Обоснование эффективной технологии подземной разработки золоторудных жил малой мощности наклонного залегания: на примере Ирокиндинского месторождения

При отработке тонких и маломощных жил добывается около 40% руды подземным способом и более половины всего драгметалла в странах СНГ. При этом доля отработки наклонных жил составляет 18%. Традиционные технологии выемки жил характеризуются низкой производительностью труда (1.80−2.43 т. руды/чел.смену), большими потерями руды и металла (до 15%) при высоком уровне разубоживания (до 40−75%).

Золоторудные жильные месторождения малой мощности имеют ряд особенностей: сложное геологическое строение и тектоническая нарушен-ность, крайне неравномерное распределение запасов в недрах, ограниченные размеры очистного пространства, многообразие условий по устойчивости руд и вмещающих пород. На устойчивость горных пород влияют физико-механические свойства руды и вмещающих пород, изменчивость формы рельефа кровли, угол наклона жилы, тектоническая нарушенность, наличие многолетней мерзлоты и др. Все это дополнительно осложняет отработку месторождений полезных ископаемых.

Совершенствования технологии выемки наклонных жил малой мощности направлены, в основном, на уменьшение объемов оставляемых целиков, уменьшение затрат на крепление и поддержание выработанного пространства. При совершенствовании существующих технологий не всегда обосновываются устойчивые размеры целиков и обнажений камер, параметры крепления и другие конструктивные элементы систем разработки, что затрудняет их более широкое применение.

Поэтому вопросы изыскания эффективных и безопасных технологий разработки золоторудных наклоннозалегающих маломощных жил являются актуальными и не теряют своей значимости.

Цель диссертационной работы — обоснование эффективного способа подземной разработки золоторудных наклонных жил малой мощности в условиях многолетней мерзлоты, обеспечивающего безопасность работ при рациональном использовании недр.

Основная идея работы заключается в отработке маломощных жил золоторудных месторождений наклонными уступами широким забоем с креплением очистного пространства и локализацией образующихся пустот при соблюдении дополнительных технологических требований, связанных с разработкой наклонной залежи в условиях многолетней мерзлоты.

Цель работы обусловила следующие задачи исследований:

1. Обзор и анализ отечественного и зарубежного опыта подземной разработки золоторудных наклоннозалегающих маломощных жил, в том числе особенностей существующей геотехнологии Ирокиндинского месторождения.

2. Изыскание эффективных методов управления геомеханическими процессами и обоснование рациональных параметров конструктивных элементов систем разработки с учетом горно-геологических факторов.

3. Исследование механизма образования сверхнормативных потерь и разубоживания руды в процессе ее добычи и возможности их существенного сокращения на основе совершенствования процессов очистной выемки и систем разработки.

4. Совершенствование систем разработки и технологий выемки руды на основе применения специальных средств механизации очистной выемки, отвечающих условиям отработки наклоннозалегающих маломощных жил.

5. Обоснование и разработка безопасных технологий погашения опорных целиков.

6. Разработка и обоснование эффективных технологий отработки маломощных жил наклонного падения в условиях многолетнемерзлых пород.

7. Обоснование способов локализации образующихся пустот.

8. Промышленная проверка научных и технических разработок и внедрение результатов исследований в производство.

Предмет исследований — сложноструктурное рудное поле Ирокиндинского месторождения ОАО «Бурятзолото».

Методы исследований. В работе применен комплекс исследований, включающий: научный анализ и обобщение опытаграфо-аналитические исследования структурной организации элементов тектоникилабораторные исследования напряженно-деформированного состояния горных выработок и целиков с применением математического моделированияпромышленные эксперименты по исследованию напряженно-деформированного состояния массива и конструктивных элементов систем разработкипроектно-конструкторские изыскания по созданию эффективных вариантов систем разработкиопытно-промышленная их проверка и технико-экономическое обоснование эффективности.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. В условиях многолетней мерзлоты, вмещающие породы представляют собой однородную среднеустойчивую упругую среду, сцементированную влагой с отдельными участками расслоения, что позволяет применять сплошную систему отработки запасов без оставления целиков, а также проводить погашение опорных целиков ранее отработанных блоков обратным ходом с анкерным или стоечным креплением зон рассланцевания при локализации пустот.

2. При анализе потерь полезного ископаемого, которые в условиях разработки маломощных наклоннозалегающих жил в многолетнемерзом массиве пород могут достигать 15%, следует учитывать дополнительные потери рудной мелочи в местах искусственной «наморозки». Снижение их общего уровня до 1−3% возможно за счет применения специально разработанной технологии.

