Черних Олександр Дмитрович. Обґрунтування параметрів i режиму комплексної відкрито-підземної розробки рудних родовищ

brief description

Черних Олександр Дмитрович. Обґрунтування параметрів i режиму комплексної відкрито-підземної розробки рудних родовищ. : Дис... д-ра наук: 05.15.02 2008

Черних О. Д. Обґрунтування параметрів i режиму комплексної від-крито-підземної розробки рудних родовищ. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.15.02 підземна розробка родовищ корисних копалин. Інститут геотехнічної механіки ім. М. С. Полякова НАН України, Дніпропетровськ, 2008.
Дисертація присвячена розв'язанню наукової проблеми комплексної відкрито-підземної розробки рудних родовищ, створенню наукових основ оптимального режиму і параметрів відкритих, відкрито-підземних і підземних робіт, що створюють єдиний взаємопов'язаний технологічний комплекс при відпрацюванні родовищ на повну глибину і за всією площею.
У дисертації розроблено нові принципи поєднання відкритих і підземних робіт з утворенням взаємопов'язаного технологічного комплексу та єдиного виробленого простору, підтверджені 11 винаходами.
Розроблено методологію визначення параметрів відкрито-підземного ярусу, у т. ч. графоаналітичний метод визначення його граничної глибини й аналітичні методи оптимізації параметрів на основі експериментальних і промислових даних.
Створено методологію визначення оптимальних меж відкритого, підземного і відкрито-підземного способів, що створюють взаємопов'язаний технологічний комплекс при розробці родовищ на економічно раціональну глибину і за всією площею на основі еколого-економічних чинників.

