Андреев, Максим Николаевич. Обоснование технологии разработки подкарьерных запасов кимберлитовых трубок в условиях МГОК АК "АЛРОСА"

Краткое описание

Андреев, Максим Николаевич. Обоснование технологии разработки подкарьерных запасов кимберлитовых трубок в условиях МГОК АК "АЛРОСА" : диссертация ... кандидата технических наук : 25.00.22 / Андреев Максим Николаевич; [Место защиты: С.-Петерб. гос. гор. ун-т].- Санкт-Петербург, 2011.- 138 с.: ил. РГБ ОД, 61 11-5/3017

Министерство образования и науки Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный горный университет
На правах рукописи
04201162711
АНДРЕЕВ
Максим Николаевич

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ПОДКАРЬЕРНЫХ ЗАПАСОВ КИМБЕРЛИТОВЫХ ТРУБОК В УСЛОВИЯХ МГОК АК
«АЛРОСА»
Специальность 25.00.22 - “Геотехнология (подземная, открытая и
строительная)”
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук
Научный руководитель доктор технических наук, профессор Э.И. Богуславский
Санкт-Петербург
2011
2 '
СОДЕРЖАНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ОТЕЧЕСТВЕННОГО И МИРОВОГО ОПЫТА ПО РАЗРАБОТКЕ АЛМАЗНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ОТКРЫТЫМ И ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ 9
1.1. Зарубежный опыт разработки подкарьерных запасов кимберлитовых
трубок 10
»
1.2. Практика перехода от открытых горных работ к подземным при разработке месторождений в сложных гидро-геологических условиях 14
1.3. Разработка якутских месторождений алмазов 23
1.4. Анализ предлагаемых технологий вскрытия и отработки подкарьерных запасов кимберлитовых трубок 31
1.5. Выводы по главе 36
ГЛАВА 2. ПРЕДЛАГАЕМАЯ ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ ПОДКАРЬЕРНЫХ ЗАПАСОВ КИМБЕРЛИТОВЫХ ТРУБОК ЯКУТИИ ,В СЛОЖНЫХ ГИДРО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ 40
2.1. Общая характеристика и особенности алмазоносных месторождений Якутии 40
2.2. Проектные решения по вскрытию и отработке подкарьерных запасов в интервале метегеро-ичерского водоносного комплекса 41
2.3. Описание разработанного способа отработки подкарьерных запасов 42
2.4. Создание искусственного гидроизолирующего целика 48
2.5. Выводы по главе 48
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ОПТИМАЛЬНОГО СОСТАВА ТВЕРДЕЮЩЕЙ СМЕСИ ИСКУССТВЕННОГО ГИДРОИЗОЛИРУЮЩЕГО ЦЕЛИКА И ЗАКЛАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА 50
3.1. Анализ свойств твердеющих смесей применяемых на производстве 50
3.2. Цель и задачи исследований 55
3.3. О свойствах добавок в твердеющей смеси 56
3.4. Подготовка и использование добавок 60
3.5. Методика проведения испытаний твердеющей смеси 72
3.6. Определение усадки закладочного материала 74
3.7. Обработка результатов по определению усадки 75
3.8. Определение прочности образцов 76
3.9. Определение коэффициента фильтрации 78
3.10. Подбор оптимального состава закладочных смесей по полученным данным экспериментов 83
3.11. Выводы по главе 85
ГЛАВА 4. МЕТОДИКА РАСЧЁТА ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ИСКУССТВЕННОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ГИДРОИЗОЛИРУЮЩЕГО ЦЕЛИКА 87
4.1. Общие сведения о месторождении 89
4.2. Геолого-гидрогеологическая характеристика месторождения 90
4.3. Существующее состояние горных работ и системы защиты подземного рудника от затопления 96
4.4. Проектные решения по вскрытию и отработке подкарьерных запасов в интервале метегеро-ичерского водоносного комплекса 99
4.5. Расчет толщины стенки гидроизолирующего целика 104
4.6. Выводы по главе 111
ГЛАВА 5. ПРОЕКТ ОПЫТНО-ПРОМЫШЛЕННОГО БЛОКА В УСЛОВИЯХ ТРУБКИ «ИНТЕРНАЦИОНАЛЬНАЯ» 112
5.1. Краткое описание района месторождения 112
5.2. Технология добычи руды 113
5.3. Расчёт объема подготовительно-нарезных и очистных работ 113
5.4. Расчёт отбойки руды при помощи проходческого комбайна 119
5.5. Расчёт показателей доставки отбитой руды с помощью ПДМ TORO 121
5.6. Определение показателей ведения закладочных работ 123
5.7. Расчёт основных показателей на отработку очистного слоя 123
5.8. Определение себестоимости 1-ой тонны руды 125
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 130
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность работы. В подкарьерных запасах кимберлитовых трубок МГОК АК «АЛРОСА» сосредоточены значительные объемы алмазоносной руды. Горно-геологические условия этого участка месторождения осложнены наличием водоносного горизонта. Руда и вмещающие*породы характеризуются малой крепостью. С учётом сложности перехода от открытых горных работ к подземным, задача отработки подкарьерных запасов является весьма актуальной. .
Исследованиями в этом направлении в разное время занимались: член, корр. РАН, проф., д.т.н. Каплунов Д.Р., проф., д.т.н. Айнбиндер И.И., Крамсков
Н.П., Замесов Н.Ф., Клишин Е.Р., Ломоносов Г.Г., д.т.н., Волков Ю.В., Савич
Н.И., Шахиров Н.Х., к.т.н., Ковтун Н.В., Блюм Е.А. Однако до сих пор не разработана эффективная технология выемки подкарьерных запасов* в условиях МГОК АК «АЛРОСА», поэтому необходимы дальнейшие исследования для решения технологической задачи по отработке значительных объемов руды в границах подкарьерных запасов.
Цель работы. Разработка технологии выемки подкарьерных запасов кимберлитовых трубок в зоне водоносного горизонта.
Задачи, решению которых посвящена работа:
1. Анализ и обобщение зарубежного и отечественного опыта разработки подкарьерных запасов кимберлитовых трубок и рудных залежей в сложных гидрогеологических условиях.
2. Разработка предложений по новой технологии, обеспечивающей безопасную и экономически эффективную выемку подкарьерных запасов кимберлитовых трубок.
3. Определение усадки, прочностных и фильтрационных свойств образцов твердеющей смеси.
4. Определение оптимального состава твердеющей смеси на разной глубине формирования искусственного гидроизолирующего целика.
5. Оценка устойчивости искусственного гидроизолирующего целика сформированного по контуру кимберлитовой трубки и состоящего из твердеющей смеси.
6. Определение технико-экономических параметров предлагаемой технологии разработки подкарьерных запасов и подготовка рекомендаций:
Идея работы; Для полной выемки подкарьерных запасов кимберлитовых трубок в условиях МГОК АК «АЛРОСА» необходимо применение технологии, включающей создание искусственного цилиндрического гидроизолирующего; целика по контуру рудного» тела в зоне водоносного горизонта и двух упрочняющих целиков по простиранию.
Методы проведения исследований. Для решения поставленных задач использован комплексный метод исследований, включающий:
