Авторефераты по темам >> Разные специальности - [часть 1] [часть 2]

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ СОВМЕСТНОЙ ВЫЕМКИ СЛОЁВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ БОГАТЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД (НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ УЯКОВЛЕВСКОЕФ)

Автореферат кандидатской диссертации

На правах рукописи

МОРОЗОВ Михаил Дмитриевич

ОБОСНОВАНИЕ аПАРАМЕТРОВа ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМа СОВМЕСТНОЙа ВЫЕМКИа СЛОЁВа ПРИа РАЗРАБОТКЕа БОГАТЫХа ЖЕЛЕЗНЫХа РУДа а(НАа ПРИМЕРЕа МЕСТОРОЖДЕНИЯа УЯКОВЛЕВСКОЕФ)

Специальность 25.00.22 - Геотехнологияа (подземная,

открытая и строительная)

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени

кандидата технических наук

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном университете.

Научный руководитель-

доктор технических наук, профессор

Зубов Владимир Павлович

Официальные оппоненты:

одус Евгений Васильевич - доктор технических наук, Санкт-Петербургский государственный горный университет, главный научный сотрудник лаборатории Н - физико-механических свойств и разрушения горных пород

Согрин Борис Борисович - кандидат технических наук, ЗАО УПолиметалл ИнжинирингФ, главный инженер проектов

Ведущая организацияа -а ОАО УГипрорудаФ

Защита диссертации состоится 28 мая 2012 г. в 17 ч 00 мин на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 при Санкт-Петербургском государственном горном университете по адресу: 199106, Санкт-Петербург, 21-я линия, д. 2 (boguslEI@yandex.ru), ауд. 1166.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного университета.

Автореферат разослан 27 апреля 2012 г.

УЧЁНЫЙ СЕКРЕТАРЬ

диссертационного совета

ад.т.н., профессораа ааЭ.И.БОГУСЛАВСКИЙ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.Обеспечение сырьевой независимости России в железорудном секторе в основном осуществляется за счёт освоения месторождений богатых железных руд Курской магнитной аномалии (КМА), где находятся уникальные по масштабам и качеству запасов месторождения, не уступающие лучшим мировым аналогам (Бразилия, Австралия, Индия, ЮАР). К числу таких месторождений относится УЯковлевскоеФ с запасами 9,6 млрд. тонн и содержанием железа в руде до 70%. Данное месторождение характеризуется сложными горно-геологическими условиями: низкие прочностные характеристики руд, наличие над рудным телом высоконапорных водоносных горизонтов, глубокое залегание крутопадающего рудного тела.

Поиску экономически эффективных и безопасных технологий отработки богатых железных руд в сложных горно-геологических условиях посвящены исследования, выполненные в ВИОГЕМ, ИПКОН, СПГГУ, ВНИМИ, ИЭ - ИГД УрО РАН, ОАО УЦентрогипрорудаФ, ООО УНТ - УНОВОТЭКФ, ООО УБелмеханобрчерметФ, ООО УСПИ УСУБР-проектФ и других организациях. Вместе с тем технология, принятая на современном этапе отработки месторождения УЯковлевскоеФ, характеризуется значительными издержками производства, что обусловлено необходимостью полной закладки выработанного пространства твердеющими материалами, креплением очистных заходок верхнего слоя металлической рамной крепью и применением системы разработки с послойной выемкой рудного тела в нисходящем порядке.

При фактически сложившейся технологии отработки запасов и уровне издержек производства руды длительная конкурентоспособность рудника может быть обеспечена при увеличении его производственной мощности на 30?50% и более по сравнению с фактически имеющейся. Это надёжно может быть достигнуто только при одновременной отработке не менее двух технологических слоёв. В этой связи разработка эффективных технологических схем одновременной отработки слоёв в сложных горно-геологических условиях является актуальной научной задачей, решение которой имеет большое практическое значение.

Цель работы. Снижение издержек производства руды и повышение производственной мощности рудника при отработке неустойчивых богатых железных руд с использованием системы разработки с послойной выемкой рудного тела в нисходящем порядке и полной закладкой выработанного пространства твердеющими материалами.

