CC BY
26
© Г.П. Heo6yTOB, 2003
YAK 622.838.5
Г.П. Heo6yTOB
COBEPШEHCTBOBAHИE PAЗPAБOTKИ PYAHbIX MECTOPOЖAEHИЙ KPИOЛИTOЗOHbl С ИCПOЛЬЗOBAHИEM ЛЬAOПOPOAHOЙ ЗAKЛAAKИ
Основные принципы конструирования нетрадиционной ресурсосберегающей системы подземной разработки рудных месторождений криолитозоны со сплошной выемкой руды камерами с закладкой выработанного пространства промораживаемым закладочным материалом установлены в Институте горного дела Севера СО РАН при внедрении технологии на золоторудном месторождении Бад-ран в Якутии [1]. Основным недостатком ведения горных работ явилась низкая механизация производственных процессов.
В представляемой работе приводятся исходные положения совершенствования отработки малообъемных месторождений, отдельных участков рудных залежей, карьеров, предохранительных целиков и т.д. с использованием самоходного оборудования и возведением льдопородных опор. Смерзание закладочной смеси, смоченной водой, основано на использовании энергии естественного холода и осуществляется за счет отвода тепла при кристаллизации воды в воздух, в предварительно охлажденную смесь и окружающий горный массив.
Работы по возведению искусственных целиков из льдопородной закладки производятся при низких отрицательных температурах, при этом вентиляторами местного проветривания с поверхности подается в камеры холодный воздух. Необходимый температурный режим на участке опытно-промышленных работ для эффективного использования льдопородной закладки следующий: температура массива пород - не выше минус 2 °С, температура рудничного воздуха - минус 4-6 °С, температура атмосферного воздуха -минус 15 °С и ниже.
В общем случае, основными этапами способа разработки месторождений твердых полезных ископаемых при управлении горным давлением льдопородной закладкой выработанного пространства являются: 1) охлаждение пород в районе закладочных работ путем циркуляции холодного воздуха с температурой от минус 15 °С и ниже, в результате чего происходит промораживание пород на расстоянии 1-2 м от стенки выработки; 2) образование льдопородного массива путем послойного наращивания закладки с периодическим охлаждением слоя пропусканием холодного воздуха.
Важно, чтобы охлаждающий поток воздуха, имеющий температуру минус 15 °С и ниже и скорость 4-5 м/сек, не смешивался и не пересекался с вентиляционной струей. Принципиальная схема технологии ведения горных работ при управлении напряженно-деформированным состоянием массива многолетнемерзлых горных пород смерзшейся закладкой показана на рисунке.
Вскрытие участка добычи руды заключается в проведении оконтуривающих наклонных (спиральных, диагональных - в зависимости от конкретных горногеологических условий залегания) съездов, штреков, ортов, восстающих, обеспечивающих возможность проведения подготовительных выработок. Выемка рудных участков осуществляется в восходящем порядке.
Отработка добычного горизонта, ограниченного наклонными съездами и разделенного на камеры-заходки I и II очереди, размеры которых принимаются в соответствии с размерами применяемого оборудования, ведет-
ся в две стадии: 1) выемка первичных камер 8 через одну, их закладка и проморозка; 2) выемка междукамерных рудных целиков 9. В случае необходимости предупреждения сдвижения земной поверхности закладываются и вторичные камеры.
По окончании очистной выемки и проведения работ по креплению выработок на участках с неустойчивыми обнажениями массива, в нижней части камеры сооружается перемычка 2, в качестве которой целесообразно применение инвентарной металлической перемычки многократного использования, после чего производятся работы по возведению льдопородного массива.
Для приготовления породных смесей сооружается закладочный комплекс, включающий бункер - питатель, грохот, дробилку, конвейер, смеситель. Технологическая схема при этом намного проще, чем схема приготовления закладочного материала на цементной основе или на основе молотых и гранулированных шлаков. Инертными заполнителями закладочных смесей являются местные природные материалы: пустые породы с поверхности, от горных работ, песок, песчаногравийная смесь, дробленый лед, отходы котельных. Гранулометрический состав пород -крупность не более 200 мм. Такой грансостав пород можно получить, например, на установке ПДСУ-200 с производительностью 65 м3/час. Данная установка состоит из комплекса передвижных дробильных установок, применяемых в дорожном строительстве и может быть использована практически на любом предприятии. Полученную закладочную смесь (охлажденную) транспортируют автосамосвалами и складируют на поверхности у места закладочных работ или породоспускной (доставочной) выработки.
В качестве связующего компонента используется пресная (способная замерзать) вода температурой не выше 5 °С, цементирующая закладочную смесь при промораживании. Для воды
используют емкость вместимостью 40-50 м3, которую устанавливают на поверхности вблизи закладочных работ в утепленном помещении передвижного типа. В целях предотвращения замерзания воды в помещении поддерживают температуру не ниже 2 °С. Для подачи воды из емкости в закладываемый горизонт используют полиэтиленовые трубы, имеющие значительно меньшую теплопроводность в сравнении с остальными. Количество смачивающей воды изменяется в пределах 10-20% от объема закладки.
Доставка охлажденной на поверхности закладочной смеси до выработанного пространства осуществляется либо перепуском материала с поверхности - гравитационным способом через
породоспускные восстающие, либо с использованием погрузо-доставочных машин 5. Закладка породы в камеру и планировка производится равномерно слоями скреперной лебедкой 7 (ЁС-30 или ЁС-55) обратным скреперованием скрепером измененной формы («бульдозерный нож») или закладочной машиной (фирма рдаБ).
