авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 |

Технология комбинированного восходяще-нисходящего порядка отработки крутопадающей рудной залежи тундрового месторождения кольской гмк

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

МИНАЕВ Дмитрий Юрьевич

Технология КОМБИНИРОВАННОГО восходяще-НИСХОДЯЩЕГО ПОРЯДКА отработки крутопадающей рудной залежи Тундрового месторождения Кольской ГМК

Специальность 25.00.22 - Геотехнология (подземная, открытая и строительная)

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2007

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете)

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор

Богуславский Эмиль Иосифович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Ломоносов Геральд Георгиевич

кандидат технических наук

Иванов Анатолий Андреевич

Ведущая организация ООО «Институт Гипроникель»

Защита состоится «___»______2007 г. в___час.___мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 при Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд.______.

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

Автореферат разослан «____» _____ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор В.П. Зубов

общая характеристика работы

Актуальность работы: Последнее время в России достаточно остро ощущается недостаток сырья для металлургических предприятий. Это обстоятельство усугубляется истощением большинства легкодоступных запасов руд цветных и черных металлов, осложнением горно-геологических условий разработки месторождений полезных ископаемых, снижением качества руд. Сложившаяся ситуация требует вовлечения в эксплуатацию новых месторождений и запасов руд на больших глубинах (более 500 м), желательно с одновременным снижением себестоимости добычи качественного рудного сырья.

Применяемые в России в настоящее время технологии разработки месторождений с высоким содержанием полезных компонентов при относительно неглубоком залегании, не могут экономически эффективно использоваться для отработки глубокозалегающих рудных тел. Необходима разработка новой инновационной технологии добычи руды с невысоким содержанием полезного компонента подземным способом с больших глубин.

В настоящее время в мировой практике повсеместно принят нисходящий порядок разработки месторождений полезных ископаемых. Это диктуется низкими капиталовложениями на первой ступени вскрытия и коротким сроком ввода рудника в эксплуатацию. Однако, ступенчатое или поэтажное вскрытие вызывает перерасход капиталовложений на строительство рудника за счет последующей дорогостоящей углубки существующих или проведения слепых стволов с концентрационного горизонта.

Таким образом, основные преимущества отработки месторождения в нисходящем порядке утратили свои значения, и возникла необходимость рассмотреть возможность применения новой нетрадиционной и перспективной геотехнологии, состоящей в выемке этажей по вертикали в восходящем порядке.

Этой проблеме посвящены работы ведущих ученых: Д.Р. Каплунова, О.В. Славиковского, Ю.В. Волкова, Ю.М. Цыгалова, В.Л. Яковлева, и др. Однако, вопросы технологии отработки месторождения в комбинированном восходяще-нисходящем порядке, оптимизации параметров системы и управления состоянием горного массива при восходящем порядке отработки глубоких горизонтов, рассмотрены недостаточно подробно.

Тема диссертации соответствует приоритетному направлению развития науки, техники и технологии РФ «Экология и рациональное природопользование» (согласно приказу №577 президента РФ Путина В.В. от 30.03.02).

Научные исследования частично проводились в рамках гранта Правительства Санкт-Петербурга по направлению «Горное дело», наименование НИР «Технология восходящей отработки крутопадающих рудных тел».

Цель диссертационной работы: Повышение эффективности технологии разработки глубокозалегающего Тундрового месторождения Кольской ГМК.

Идея работы: Отработку глубокозалегающих крутопадающих рудных тел Тундрового месторождения необходимо вести в восходяще-нисходящем порядке многостадийной системой разработки, при этом параметры схемы вскрытия и технологии очистной выемки руды в блоке необходимо определять на базе разработанных экономико-математических моделей.

