Технические науки

ПРОБЛЕМЫ ВЫЕМКИ БАРЬЕРНЫХ ЦЕЛИКОВ ПРИ ПОВТОРНОЙ ОТРАБОТКЕ РУДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ

Д.Е. Акбанбетова, Н. Хуанган, М.К. Манасбаева

Аннотация. В статье рассматриваются вопросы повторной отработки подземным способом месторождений, первично отработанных по технологии с оставлением междукамерных и барьерных целиков. Основные проблемы заключаются в обеспечении безопасности персонала при отработке с открытого выработанного пространства, уменьшении засорения руды при отработке полевым способом подготовки.

Ключевые слова: барьерный целик, рудные месторождения, повторная разработка, камерно-столбовая система.

I. Введение При подземной разработке рудных месторождений, эксплуатируемых длительное время, с переходом на нижние горизонты ухудшаются горно-геологические условия и технико-экономические показатели добычи полезных ископаемых. Особенно большие сложности возникают в условиях разработки мощных обширных залежей месторождения с открытым пространством, поддерживаемым рудными целиками. Это, наряду со значительными потерями полезных ископаемых, приводит к накоплению громадного объема многоярусных пустот, создающих опасности внезапных обрушений толщи налегающих пород.

В настоящее время на рудных месторождениях отмечается уменьшение содержания полезных компонентов в руде. В таких случаях повторная разработка ранее отработанных залежей с более высоким содержанием металла становится эффективным путем решения проблемы восполнения сырьевой базы.

Требованиям безопасной и высокоэффективной разработки в таких горно-геологических условиях соответствует технология разработки с закладкой выработанного пространства. Однако при переходе на системы разработки с закладкой удорожает стоимость и возрастает трудоемкость добычи.

Другие системы разработки с обрушением из-за необходимости сохранения земной поверхности и выработок верхних горизонтов, сложности планомерного и регулируемого обрушения налегающей толщи пород и увеличения разубоживания руды имеют незначительную область применения. Исходя из вышеизложенного, возникает необходимость создания технологий, обеспечивающих безопасность, полноту и прибыльность извлечения зaпacoв. Эти задачи решаются, с одной стороны на основе взаимоувязки параметров технологических схем выемки и закладки, а с другой – разработки безопасных технологий выемки оставленных поддерживающих целиков.

II. Постановка задачи Поскольку при камерно-столбовых системах разработки основным источником потерь руды в недрах являются междукамерные и барьерные целики, то становится актуальной задача разработки горно-геомеханического обоснования способов извлечения целиков, оставшихся в выработанном пространстве. Идея извлечения целиков на отработанных рудных месторождениях возникла еще в начале 40-х годов. Она привлекала возможностью добывать полезные ископаемые без существенных капитальных вложений как на разработку оставшихся запасов руды в целиках, так и на освоение новых месторождений

Однако практической реализации этой идеи в широких масштабах препятствовали слабая проработка вопросов управления горно-геомеханическими процессами в условиях обширных площадей выработанных пространств и отсутствие надежных методов оценки и контроля механического состояния конструктивных элементов систем разработки.

Вместе с тем, анализ мирового опыта применения систем с открытым выработанным пространством на обширных рудных месторождениях показывает, что с ростом глубины разработки потери руды, оставляемой в различного рода целиках, закономерно увеличиваются, достигая 40-50%. Выведение из активных запасов потерь руды в целиках и осложнение горных работ, обусловленное развитием на отработанных площадях зон самообрушения, приводят к снижению экономической эффективности эксплуатации, ухудшению безопасности работ и росту экологической техногенной нагрузки на регион освоения.

Наиболее серьезная проблема выемки целиков при повторной отработке месторождений во многом связана с обеспечением безопасности ведения горных работ из открытого выработанного пространства. Совершенно очевидно, что главное значение при решении этой задачи имеет оценка механического состояния опорных элементов и выбор на ее основе соответствующих способов выемки целиков.

Объектами повторной разработки при камерно-столбовых и панельных системах являются, главным образом, междукамерные и барьерные (межпанельные) целики, которые при первичной разработке обеспечивали устойчивость вышележащих вмещающих пород. Выполнение повторной разработки ведет к изменению способа управления горным давлением, когда обязательное местное поддержание толщи пород целиками заменяется поддержанием искусственными целиками, закладкой, упрочненными целиками или обрушением кровли.

В Казахстане, начиная с 40-50 гг., в широких масштабах разрабатываются подземным способом крупнейшие месторождения медных, свинцовых, полиметаллических руд, сосредоточенных в обширных пластообразных рудных телах пологого и наклонного залегания. В связи с достаточно высокой средней устойчивостью руды и вмещающего породного массива, при отработке месторождений преимущественное распространение получили системы с открытым очистным пространством, обеспечивающие высокую интенсивность эксплуатации месторождения и относительно низкую себестоимость добычи руды.