Идея работы. Для снижения издержек производства руды и повышения производственной мощности рудника УЯковлевскийФ очистные работы необходимо вести одновременно в нескольких выемочных слоях с учётом пространственной ориентации осей очистных заходок и последовательности их отработки в смежных слоях.

Основные задачи исследований.

Анализ фактически сложившейся технологической схемы отработки запасов на руднике УЯковлевскийФ.
Шахтные исследования влияния направления отработки и способа проведения очистных заходок на интенсивность обрушений кровли.
Разработка методики определения параметров технологических схем, реализуемых в массивах с различными физико-механическими свойствами.
Исследование влияния горнотехнических факторов на напряжённо-деформированное состояние рудного и закладочного массивов в окрестностях очистных заходок.
Установление зависимостей предельно допустимого обнажения кровли очистной заходки, проходимой под закладочным массивом, от прочностных характеристик рудного и закладочного массивов.
Обоснование рациональных технологических схем совместной выемки слоёв на участках неустойчивых богатых железных руд.

Методы исследований. При выполнении использовался комплексный метод исследований, включающий: анализ научно-технической литературы; шахтные наблюдения процессов вывалообразования в очистных заходках верхнего выемочного слоя У0Ф; численные и аналитические исследования напряжённо-деформированного состояния рудного и закладочного массивов при совместной отработке слоёв.

Научная новизна.

Установлены закономерности формирования зон предельного состояния пород в окрестности очистных заходок верхнего и надрабатываемого слоёв от физико-механических свойств рудного и закладочного массивов и пространственной ориентации осей очистных заходок в смежных слоях.
Установлена зависимость предельно допустимых пролётов кровли очистных заходок надрабатываемого слоя от физико-механических свойств рудного и закладочного массивов.

Основные защищаемые положения.

1. При системе разработки с послойной выемкой крутопадающего рудного тела в нисходящем порядке и полной закладкой выработанного пространства производственная мощность рудника ограничивается главным образом по факторам: Уподземный транспортФ, УпроветриваниеФ и Уфронт очистных работФ. В условиях отработки запасов на руднике УЯковлевскийФ максимально возможная производственная мощность рудника по данным факторам при выемке верхнего выемочного слоя не превышает 1,2?1,5 млн. т/год. Дальнейшее увеличение годовой производственной мощности рудника возможно только при одновременной отработке двух и более выемочных слоёв.

2. Предельно допустимая ширина очистных заходок надрабатываемых слоёв, при превышении которой происходит обрушение искусственной кровли в зонах ведения очистных работ, существенно увеличивается при расположении осей заходок нижерасположенного выемочного слоя под углом к осям очистных заходок в вышерасположенном слое. В условиях рудника УЯковлевскийФ при расположении осей очистных заходок в смежных слоях под углом 20?90 предельно допустимая ширина заходок нижерасположенного слоя увеличивается в 1,5?2,0 раза и более.

3. Для снижения издержек производства руды на 50?60% и более, повышения безопасности горных работ и увеличения производственной мощности рудника в 1,5?2,5 раза, следует использовать рекомендуемые технологические схемы одновременной отработки слоёв при системе разработки с послойной выемкой и закладкой выработанного пространства.

Практическая значимость работы.

Разработана методика определения параметров системы разработки с нисходящей послойной выемкой и полной закладкой выработанного пространства.
Установлено, что к числу факторов, оказывающих определяющее влияние на устойчивость очистных заходок надработанного выемочного слоя, относятся пространственная ориентация осей очистных заходок в смежных выемочных слоях и физико-механические свойства рудного и закладочного массивов.
Разработаны эффективные технологические схемы одновременной отработки слоёв, расположенных в пределах блока, позволяющие повысить безопасность горных работ и снизить издержки производства руды.

Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций обеспечивается их соответствием результатам, полученным при проведении шахтных и аналитических исследований; положительными результатами оценки рекомендуемых технологических схем специалистами в области разработки рудных месторождений; значительным количеством проанализированных данных о способах разработки месторождений неустойчивых руд; использованием современных апробированных методов исследований.