У дисертаційній роботі розв'язано актуальну наукову проблему створення науково-методичних основ проектування комплексної відкрито-підземної розробки рудних родовищ з внутрішнім відвалоутворенням, що враховують напружено-деформований стан єдиного виробленого простору, утвореного відкритими і відкрито-підземними роботами, параметри відкрито-підземного ярусу, оптимальний режим імежі відкритого, підземного й відкрито-підземного способів розробки.
Найбільш істотні наукові та практичні результати дисертації полягають у наступному.
1. Установлено, що розробку крутоспадних та похилих рудних родовищ з глибиною простягання понад 350 м необхідно проводити комплексно відкритим, відкрито-підземним і підземним способами на повну глибину і за всією площею. Раціональний порядок відпрацювання родовища передбачає одночасний початок відкритих і підземних робіт, а при досягненні ділянкою кар'єру оптимальної межі уведення відкрито-підземного ярусу, при цьому розкривні породи і хвости збагачення складують спочатку в підземному виробленому просторі, потім у вироблених просторах ВПЯ і кар'єру. Геомеханічне керування виробленим простором здійснюється технологічними прийомами, заданим режимом відкритих, підземних і відкрито-підземних робіт, а також режимом відсипанням і швидкістю посування внутрішніх відвалів.
2. Уперше розроблено методи розрахунку параметрів відкрито-підземного ярусу на основі геомеханічних та еколого-економічних чинників. Запропонований графоаналітичний метод визначення його граничної глибини з урахуванням стійкості й кута природного скачування відбитої руди, визначених у натурних умовах. При розробці покладів потужністю 10-500 м максимальна глибина ярусу змінюється від 40 до 290 м, а кути стійких укосів відповідно від 90 до 52. Установлено, що гранична глибина ВПЯ для покладів потужністю понад 500 м дорівнює 290 м при рівності кутів стійкості та зовнішнього тертя, що дорівнюють 52. Оптимальна глибина ВПЯ за еколого-економічними чинниками рівна максимальній його глибині, визначеній за умовою стійкості.
3. На основі досліджень напружено-деформованого стану в натурних умовах і використання комплексу методів моделювання встановлено, що найбільш стійкий стан неробочих бортів кар'єру і ВПЯ зберігається при розробці крутоспадних родовищ, при цьому глибина ярусу складає 70-210 м з кутами стійких укосів відповідно 79-60. Кут неробочого борту ВПЯ з лежачого боку формують таким, щоб він дорівнював куту падіння покладу, з висячого боку за умови граничної стійкості. Установлено, що з висячого боку відбуваються зрушення ділянок бортів кар'єру і ВПЯ під кутом 102-106. Для запобігання обваленням у варіантах збільшення кутів вище граничних між неробочими бортами ВПЯ залишають розпірні та підпірні прибортові цілики. Уперше розроблено методику розрахунку параметрів ціликів. Установлено, що при заповненні виробленого простору розкривними породами напружено-деформований стан гірського масиву за контурами ВЯ та ВПЯ зменшується в 1,7-3,4 рази, при цьому для керування стійким станом бортів змінюють напрям відсипання відвалу і його швидкість посування.
4. Теоретично обґрунтовано принципи технологічної взаємоув’язки режимів відкритих, підземних, відкрито-підземних робіт і внутрішнього відвалоутворення на одному родовищі. Розроблено методику визначення оптимального режиму відпрацювання ВПЯ, що включає аналітичні залежності за визначенням його можливої та оптимальної продуктивності у варіантах діючого й відпрацьованого кар'єрів. Установлено, що на продуктивність ВПЯ в першому варіанті переважно впливає горизонтальна швидкість посування і кут робочого борту кар'єру. При його збільшенні з 10-12 до 22-25 продуктивність ВПЯ зростає на 8-14 %. У варіанті відпрацьованого кар'єру, з метою інтенсифікації відпрацювання підкар'єрних запасів руди, фронт робіт ярусу доцільно розвивати від центру дна кар'єру до торців покладу, що апробовано у промислових умовах кар'єру «Головний» Салаїрського ГЗК.
5. Розроблено графоаналітичний метод визначення технологічної можливості внутрішнього відвалоутворення у виробленому просторі кар'єру та ВПЯ на основі взаємозв'язку довжини покладу, довжини дна кар'єру й параметрів розвалу відбитої руди у межах ВПЯ. Розроблено методику визначення оптимальних параметрів внутрішнього відвалу при різних стадіях відпрацювання кар'єру; складено економіко-математичну модель визначення його економічної ефективності з урахуванням екологічних чинників. Установлено, що при зміні ширини покладу від 50 до 500 і відповідно глибини ВПЯ від 80 до 180 м довжина дна кар'єру за умовою відвалоутворення складає 215-600 м. При довжині дна, меншій від 215 м, внутрішнє відвалоутворення можливе тільки при досягненні кар'єром оптимальної глибини й повного відпрацювання ВПЯ. Розроблено на рівні винаходів нові технологічні схеми відвалоутворення, апробовані в промислових умовах.
6. Уперше на основі результатів дослідження напружено-деформованого стану та стійкості неробочих бортів кар'єру складної форми розроблено методики визначення головних параметрів кар'єру і ВПЯ та виявлено економічні й екологічні критерії ефективності комплексної розробки крутоспадних родовищ за схемою ВЯ-ВПЯ-ПЯ. При досягненні кар'єром оптимальної глибини та подальшому поглибленні його відкритим і відкрито-підземним способами при однакових запасах, що розробляються, глибина кар'єру при відкрито-підземній розробці збільшується на 51-83 м, а площа відпрацювання й розміри кар'єру в плані зменшуються відповідно на 18-35 га і за поверхнею на 37-226 м при зміні глибини кар'єру від 225 до 450 м.
7. Розроблено науково-методичні основи визначення меж відкритого, від-крито-підземного й підземного способів при комплексному освоєнні родовищ з урахуванням еколого-економічних показників і охорони надр. Для оптимізації меж на передпроектному рівні запропоновано комплексний коефіцієнт розкриття, який враховує співвідношення запасів руди та собівартості її видобування відкритим, підземним і відкрито-підземним способами у неробочих бортах нижче за дно і за контурами кар'єру.
8. Апробацію комплексної відкрито-підземної розробки здійснено рядом проектних організацій: «Центрогипроруда», «Гипроруда», «Південгіпроруда», «Кривбаспроект», «ВНИПИгорцветмет», проектним відділом Салаїрського ГЗК, гірничим департаментом Лаосу. Економічний ефект при комплексній розробці Південно-Лебединського, Приоскольського та Аннівського родовищ склав відповідно 52,5; 133,4 і 21,8 млн. грн. Промислову та проектну апробацію запропонованої технології реалізовано на кар’єрах «Лавриківський» ПГЗК і №1 ЦГЗК.