CC BY
42
---------------------------------------- © И.Н. Савич, А.С. Кузьменко,
2005
УДК 622.272:553.277
И.Н. Савич, A.C. Кузьменко
СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ В РАЗВИТИИ ТЕХНОЛОГИЙ С ОБРУШЕНИЕМ И ИХ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ АПАТИТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ХИБИН
Семинар № 13
До настоящего времени запасы апатитовых месторождений Хибин разрабатывались, в основном, с применением системы этажного принудительного обрушения с донным выпуском руды.
При добыче руды на нагорных горизонтах подземных рудников использовали варианты технологий, предусматривавших этажное принудительное обрушение с подэтажной отбойкой руды минными зарядами на горизонтальную подсечку. При этом выпуск руды производили путем грохочения. В дальнейшем перешли на подэтаж-ную отбойку руды веерами вертикальных скважин в зажиме, скреперную доставку, а затем и вибровыпуск.
По мере перехода на отработку запасов руд глубоких горизонтов все явственнее стали проявляться недостатки этого варианта системы этажного принудительного обрушения. В данных горнотехнических условиях наибольшие проблемы возникали на горизонте выпуска и доставки, что было обусловлено высокой степенью его изре-занности выработками.
При отработке наклонных залежей, уходящих под вмещающие рудные тела горные массивы, происходит двукратный от высоты этажа прирост глубины разработки и пропорционально этому увеличение гравитационной составляющей горного давления, что существенно отражается на устойчивости конструктивных элементов системы.
По мере развития фронта очистной выемки на горизонте возникает целый ряд ситуаций, когда на отдельных участках очистные работы надолго прерываются или вообще не могут осуществляться. Так, возникающее при нескольких разрезках связанных со стремлением к максимальному приросту мощности горизонта встречное движение фронтов очистной выемки приводит к образованию сокращающихся в размерах блоков-целиков являющихся концентраторами горного
давления, выработки в которых на завершающей стадии их отработки разрушаются.
В процессе развития горных работ формируются уступы, глубоко вдающиеся в протяженное очистное пространство. При этом часть такого уступа смещается, что приводит к потерям скважин и разрушению подэтажных буровых выработок. Выемка запасов под висячим боком, достаточно часто являвшаяся завершающей стадией отработки горизонта, сопряжена с нарастанием горного давления по мере расширения очистной выемки и углубления подработки пород налегающей толщи, когда происходит разрушение пород на контуре выработок в динамической форме или непрерывное увеличение их сечения, что также осложняет их дальнейшую эксплуатацию.
В условиях высокого горного давления участились случаи запрессовки руды в тыльных частях отбиваемых секций, что приводит к снижению объемов отбойки и, соответственно, темпов ведения очистной выемки. Имелись случаи запрессовки всей секции, как это произошло в лежачем боку блока 13/15 гор. +252 м. Кировского рудника, когда распрессовку руды в предыдущей секции осуществили только за счет отбойки нижней части соседней секции кустами из 2-х сближенных скважин диаметром 300-350 мм. Наконец, при постоянном росте гравитационной составляющей возникают такие условия, когда одиночные скважины диаметром 105 мм не прорабатывают массив при ЛНС = 2,5 м, что вызывает необходимость коррекции параметров отбойки и ухудшает технико-экономичес-кие показатели производства.
Высокая степень зажима ведет к частым зависаниям руды при выпуске, повышенному расходу ВВ на "раскачивание" отбитой рудной массы, увеличению веса зарядов на вторичном дроблении, ускоренному разрушению выпускных выработок, сокращению объемов выхода руды на фу-
гас и снижению безопасности работ на выпуске. Как показывает практика подземной разработки апатитовых месторождений Хибин увеличение гравитационной части горного давления, при переходе на очередной горизонт, приводит к двукратному увеличению прямых расходов на поддержание горных выработок в рабочем состоянии. Расходы на восстановление выработок, при их повреждении во время горных ударов возрастают многократно.
Все перечисленные проблемные факторы, наконец, приведут к ситуации, когда применяемый вариант системы этажного принудительного обрушения окажется не конкурентоспособным по сравнению с другими вариантами этой технологи и системами разработки.
На разных этапах развития подземной эксплуатации апатито-нефелиновых месторождений неоднократно поднимался вопрос о переходе к другим технологиям. Так к реализации предлагались варианты системы этажного принудительного обрушения с частичным подэтажным торцовым выпуском руды, с образованием множественных компенсационных полостей под висячим боком и одновременной отбойкой на них запасов висячего бока. Кроме того, рассматривались варианты, предусматривающие панельноштрековую подготовку горизонтов и отработкой от висячего бока одновременно нескольких горизонтов, что позволяло снизить воздействие горного давления. Все они в условиях перестройки и последующий период оказались невостребованными.
Применявшийся на Кировском руднике при отработке не извлекаемых этажной системой запасов руд в лежачем боку залежи вариант системы подэтажного принудительного обрушения с торцовым выпуском, являвшийся испытательным полигоном для отработки параметров системы в натурных условиях и снятия таких важнейших показателей для данного варианта, как потери и разубоживание, широкого распространения не получил.