Для получения наиболее прочного искусственного массива и сокращения расхода воды нижние закладочные слои в камере уплотняют механическим катком 10, например прицепным, кулачковым ДУ-26 и производят заливку каждого слоя дозиро-ванно подаваемой водой (~15% от объема закладки).
Закладочный массив в камере высотой порядка 5 м формирует-
Принципиальная схема технологии добычи руды с льдопородной закладкой: 1 - доставочный штрек; 2 - перемычка; 3 - льдопородная закладка; 4 - форсунка; 5 - погрузо-
доставочная машина; 6 - вентиляционно-закладочный штрек; 7 - скреперная лебедка (закладочная машина); 8 - первичная камера; 9 - вторичная камера (междукамерный целик); 10 - каток
ся слоями 0,5 м и крупностью пород не более 200 мм.
Применяется гидравлический способ распыления воды плоскоструйными и конусными форсунками серийного производства. Давление воды перед форсунками изменяется в пределах 0,2-1 МПа. Для очистки магистрали от остатков воды используется сжатый воздух. Холодный воздух с температурой минус -15 °С и ниже подается с поверхности к месту наморозки вентилятором местного проветривания по вентиляционным рукавам диаметром ~0,6 м. Направление потока воздуха должно совпадать с направлением оси факела форсунок.
На поверхности заложенного слоя вода также может равномерно распределяться при помощи дождевальной короткоструйной дефлекторной насадки кругового действия с расходом воды 2,3 л/с и радиусом действия до 10 м, использовавшейся при на-морозке льда на россыпных шахтах Северо-Востока.
Камеры второй очереди 9 отрабатываются после набора искусственными целиками 8 необходимой нормативной прочности на сжатие не менее 3 МПа.
Горные работы должны включать организацию периодического контроля фактических параметров теплового режима; оценку несущей способности льдопородных целиков; испытание и оценку эффективности предложенных способов упрочнения породного и закладочного массива; периодическое определение фактических значений показателей извлечения.
Контроль за проморозкой закладки, фильтрацией воды осуществляется путем проведения температурных измерений с помощью гирлянды терморезисторов, устанавливаемых в шпурах
длиной 2-3 м, пробуренных в закладочный массив из перемычки. Для измерения температуры поверхности объектов используется портативный неконтактный инфракрасный термометр с одноточечным лазерным прицелом.
Прогноз продолжительности формирования льдопородного массива с использованием математической модели теплообмена на основе общей постановки задач типа Стефана для квазилинейного уравнения показывает, что при заданных условиях температурного режима воздуха и пород, близких к реальным,
льдопородный целик высотой 5 м формируется за один-полтора месяца. Причем основная часть времени затрачивается на про-морозку последнего слоя закладки, которая происходит, в основном, за счет аккумулированного холода в потолочине горной выработки. Результаты расчетов являются основой для разработки технологических схем выемки первичных и вторичных камер во времени и пространстве.
Использование мероприятий по снижению продолжительности промораживания закладки (проветривание холодным воздухом,
использование цементирующей шуги и т.д.) и повышению устойчивости искусственных целиков (проведение крепильных работ во время закладки) позволит отрабатывать междукамерные целики уже через 1-2 мес. после закладки смежных первичных камер.
Приведенные методические аспекты добычи руды с использованием льдопородных целиков предложены для проведения опытно-промышленных испытаний технологии возведения промораживаемой закладки на «слепом» рудном теле месторождения кимберлитовой трубки «Айхал».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Необутов Г.П, Зубков В.П, Мамонов А.Ф. Подземная добыча руды с использованием льдопородной закладки на ме-
сторождении Бадран в Якутии // Горный информационно-аналитический бюллетень. - 2001. - №10. - С. 71-74.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Необутов Геннадий Павлович - кандидат технических наук, ст. научный сотрудник, Институт горного дела Севера СО РАН, г. Якутск.
УЛК 622.23.085.001.891.573
© В.А. Сухарникова, А.А. Привалов, А.В. Евстратова, 2003
В.А. Сухарникова, А.А. Привалов, А.В. Евстратова
НАПРЯЖЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПОРОЛ ВБЛИЗИ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
Проведенные шахтные измерения смещений горных пород в кровле выработок и их анализ показали, что в кровле выработок, закрепленных рамными и анкерными и другими видами крепи, максимальные смещения не превышали 4,5 мм. Измерения проводились по методу, представленному в работе [1]. Суммарное расслоение пород кровли достигало 3,75 мм. Все расслоения по графикам в безразмерных координатах и/а и г/а происходили без увеличения объема, а, значит, и без разрушения пород. Рамная крепь, не имеющая хорошего контакта в системе "крепь - боковые породы" и различные режимы работы анкерной крепи замкового типа, не препятствуют смещению и расслоению пород кровли при
взрывных работах. Величина
смещений глубинных реперов уменьшается с увеличением глубины их заложения в породах кровли выработок. Расслоение происходит непоследовательно слой за слоем, а в виде расслоения породной толщи мощностью до 4,5 м. Характер деформации пород кровли закрепленной сталеполимерными анкерами незначительно отличается от деформации кровли, закрепленной анкерами замкового типа с предварительным натяжением анкерного стержня с усилием 30-40 кН. Смещения после первого цикла взрывных работ, составляют до 80 % от смещений в конце измерений (шестой цикл взрывных работ).
По результатам измерений смещений пород кровли выработок, закрепленных различными видами анкерной крепи и способа проведения горных выработок, построены зависимости высоты зоны деформированных пород кровли от типа анкерной крепи, которые представлены на рис. 1.
В выработках, в которых производилось измерение смещений пород кровли, сопротивление анкерной крепи изменялось от 30 до 130 кН. Установле-
