Обоснование параметров предварительного контурного взрывания пород при комбинированной разработке месторождений

Горная промышленность в настоящее время характеризуется добычей полезных ископаемых горными предприятиями с нижних, глубоких горизонтов месторождений. Это вносит определенные трудности в эффективную технологию разработки месторождений из-за увеличения горного давления, изменения прочностных свойств и структурных особенностей подрабатываемого горного массива.

Геомеханические особенности разработки месторождений комбинированным способом характеризуются тем, что на карьере буровзрывные работы приводят к значительным деформациям уступов, обрушению их откосов, осыпанию, выполаживанию углов откосов, перекрытию берм, сдваиванию и страиванию уступов, а также к нарушению законтурного массива пород, окружающих карьер. Это необходимо учитывать при выемке прибортовых запасов месторождения подземным способом, особенно, в зоне влияния карьера. Недоучет этого фактора приводит к разрушению кровли и стенок подземных горных выработок и локальным вывалам пород.

Снизить разрушающее действие взрывов на законтурный массив и повысить устойчивость откосов бортов карьера и подземных горных выработок возможно путем применения широко внедряющегося в горнодобывающую промышленность контурного взрывания.

Контурное взрывание, особенно, способ предварительного направленного щелеобразования, предохраняя массив горных пород от интенсивного трещинообразования, позволяет:

— повысить устойчивость откосов бортов карьеров, что обеспечит увеличение углов их наклона;

— повысить устойчивость кровли и стенок подземных горных выработок в зоне влияния карьера, где породы разуплотнены;

— существенно улучшить качество профилируемых поверхностей горных пород;

— снизить трудоемкость работ по доведению образуемых поверхностей до проектного положения.

Поэтому задача по обоснованию параметров предварительного контурного взрывания при комбинированной разработке является актуальной.

Целью работы является научное обоснование метода предварительного контурного взрывания и его параметров, обеспечивающего сохранения законтурного массива от разрушения, охрану окружающей среды от снижения нарушений земной поверхности и рациональное использование недр при комбинированной разработке месторождения.

Идея работы заключается в том, что сохранение устойчивости бортов карьера, кровли и стенок подземных горных выработок, достигается за счет регулирования шириной экранирующей щели посредством изменения параметров предварительного контурного взрывания, а также применением конструкции контурного заряда, создающего дополнительные напряжения по линии предполагаемого раскола пород.

Научные положения, защищаемые автором:

— тангенциальные напряжения на контуре скважины эллиптического сечения, образованного взрывом комбинированного контурного заряда, увеличиваются в 2−2,2 раза по сравнению с обычным контурным зарядом за счет соотношения максимальной и минимальной составляющей природного гравитационного поля напряжений;

— показатель степени затухания остаточных деформаций в зоне законтурных нарушений зависит от коэффициента поперечных деформаций и акустической жесткости массива горных пород и изменяется от этих факторов по линейному закону;

— расстояние между контурными шпурами при проведении подземных горных выработок в зоне влияния карьера способом предварительного щелеобразования зависит от энергетических, прочностных и структурных свойств пород и напряженного состояния массива и изменяется от глубины разработки и коэффициента влияния контура карьера на окружающий массив по гиперболическому закону.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается применением комплексного метода, включающего: анализ и обобщение достижений отечественной и зарубежной горной науки и практикиизучение физического процесса образования направленной трещины между контурными зарядами, аналитические исследования с привлечением методов математической теории упругости и обработкой данных методами математической статистики, проведение опытных взрывов на карьере, технико-экономическое обоснование технологии БВР.

Научная новизна работы:

— разработан метод расчета параметров способа предварительного щелеобразования для повышения устойчивости бортов карьера;

— разработан метод расчета параметров способа предварительного щелеобразования для снижения законтурных нарушений массива при проведении подземных горных выработок в зоне влияния карьера;

— получены аналитические зависимости показателя степени затухания остаточных деформаций в зоне законтурных нарушений и относительной мощности зоны законтурных нарушений от прочностных и энергетических характеристик массива пород в зоне влияния карьера.

Практическое значение работы заключается в разработке инженерного метода расчета параметров способа предварительного щелеобразования при комбинированной разработке, учитывающего влияние карьера на окружающий массив.