Апробация работы. Основные результаты выполненных исследований докладывались на: Международном форуме горняков и металлургов (Фрайберг, Германия, 2011 г.); Международной конференции в Краковской горно-металлургической академии (Краков, Польша, 2009 г.); ежегодных научных конференциях молодых учёных Санкт-Петербургского государственного горного университета УПолезные ископаемые России и их освоениеФ (Санкт-Петербург, 2009 г., 2010 г., 2011 г.); международном форуме молодых учёных УПроблемы недропользованияФ (Санкт-Петербург, 2009 г.) и научных семинарах кафедры Разработки месторождений полезных ископаемых Санкт-Петербургского государственного горного университета.

ичный вклад автора. Сформулированы задачи исследований; собраны данные по объекту исследования; выполнены шахтные и аналитические исследования; разработана численная горно-геомеханическая модель массива и методика проведения исследований; разработаны технологические схемы совместной выемки слоёв; сформулированы основные защищаемые положения и выводы.

Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 5 печатных работах, из них 4 статьи - в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России.

Структура и объём работы. Диссертационная работа общим объёмом 190 страниц состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 149 источников, включает 74 рисунка и 17 таблиц.

Автор выражает благодарность научному руководителю д.т.н., проф. В.П. Зубову за помощь в определении общей идеи работы и интерпретации полученных данных, техническим работникам рудника УЯковлевскийФ за помощь в сборе исходной информации и проведении шахтных исследований, сотрудникам кафедры РМПИ за полезные замечания и техническую помощь при выполнении работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава диссертации посвящена оценке состояния и основных направлений совершенствования технологических схем отработки запасов неустойчивых рудных образований в сложных горно-геологических условиях, анализу и оценке фактически сложившегося состояния технологической схемы отработки запасов месторождения УЯковлевскоеФ. Совершенствованию технологических схем отработки рудных месторождений и изучению напряжённого состояния массива вмещающих пород при ведении горных работ в сложных горно-геологических условиях посвящены работы Агошкова М.И., Богуславского Э.И., Борисова А.А., Бронникова Д.М., Дробота Б.П., Зубова В.П., Именитова В.Р., Иофиса М.А., Каплунова Р.П., Каплунова Д.Р., Курлени М.В., Мельникова Н.В., Слесарева В.Д., Трушкова Н.И., Цыгалова М.Н., Чеснокова Н.И., Шевякова Л.Д. и др. Несмотря на большой объём ранее выполненных исследований, остаются актуальными вопросы, связанные со снижением издержек производства и повышением производственной мощности рудника при отработке неустойчивых богатых железных руд с использованием систем разработки с послойной выемкой крутопадающих мощных рудных тел.

Во второй главе приведены результаты шахтных исследований влияния направления отработки и способа проходки очистных заходок слоя У0Ф на безопасность горных работ в условиях рудника УЯковлевскийФ.

В третьей главе представлены результаты выполненных исследований изменения напряжённо-деформированного состояния и зон неупругих деформаций рудного и закладочного массивов при одновременном ведении горных работ в двух слоях. Обоснованы предельно допустимые пролёты обнажения кровли очистных заходок слоя У1Ф при реализации разработанных технологических схем в рудном массиве с различными физико-механическими свойствами.

В четвёртой главе приведены разработанные технологические схемы одновременной отработки слоёв на участках богатых железных руд при послойной выемке крутопадающих рудных тел в нисходящем порядке.

В пятой главе выполнена оценка экономического эффекта от внедрения разработанных технологических схем отработки запасов месторождения УЯковлевскоеФ в сравнении с базовой технологией.

Основные результаты исследований отражены при доказательстве следующих защищаемых положений:

При системе разработки с послойной выемкой крутопадающего рудного тела в нисходящем порядке и полной закладкой выработанного пространства производственная мощность рудника ограничивается главным образом по факторам: Уподземный транспортФ, УпроветриваниеФ и Уфронт очистных работФ. В условиях отработки запасов на руднике УЯковлевскийФ максимально возможная производственная мощность рудника по данным факторам при выемке верхнего выемочного слоя не превышает 1,2?1,5 млн. т/год. Дальнейшее увеличение годовой производственной мощности рудника возможно только при одновременной отработке двух и более выемочных слоёв.

В соответствии с проектом строительства наа руднике УЯковлевскийФ используется система разработки с послойной выемкой рудного тела в нисходящем порядке с полной закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. Отработка запасов ведётся под защитным рудным целиком мощностью 65 м, предназначенным для предотвращения аварийных прорывов вод из неосушенного нижнекарбонового водоносного горизонта в подземные выработки рудника.

