Управление потерями и разубоживанием в сложноструктурных приконтактных зонах рудных залежей Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

--------------------------------------------- © О.С. Мечиков, 2011

УДК 622.272 О. С. Мечиков

УПРАВЛЕНИЕ ПОТЕРЯМИ И РАЗУБОЖИВАНИЕМ В СЛОЖНОСТРУКТУРНЫХ ПРИКОНТАКТНЫХ ЗОНАХ РУДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ

Обоснована необходимость минимизации технологических параметров горнодобычного и доставочного оборудования для подземной разработки рудных залежей в пространстве сложно-структурных приконтактных зон.

Ключевые слова: рудное месторождение, разрез, рудник, эксплуатационная разведка,

приконтактная зона.

ТЪ период индустриализации Со-

-я-3 ветского Союза, за время Великой Отечественной Войны и последующего восстановления народного хозяйства страны, когда образовался Совет экономической взаимопомощи, состоявший из разоренных войной республик СССР, стран Восточной Европы, слабых в промышленном развитии, и мелкокрестьянских стран Азии — Китая, Северной Кореи, Вьетнама, Лаоса и Камбоджи. Все союзные нам иностранные государства не имели своей сырьевой базы, и Советский Союз взвалили на себя обязанность снабжать их своими природными богатствами фактически за бесценок.

В результате сырьевая база нашей страны оказалась опустошенной на глубину от 500 до 1000 м, от поверхности Земли. Дальнейшее углубление разработки требует гиперболически возрастающих затрат на геологоразведку, горно-подготовительные работы, на предупреждение разрушительных деформаций горных массивов, прорывов подземных вод, взрывоопасных газов (метан) и т.д. Находящиеся в эксплуатации месторождения наиболее ценных руд (Малеевское полиметаллическое место-

рождение, Норильские месторождения медно-никелевых руд) приобретают статус стратегически дефицитных руд, сто требует особо бережного отношения к ним. При этом следует иметь в виду, что с увеличением глубины залегания руд увеличивается сложность морфологии рудных контактов, появляются новые источники образования потерь и разу-боживания (например — дайконосность рудных залежей), что требует наиболее бережного отношения к ним.

Прежде всего необходимо повысить достоверность данных геологоразведки. Например, при начале горнодобычных работ на Малевском руднике выявились расхождения фактических контуров рудных тел с данными геологоразведочных работ (рис. 1 и 2).

На рис. 1 и 2 пунктиром указаны контуры рудных залежей по результатам бурения разведочных скважин, оконтуривающие балансовые запасы руды утвержденные Государственной комиссией по запасам (ГКЗ), а сплошными линиями — фактически установленные контуры рудных тел.

Расхождения контуров произошли ввиду локального проявления породных

50 + 50

+0

Рис. 1. Разрез Х=160 по блоку 1 рудного тела 7 на Малеевском руднике: 1 — рудник; 2 — ГКЗ; 3 — дайка

700

+

800

+

900

+

о

+ 100

Рис. 2. Разрез Х=200 по блоку 2 рудного тела 6 с охватом рудного тела 7 на Малеевском руднике: 1 — рудник; 2 — ГКЗ; 3 — дайка

даек, секущих рудные тела. Средством Наши исследования на Малевском управления потерями и разубоживания полиметаллическом месторождении

на стадии геолого-разве-дочных работ (рудник находится в структуре Зыря-

является опережающая эксплуатаци- новского свинцового комбината) пока-

онная разведка. зали, что при системе разработки вос-

ходящими слоями с твердеющей закладкой образуются сложноструктурные приконтактные зоны двух видов:

• приконтактная зона на торцах слоевых заходок (рис. З);

• приконтактная зона на боковых поверхностях слоевых заходок (рис. 4).

На рис. З изображена структурная схема параметров и вариантов отработки природно-техногенной прикон-тактной зоны, образующейся на торцах слоевой заходки. Специфика горногеологических условий состоит в наличии двух чётко выраженных углов: а — неортогональности оси заходки и контакта рудного тела; f3 — падения рудного тела, а также в сильно выраженной вариации контуров руды.