Реализация результатов работы состоит во внедрении результатов исследований в проект отработки месторождения Эрдэнэтийн-Овоо (Монголия), что позволит увеличить проектный угол наклона южного борта Северо-Западного карьера с 45° до 50°, при этом снизить объем вскрышных.

3 2 работ на 1,93 млн. м и поверхность борта карьера 6528 м и получить экономический эффект при достижении карьером проектной глубины в размере 149 млн. долларов, а в настоящее время при разработке гор. 1400−1415 м около 1,5 млн.долларов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на совещаниях в лаборатории «Перспективных технологий» НУЦ «Минеральные ресурсы» (1998;1999 г. г.), на IV Международной научной конференции «Новые идеи в науках о Земле» в 1999 г.

Публикации. По содержанию диссертационной работы опубликованы 6 печатных работ.

Объем работы. Диссертационная работа изложена на 188 страницах машинописного текста, содержит 27 рисунков и 17 таблиц, состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 82 наименований.

5.5. Выводы по пятой главе.

1. Для условий разработки карьера Северо-Западный месторождения «Эрдэнэтийн-Овоо» предложены методики инженерного расчета параметров способа предварительного щелеобразования при проведении подземных горных выработок в зоне влияния карьера и заоткоске уступов карьера и постановке их в конечное положение.

2. Расстояние между контурными шпурами при проведении подземных горных выработок в зоне влияния карьера способом предварительного щелеобразования зависит от энергетических характеристик ВВ, прочностных и структурных свойств пород и напряженного состояния массива и изменяется от глубины разработки и коэффициента контура влияния карьера на окружающий массив по гиперболическому закону.

3. Экономический эффект и технологическое преимущество применения способа предварительного щелеобразования на карьере достигается за счет увеличения угла наклона борта карьера с проектного 45° до 50° и повышения его устойчивости.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертационной работе дано решение научной задачи обоснования параметров предварительного контурного взрывания при комбинированной разработке, позволяющей повысить устойчивость бортов карьера и законтурного массива от разрушения, безопасность очистных работ и обеспечивающей охрану окружающей среды от снижения нарушений земной поверхности и рациональное использование недр.

Основные научные и практические результаты выполненных исследований заключаются в следующем:

1. Анализ практики и экспериментальных исследований на карьерах показывает, что разрушения вглубь массива после взрыва зарядов ВВ на рыхление распространяются на глубину 4−5 м и составляют по обобщенным данным 30−40 диаметров заряда ВВ.

2. Ширина нарушенной зоны вокруг подземных выработок зависит от прочностных свойств пород и энергетических характеристик применяемого ВВ и изменяется от величины растягивающих напряжений в массиве по гиперболическому закону.

3. Предложена новая конструкция контурного заряда для способа предварительного щелеобразования, состоящая из линейных контактных зарядов ДШ, расположенных у стенок скважины в противоположных сторонах, и центрального шлангового заряда с радиальным воздушным зазором, при этом внутренние заряды взрываются разновременно.

4. Показатель степени затухания остаточных деформаций в зоне законтурных нарушений зависит от коэффициента поперечных деформаций и акустической жесткости массива горных пород и изменяется по линейному закону.

5. Расстояние между контурными шпурами при проведении подземных горных выработок в зоне влияния карьера способом предварительного щелеобразования зависит от энергетических характеристик ВВ, прочностных и структурных свойств пород и напряженного состояния массива и изменяется от глубины разработки и коэффициента влияния контура карьера на окружающий массив по гиперболическому закону.

6. Для условий разработки карьера Северо-Западный месторождения «Эрдэнэтийн-Овоо» предложены методики инженерного расчета параметров способа предварительного щелеобразования при проведении подземных горных выработок в зоне влияния карьера и заоткоске уступов карьера при постановке их в конечное положение.

7. Экономический эффект и технологическое преимущество применения способа предварительного щелеобразования на Северо-Западном карьере месторождения «Эрдэнэтийн-Овоо» достигается на счет увеличения угла наклона борта карьера с проектного 45° до 50° и повышения его устойчивости.