Задачи исследований:

1. Разработать технологию выемки рудных тел многостадийной системой с комбинированной закладкой при выемке месторождения в восходящем порядке;

2. Оценить напряженно-деформированного состояние (НДС) массива при восходящем порядке отработки месторождения;

3. Оценить напряженно-деформированного состояние рудного целика между ступенями вскрытия при многоступенчатой отработке рудного тела в восходящем порядке;

4. Разработать методику определения оптимальной глубины первой ступени вскрытия при комбинированном восходяще-нисходящем порядке отработки месторождения;

5. Установить закономерность изменения величины шага вскрытия от угла падения рудного тела;

6. Разработать методику определения оптимальных параметров многостадийной системы с заполнением камер комбинированной закладкой при ведении работ в восходящем порядке.

7. Определить оптимальные параметры технологии отработки Тундрового месторождения Колькой ГМК.

Научная новизна:

  • установлены зоны концентрации сжимающих и растягивающих напряжений при восходящем порядке ведения горных работ, располагаемые в горном массива вокруг верхней части камеры, а также параболические зависимости изменения сжимающих напряжений с глубиной;
  • установлены зависимости размеров искусственных монолитных целиков от совместного влияния давления пород висячего бока и активного давления сыпучей породной закладки при изменении угла падения рудного тела;
  • установлены качественные и количественные зависимости приведенных затрат от глубины первой ступени вскрытия при комбинированном восходяще-нисходящем порядке отработки месторождения: минимальная глубина первой ступени составляет 800 м, при ее увеличении значения приведенных затрат остаются постоянными; установлены параболические зависимости изменения удельных затрат на добычу руды от технологических параметров многостадийной системы разработки при восходящем порядке ведения работ.

Защищаемые научные положения:

1. Восходящий порядок отработки глубоких горизонтов крутопадающих месторождений позволяет эффективно управлять состоянием горного массива, так как обеспечивает более чем 2-х кратное снижение действующих сжимающих напряжений по сравнению с нисходящим порядком;

2. При восходяще-нисходящем порядке отработки месторождения высота первой ступени вскрытия определяется экономико-математическим моделированием с учетом капитальных затрат и эксплуатационных расходов при выемке как первой, так и второй ступени вскрытия; для рассматриваемого месторождения она составила 800 м;

3. Размеры искусственных монолитных целиков при многостадийной системе разработки должны определяться не только по величине горного давления пород висячего бока, но и с учетом активного давления сыпучей породной закладки камеры второй очереди; для условий Тундрового месторождения длина камер I очереди составляет 8 м, длина камер II очереди составляет 40 м, прочность твердеющей закладки – 3 МПа.

Достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждается представительностью и надежностью исходных данных, сходимостью результатов экономико-математического моделирования с данными других исследований, аналитических расчетов и лабораторных исследований с результатами математического моделирования, а также производственной практикой.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовался комплексный метод исследований, включающий: анализ и обобщение горнотехнической литературы; лабораторные исследования процессов деформирования искусственных монолитных целиков; математическое моделирование напряженно-деформированного состояния горного массива; экономико-математическое моделирование параметров технологии отработки месторождения в восходящем порядке.

Практическая значимость работы:

1. Составлена классификация способов вскрытия крутопадающих рудных месторождений полезных ископаемых.

2. Определено напряженно-деформированное состояние горного массива Тундрового месторождения при ведении работ в восходящем, нисходящем и восходяще-нисходящем порядках.

3. Разработана экономико-математическая модель определения оптимальной глубины первой ступени вскрытия при ведении работ в комбинированном восходяще-нисходящем порядке.

4. Разработана экономико-математическая модель определения оптимальных параметров многостадийной системы разработки.

5. Обоснована минимальная глубина первой ступени вскрытия при восходяще-нисходящем порядке отработки Тундрового месторождения, она составляет 800 м.

6. Обоснована экономическая эффективность восходящего порядка ведения работ перед нисходящим порядком.

7. Разработана и обоснована технология отработки Тундрового месторождения Кольской ГМК в комбинированном восходяще-нисходящем порядке.