Из рис. З следует, что приконтактная зона на торце заходки симметрична относительно плоскости контура пересекаемого контакта руды и пород ABKD. Точки перегиба контура руды и пород на боковых гранях слоевой заходки Jj и J2 разделяют заходку на З зоны, — две краевые и серединную. Краевые зоны состоят из прямой пирамиды руды (или пород) и объёма пород (или руды), дополняющего зону до объёма параллелепипеда от начала (или конца) заходки до сечения в точке перегиба рудного контура. Серединная зона состоит из двух геометрически симметричных половинок параллелепипеда между точками перегиба рудного контура J\ и J2. Все линейные, а затем и площадные и объёмные элементы этой структурной модели могут быть рассчитаны по математическим формулам, аналогичным следующим выражениям:

ctgp = ctgpi cos а; ctgpi = ctgp sec а; (1)

a = h• ctgPi, м; (2)

bt = at ■ ctga ,м; h, = a, • tgPi, м;

S.. = 0,5a2 • ctga • tgp1, м2;

S>-iei = b •h - Se., м2.

(4)

(5)

(6) (7)

Объём пирамиды ископаемого в краевой части приконтактной зоны (АВС/1), равный объёму пород в другой краевой части приконтактной зоны фЕКЬ), составляет:

г21 hctga 3

^Гёда/ЛВЫ, = ^ГёдаШЕ^ = ^ , м . (8)

В средней части приконтактной зоны, где J\<i<J2, справедливы выражения:

Seh.J1 SlidJ2 , м ;

(9)

Se. = SehJ, + h • (a - J ) • ctga, м2; (10) v... =(s..., + s... +,Is..., • s... ) x,

eh.I \ .h.Ji .h.I V .h.Ji .h.I J ’

a, - aJi З

x--------- м .

(11)

a = b • tga + h • ctgpi, м;

(З)

По приведенным и другим аналогичным формулам тригонометрии и стереометрии можно вычислить значения любых других элементов структурной модели приконтактной зоны (рис. 3), необходимые для расчётов показателей потерь и разубоживания по каждому из вариантов оконтуривания выемочного пространства в торцовых приконтактных зонах слоевых заходок, где технологические поверхности оконтуривания выработанного пространства контрастно пересекают геологические контуры рудных тел. При помощи этой схемы также впервые разработана и реализована горно-геометрическая модель гео-техногенной приконтактной зоны, позволяющая однозначно рассчитать

\полезное ископаемое;

- \порода; - \контур полезного ископаемого;

Рис. 3. Структурная модель и варианты отработки слоевой заходки в пределах торцевой геотехногенной приконтактной зоны: 1—11 —

технологически возможные варианты оконтуривания добываемой руд; Ь и h — соответственно ширина и высота слоевой заходки, м; а — длина слоевой заходки в пределах приконтактной зоны, или ширина приконтактной зоны по оси слоевой заходки, м; а1 — текущий параметр возможного положения очистного забоя, оконтуривающего выработанное пространство, от точки начала входа заходки в приконтактную зону (т. В), м; а! — длина заходки между соседними целочисленными вариантами, м; п — число технологически возможных и целесообразных для анализа вариантов положения очистного забоя, оконтуривающего выработанное пространство, то есть разграничивающего объёмы теряемой руды и примешиваемых к добываемой руде вмещающих пород, ед.; п1 — число интервалов между положениями очистного забоя, ед., прп+1; а — угол отклонения оси слоевой заходки от перпендикуляра к контакту рудного тела в горизонтальной плоскости, градус; р1 — наблюдаемое на стенке слоевой заходки значение угла падения контакта рудного тела, градус; 5иск., SпOp — площадь соответственно ископаемого или пород в интервале вариантов от 1 до J1, м2; ЛВКБ — положение контакта руды и пород на боковых поверхностях слоевой заходки; АВС/1 — прямая пирамида руды в объёме выработанного пространства слоевой заходки между положениями очистного забоя MNBZ и ЛJ1 ¥Р; БЬКЕ — геометрически равная предыдущей пирамида пород в объёме выработанного пространства заходки между сечениями DOSQ и КЬ/2.

Рис. 4. Схема оконтуривания добываемой руды в приконтактных зонах волнообразного типа по боковым поверхностям слоевых заходок:Х — плоскость боковой стенки слоевой заходки; Y — направление мощности приконтактной зоны; 1—11 — технологически возможные варианты оконтуривания выработанного пространства

все технологически возможные варианты сочетаний потерь и разубоживания руды, что соответствует наиболее высокому уровню достоверности математического моделирования этих показателей при резко косоугольном расположении рудооконтуривающих и горно-технологических поверхностей.

Такие зоны образуются на контактах стенок, потолка или почвы слоевых за-ходок, оконтуривающих выработанное пространство, с контурами рудных залежей или массива упрочнённой (бетонной) закладки.