• анализ и обобщение данных, опубликованных в горнотехнической литературе по проблеме разработки подкарьерных запасов кимберлитовых трубок; '
• создание экспериментального стенда и изучение с его помощью влияния расширяющих добавок на снижение усадки твердеющей смеси;
• определение прочностных и фильтрационных свойств твердеющей смеси для получения оптимальных составов;
• создание методики расчёта прочности и параметров искусственного гидроизолирующего целика. .
Научная новизна:
■Установлено, что применение многофункциональных добавок в составе твердеющей смеси искусственного цилиндрического гидроизолирующего целика в количестве 1,5-2,3% от массы цемента незначительно- уменьшает прочность, снижает усадку и увеличивает противофильтрационные свойства, что обеспечивает безопасность ведения горных работ.
■Определена зависимость толщины стенки искусственного цилиндрического гидроизолирующего целика от сечения очистной заходки.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Для обеспечения безопасной и экономически эффективной отработки подкарьерных запасов следует применять разработанную технологию ведения очистных работ, включающую создание под защитой рудной корки перед
началом очистных работ искусственного цилиндрического гидроизолирующего целика и искусственных упрочняющих целиков по простиранию кимберлитовой трубки.
2. При закладке выработанного пространства на алмазодобывающих
*
рудниках Якутии следует в составе закладочной смеси применять расширяющую воздухововлекающую добавку (типа ЛАД-6) в количестве 2-3% от массы цемента. Создание искусственного цилиндрического гидроизолирующего целика необходимо производить твердеющей смесью, включающей многофункциональную герметизирующую добавку (типа МСФ- МЗ) в количестве 1,5-2,3% от массы цемента.
3. Толщину стенки искусственного цилиндрического гидроизолирующего целика, обеспечивающую безопасность ведения горных работ, следует определять при помощи разработанной методики, основанной на условиях устойчивости вертикальной выработки. Оптимальный состав твердеющей смеси целика с учётом усадки, прочности, фильтрационных свойств и стоимости целесообразно находить на основе экономико-математической модели, содержащей указанные факторы.
Практическая значимость работы:
■выданы рекомендации по проектированию новой технологии разработки подкарьерных запасов алмазоносных трубок МГОК АК «АЛРОСА»;
■разработаны составы твердеющей смеси для безусадочной закладки выработанного пространства, создания искусственного цилиндрического гидроизолирующего целика и упрочняющих целиков, включающие многофункциональную добавку расширяющего и герметизирующего действия;
■рассчитаны параметры системы разработки подкарьерных запасов кимберлитовых трубок в сложных гидрогеологических условиях.
Достоверность и обоснованность научных положений и рекомендаций
подтверждается детальным анализом мирового опыта разработки подкарьерных запасов рудных месторождений в сложных гидрогеологических условиях;
значительным объемом экспериментальных исследований прочностных и фильтрационных свойств твердеющей смеси с применением современного оборудования и рядом исследований других авторов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на LX Международном форуме горняков и металлургов, (Фрайберг, Германия, 2010 г.); ежегодных научных конференциях молодых ученых СПГГИ (ТУ) «Полезные ископаемые России и их освоение» (Санкт- Петербург, 2009 г., 2010 г.); международной конференции молодых ученых «Проблемы недропользования» (Санкт-Петербург, 2009 г., 2010 г.); 5-ой международной научно-технической конференции «Современные проблемы освоения минеральных ресурсов Севера» (г. Воркута, 2010 г.); научном симпозиуме «Неделя горняка - 2010» (МГТУ, г. Москва); международной конференции «Школа подземной разработки-2010» (Украина, Ялта, 2010 г.); научных семинарах кафедры Разработки месторождений полезных ископаемых СПГГИ (ТУ), работа получила Премию Правительства Санкт-Петербурга, автор удостоен Стипендии Правительства Российской Федерации.
Предлагаемые новые технологические решения Предлагается с помощью разработанной технологии ведения очистных работ, предполагающей создание искусственного цилиндрического гидроизолирующего целика перед началом очистных работ, вовлечь в эксплуатацию значительные запасы кимберлитов в подкарьерных запасов кимберлитовых трубок МГОК АК «АЛРОСА».
Информация о патенте на изобретение Способ комбинированной разработки месторождений полезных ископаемых, включающий барьерный гидроизолирующий искусственный целик и два упрочняющих искусственных целика, при этом по центру рудного тела проходят автоуклон для перемещения самоходного оборудования и транспортировки грузов, также в пределах каждого из упрочняющих искусственных целиков проходят рудоспуски, имеющие сбойки с автоуклоном.
8 , Предполагаемые объекты внедрения результатов исследований:
Результаты исследований будут использованы при проектировании подземных рудников разрабатывающих кимберлитовые трубки, а также в условиях МГОК АК «АЛРОСА».
Личный вклад автора:
•сформулированы цель, идея и задачи исследований;
•создана технология полной отработки подкарьерных запасов кимберлитовых трубок в условиях МГОК АК «АЛРОСА»;
•разработана методика и проведены экспериментальные исследования по определению усадки, прочностных и фильтрационных свойств твердеющей смеси;
•получен оптимальный состав твердеющей смеси для создания искусственного цилиндрического гидроизолирующего целика и упрочняющих целиков;
•сформулированы основные защищаемые положения и выводы, разработаны практические рекомендации.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 9 печатных работах, из них 3 статьи - в изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России, получен 1 патент.
Структура и объем работы. Диссертационная работа общим объемом 138 страниц состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 115 источников, включает 20 рисунков и 17 таблиц.
Автор выражает благодарность научному руководителю профессору, д.т.н. Эмилю Иосифовичу Богуславскому за постоянное внимание к данной работе, помощь в определении общей идеи работы, направлений исследований и интерпретации полученных данных; сотрудникам кафедры РМПИ за полезные замечания и ценные советы; сотрудникам лаборатории свойств горных пород НЦ Геомеханики и проблем горного производства СПГГИ (ТУ) за содействие в проведении экспериментов.