Горизонтальная мощность рудного тела в пределах горного отвода составляет 200?300 м, угол падения - 60?70.

Очистные заходки верхнего слоя (слой У0Ф, гор.-370 м) крепят металлической арочной податливой крепью КМП-3А. Мощность слоя У0Ф составляет 4,5 м. Закладку выработанного пространства производят твердеющей закладочной смесью. Предел прочности материала закладочного массива на одноосное сжатие составляет 10 МПа.а

Очистные работы в верхнем выемочном слое У0Ф ведутся в настоящее время одновременно в семи панелях, расположенных в шести технологических блоках №1Ц6. В 2012 г. планируется вовлечь в отработку блок №7 (западнее блока №6) и блок 1-бис (восточнее блока №1).

Фактически сложившаяся на руднике УЯковлевскийФ технологическая схема отработки запасов верхнего выемочного слоя У0Ф характеризуется значительной деконцентрацией горных работ; сложной конфигурацией очистных фронтов и различными направлениями их перемещения на площади залежи более чем 220 тыс. м?; высокими затратами на крепление очистных заходок металлической рамной крепью; повышенной трудоёмкостью очистных работ; высокой интенсивностью обрушений кровли в очистных заходках.

При анализе перспектив увеличения производственной мощности рудника учитывались возможности его подсистем: подъём, общешахтный транспорт, проветривание, закладочный комплекс, подготовительные и очистные работы.

При разработке сложноструктурных месторождений со значительным числом пунктов поступления разнокачественных руд в транспортную сеть шахты и неоднородной нагрузкой на очистные выработки позабойный анализ транспортных потоков весьма затруднён и имеет относительно невысокую ценность из-за значительного влияния плана добычи на вводимые в расчёт параметры. В данном случае для укрупнённых расчётов использовано понятие Уцентр своза грузаФ. Истинное положение источников поступления груза в транспортную сеть заменено условной точкой его концентрации, расположенной в геометрическом центре отрабатываемой площади. Первый выемочный слой БЖР мощностью 4,5 м на отрабатываемой площади (220 тыс. м?) рассматривался как пластовая залежь, для которой центры своза груза в блоках заменены центрами своза годовой добычи блока с учётом их положения относительно главного квершлага рудника. Построенная по этим принципам схема для определения средневзвешенной длины транспортирования добытой руды с учётом программы развития горных работ на руднике УЯковлевскийФ представлена на рисунке 1.

Рис.1.а Схемы, поясняющие определение средневзвешенной

длины транспортирования груза на руднике УЯковлевскийФ:

А - при рациональной концентрации горных работ; Б - фактически сложившаяся ситуация; №1, №2, Е, №7 - номера отрабатываемых панелей; числа в прямоугольниках - площади годовой отработки соответствующей панели в тыс.м?; F - площадь отработки, тыс. м?; L - дальность транспортирования груза, м; Fлев. и Fправ. - количество перевозимого груза соответственно слева и справа от условной точки своза общерудничной добычи

Из рисунка 1 видно, что условная точка своза общерудничной добычи из участков блоков, планируемых к отработке, находится на расстоянии от главного откаточного квершлага рудника равном: 420 м - при фактически сложившемся развитии горных работ; 240 м - при рациональной концентрации горных работ в пределах слоя У0Ф.

При фактически сложившейся на руднике УЯковлевскийФ схеме транспорта максимально возможная годовая добыча руды в пределах слоя У0Фсоставляет около 1,5 млн. т., при рациональной концентрации горных работ - 1,2 млн. т. Следует отметить, что по сравнению с вариантом А фактическое положение с развитием горных работ в пределах верхнего технологического слоя, характеризуется значительными затратами на транспорт руды.

Графическая интерпретация необходимого количества воздуха, числа действующих очистных заходок, планируемых объёмов добычи и сечений воздухоподающих выработок на 2010 г. поквартально приведена на рисунке 2. При реализации данного графика годовой объём добычи рудника составит около 1 млн. тонн руды.