Для моделирования технологически возможных сочетаний объёмов и масс эксплуатационных потерь руды и разу-боживающих пород на боковых контактах заходок с массивом бетонной закладки или волнообразной поверхностью комформно залегающих вмещающих пород целесообразно использовать объёмную модель синусоидальносопочной поверхности в пределах при-контактных зон по бокам заходок (рис.

4).

Все элементы синусоидальноволнообразной модели предлагается рассчитывать по следующим формулам.

/ 2 =

0,40528 + о + А6

0,40528 + I

А1

£>2 =

i --%-А.

(

12

Значение А

т - у

\ d0

ед.; (12)

, ед.,

(13)

вычисляют по форму-

ле:

Аа = % 1 |^-2 -(О2 cosX - 2 X х

х sin X - 2 cosх)] ; (14)

Мн — нормальная (к длине заходки) мощность охватываемого слоя полезного ископаемого, м; d0 — половина ширины приконтактной зоны, м; х — текущий параметр синусоиды, рад.; yi и у2 — плотность соответственно полезного ископаемого и пород, т/м3.

Положение каждого из технологически возможных вариантов забоя одно-

п

значно определяется ординатой «у» от оси приконтактной зоны (рис. 4).

Результирующие показатели масс или объёмов теряемого полезного ископаемого и разубоживающих пород по первому и второму источникам их образования определяют их арифметическим сложением:

П = П1 + П2, дол. ед.;

Р = Р1 + Р2, дол. ед. (15)

Оптимизация показателей потерь и разубоживания высокоценных или дефицитных руд, добываемых в пространствах сложноструктурных при-контактных зон, может быть обеспечена путём минимизации геометрических параметров добычных блоков, буровых и погрузочных машин до технологически возможных и экономически допустимых пределов. Необходимо увязывать системы разработки и их параметры со спецификой структуры, морфологии при-контактных зон и ценности руд в этих зонах с учётом требований технологий обогащения.

Это означает, что необходима комплексная технология повышения качества добываемой подземным спо-

1. Бахтин А.К., Мечиков О.С. Отбойка руды наклонными скважинами на Белогорском карьере. — М.: Горный журнал, 1961. — № 8. — С. 26—28

2. Мечиков О.С., Жангараев А.Ж., Бахулиев

Р.И. и др. Снижение потерь и разубоживания на Зыряновском карьере, — М.: Цветная металлургия, 1970. — № 18. —

С. 7—8.

3. Мечиков О.С., Жангараев А.Ж., Бахулиев Р.И. и др. Подуступная выемка руды. — Алма-ата: Народное хозяйство Казахстана. — № 11.

— 0,25 п.л.

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -------------

собом из пространства сложноструктурных приконтактных зон рудной массы одновременно с увеличением количества погашаемых при этом балансовых запасов особо ценных или дефицитных руд. Для этого потребуется участие маркшейдерских служб и горнотехнологических подразделений различного уровня с привлечением конструкторских и проектных организаций наряду с соответствующими специалистами предприятий.

Ранее подобная работа, по разработке прогрессивной технологии горнодобычных работ на карьерах Рудного Алтая, выполнена в цветной металлургии СССР силами ВНИИцветмета и горнообогатительных комбинатов. Были исследованы: селективная отбойка руды и пород наклонными скважинными зарядами ВВ, подуступная отбойка руды, выемка её малыми добычными блоками, разработка руд по технологическим сортам (1—6).

Теперь комплексная работа необходима для подземной разработки сложноструктурных приконтактных зон особо ценных или стратегически дефицитных руд.

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

4. Адигамов Я.М., Мечиков О.С. Применение станков СБШ — 250 для бурения наклонных скважин. — М.: Цветная металлургия, 1973. — № 6. — С. 3—6.

5. ШстамовВМ., Новомлинцев АМ., Мечиков О.С и др. Развитие и основные пути совершенствования горных работ на Николаевском карьере. — М.: Горный журнал, 1974. —№2 5.—С. 11—16.

6. Мечиков О.С., Руднев В.Н., Седченко

З.И., Новомлинцев А.М. и др. Выемка руд в заданном соотношении сортов на Николаевском карьере. — М.: Горный журнал, 1977. — № 2.

— С. 42—45. ВШЭ '

Мечиков О.С. — кандидат технических наук, профессор, Московский государственный горный университет, Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru