CC BY
15
© А. Д. Якименко, В.И. Голик, Т. С. Цидаев, 2005
УДК 274.5
А.Д. Якименко, В.И. Голик, Т. С. Цидаев
УПРОЧНЕНИЕ МАССИВОВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Семинар № 11
Гехнологии подэтажного обрушения при разработке техногенных месторождений эффективны в случае высокого содержания металлов. При благоприятных условиях потери полезного компонента могут быть доведены до 10 % при разубоживании 15 %. Увеличение высоты подэтажа до 20 м при шахматном расположении выпускных выработок позволяет увеличить выход чистой закладки с 37 до 45 % и снизить потери до 15 % при разубожи-вании 22 %.
Подэтажное обрушение чаще всего применяют в двух вариантах:
• обрушение с отбойкой подэтажа и выпуском закладки из-под обрушенных пород через выработки днища при мощности рудных тел более 2,5 м;
• подэтажный выпуск с оставлением в верхней части целика с последующей отбойкой его на пустую камеру и выпуском закладки под обрушенными налегающими породами при мощности менее 2,5 м.
При использовании первого варианта разу-боживание достигает 40 %, потери - 15 %, а при использовании второго варианта - соответственного % и - 25 %.
Наиболее рациональны комбинированные технологий упрочнения, включающие: инъек-цирование обрушенных пород; создание искусственных комбинированных кровель, представляющих собой сплошную несущую потолочину; использование вариантов с подачей закладки на замагазинированную руду. Возможность отделения металлоносной закладки от налегающих пород обеспечивается применением перекрытий: бетонно-анкерное; дерево-и металло- канатное; вантовое.
Гибкое разделяющее дерево- канатное перекрытие состоит из несущих канатов, раскрепленных стяжками и деревянных чурок, нанизанных на монтажные канаты. Они обеспечивают ограждение закладки от налегающих по-
род как сверху, так и с торца массива, причем изменение мощности рудного тела не ухудшает качества выпуска. Перекрытие монтируется один раз в горизонтальной плоскости на каждом подэтаже - в вертикальной плоскости и присоединяется сначала к горизонтальной части в монтажной выработке, а затем друг к другу, т. е. нижнее - к верхнему перед отработкой верхнего подэтажа.
Основную нагрузку несут канаты, а часть ее несут монтажные канаты, соединяющие чурки. Ширина гибкого перекрытия зависит от соотношения ширины выработки и мощности рудного тела. При мощности рудного тела большей ширины выработки гибкое перекрытие монтируется в двух или нескольких рядом расположенных выработках.
Под гибким перекрытием возможна отработка одинарных или сдвоенных подэтажей. Погрузка руды производится через торец погрузочной выработки. На почве погрузочной выработки оставляют 1-2 м отбитой руды для предохранения гибкого перекрытия от повреждения при отработке нижележащего подэтажа.
Под гибким дерево- канатным перекрытием отрабатывался участок месторождения «Заозерное» в Северном Казахстане. Перекрытие между восстающими выработками настилалось по вентиляционному коллектору. Мощность рудного тела по коллектору больше ширины выработки на 0,5-0,7 м, поэтому ширина гибкого перекрытия равнялась ширине выработки. Разубоживание руды оказалось в три раза меньше по сравнению с базовым (14 %). Основная часть руды (80 %) была выпущена с ра-зубоживанием 5-15%, остальная часть - с большим разубоживанием. Базовый вариант дал выход основной части руды с разубожива-нием 30-60 % и лишь около 15 % руды - с ра-зубоживанием до 15 %.
Вантовое перекрытие применяют при отработке потолочин и под- штрековых целиков. В
Таблица 1
Прочность закладки при высоте слоя 2 м
Показатели Параметры
Ширина и высота, м 15 х 6 15 х 9 15 х 12 15 х 15
Длина, м 5,6 7,8 9,4 10,6
Прочность, МПа (возраст 28 сут.) 3,0 4,2 5,1 5,7
Таблица 2
Моделирование экономических показателей выпуска закладки
Показатели Варианты
1 2
Количество металлсодержащей закладки, тыс.т 50,0 50,0
Содержание металла в закладке, кг /т 200 200
Потери закладки при повторной добыче, дол. ед. 0,1 0,01
Разубоживание закладки породами, дол. ед. 0,20 0,05
Ценность закладки, руб/т 70 70
Затраты на выпуск металлсодержащей закладки, руб/т 15 15
Затраты на строительство перекрытия, руб/т - 10
Всего условно-переменные затраты на добычу, руб/т 15 25
Ущерб от потерь металлосодержащей закладки, руб/т 7,0 0,07
Ущерб от переработки разубоживающих пород, руб/т 20 4
Прибыль от добычи закладки, руб/т 28 40,93
Экономический эффект на 1т запасов руды, руб - 12,93
Суммарный экономический эффект, тыс. руб - 2300
первом случае оно монтируется на штреке скреперования вышележащего блока. Потолочина и подштрековый целик обрушаются и выпускаются после отработки нижележащего блока. Во втором случае блок, включая потолочину и подштрековый целик, отрабатывается подэтажным маганизированием. Перекрытие монтируется на каждом подэтаже. Применение вантового перекрытия позволяет обойтись без междуэтажных целиков, отработка которых сопряжена с разубоживанием и потерями руды.
В подэтажном штреке в шпурах глубиной 1,5-3,0 м заделывают канаты. На канаты укладывают деревянный настил или сплетенную из канатов сетку с ячейкой 0,5 х0,5 м. Нарезные работы в блоке заключаются в проведении по-дэтажных штреков сечением 4-5 м2 из восстающих выработок. Перед началом работ на подэтажном штреке сооружается вантовое перекрытие. Между камерой и вантовым перекрытием оставляется целик, который отбивается в последнюю очередь. После выпуска закладки вантовое перекрытие взрывают.
На месторождении «Заозерное» для монтажа вантового перекрытия в штреке были пробурены шпуры глубиной 2,0 м под углом к
горизонту 25-300 с интервалом 1,5 м. В них раствором марки М-300 забетонировали куски каната диаметром 30,5 мм. На закрепленные в шпурах канаты укладывали лес диаметром 1820 см и длиной 3 м. При общем разубоживании -27 % около 37 % закладки вышло с разубоживанием до 15 %.
Достоинства вантового перекрытия - возможность отработки целиков вместе с выпуском камерных запасов с уменьшением разубо-живания на 20 % по сравнению с базовым вариантом. Недостаток - область применения ограничивается шириной выработки в 3.5 м.
Жесткие перекрытия радикально повышают устойчивость массива. Прочность сплошной несущей железобетонной потолочины около 6-7 МПа, а допустимые обнажения потолочины не превышают 12 м. Потолочина сооружается выемкой руд горизонтальными слоями с твердеющей закладкой. Выработки заполняют твердеющей закладкой и связывают между собой железобетонными штангами. Длина погашаемой секции не превышает 20 м.
При создании облегченной искусственной потолочины в боках заходок с шагом 1 м устанавливаются железобетонные штанги диаметром 30, длиной 2 м. На почве заходок уклады-
вается арматура. Длина погашаемой секции -не более 20 м. При использовании варианта с упрочнением массива в ходе выпуска потолочина образуется путем укладки твердеющих смесей на выпускаемую закладку. Шаг образуемой потолочины от 4 м до 12 м. Металлсодержащая закладка заливается сначала твердеющей смесью с повышенным содержанием цемента (300 кг/м3) и минимальным количеством воды для образования цементной «корки», препятствующей проникновению цементного раствора в руду. Затем подается основной объем твердеющей смеси (табл. 1).
Прочность твердеющей смеси а назначается из условия устойчивости вертикального обнажения искусственного массива:
_ в о;п2™(^» + 0 5о/ И)^ (1)
= в ^т>(д + 0,5^Л).К3,
где
в1
коэффициент, учитывающий
отношение предела прочности образцов закладки
_обр
на сжатие асж к пределу их прочности на срез
а~~г ■ 90 + р
°ср ; р =-----------------
обр
- угол наклона площадки сре-
2
за, градус; р - угол падения искусственного массива, градус; - нагрузка веса пород, МН/м2;
И — высота камеры, м; Кз- коэффициент запаса прочности закладки; уз - объемный вес закладки,
т/м3.
Варианты выпуска закладки, различающиеся состоянием вмещающего массива, сравниваются между собой по критерию-прибыли, которая с учетом ущерба от потерь и разубо-живания на 1 т извлекаемой горной массы вычисляется по формуле:
П _ Ц 3 — З В — У П — У . (2)
^ г о,+ о о,+ о о,+ о
П _ [ ЗВ ^ • + З, ^ ' + З, 3 ' +
е
6 3 + 6.
е
е
6 3 ]- ПбЦ 3 (^- ттЪУ
[(3, + ^) ]
затраты на выпуск и транспорт закладки, руб/т;
З у - затраты на упрочнение массива, руб/т; У п
- ущерб от потерь закладки, руб/т; Уя - ущерб от разубоживания закладки, руб/т; Qз - объем кондиционной закладки в границах камеры, м3/блок; Q п - объем пород, примешиваемых к закладке, м3/блок; Пв.з- потери относительно погашаемых балансовых запасов, дол. Ед.; Р-разубоживание закладки, дол. ед.; Пз - потери закладки, дол. ед.; % - объемный вес закладки,
т/м3.
Для условий Садонского месторождения сравниваются варианты выпуска по базовой технологии и под перекрытием (табл. 2).
При разработке техногенных месторождений разубоживание является интегральным критерием, определяющим эффективность добычи. Уменьшение ущерба от разубоживания закладки налегающими и боковыми породами компенсирует увеличение затрат на добычу за счет применения самого дорогостоящего армо-бетонного комбинированного перекрытия. При использовании более дешевых дерево- канатных и вантовых перекрытий эффективность выпуска еще более возрастает.
В вариантах с перекрытиями размер прибыли существенно увеличивается в зависимости от объемов использования новой технологии. Большую часть прибыли обеспечивает уменьшение потерь и разубоживания в управляемом геомеханическом режиме. Фактический эффект еще больше, потому что при моделировании не учтено вредное влияние выдаваемых пород на окружающую среду, которое может не только достигать стоимости добытых полезных компонентов, но и превышать ее. Так, стоимость добываемой Садонским СЦК горной массы не превышает 25 млн. руб в год, а штрафы за нарушение экологии, значительную часть которых составляет излишне выданное на поверхность некондиционное сырье, достигают 15 млн. руб в год.
где Ц з - ценность выпущенной закладки, руб/т; Ц зп -ценность потерянной закладки, руб/т; З -
— Коротко об авторах -------------------------------------------
Якименко А.Д. - инженер,
Голик В.И. - профессор, доктор технических наук,
Цидаев Т.С. - инженер,
Северо-Кавказский государственный металлургический институт.
