CC BY
81
УДК 69
DOI 10.21661/r-116633
М.А. Жараспаев
Результаты опытно-промышленных работ по повторной разработке на месторождении Жаман-Айбат (Республика Казахстан)
Аннотация
В статье описаны особенности перехода к повторной разработке на месторождении Жаман-Айбат. Приводятся результаты опытно-промышленных работ по повторной разработке на месторождении, также показаны различные схемы отработки междукамерных и барьерных целиков, принятые в опытно-промышленную разработку. Делаются выводы о необходимости производства дополнительных изыскательских работ с применением компьютерного моделирования для определения оптимальных вариантов повторной разработки.
I Ключевые слова: панельно-столбовая система разработки, целик, повторная разработка, выемка целика, погашение пустот, месторождение Жаман-Айбат.
M.A. Zharaspaev
The results of experimental-industrial works on the redevelopment at the Zhaman-Aibat field (Republic of Kazakhstan)
Abstract
This article describes the features of the transition to the redevelopment of the Zhaman-Aibat field. The author presents the results of experimental-industrial works for the redevelopment of the field, shows the various schemes of interchamber and barrier pillars, adopted in the experimental-industrial development. The conclusions are the following: there is a need for further survey work, using computer modeling, to determine the optimal options for redevelopment.
| Keywords: panel-and-pillar development system, pillar, redevelopment, pillar extracting, goaf, Zhaman-Aibat field.
Вопрос перехода к повторной разработке на месторождении Жаман-Айбат, был заложен на начальном этапе проектирования, с учетом успешного внедрения повторной разработки на Жезказганском месторождении. Первоначальные запасы месторождения Жаман-Айбат отрабатываются па-нельно-столбовой системой разработки с временным оставлением целиков, во второй стадии извлекаются целики, с открытого очистного пространства, и погашаются образованные пустоты. Опыт применения и корректировка параметров панельно-столбовой системы разработки на месторождении Жаман-Айбат ранее описывались в предыдущей статье [1] и показаны на рисунке 1.
Так как месторождение Жаман-Айбат, хотя во многом аналогична Жезказганскому месторождению, но
по горно-геологическим и геомеханическим условиям не соответствует ему, а именно:
- прочность массива руды оказалась почти в 2 раза ниже, чем в Жезказгане;
- строение толщи вмещающих пород и руды характеризуется гораздо более частым переслаиванием пород, включая существенно более слабые прослойки углистых пород.
В связи с тем, что с начала эксплуатации (с 2006 года):
- более половины запасов, отработанной части месторождения, сосредоточены в барьерных (БЦ), междукамерных (МКЦ) и других видах целиках (рисунок 1);
- постоянно идет увеличение образованных пустот (рисунок 2);
^ - первоначально принятые параметры;
3 - измененные параметры со сдвоенными целиками;
3 - скорректированные параметры, применяемые на настоящее время.
Рис. 1. Применяемые параметры панельно-столбовой системы разработки на месторождении Жаман-Айбат
- состояние выработанного пространства и междукамерных целиков со временем теряют устойчивость (по опыту Жезказганского месторождения);
- остро стояла необходимость к переходу ко второй стадии разработки.
12000
10000
£
у 8000
J3 h
6000
Q
G >-
с £
% 4000 из
Q
2000
2006 2007 2008 2009 ■ Всего погашено пустот
2010 2011 2012 2013 2014 авгЛ5 я Всего накоплено пустот
Рис. 2. Диаграмма накопления и погашения пустот на месторождении Жаман-Айбат
Повторная разработка ленточных (сдвоенных) междукамерных целиков. В 2009 году на месторождении Жаман-Айбат, было уже накоплено около 3,5 млн м3 пустот. Для перехода ко второй стадии по выемке целиков и погашения пустот в 2009 году была проведена первая опытно-промышленная отработка ленточных целиков в панели 2 залежи 4-1.