Основными причинами, приведшими к ограничению распространения подэтажного принудительного обрушения с торцовым выпуском в условиях разработки мощных апатитовых залежей, являлись: низкая производительность труда, высокая себестоимость добычи, неудовлетворительное проветривание буродоставочных выработок. Если первые два показателя в дальнейшем могли быть улучшены, то трудности в организации нормального проветривания тупиковых забо-
ев в процессе ведения подготовительно-нарезных работ и добычи руды, явились одной из основных причин, тормозящих распространение системы подэтажного принудительного обрушения с торцовым выпуском руды на отработку основных запасов горизонтов апатитовых рудников. На современном этапе развития технологий подземной разработки месторождений полезных ископаемых повышение эффективности применения систем с принудительным обрушением достигается за счет перехода к вариантам подэтажного и этажного принудительного обрушения с торцовым выпуском руды, которые и являются в данных условиях альтернативой системе этажного обрушения с донным выпуском.
Варианты с подэтажным и этажным торцевым выпуском предполагают равномерное размещение буродоставочных выработок в отрабатываемом рудном массиве, что обеспечивает их лучшую защиту от проявлений горного давления. Немаловажное значение при выборе технологий очистной выемки имеют показатели извлечения, характеризующие тот или иной их вариант. Анализ показывает, что на показатели извлечения полезного ископаемого влияют коэффициент разрыхления после отбойки и режим выпуска руды, параметры конструкции днища блока, высота этажа и глубина залегания месторождения.
Планирование добычи руды при управлении качеством следует осуществлять во взаимосвязи с режимом выпуска руды, обеспечивающим рациональные показатели извлечения полезного ископаемого из недр. Для этого необходимо увязать рациональный режим выпуска и прогнозные данные по изменению содержания в процессе выпуска руды из панели, с учетом пространственного размещения полезного компонента в массиве руды и закономерностей выпуска рудной массы. При этом на рудниках, ведущих разработку руд системами с обрушением, применяют равномерно-последовательный режим выпуска, а величину дозы выпуска обосновывают для конкретных параметров системы разработки. Это условие соблюдается и при ограниченной неравномерности выпуска руды. Главное заключается в том, чтобы контакт между рудой и породой опускался без значительных прогибов.
На рис. 1 представлены графики зависимостей изменения уровня потерь и разубоживания от величины разности между объемами руды, выпускаемыми из смежных выработок.
«= о
во 120 240 Зво 480
Разность между весом дозы выпуска, т
Рис. 1. Изменение показателей извлечения в зависимости от величины разности между объемами руды в процессе ее выпуска из смежных воронок
Анализ результатов исследований, характеризующих изменение экономических последствий потерь при различных величинах разности между объемами руды, выпускаемыми из смежных выработок, в подэтажном торцевом обрушении показывает, что рациональное соотношение потерь и разубоживания 6-7,5 и 15,5-15,6 % соответствует определенной величине параметра неравномерности. Предложенный для вариантов систем с п обрушением при торцевом выпуске рудной массы ограниченно неравномерный режим выпуска обеспечивает управление качеством добычи в широком диапазоне.
Обоснование параметров систем подэтажного обрушения базируется в основном на определении конфигурации эллипсоидов выпуска и соответствующих ей параметрах потерь и разубоживания, по результатам исследований полученных при физическом моделировании. При ведении исследовательских работ, проектировании и очистной выемке на рудниках ориентировались в основном на «шведский» вариант подэтажного обрушения. В конечном итоге это привело к тому, что за подэтажным обрушением закрепилась репутация системы с относительно высоким расходом ПНР и низкими показателями извлечения.
При обосновании параметров системы подэтажного обрушения необходимо исходить из минимизации потерь. Это достигается при условии, что разубоживание появляется не ранее, чем при выпуске более 50 % «чистой руды» (рис. 2). В связи с этим основное внимание следует уделять взаимовлиянию фигур образующихся при
30 50 70 90 100 120 140
Объем выпуска, т
Рис. 2. Влияние выпуска «чистой» руды до начала разубоживания на показатели извлечения
выпуске руды из смежных буровыпускных выработок. В предлагаемом варианте взаимодействие эллипсоидов происходит по линии фронта выпуска. По мере выпуска руды одновременно из нескольких соседних пунктов выпуска между эллипсоидами образуются зоны с пониженной плотностью, что приводит к увеличению их ширины и способствует истечению руды под более пологим углом, чем при классической схеме, где эллипсоиды - изолированы.
Применение технологий с торцевым выпуском расширяет возможности для опережающей подработки и ускорения обрушения покрывающих пород, являющихся одним из факторов концентрации горного давления, увеличения высоты подэтажа и сдваивания горизонтов откатки могут существенно улучшить экономику производства и сыграть решающую роль в принятии решения о переходе на технологии, предусматривающие торцевой выпуск рудной массы. Есть решения, позволяющие рассчитывать и на снятие вопроса с обеспечением интенсивного проветривания бу-родоставочных выработок, являющегося на сегодняшний день самым проблемным.
Таким образом, вопрос о переходе на технологии подэтажного и этажного обрушения с торцевым выпуском руды при разработке глубоких горизонтов мощных апатитовых залежей сегодня, как никогда, актуален и дальнейшая отсрочка его решения нежелательна как по соображениям безопасности горного производства, так и обеспечения экономической эффективности подземной разработки.
— Коротко об авторах ----------------------------------------------------------------------------
Савич Игорь Николаевич — кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология, механизация и организация подземной разработки руд», Московский государственный горный университет.
Кузьменко Александр Сергеевич - кандидат технических наук, ОАО НПО ''Физика''.
