Рекомендации по выбору оптимальных параметров формирования льдопородной закладки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рекомендации по выбору оптимальных параметров формирования льдопородной закладки

Петров Д.Н.

Необутов Г.П.

Зубков В.П.

Одним из перспективных направлений в развитии технологий, обеспечивающих рациональное освоение месторождений криолитозоны, является совершенствование систем разработки с управлением горным давлением закладкой из льдопородных смесей. Основным преимуществам технологии является высокое показатели извлечения при надежном поддержании выработанного пространства и минимальных затратах на материалы, максимальное использование имеющихся минерально-сырьевых ресурсов и природно-климатических особенностей; возможность комбинирования с вариантами других систем; снижение ущерба окружающей среде уменьшением площадей породных отвалов [1, 2, 3, 4].

Рекомендации представленные в статье, основаны на опыте применения льдопородной закладки на руднике Бадран и результатах комплекса научно-исследовательских работ, выполненных в лаборатории Проблем рационального освоения минерально-сырьевых ресурсов ИГДС СО РАН [1, 2].

Динамика нагружения искусственных целиков существенно зависит от порядка отработки залежей, а значит нормативная прочность закладки для одних и тех же условий будет неодинаковой при различном порядке отработки. [1, 5]. Требуемую прочность закладки рассчитывают по одному, а чаще нескольким факторам: устойчивости вертикального обнажения, горизонтальной подработке, допустимым деформациям закладки, возможности движения по ней оборудования. В качестве нормативной прочности принимают максимальное значение, полученное при расчетах [1]. При камерной системе разработки с льдопородной закладкой сначала отрабатывают камерные запасы под защитой рудных целиков (первая стадия), а затем извлекают целики между заложенными камерами, которая является распространенной при системах разработки с закладкой выработанного пространства.

Рисунок 1. Нормативная прочность льдопородных целиков на стадии отработки рудных целиков при разном пролете камеры а в зависимости от ширины блока L

С учетом результатов натурных и лабораторных исследований, а также фактических данных горного производства, был определен порядок расчета нормативной прочности льдопородных целиков, позволяющий учитывать влияние глубины разработки, угла падения рудного тела и конструктивных параметров системы разработки. Расчет нормативной прочности, проведенный для условий месторождения Бадран (рис. 1), показал, что при увеличении ширины блока нагрузка на закладку резко возрастает. Установлено, что определяющим фактором при выборе конструктивных параметров системы разработки с льдопородной закладкой является нормативная прочность закладки, рассчитанная для стадии выемки рудных целиков.

При применении льдопородной закладки решающее влияние на устойчивость оказывает также температура массива и рудничного воздуха [1, 2].

Рисунок 2. Изменение средних значений предела прочности на одноосное сжатие в зависимости от температуры формирования

Испытаниями на одноосное сжатие образцов льдопородного материала установлена зависимость его прочности от температуры промораживания. Предел прочности возрастает при изменении температуры промораживания от -5 °С до -20 °С, при дальнейшем понижении температуры происходит снижение прочностных свойств (рис. 2). Причинами установленного характера изменений прочности является то, что при температуре пород до -15°С основная часть воды локализуется и замерзает в нижней части слоев, а при формировании образцов при температуре ниже -20°С вода замерзает на поверхности слоев, не успевая смочить весь прослой, вследствие чего образуются участки с слабыми структурными связями. При температуре -20°С достигается равномерное распределение замерзшей воды, и формируется льдопородный материал максимальной прочности.

Кроме вышеперечисленных факторов, устойчивость закладочного массива зависит от его технологических свойств. Например, изменяя структурные характеристики закладочного массива можно также влиять на устойчивость искусственных целиков. Определение пределов прочности на одноосное сжатие образцов, сформированных с различным количеством слоев, показали возрастание прочности при увеличении их количества - например, предел прочности пятислойной конструкции в 2,5 раза выше, чем двухслойной (рис. 3).

Рисунок 3. Зависимость предела прочности льдопородной закладки на одноосное сжатие от количества намораживаемых слоев

Установленное увеличение прочности льдопородного материала можно объяснить тем, что в многослойной конструкции лед-цемент равномерно распределен по всему объему образца, что, в свою очередь, приводит к увеличению числа смерзшихся контактов и соответственно, повышению прочности.

Количество слоев в льдопородном целике зависит от параметров закладываемой выработки и мощности слоев. На основе двумерной математической модели теплообмена рудничного воздуха с возводимой льдопородной закладкой и окружающим массивом горных пород были проведены численные эксперименты по расчету послойного намораживания закладки для условий месторождения Бадран, показавшие, что минимальное суммарное время формирования закладочного массива достигается при мощности слоя 0,4-0,5 м [1]. При этом, общие затраты времени на закладку одной камеры объемом 300 м³, при температуре рудничного воздуха минус 10 °С составит 16 - 18 суток, а при минус 20 °С - 13 - 15 суток.

С учетом результатов проведенных исследований были разработаны рекомендации по технологическим параметрам производства закладочных работ и способам их осуществления, приведенные в таблице 1 [1].

Таблица 1. Рекомендации по технологическим параметрам производства закладочных работ

Разработанные рекомендации по выбору оптимальных параметров технологии формирования льдопородной закладки в зависимости от геомеханических условий и применяемой технологии, отличающиеся учетом ее свойств и закономерностей формирования, позволят существенно (в 1,5-2 раза) сократить продолжительность закладочных работ, повысить производительность труда и безопасность горных работ.

Список литературы

льдопородный закладка целик смерзание

1. Петров, Д.Н. Обоснование рациональных параметров формирования льдопородной закладки при подземной разработке месторождений криолитозоны: дисс. канд. техн. наук: 25.00.22 / Петров Дмитрий Николаевич. - Якутск, 2015. - 153 с.

2. Необутов, Г.П. Повышение эффективности добычи руды с использованием льдопородной закладки/ Г.П. Необутов, Д.Н. Петров// Известия Самарского науч. центра. - 2011. - Т. 13(39), № 1(5). - С. 1274-1276.

3. Cluff, D. Evaluation of frozen backfill for open stope mining in permafrost conditions [Электронныйресурс] / D.L. Cluff, J. Gallagher, A. Jalbout, V. Kazakidis, G. Swan // CIM 2008. - Режим доступа: www.infomine.com/publications/docs/Cluff2008.ppt.

4. Frozen backfill research for Canadian mines / G. Kight, M. Harris, B. Gorski, and J.E. Udd // Canada Centre for Mineral and Energy Technology (CANMET). - 1994. - 21 р.

5. Закладочные работы в шахтах: справочник; под ред. Д.М. Бронникова, М.Н. Цыгалова. - М.: Недра, 1989. - 272 с.

Размещено на Allbest.ru