Рис.2. аДинамика поквартального изменения добычи рудника (D), числа действующих очистных забоев (nозд), расхода воздуха (Qв) и необходимого суммарного сечения воздухоподающих выработок (Sв.в.) при выполнении плана добычи рудника на 2010 г. (nоз.длин - число очистных заходок длиной более 200 м)

При достигнутых скоростях проходки очистных заходок кардинальное улучшение ситуации по обеспечению воздухом очистных выработок горизонта - 370 м может быть достигнуто: внедрением вариантов подготовки панелей с длиной очистных заходок, проходимых комбайновым способом, до 150?220 м и более; равномерным распределением шахтной добычи по кварталам года. Так, при применении в отрабатываемых панелях №1-№5 технологической схемы, характерной для панели №6-7, добыча на верхнем слое в 1,0 млн. т в год может быть обеспечена при годовом числе очистных заходок не более 40-50. Суммарный расход воздуха для проветривания очистных забоев при этом уменьшается в 2,0?2,5 раза. Увеличение длины очистных заходок до 250 м и более реально возможно при переходе на выемку второго и последующих слоёв в панелях №1 и №6-7.

Максимальная производственная мощность рудника по верхнему выемочному слою ограничивается с позиции обеспечения надёжного проветривания очистных работ. При имеющихся суммарных сечениях воздухоподающих и вентиляционных выработок максимально возможные объёмы годовой добычи в пределах верхнего выемочного слоя У0Ф по фактору УпроветриваниеФ не превышают 1,3 млн. т.

Анализ возможности развития фронта очистных работ в пределах первого слоя показал, что при принятой на руднике последовательности отработки заходок и фактически сложившейся технологической схеме отработки запасов верхнего слоя максимально возможное число одновременно проходимых очистных заходок составляет 46-49. Соответствующий этому числу заходок годовой объём добычи с первого слоя не превышает 1,2?1,3 млн. т.

Увеличение числа одновременно отрабатываемых заходок за счёт вовлечения в отработку новых участков шахтного поля в пределах верхнего слоя приведёт к дальнейшей деконцентрации горных работ, а следовательно и к проблеме с обеспечением надёжного, в соответствии с требованиями ЕПБ, проветривания очистных работ и ухудшению технико-экономических показателей работ рудника по фактору Узатраты на транспортФ.

Результаты выполненного анализа фактически сложившейся технологической схемы рудника УЯковлевскийФ показал, что производственная мощность рудника по факторам Уподземный транспортФ, УпроветриваниеФ и У фронт очистных работФ не превышает 1,2?1,5 млн. т/год. Дальнейшее увеличение годовой производственной мощности рудника возможно только при одновременной отработке двух и более выемочных слоёв.

Переход к отработке второго слоя является наиболее рациональным в блоке №6. Вовлечение в отработку данного участка шахтного поля позволит без существенных дополнительных затрат уменьшить необходимое число одновременно отрабатываемых очистных заходок и повысить надёжность схемы проветривания за счёт увеличения числа заходок со средней скоростью проходки до 100 м в месяц и более.

В настоящее время на руднике УЯковлевскийФ при отработке верхнего слоя используются две технологии ведения очистных работ - с применением проходческих комбайнов и буровзрывных работ. Шахтные исследования, включающие анализ более чем 110 обрушений кровли в очистных и подготовительных выработках, показали, что использование комбайнов при ведении очистных работ в верхнем слое по сравнению с буровзрывным способом позволяет: уменьшить число вывалов на 1000 м проходки в 1,4?2,6 раза; улучшить качественный состав рудничной атмосферы; увеличить скорость проходки очистных заходок в 2?2,5 раза и более; существенно повысить производительность труда и концентрацию горных работ. Принимая во внимание указанные преимущества комбайнового способа, данный способ рекомендуется в качестве основного способа ведения очистных работ при отработке слоёв, расположенных ниже слоя У0Ф.

Главной отличительной особенностью ведения очистных работ в надрабатываемых слоях является то, что очистные заходки проходят под закладочным массивом (искусственной кровлей), созданным при отработке вышерасположенного слоя. Это создаёт объективные предпосылки для увеличения ширины заходок, существенного повышения производительности труда, снижения эксплуатационных потерь полезного ископаемого и отказа от применения дорогостоящей металлической арочной податливой крепи в очистных заходках. Учитывая специфику выемки надрабатываемых слоёв, рекомендуется прямоугольная форма поперечного сечения очистных заходок.