В ходе опытно-промышленных работ по извлечению ленточных, междукамерных целиков в панели 2 на разных стадиях сигнальные целики оставлялись площадью от 45 до 20 м2. Экспериментально в натурных условиях установлено [2]:
- отбойка междукамерного целика без оставления сигнального целика приводит к обрушению непосредственной кровли мощностью до 5 м, которая накрывает отбитую руду и не позволяет ее отгрузить;
- при оставлении сигнальных целиков завышенных размеров (свыше 40 м2) задерживается процесс обрушения налегающей толщи, и требуется их принудительное разрушение взрывными работами;
- для временного поддержания непосредственной кровли призабойной зоны мощностью до 10 м сигнальный целик оптимальных размеров должен осуществлять в режиме запредельного деформирования, сечение сигнального целика должно быть порядка 20 м2 (4 х 5 м);
- после отбойки междукамерного целика стабилизация обстановки (отдельные локальные обрушения кровли) происходит в течение суток, поэтому время отстоя забоя должно быть 1 сутки;
- предельный пролет, при котором произошло самообрушение налегающей толщи, равен 45 м. Обрушение на площади порядка 5 тыс.м2 не вызвало значительной воздушной волны, т.к. оно произошло на породы локальных обрушений, происшедших ранее.
Принятая схема отработки сдвоенных целиков на месторождении Жаман-Айбат, после опытно-промышленной отработки панели 2 залежи 4-1 показана на рисунке 3.
Условные обозначения: ооо- контур обрушения; ¡71 - отработанный целик; В - сигнальный целик; [] - столбчатый междукамерный целик; ИТ - место прорезки ленточного целика; - направление отбойки целика.
Рис. 3. Схема извлечение сдвоенных целиков
Стадии отработки ленточных целиков:
1. Прорезка ленточных целиков (доведение до столбчатых), не более 3-х рядов.
2. Отработка двух радов целиков и прорезка следующего ряда ленточных целиков.
Повторная разработка столбчатых междукамерных целиков. Опираясь на опыт повторной разработки Жезказганского месторождения [3-6], первые опыты по отбойке столбчатых МКЦ произведены в панелях 4 и 5 в 2009-10 годах (рисунок 4).
Данные опыты показали, что в условиях месторождения Жаман-Айбат повторная разработка междукамерных целиков из открытого выработанного пространства из-за невысокой устойчивости кровли, представленной часто переслаивающейся пачкой тонких слоев, возможна только с оставлением сигнальных целиков. Для этого необходимо оптимизировать параметры первичной выемки камерных запасов и сигнальных целиков на стадии повторной разработки. Применительно к конкретным условиям отработки месторождения Жаман-Айбат существенное значение для повторной отработки имеет высота выработанного пространства. Как показал опыт отработки панели 5, после почвоуступной выемки с увеличением высоты выработанного пространства до 1014 м устойчивость МКЦ снижается. Визуальными наблюдениями зарегистрированы интенсивные отслоения с бортов целиков и раскрытие вертикальных трещин. Кровля в этих местах образует консольное зависание, резко снижающее её устойчивость. В таких условиях повторную разработку необходимо вести по принципу от слабого участка - к устойчивому, чтобы максимально снизить дополнительное влияние горных работ на исходную геомеханическую обстановку.
Основным недостатком данной повторной разработки явилось оставление 40 метрового барьерных целиков между панелями 4 и 5 залежи 4-1.
Условные обозначения: ода- контур обрушения; □ - отработанный целик; Н - сигнальный целик; [] - столбчатый междукамерный целик; Ш - место прорезки ленточного целика; - направление отбойки целика.
Рис. 4. Схема извлечение столбчатых междукамерных целиков
Отработка барьерного целика с открытого очистного пространства между панелями 4 и 5 залежи 4-/. Со 2 по 29 марта 2014 года была предпринята попытка отработка барьерного целика между панелями 4 и 5 залежи 4-1 с открытого очистного пространства. Общее направление выемки барьерного целика панелей 4, 5 залежи 4-1 принято с севера на юг в отступающем порядке, путем доведения барьерного целика до массивного целика и последующей отбойкой (рисунок 5).
