Применение систем с самообрушением в условиях кимберлитовых руд Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Е.В. Кузьмин, А.Р. Узбекова, 2005

УДК 622.272

Е.В. Кузьмин, А.Р. Узбекова

ПРИМЕНЕНИЕ СИСТЕМ С САМООБРУШЕНИЕМ В УСЛОВИЯХ КИМБЕРЛИТОВЫХ РУД

Семинар № 13

ереход к подземному способу отра-

ж. А. ботки кимберлитовых трубок Якутии вызвал множество вопросов о возможных системах разработки, приемлемых для дальнейшей отработки запасов. Неоднозначность ситуации при выборе систем подземной разработки кимберлитовых месторождений объясняется отсутствием опыта отработки кимбер-литовых руд, суровыми климатическими и сложными гидрогеологическими условиями ведения горных работ.

Экономическая ситуация вынуждает применять технологии с низкой себестоимостью и высокой производственной мощностью. Этим требованиям в большой степени соответствуют при разработке мощных рудных тел системы с самообрушением.

В полной мере это относится и к отработке кимберлитовых месторождений, поскольку строение и геомеханические характеристики горных пород, слагающих рудные тела, благоприятны для применения систем с самообру-шением. Важным также является то, что использование при добыче алмазосодержащих руд систем с самообрушением позволяет снизить негативное влияние взрывных работ на кристаллы алмазов.

Эффективность применения систем с са-мообрушением очевидна, их внедрение позволило вести подземную разработку месторождений с очень низким содержанием полезного компонента, этим объясняется их повсеместное внедрение на рудниках ЮАР. Рудник Коффифонтейн, отрабатывающий кимберлитовую трубку с низким содержанием алмазов, на протяжении своей более чем столетней истории несколько раз закрывался как нерентабельный и перепродавался разным компаниям. После перехода к системе этажного самообрушения с фронтальноторцевым выпуском рудник относится к рентабельным и имеет устойчивую перспективу.

Принципиальная возможность применения систем с самообрушением зависит от физикомеханических свойств пород, трещиноватости массива и параметров рудных тел. Свойства горных массивов достаточно разнообразны, и для определения их устойчивости или обру-шаемости в мировой практике используются классификации, в которых физико-

механические и геомеханические характеристики массивов систематизированы и сведены к числовому рейтинговому показателю.

Проф. Д. Лобширом разработан «горный рейтинг массива горных пород» (МЯМЯ). Классификация охватывает весь комплекс физико-механических свойств горных пород и приурочена к методике определения параметров систем с самообрушением, составленной на основе физического моделирования и анализа опыта применения систем с обрушением также проф. Д. Лобширом. Методика является общепринятой во многих странах и успешно используется уже более 25 лет.

Основным показателем обрушаемости массива является «гидравлический радиус», определяемый как отношение площади обнажения пород к его периметру, при которых начинается процесс его естественного обрушения. При круглой форме подсечки, диаметр подсечки, а при квадратной - ширина подсечки, равны 4 линейным величинам гидравлического радиуса (рис. 1).

На основе больших объемов эмпирических данных проф. Д. Лобширом построен график зависимости величины гидравлического радиуса от показателя МЯМЯ, с делением массивов горных пород на области обрушаемые, переходные и устойчивые.

Подсечку необходимой площади реально сразу создать невозможно, она создается постепенно при поэтапном обрушении участков массива с частичным выпуском руды. При

Рудное тело (интервалы абсо- МИМИ ЫИо, м Размеры НИр.т., м Возможность

лютных отметок) р.т. по применения сис-

осям, м темы

Трубка «Мир»

-280м и выше 24-29,4 9,8-12 310 х 130 46,4 +

-500/-280 м 24-29,4 9,8-12 370 х 120 34,7 +

-700/-500 м 24-29,4 9,8-12 400 х 60 21,4 +

-900/-700 м 24-29,4 9,8-12 400 х 30 13,9 +

Трубка «Айхал»

Юго-западное (+230/+150 м) 32,6 12,9 173 х 22 12,1 +/-

Северо-восточное (+230/+150 м) 32,6 12,9 327 х 40 22,9 +

Юго-западное (+150/0 м) 36,5 14,4 151 х 24 11,94 -

Северо-восточное (+150/0 м) 36,5 14,4 290 х 20 15,8 +

Юго-западное (0/-100 м) 33,2 13,2 118 х 14 8,9 -

Северо-восточное (западный столб) (0/-100м) 33,2 13,2 166 х 30 13,05 +/-

Северо-восточное (восточный столб) (0/-100 м) 33,2 13,2 84 х 22 11,2 -

Трубка «Удачная»

Западное (-290/-590 м) 30,5 12,5 0 270 51,4 +

Западное (-590/-1080 м) 35,15 14,2 0 110 27,4 +

Восточное (-290/-590 м) 36,5 15 0 250 56 +

Восточное (-590/-1080 м) 41,8 16,7 180х280 52,3 +

этом самообрушение прекращается из-за образования устойчивых сводов (рис. 2).