К примеру, общие потери меди в целиках на шахтах Жезказганского региона уже превысили запасы меди в таком крупном месторождении, как Николаевское. Только ежегодный прирост потерь руды, превышает объем добычи меди Коунрадским, Саякским рудниками в 1.З раза. Поэтому сокращение потерь, руды на разрабатываемых месторождениях имеет важное народнохозяйственное значение освоения минеральных природных ресурсов. Кроме того, отодвигаются сроки освоения новых месторождений, что связано с необходимостью привлечения дополнительных крупных инвестиций финансовых средств.

В настоящее время все шире практикуется выемка запасов руды из предохранительных целиков. При этом иногда управление сдвижением горных пород осуществляется закладкой выработанного пространства. Однако не секрет, что использование закладки в качестве горной меры охраны сооружений не всегда экономически эффективно, особенно при средней ценности руд.

Например, на Иртышском месторождении около 40% запасов рядовых по ценности руд находится в предохранительных целиках стволов шахт. Отработка данных запасов системами с закладкой выработанного пространства давала низкую рентабельность, что привело к полной остановке производства на Иртышском руднике в середине 90-х годов. В таких ситуациях альтернативой является погашение выработанного пространства обрушением, а для обеспечения сохранности стволов шахт необходимо выбрать и обосновать другие горные меры охраны. Возможность их применения должна быть обоснована специальными геомеханическими исследованиями. Это позволит обеспечить рентабельность разработки месторождения путем снижения себестоимости добычи руды на 15-20% за счет исключения затрат на закладку.

Проблема выемки барьерных целиков, оставленных между первично отработанными панелями, со всей серьезностью встала для месторождения «Жаман-айбат». В недрах рудника «Жомарт» на этом месторождении в барьерных междупанельных целиках, имеющих размеры по ширине порядка 40 метров и протяженности панелей да 250 метров, остаются большие запасы руды с высоким содержанием металлов. Вопрос усложняется наличием междукамерных целиков, разработки взаимоувязанной технологии порядка выемки целиков различного технологического назначения, различных размеров.

III. Результаты Для решения проблемы выемки целиков на отработанных рудных месторождениях используются, в основном, экспериментально - аналитические методы исследования, в том числе натурные методы исследований, лабораторные методы испытаний образцов руд, пород и твердеющей закладки, физическое моделирование на эквивалентных материалах и математическое моделирование численными методами.

В общей постановке задач основными критериями при выборе и обосновании технологии выемки барьерных целиков должны приниматься:

- обеспечение безопасности персонала при отработке барьерных целиков из открытого выработанного пространства;

- уменьшение разубоживания руды вмещаюшими породами при отработке барьерных целиков полевой подготовкой;

- возможность одновременной отработки барьерных и междукамерных целиков.

Важным моментом является также проведение своевременного и качественного мониторинга – инструментального и визуального, направленного на обеспечение безопасности подземных работ и реализации мер по охране поверхностных объектов.

IV. Выводы

1. Повторная отработка месторождений с оставленными поддерживающими целиками диктуется необходимостью обеспечения полноты выемки запасов полезных ископаемых.

2. Выемка барьерных целиков, имеющих значительные размеры, может производиться одновременно при выемке междукамерных целиков, или после их выемки.

3. При выемке барьерных целиков резко увеличивается площадь обнажения массива, что может привести к обрушениям кровли с формированием воздушной ударной волны.

4. При обосновании технологии выемки барьерных целиков наиболее важно обеспечение безопасности подземных горных работ и сохранение поверхностных объектов.

Литература

1. Ривкин И. Д., Кучер В. М. Условия устойчивости пород над выработанным пространством слепых рудных залежей. // Безопасность труда в промышленности , 1969, № 8.

2. Бронников Д.М., Замесов Н.Ф., Богданов Г.И. Разработка руд на больших глубинах. М., Недра, 1982.

3. Лапухов А.С., Мельникова Р.Д., Павлова Л.К., Петров В.Г. Технологии извлечения попутного золота из железных руд Сибири // ФТПРПИ, №4, 1984.

4. Имангалиев А. Проблемы геомеханики разрушения и создание эффективной технологии выемки медных рудных залежей. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук в форме научного доклада. Алматы, 1993.

5. Битимбаев М. Ж. Технология выемки руды из целиков при повторной разработке обширных пластообразных рудных залежей с устойчивой кровлей. Автореферат диссертации. 1994.

6. Юн Р.Б. Обоснование технологии повторной подземной разработки рудных месторождений, отработанных камерно-столбовой системой. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук. Москва, 1996г.