С целью определения максимально допустимых (предельных) пролётов кровли в очистных заходках надрабатываемых слоёв, пройденных в рудах с различными физико-механическими свойствами, были проведены аналитические исследования напряжённо-деформированного состояния рудного и закладочного массивов при различных схемах взаимного расположения заходок в смежных слоях.

Принятые к анализу производственные ситуации и соответствующие им расчётные схемы приведены на рисунке 3:

Расчётная схема с соосным размещением осей очистных заходок в выемочных слоях У0Ф и У1Ф (угол ?=0);
Расчётная схема со смещением осей очистных заходок в выемочных слоях У0Ф и У1Ф на 0,5 ширины выработки (угол ? не определён);
Расчётная схема с перекрёстным расположениема осей очистных заходок в выемочныха слоях У0Ф и У1Ф (угол ?=90);

IV Ц VII. Расчётные схемы с расположением осей очистных заходок в выемочных слоях У0Ф и У1Ф под углом ? = 10, 20, 30, 40.

В результате выполненных исследований с использованием метода конечных элементов установлено, что к числу основных факторов, оказывающих существенное влияние на устойчивость и порядок проведения очистных заходок слоя У1Ф, относятся: деформационные и прочностные характеристики рудного и закладочного массивов; взаимное расположение осей очистных заходок слоя У0Ф и У1Ф; порядок отработки очистных заходок верхнего выемочного слоя У0Ф; ширина очистных заходок слоя У1Ф. Значительное увеличение устойчивости кровли очистных заходок слоя У1Ф возможно при ориентации осей заходок слоёв У0Ф и У1Ф под углом ? более 20?30. При перекрёстном расположении заходок наблюдается максимальная устойчивость пролёта кровли очистной заходки, проходимой под закладочным массивом. Значению угла ?=90 соответствует максимальная предельно допустимая ширина очистных заходок надрабатываемого слоя.

Полученные в результате выполненных исследований зависимости предельно допустимых пролётов очистных заходок, проходимых в надрабатываемом выемочном слое У1Ф от физико-механических свойств рудного массива и пространственной ориентации очистных заходок в смежных слоях У0Ф и У1Ф, представлены на рисунке 4.

Рис.4.а Зависимости предельно допустимых пролётов очистных заходок, проходимых в надрабатываемом выемочном слое У1Ф от физико-механических свойств рудного массива и пространственной

ориентации очистных заходок в смежных слоях У0Ф и У1Ф:

1.Р - руда мартит-железно-слюдковая, рыхлая (? =34,5 кН/м?; ?р=0,5 МПа; E=800 МПа; ?=0,25; С=0,5 МПа; ?=34); 2.Р - руда железно-слюдково-мартитовая, хлоритизированная (? =34,8 кН/м?; ?р=1,4 МПа; E=1400 МПа; ?=0,20; С=1,7 МПа; ?=40); 3.Р - руда железно-слюдково-мартитовая, карбонитизированная, плотная (? =35,8 кН/м?; ?р=3,5 МПа; E=3000 МПа; ?=0,27; С=5,4 МПа; ?=42); 4.Р - руда гидрогематит-мартитовая, тонкозернистая, крепкая (? =33,4 кН/м?; ?р=4,0 МПа; E=2600 МПа; ?=0,21; С=4,5 МПа; ?=39); 5.Р - руда хлорит-лимонит-мартитовая, среднеблочная, плотная (?=34,6 кН/м?; ?р=5,0 МПа; E=2100 МПа; ?=0,27; С=9,2 МПа; ?=42)

Как следует из графика (рис.4) предельно допустимые значения пролётов очистных заходок нижерасположенного слоя зависят от прочностных характеристик рудного массива и взаимного расположения осей очистных заходок смежных выемочных слоёв. При значении угла ? равном 20 и более достигается значительное повышение устойчивости кровли очистной заходки нижерасположенного слоя. Изменения значений предельных пролётов кровли очистных заходок надрабатываемых слоёв находятся в диапазонах: 4-11 м - для мартит-железно-слюдковых, рыхлых руд; 8-22 м - для хлорит-лимонит-мартитовых, плотных руд.