При достижении подсечкой величины гидравлического радиуса последующий развивающийся процесс обрушения достигает поверхности. Данный эффект обусловлен тем, что обрушение происходит за пределами свода естественного равновесия, высота которого за-

Рис. 1. Параметры подсечки и их соотношение с величиной гидравлического радиуса НК

висит от физико-механических свойств массива. Когда обрушение достигает поверхности, происходит интенсивное обрушение и образуется воронка обрушения и дальнейшего заклинивания пород не происходит.

Анализ горногеологических условий ким-берлитовых месторождений Якутии показал возможность применения систем с самообру-

Оподсечки — 4 ИР

3

шением для большинства из них. Этому благоприятствует строение и текстура рудных массивов, представленных сильно-трещиноватыми брекчиевидными породами с хорошими показателями обрушаемости. Гидравлический радиус обрушения для условий кимберлитовых месторождений находится в пределах от 9,8 до 16,7 м (рис. 3).

Площади рудных тел намного больше необходимых для достижения величины гидравлического радиуса, в пределах которого возможно развитие само-обрушения массива. В таблице представлены результаты расчетов по выявлению возможности применения технологии с само-обрушением руды в условиях основных трубок АК «АЛРОСА».

Исходя из результатов проведенных исследований видно, что размеры в плане и конфигурация рудных тел на различных горизонтах месторождения позволяют создавать достаточную площадь обнажения для инициации процесса естественного разрушения массива.

Снижение давления на выра-

Рис. 3. Диапазон изменения гидравлических радиусов в условиях кимберлитовых руд Якутии

Рис. 2. Этапы процесса самообрушения:

1 - проведение отрезной щели; 2 - формирование подсечки для инициации самообрушения; 3 - достижение величины гидравлического радиуса; 4 - разрушение свода естественного равновесия, обрушение достигает поверхности

ботки происходит в процессе обрушения, включая стадию выпуска вследствие перераспределения напряжений в массиве. Таким образом, можно заключить, что для снижения опорного давления необходимо в наиболее ко-

60

50

3 40

с

с

си

ю

* 30

о.

20

10

1

Устойч ивые/ / лу

¿1У. V

— / > а ю о е ы ъ е ГС 3

-ь

2 3

г

10 20 30 40

Гидравлический радиус, м

Гидравлические радиусы обрушения для трубок: "Мир" (1), "Айхал" (2), Удачная" (3)

50

0

роткие сроки создать подсечку с площадью, превышающей площадь, образуемую гидравлическим радиусом.

Для быстрого инициирования самообруше-ния необходимо правильно выбрать форму подсечки в плане. Наиболее оптимальными являются круглая и квадратная формы, поскольку при этом при минимальной площади обнажения возможно достижение величины гидравлического радиуса.

Вторым путем более быстрого достижения подсечкой величины гидравлического радиуса можно является ее формирование от зон, ослабленных тектоническими нарушениями.

Кроме того, интенсифицировать процесс формирования возможно правильно выбрав порядок отработки рудного тела. Трубчатое строение кимберлитовых рудных тел и низкая устойчивость массивов предполагает

расположение подготовительных выработок во вмещающих породах за зонами контактов, при этом порядок отработки от центра трубки к ее флангам позволит сократить длину доставочных выработок и соответственно в более короткие сроки сформировать подсечку и расширить фронт работ при очистной выемке.

Системы с самообрушением руды всегда привлекали внимание своей дешевизной, кажущейся простотой, сразу с появлением систем с обрушением, а для алмазодобывающих рудников особый интерес, ведь известно, что буровзрывные работы так портят кристаллы алмазов, что их ценность снижается на 50%, то есть падает до 2 раз. Поэтому оценка возможности применения самообрушения для данных условий является актуальным вопросом, требующим тщательного рассмотрения.

— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------------------------

Кузьмин Евгений Викторович — профессор, доктор технических наук, зав. кафедрой,

Узбекова Алина Рашидовна — горный инженер, ассистент,

кафедра «Технология, механизация и организация подземной разработки руд», Московский государственный горный университет.

---------------------------------------------------------------------- НОВИНКИ

ИЗДАТЕЛЬСТВА МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА

Пучков Л.А., Сластунов С.В., Федунец Б.И. Перспективы добычи метана в Печорском угольном бассейне. — 556 с.: ил.

ISBN 5-7418-0336-9 (в пер.)

Изложены результаты исследований, в ходе которых собрана и обобщена горно-геологическая и горно-техническая информация по Воркутинскому месторождению, основные принципы и методология оценки участков угольных месторождений и конкретных шахтных полей Воркутинско-го месторождения по метанодобываемости. Дан анализ распределения метана по месторождению. Описаны подготовка геодинамического районирования объектов для выявления перспективных участков работ по добыче угольного метана и методика метанодобываемости угольных пластов с определением показателей природной газоотдачи угольных пластов в скважины. Рассмотрены перспективы использования угольного метана. Изложены основные экологические аспекты рассматриваемого вопроса и первичные результаты натурных исследований, проведенных на двух скважинах поля доразведки шахты «Комсомольская».

Для инженерно-технических работников топливно-энергетического комплекса, специалистов научно-исследовательских и проектных организаций угольной и газовой промышленности.

УДК 622.411.33

--------------------------------------------------------- © В.В. Набатов, 2005