupational safety in industry. 2019. No. 8. pp. 36-42.
6. Klyuev R.V., Golik V.I., Bosikov I.I. Complex assessment of hydrogeological conditions of formation of mineral water resources of the Nizhne-Karmadonskoye deposit // Proceedings of Tomsk Polytechnic University. Georesource engineering. 2021. Vol. 332. No. 8. 206-218. DOI 10.18799/24131830/2021/8/3319.
7. Titov N.V., Ivanov S.I. Investigation of the process of formation of reference pressure zones in the "paired drifts" system// Mining Sciences and technologies. 2020. No. 5. pp. 49-55.
8. Modeling of the process of preconcentration of ore mass / H.H. Kojiev, I.Y. Garifulina, A.O. Gabaraeva, N.T. Dedegkaeva // Transport, mining and construction engineering: science and production. 2020. No. 9. pp. 92-96.9.
9. Substantiation of the parameters of the technology of processing of the processed interspersed ores / O.Z. Gabaraev, N.G. Valiev, Yu.A. Maistrov, I.A. Zasseev // Sustainable development of mountain territories. 2020. Vol. 12. No. 1 (43). pp. 109-11510.
10. The influence of the mode of preparation of a binder additive in the manufacture of concrete / V. I. Golik, O. Z. Gabaraev, N. M. Kachurin, G. V. Stas // Sustainable development of mountain territories. 2019. Vol. 11. No. 3. pp. 315-320.
11. Lyashenko V.I. Environmental technologies for the development of complex-structured mineral deposits // Surveying Bulletin. 2015. No. 1. C.10-15.
12. Investigation of dry building mixes based on production waste for underground construction / V.H. Dzaparov, G.Z. Kharebov, V.P. Stas, P.P. Stas // Dry building mixes. 2020. No. 1. pp. 35-38.
13. Zaalishvili V. B., Melkov D. A., Kanukov, A. S., Dzeranov, B. V., Shepelev, V. D. Application of microseismic and calculational techniques in engineering-geological zonation // International Journal of GEOMATE, 2016. 10 (1). R. 1670-1674.
14. Chotchaev XO, Burzawa O. G., V. B. Zaalishvili the influence of the geo-dynamic processes at the geoecological state of the mountainous areas // Geology and geophysics of the South of Russia. 2020. 10 (4): 70 - 100.
15. Shchurov N.I., Myatezh S.V., Malozyomov B.V., Shtang A.A., Martyushev N.V., Klyuev R.V., Dedov S.I. Determination of Inactive Powers in a Single-Phase AC Network. Energies 2021. 14. 4814. https://doi.org/10.3390/en14164814 .
16. Belodedov A.A., Dolzhikov P.N., Legostaev S.O. Analysis of the mechanism of formation of deformations of the Earth's surface over the mining areas of closed mines // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. Issue 1. 2017. pp. 153-160.
17. Klyuev R.V., Bosikov I.I., Mayer A.V. Complex analysis of genetic features of mineral matter and technological properties of useful components of the Dzhezkazgan deposit // Sustainable development of mountain territories. 2019. Vol. 11. No. 3 (41). pp. 321-330.
18. Zemskov A.N., Liskova M.Yu. Ways to ensure safe working conditions for miners based on automation of control of production processes // Izvestiya Tula State University. Earth sciences. 2018. Issue 1. pp. 82-88.
19. Development of low-power sections of the deposit by a sub-storey chamber development system with subsequent laying of the developed space / I.Y. Garifulina, V.F. Gasymov, G.O. Gabaraev, R.O. Kubalov // Transport, mining and construction engineering: science and production. 2020. No. 7. pp. 45-48.
20. Mining and environmental monitoring of liquidated Kuzbass mines / V.I. Efimov, S.M. Popov, T V. Korchagina, N.V. Efimova / Mining magazine. 2017. No. 12. pp. 91-94.
21. A new approach for evaluating the efficiency of mining and processing plants / I T. Melnikov [et al.] // Mining industry. 2012. No. 5 (105). pp. 60-66.