После отработки двух первых массивных целиков (№№21, 22) произвели прорезку следующих двух рядов БЦ предусмотренные проектом. Ширина обнажения между последующими тремя рядами МЦ увеличились в результате того, что при бурении происходило «вымачивание» горных пород массивного целика, что при бурении сказывалось на его устойчивости, а также многочисленных отслоений с бортов барьерного целика (массивного целика) и постоянном обезопашивании заколообразовании.
26.03.2014 г. все горные работы были остановлены в связи с ухудшением геомеханического состояния района производства горных работ, увеличением пролета между МЦ на четверном ряду (№№17' и 18') до 17 м и интенсивным проявлением горного давления [7].
Повторная разработка столбчатых междукамерных и барьерных целиков. В 2014г. были произведены промышленные эксперименты по извлечению междукамерных и барьерных целиков из открытого выработанного пространства панелей 7, 8, 9, 10 залежи 4-1 ме-строждения Жаман-Айбат (рисунок 6). Проектом было предусмотрено оставление сигнальных целиков для временного поддержания непосредственной кровли при отбойке руды направленным отбросом к месту погрузки. В панелях 7, 8, 9, 10 были отработаны 82 междукамерных и 33 массивных целиков (барьерные целики, доведенные до массивных целиков). Пустоты выработанного пространства погашены самообрушением и принудительной посадкой кровли.
По итогам опытно-промышленной выемки целиков в панелях 7, 8, 9, 10 не удалось достичь 20% потерь, заложенных в проекте. Общие потери в целиках составили ~ 52%. Основными причинами сверхнормативных потерь при опытно-промышленной отработке целиков панели 7, 8, 9, 10 явились [8]:
- накрытие отбитой рудной массы вывалом (обрушением) пород с кровли после отработки целика, из всего 20% - 22 целика;
- оставление усиленных сигнальных целиков (больше проектных) для недопущения продвижения обрушения и качественной отгрузки с минимальным разубоживанием, из всего 6% - 7 целиков;
- некачественная отбойка целика (БВР), из всего 9% - 10 целиков;
- преждевременная потеря устойчивости целика до вовлечения в отработку, из всего 5% - 6 целиков;
- отсутствие безопасного доступа к целику в связи с вывалами пород с кровли, из всего 15% - 17 целиков;
Условные обозначения:
- контур обрушения;
- отработанный целик;
- сигнальный целик;
- столбчатый междукамерный целик;
- место прорезки ленточного целика; ^ - направление отбойки целика.
Рис. 5. Выкопировка с плана (слева) и схема (справ) повторной разработки барьерного целика между панелями 4, 5 залежи 4-1 рудника Жомарт
- не подтверждение содержания в целике, из всего 5% - 6 целиков.
Повторная разработка столбчатых междукамерных целиков и части барьерного целика (путем оформления нулевой камеры). Совместная отработка барьерного и междукамерного целика с открытого очистного пространства по результатам опытно-промышленной отработки панелей 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 зал. 4-I показали неэффективность отработки барьерного целика массивными целиками площадью 13 х 17м, при которых потери составили 50% и более. Для панелей 15, 16, 17, 18 залежи 4-I, с высоты выработанного пространства не более 6м и длиной панели не более 320м, был предложен новый вариант отработки целиков. Данный вариант заключался в уменьшении ширины барьерного целика шириной 40м, до ширины 21м, путем оформления нулевой камеры (увеличение ширины панели с 85м до 104м). Данный способ был предварительно проверен с помощью программы CPS 2005 Pro и промышленно испытан в панели 15.