Апробация работы: Основные положения работы докладывались и получили положительную оценку на Всероссийских научных конференциях молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (г. Санкт-Петербург, СПГГИ (ТУ), 2002, 2003, 2004, 2005 гг.); на научной конференции в рамках «Недели горняка» (Москва, МГГУ, 2005 г.); на Всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного курса (СПб, 2004 г.); на VII Международной конференции «Новые идеи в науках и Земле» (Москва, 2005 г.); на 45-й международной конференции горняков (Польша, Краков, 2004 г.); на научных семинарах кафедры РМПИ СПГГИ (ТУ);

Реализация результатов работы: Разработанные рекомендации приняты к использованию и внедрению в проектную документацию ООО « Институт Гипроникель».

Публикации: по теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, из них 6 патентов на изобретение.

Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения общим объемом 230 страниц, содержит 10 таблиц и 96 рисунков, а также список литературы из 136 наименований и 5 приложений.

Автор выражает глубокую и искреннюю благодарность научному руководителю профессору Э.И. Богуславскому, постоянное внимание и помощь которого способствовали успешному выполнению работы; доценту Ю.Л. Минаеву за внесение идей и предложений содействие и консультации по важнейшим вопросам диссертации, другим сотрудникам кафедры РМПИ за практические советы при выполнении лабораторных исследований и написании глав диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертационной работы приведен обзор и анализ практики применения восходящего порядка ведения работ. Проанализированы применяемые в настоящее время схемы вскрытия крутопадающих рудных месторождений, а также тенденции их развития. По результатам проведенного анализа составлена классификация современных способов вскрытия месторождений, представленных крутопадающими рудными телами.

Во второй главе рассмотрены возможные технологические схемы вскрытия и добычи руды в блоке для условий Тундрового месторождения. Приведены новые способы подготовки и нарезки блока при отработке месторождении в восходящем порядке.

В третьей главе изложены результаты математического моделирования напряженно-деформированного состояния горного массива при ведении работ в восходящем и нисходящем порядке.

В четвертой главе разработана экономико-математическая модель определения оптимальной глубины первой ступени вскрытия при ведении горных работ в комбинированном восходяще-нисходящем порядке. Приведены результаты экономико-математического моделирования для определения высоты первой ступени вскрытия по критерию «приведенные затраты».

В пятой главе составлена экономико-математическая модель определения оптимальных параметров системы разработки при ведении работ в восходящем порядке. Приведены результаты физического моделирования по исследованию НДС искусственного целика при его нагружении горным давлением пород висячего бока и активным давлением породной закладки.

В шестой главе сделаны рекомендации по технологии разработке Тундрового месторождения Кольской ГМК.

1. Восходящий порядок отработки глубоких горизонтов крутопадающих месторождений позволяет эффективно управлять состоянием горного массива, так как обеспечивает более чем 2-х кратное снижение действующих сжимающих напряжений по сравнению с нисходящим порядком.

Выемка запасов глубокозалегающих (более 1000 м) рудных тел накладывает существенные ограничения на технологию ведения работ. Связано это в первую очередь с высокими геостатическими и геодинамическими (тектоническими) напряжениями и большими размерами подработки пород висячего бока.

Для оценки НДС горного массива при отработке глубоких горизонтов Тундрового месторождения была составлена численная математическая модель. Методом конечных элементов в программном комплексе ABAQUS моделировались три варианта ведения работ:

1. Отработка всего рудного тела в нисходящем порядке;

2. Отработка всего рудного тела в восходящем порядке;

3. Многоступенчатое вскрытие рудного тела при ведении работ и в первой, и во второй ступени в восходящем порядке.