3. Технология разработки маломощных жил в многолетнемерзлых породах должна включать отработку залежи по простиранию наклонными уступами широким забоем, контурное взрывание с заградительными экранами, применение передвижной буровой машины и скреперной доставки, механизированную вакуумную зачистку руды в смеси с антисерзаемыми реагентами, крепление призабойного пространства и локализацию образующихся пустот, благодаря чему обеспечивается существенное улучшение условий труда и снижение потерь полезного ископаемого в недрах.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций обуславливается соответствием физических и математических моделей реальному состоянию массива горных пород, подтвержденному сходимостью результатов, длительными лабораторными, аналитическими и натурными исследованиями, положительной апробацией разработанных технических решений и их внедрением в производство.

Научная новизна работы состоит в: ¦ анализе потерь полезного ископаемого, характера их распределения и выявлении причин разубоживания, включая потери рудной мелочи в почве очистных камер и скреперных дорожках в результате «наморозки» рудыклассификации устойчивости обнажений горного массива по геологическим факторам: рельефу кровли, условиям залегания жилы, трещиновато-сти, сланцеватости и прочности пород, температуры массива. обосновании параметров устойчивости пролетов камер и способов крепления призабойного пространства при отработке жил широкими заходка-ми без оставления охранных целиков и локализации отработанных пустотновом подходе к комбинации применения различных видов крепления призабойного пространства в зонах рассланцевания пород, обеспечивающих безопасные условия погашения целиков и отработки жил в условиях многолетней мерзлотыобосновании шага зачистки руды с учетом ее отбойки наклонными уступами и применения заградительного экрана, вакуумной технологии и реагентов, препятствующих смерзанию рудыобосновании проведения подготовительных горнопроходческих работ штреком с рудными карманами, исключающими (полностью или частично) надштрековые и подштрековые целикиприменении селективной выемки тонких жил при сплошной отработке запасов этажа с оставлением пустых пород в зонах локализации пустотразработке новой технологии выемки маломощных многолетнемерзлых золотосодержащих жил наклонного падения, обеспечивающей более благоприятные условия ведения работ при существенном снижении уровня потерь полезного ископаемого в недрахширокой апробации выдвигаемых научных положений и разработанных технических решений в лабораторных и производственных условиях, подтверждающих выявленные закономерности.

Практическая ценность работы заключается: в разработке технологии погашения опорных целиков при обеспечении безопасности работ и существенном снижении уровня потерь полезного ископаемого в недрахв обосновании эффективной системы разработки маломощных жил наклонными уступами в широком забое с креплением очистного пространства при периодической локализации образующихся пустотв разработке технологии подземной отработки золотосодержащих жил, учитывающей специфику ведения работ в условиях многолетнемерзлого массива с наклонным залеганием рудного телав обосновании способа поддержания зон рассланцевания пород стоечной и анкерной крепью, включая гидростойки, устойчивые к взрывной волне.

На основе выполненных исследований разработаны методические и нормативные документы, рекомендованные для практического применения Бурятским межрегиональным управлением по технологическому и экологическому надзору: расчета параметров крепления кровли гидравлическими стойками при отработке целиковрасчета параметров крепления кровли взрывозащитными гидростойками и сталеполимерной анкерной крепьюметодам локализации выработанного пространствасоздания изолирующих бутовых полос.

Реализация результатов работы.

Все решения и технические разработки прошли успешные промышленные испытания в условиях Ирокиндинского месторождения с положительным экономическим эффектом. Новая технология отработки маломощных наклоннозалегающих жил в условиях многолетнемерзлых пород принята в качестве основной при отработке рудного поля названного месторождения в силу ее технических и экономических преимуществ по сравнению с существующей системой разработки.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях горного факультета (г. Иркутск, 2003;2006 гг) — на технических совещаниях в ОАО «Бурятзолото» (Улан-Удэ, 2003;2006 гг.) — на научно-технической конференции «День горняка» (Москва, МГГТИ, 2006 г.) — на международной конференции «Игошин-ские чтения» (Иркутск, 2005 г.).