Разработанные технологические схемы совместной отработки выемочных слоёв разделены на три группы: технологические схемы с параллельным расположением очистных заходок в смежных слоях; технологические схемы отработки выемочных слоёв из разноимённых стартовых выработок; технологические схемы одновременной отработки смежных выемочных слоёв с расширением очистных заходок под искусственной кровлей.

При использовании схем первой группы очистные выработки каждого последующего надрабатываемого слоя проходят под искусственной кровлей типа Утрёхшарнирная аркаФ. Величину опережения отработки вышерасположенного слоя по отношению к нижерасположенному смежному слою рекомендуется принимать не менее 2b0, где b0 - ширина очистной заходки по вышерасположенному слою.

Сущность технологических схема отработки выемочных слоёв из разноимённых стартовых выработок заключается в том, что оси очистных тупиковых заходок в смежных слоях располагают под определённым углом 0<?<90. Очистные заходки проходят из разноимённых стартовых выработок - штреков и ортов. К внедрению в условиях месторождения УЯковлевскоеФ рекомендуются схемы:а

Схема II а - технологическая схема выемки слоёв с расположением осей очистных заходок слоя У0Ф и У1Ф под углом ?=90, пройденных из стартового штрека в верхнем слое выемки и стартового орта в нижерасположенном слое выемки.

Схема II б - технологическая схема выемки слоёв с расположением осей очистных заходок слоя У0Ф и У1Ф под углом ?=90, пройденных из стартового орта в верхнем слое выемки и стартового штрека в нижерасположенном слое выемки.

Схема II в - технологическая схема выемки слоёв с расположением осей очистных заходок слоя У0Ф и У1Ф под углом 0<?<90, проходимых из одноимённых стартовых выработок.

Основанием для разработки технологических схем одновременной выемки слоёв с расширением очистных заходок под искусственной кровлей явилась установленная зависимость величины снижения давления на опорные поверхности надработанного массива от величины угла ? между продольными осями очистных заходок в смежных слоях. При проведении очистных заходок слоя У0Ф и У1Ф под углом ?=20?25 и более интенсивность формирования зон неупругих деформаций в окрестностях заходок надрабатываемого слоя значительно снижается, а при угле ?=90 является минимальной. С учётом этого обстоятельства разработаны два варианта технологических схем с поперечным расширением очистных заходок нижерасположенных выемочных слоёв под искусственной кровлей типа УперекрытиеФ. При использовании схемы III-а (рис.5) предусматриваетсяа предварительная надработка слоя У1Ф параллельными очистными заходками при штрековой подготовке слоя У0Ф в пределах блока, возведение сплошного закладочного массива из ГТС с армированным несущим слоем и отработка слоя У1Ф очистными заходками, расположенными под углом ?=90 к очистным заходкам в слое У0Ф.

Отработку очистных заходок нижнего слоя ведут в два этапа: вначале комбайном проходится заходка шириной bк, затем данная заходка расширяется в поперечном направлении до проектных размеров с использованием комбайна или БВР. Схема III а предназначена для использования на участках месторождения УЯковлевскоеФ, представленных малонарушенными богатыми железными рудами с коэффициентом крепости f ? 3.

На рисунке 6 представлена технологическая схема с поперечным расширением очистных заходок выемочного слоя У1Ф под искусственной кровлей типа УперекрытиеУ, обеспечивающая возможность селективной выемки руд разного качества.

Расширение первичных заходок (1) может производиться на глубину до 5 м в устойчивых рудах и на глубину до 2,5?3,0 м на участках неустойчивых руд. Длину участка, на котором производится расширение очистной заходки слоя У1Ф, на первоначальном этапе внедрения данной технологии в условиях рудника УЯковлевскийФ следует принимать менее 14?15 м.

Использование рекомендуемых технологических схем одновременной отработки слоёв позволяет повысить: производственную мощность рудника в 1,5?2,5 раза за счёт увеличения числа одновременно проходимых заходок; безопасность горных работ, что достигается за счёт увеличения устойчивости кровли очистных заходок надработанного выемочного слоя; производительность труда на 60% и более. При этом существенно (на 12?25%) снижается себестоимость добычи руды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи - снижение издержек производства руды и повышение производственной мощности рудника при отработке неустойчивых богатых железных руд с использованием системы разработки с послойной выемкой рудного тела в нисходящем порядке и полной закладкой выработанного пространства твердеющими материалами.