В результате моделирования были определены горизонтальные и вертикальные сжимающие и растягивающие напряжения в горном массиве и сделаны следующие выводы:

При отработке всего рудного тела в нисходящем порядке с увеличением глубины на границе выработанного пространства происходит постепенный рост значений сжимающих вертикальных (рис. 1) и горизонтальных напряжений, которые, при отработке глубоких горизонтов, могут привести к динамическим проявлениям горного давления. Данный рост объясняется повышением естественного поля напряжений (с ростом глубины ведения горных работ), а также увеличением пролета подработки пород висячего бока. Сжимающие напряжения сконцентрированы в висячем боку камеры на уровне откаточного горизонта. Днище блока и выработки закладочного горизонта будут испытывать повышенные сжимающие напряжения.

Растягивающие напряжения концентрируются в лежачем боку камеры на уровне откаточного горизонта. Выработки днища блока и подэтажный штрек будут испытывать повышенные растягивающие напряжения, что при отработке глубоких горизонтов может привести их деформации, появлению трещин и потере устойчивости горного массива вокруг них. Также растягивающие напряжения располагаются в кровле камеры в закладочном массиве вышерасположенного этажа, что приведет к его разрушению и увеличению разубоживания руды твердеющей закладкой.

При отработке всего рудного тела в восходящем порядке сжимающие напряжения сначала растут, затем стабилизируются и постепенно снижаются (рис. 1). Это объясняется тем, что при восходящем порядке горные работы начинают вести на большой глубине в зоне высоких естественных напряжений. Размер подработки пород висячего бока при этом минимален. С развитием горных работ естественные напряжения массива снижаются, что ведет к уменьшению опорного давления. Одновременно растет размер подработки пород висячего бока, что увеличивает значения опорного давления. Их суммарное действие и приводит к указанной выше зависимости.

 ависимость вертикальных сжимающих напряжений от глубины при восходящем и-0

Рис. 1 Зависимость вертикальных сжимающих напряжений от глубины при восходящем и нисходящем порядках ведения работ.

Зона опорного давления (как горизонтальных, так и вертикальных сжимающих напряжений) расположена в лежачем боку камеры на уровне вентиляционного горизонта. В этой зоне находятся выработки вентиляционно-закладочного горизонта. Днище блока, подготовительные и нарезные выработки не испытывают повышенных сжимающих напряжений. Растягивающие напряжения сконцентрированы в висячем боку рудного тела на уровне вентиляционного горизонта. В этой зоне не предусмотрено проведения выработок.

Сравнивая нисходящую и восходящую технологии можно отметить, что при отработке глубоких горизонтов вертикальные сжимающие напряжения при восходящем порядке в 2 раза меньше, чем при нисходящем порядке (рис. 1). При этом на всех глубинах они не превышают пределы горного массива на разрушение.

При многоступенчатом вскрытии рудного тела применение восходящего порядка для отработки запасов второй ступени вызовет рост сжимающих напряжений в рудном целике между ступенями вскрытия. Значения данных напряжений более чем в 1.5 раза превышают предел прочности рудного тела на сжатие, что приведет либо к повсеместным горным ударам различной ступени интенсивности, либо к полной потере устойчивости данным целиком и невозможности не только его отработки, но даже проведения в нем подготовительных и нарезных выработок. Повышенные значения сжимающих напряжений связаны с большими размерами подработки пород висячего бока выше и ниже рудного целика, большой глубиной ведения горных работ, высокой жесткостью рудного целика.

Таким образом, анализ напряженно-деформированного состояния горного массива установил, что нисходящий порядок не обеспечивает безопасных условий отработки глубоких горизонтов Тундрового месторождения. Восходящая технология, напротив, позволяет снизить (до 2-х раз) сжимающие напряжения при ведении работ на больших глубинах и смещает зону концентрации растягивающих напряжений в верхнюю часть этажа, где отсутствуют горные выработки, обеспечивая тем самым безопасные условия ведения горных работ.

2. При восходяще-нисходящем порядке отработки месторождения высота первой ступени вскрытия определяется экономико-математическим моделированием с учетом капитальных затрат и эксплуатационных расходов при выемке как первой, так и второй ступени вскрытия; для рассматриваемого месторождения она составила 800 м.



Pages:   || 2 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.