Список литературы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Выполненная диссертация - является законченной научно-квалификационной работой, в которой содержится решение актуальной задачи - вовлечения в эксплуатацию подкарьерных запасов кимберлитовых' трубок в зоне водоносного горизонта за счёт создания искусственного цилиндрического гидроизолирующего целика.
1. Предложена и обоснована новая технология отработки подкарьерных запасов кимберлитовых трубок, позволяющая отработать подкарьерные запасы руды в зоне водоносного горизонта практически без потерь.
2. Разработаны процессы очистной выемки при создании искусственного цилиндрического гидроизолирующего целика.
3. По результатам лабораторных экспериментов выбраны: а) для создания цилиндрического гидроизолирующего целика состав твердеющей смеси, включающий многофункциональную герметизирующую добавку (типа МСФ-МЗ); б) для закладки выработанного пространства состав закладочного материала, включающий расширяющую воздухововлекающую добавку (типа ЛАД-6).
4. Предложена методика, базирующаяся на схеме определения толщины бетонной крепи вертикальной выработки для определения параметров искусственного цилиндрического гидроизолирующего целика. Методика применима к различным месторождениям, находящимся в аналогичных гидрогеологических и технологических условиях.
5. Анализ экспериментальных данных и применение экономико-математического моделирования дали возможность определить типы и оптимальные количества расширяющей добавки в составе закладочного материала и многофункциональной добавки в составе твердеющей смеси искусственного цилиндрического гидроизолирующего целика.
6. Определена зависимость толщины стенки искусственного цилиндрического гидроизолирующего целика от площади сечения очистной заходки.
Результаты исследований рекомендуются к использованию при проектировании алмазодобывающих рудников.