Личный вклад автора диссертации заключается: в анализе и обобщении литературных источников и технической документации по вопросу отработки тонких и маломощных жил наклонного залеганияв выявлении и анализе причин потерь полезного ископаемого в недрахв постановке исследований и обобщении результатов по оценке устойчивости обнажений горных пород и обосновании методов управления горным давлениемв разработке технологии погашения опорных целиков и более эффективных способов отработки маломощных жилв обосновании способа и технологии проведения горных работ и непосредственном участии в реализации всех технических решений и разработок в производствов подготовке методической и нормативной документации по принципиальным вопросам погашения целиков и разработки маломощных жил, рекомендованных к реализации Бурятским межрегиональным управлением по технологическому и экологическому надзору.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ в технических журналах, сборниках научных трудов и тезисах докладов конференций, включая реферируемые издания, в которых отражена суть научных положений," выносимых на защиту.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, изложена на 153 страницах машинописного текста, содержит 57 рисунков, 13 таблиц, список использованных источников из 84 наименований, и приложения на 19 страницах.

Выводы.

1.Предлагаемая технология разработки наклоннозалегающих маломощных золотосодержащих жил при локализации отработанных пространств, включающая применение передвижных буровых установок, прогрессивных видов крепления, оградительных экранов, вакуумную подборку руды в комплексе с антисмерзающими реагентами позволяет: повысить уровень механизации и организации труда, обеспечив увеличение производительности горнорабочих с 1,5−3,5 мЗ/чел.см. до 6.3 мЗ/чел.смвысвободить из технологического процесса до 35 высококвалифицированных ГРОЗ, что имеет особое значение при организации работы вахтовым методомснизить запыленность забоя и виброопасность работы оборудованияснизить затраты на лесоматериалы, ВВ и их расходобеспечить более благоприятные и безопасные условия труда горнорабочих.

2.Разработанная технология подтвердила свою эффективность в условиях Ирокиндинского месторождения. Промышленная реализация технологии погашения балансовых целиков и нового способа добычи обеспечили: снижение уровня потерь металла при добыче с 12,4 до 1−3%- получение экономического эффекта в размере 2,372 млн. рублейожидаемый экономический эффект по руднику — 41,941 млн. рублей в год.

3. Результаты промышленных испытаний в условиях Ирокиндинского месторождения полностью подтвердили эффективность новой технологии отработки маломощных наклоннозалегающих жил и погашение балансовых целиков.

4. Основные технические элементы новой технологии, а именно способы и параметры крепления, методы локализации пустот и возведения бутовых полос рекомендованы Бурятским управлением по технологическому и экологическому надзору к более широкой реализации при разработке золоторудных месторождений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Выполненная диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой дано новое решение задачи обоснования эффективной технологии разработки маломощных жил наклонного залегания в условиях многолетнемерзлых пород, имеющей важное научно-прикладное значение при добыче золоторудных месторождений полезных ископаемых.

Основные научные и прикладные результаты работы сводятся к следующему:

1. Проанализированы и выявлены причины технологических потерь полезного ископаемого в недрах, разработан и реализован комплекс мероприятий по их сокращению.

2. Разработана классификация устойчивости обнажений боковых пород в условиях новой технологии отработки маломощных жил наклонного падения.

3. Научно обоснованы закономерности поддержания устойчивых обнажений в условиях мерзлых пород, на основании которых разработана и реализована технология погашения опорных целиков ранее отработанной залежи.

4. Разработана эффективная технология отработки маломощных жил наклонными уступами в широком забое с креплением очистного пространства при периодической локализации пустот, обеспечивающая безопасность работ и сокращение потерь в недрах.

5. Разработанные технологии апробированы в условиях рудника «Ирокинда», доказали свою работоспособность и эффективность по сравнению с существующими способами отработки жил.

6. На основе выполненных исследований разработаны методические и нормативные документы, рекомендованные для практического применения Бурятским межрегиональным управлением по технологическому и экологическому надзору:

Временная методика расчетов параметров крепления кровли гидравлическими стойками ELBROC OMNI 80 при выемке целиков;

Временная методика расчетов параметров крепления кровли очистных блоков взрыаозащищенными гидравлическими стойками ELBROC OMNI.

80 и анкерной сталеполимерной крепью (СПАК) в условиях многолетнемерзлых пород;

Временные указания погашения выработанного пространства методом локализации бутовыми полосами при выемке целиков на жилах Ирокиндинского рудного поля;

Временная техническая инструкция по созданию изолирующих бутовых полос при погашении выработанного пространства способом локализации на жилах Ирокиндинского рудного поля.

7. Разработанная технология отработки жил наклонными уступами в широком забое рекомендована в качестве основного способа выемки золотоносного месторождения рудника «Ирокинда».

8. Экономический эффект от реализации предлагаемых технических решений составляет 2,732 млн руб. в год. Ожидаемый экономический эффект по руднику — 41,941 млн. рублей в год.