Основные научные и практические результаты выполненных исследований:

Применяемая на руднике система разработки с послойной выемкой рудного тела в нисходящем порядке и полной закладкой выработанного пространства твердеющими смесями характеризуется высокими издержками производства и ограниченными возможностями для повышения производственной мощности рудника. Существенное улучшение технико-экономических показателей работы рудника УЯковлевскийФ возможно при ведении очистных работ одновременно в нескольких выемочных слоях.
Определяющее влияние на выбор технологической схемы совместной отработки слоёв и параметры очистной выемки в надрабатываемом слое оказывают прочностные характеристики закладочного массива, созданного в вышерасположенном слое; прочностные характеристики рудного массива в надрабатываемом слое; взаимное расположение осей очистных заходок, пройденных в смежных слоях.
Устойчивость очистных заходок надрабатываемого слоя существенно повышается при расположении их осей под углом 20?90 к осям очистных заходок, пройденных в вышерасположенном смежном слое. Максимальная устойчивость заходок достигается при величине указанного угла равного 90.
При использовании рекомендуемых технологических схем с одновременной выемкой слоёв (в пределах блока) отработку слоя У0Ф необходимо осуществлять с опережением горных работ по слою У1Ф, величина которого составляет не менее 5 заложенных очистных заходок по верхнему выемочному слою.
Существенное улучшение технико-экономических показателей работы рудника при использовании рекомендуемых технологических схем одновременной отработки слоёв достигается за счёт снижения затрат на крепление очистных заходок, увеличения средних скоростей проходки заходок, повышенной возможности адаптации горных работ к изменяющимся горно-геологическим условиям, уменьшения потерь руды, увеличения предельно допустимых пролётов кровли очистных заходок.
Внедрение разработанных схем совместной разработки слоёв в условиях рудника УЯковлевскийФ создаёт объективные условия для снижения издержек производства в 1,5?1,6 раза, увеличения производственной мощности рудника в 1,5?2,5 раза и существенного повышения безопасности очистных работ.
Ведение очистных работ в надрабатываемом слое является допустимым только под закладочным массивом после набора им нормативной прочности. Ведение очистных работ под рудными целиками, оставленными в выработанном пространстве верхнего слоя, является недопустимым.

ПУБЛИКАЦИИ аПО аТЕМЕ аДИССЕРТАЦИИ:

Морозов М.Д. Повышение полноты закладки выработанных пространств при слоевых системах разработки Яковлевской залежи / В.П.Зубов, А.А.Антонов, Ю.Н.Луговской, М.Д.Морозов, О.В.Михайленко // Санкт-Петербург. Записки Горного института. 2010. Т.185. С.25-30.
Морозов М.Д. Исследование влияние бортового содержания полезного компонента на экономические показатели рудника // Санкт-Петербург. Записки Горного института. 2010. Т.186. С.71-74.
Морозов М.Д. Обоснование систем разработки Холоднинского месторождения в условиях экологических рисков / В.П.Зубов, О.В.Михайленко, А.А.Антонов, М.Д.Морозов // Санкт-Петербург. Записки Горного института. 2011. Т.190. С.323-329.
Морозов М.Д. Особенности технологической схемы отработки запасов на руднике УЯковлевскийФ / А.А.Антонов, М.Д.Морозов, А.С.Малютин // Санкт-Петербург. Записки Горного института. 2012. Т.195. С.85-88.
Morozov M.D. аProspects for the introduction of competitive technologies production of direct reduced iron in УYakovlevskyФ mine // Scientific Reports on Resource Issues TUBAF Germany. 2011. Vol 1. p. 109-112.

Авторефераты по темам >> Разные специальности - [часть 1] [часть 2]

Blog

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ СОВМЕСТНОЙ ВЫЕМКИ СЛОЁВ ПРИ РАЗРАБОТКЕ БОГАТЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД (НА ПРИМЕРЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ УЯКОВЛЕВСКОЕФ)