По фактической «опытно-промышленной» отработке панели 15 залежи 4-I была достигнута промышленная безопасность при выемке междукамерных целиков и части барьерного целика за счет новой схемы развития горных работ по выемке целиков. С учётом фактических небольших высот выработанных пространств в панели 15 (не более 6 метров) проектом было предложено вести отработку междукамерного
целика и части барьерного целика с доведением их до параметров междукамерного целика. Предложенная технология себя оправдала и позволила её рекомендовать при отработке панелей 16, 17, 18 [9].
Недостатками данной схемы отработки являются:
- оставление барьерного целика, шириной 21 м;
- не применимость в панелях высотой выработанного пространства более 6,0 м;
- не применимость в панелях длиной более 350 м (согласно расчетов, экспериментальные работы не проводились).
Выводы. Подводя итог проведенных опытно-промышленных работ по повторной разработке на месторождении Жаман-Айбатможно сделать следующие заключения:
- отработка междукамерных целиков, без включения в отработку барьерного целика, обеспечивает безопасное и эффективное ведение горных работ, но последующая отработка барьерного целика, между двумя обрушенными панелями с открытого очистного пространства, считается не возможной;
- сплошная отработка междукамерных и барьерных целиков (доведенных до массивных целиков) не подтвердили свою эффективность в связи потерями достигающих 50% и более;
- уменьшение ширины барьерного целика путем оформления дополнительной камеры, эффективна, но
Условные обозначения: ■юо- контур обрушения;
- отработанный целик; Н - сигнальный целик;
[] - столбчатый междукамерный целик; т - место прорезки ленточного целика;
- направление отбойки целика.
Рис. 6. Схема извлечение междукамерных и барьерных целиков
применима на небольших высотах, до 6м и в панелях длиной не более 350м, также остается вопрос об отработке оставленного уменьшенного барьерного целика;
- на основании вышеизложенного, необходимо продолжить и произвести дополнительные научно-ис-
следовательские работы в этом направлении, с применением технологий компьютерного моделирования, для определения оптимальных вариантов повторной разработки.
Литература
1. Отчет об опытно-промышленных работах по повторной отработке целиков в панели 2 рудника Жомарт [Текст] / ГГУ ТОО «Корпорация Казахмыс». - 2009. - С. 3.
2. Борщаговский А.И. Опыт повторной разработки с массовым обрушением налегающих пород [Текст] / А.И. Борщаговский, Ю.И. Яковлев, А.П. Волков // Горный журнал. - 1999. - №3.
3. Зайцев О.Н. Геомеханическое обоснование технологии повторной разработки междукамерных целиков из открытого выработанного пространства с обрушением налегающей толщи [Текст] / О.Н. Зайцев, А.Б. Макаров, А.Б. Юн // Маркшейдерский вестник. - 1999. - №4. - С. 17-23.
4. Алипбергенов М.К. Развитие технологии повторной разработки жезказганского месторождения из открытого выработанного пространства с обрушением налегающей толщи [Текст] / М.К. Алипбергенов, А.Б. Юн, О.Н. Зайцев, А.Б. Макаров // Горный журнал. - 2000. - №8. - С. 17-20.
5. Юн Р.Б. Технологическая инструкция по повторной разработке Жезказганского месторождения подземным способом [Нормативный документ] / Р.Б. Юн, О.Н. Зайцев, Т.Т. Ибраев // Жезказган, изд. Корпорации «Казахмыс». - 1999. - С. 17.
6. Заключение по опытно-промышленной отработке БЦ между панелями 4-5 зал. 4-1 гор. - 190 м р. Жомарт [Текст] / ГТО ТОО «Корпорация Казахмыс». - 2014. - С. 3.
7. Анализ по опытно-промышленной выемке целиков из открытого выработанного пространства панелей 7, 8, 9, 10 залежи 4-1 рудника Жомарт / ГТО ТОО «Корпорация Казахмыс». - 2014. - С. 10.
8. Рекомендации к повторной отработке МКЦ и БЦ панелей 15, 16, 17, 18 зележи 4-1 рудника «Жомарт» / ГТО ТОО «Корпорация Казахмыс». - 2015. - С. 6.
