WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

МИНАЕВ Дмитрий Юрьевич

Технология КОМБИНИРОВАННОГО восходяще-НИСХОДЯЩЕГО ПОРЯДКА отработки крутопадающей рудной залежи Тундрового месторождения Кольской ГМК

Специальность 25.00.22 -

Геотехнология (подземная, открытая и строительная)

А в т о р е ф е р а т

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург

2007

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В. Плеханова (техническом университете)

Научный руководитель -
доктор технических наук, профессор

Богуславский Эмиль Иосифович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

Ломоносов Геральд Георгиевич

кандидат технических наук

Иванов Анатолий Андреевич

Ведущая организация ООО «Институт Гипроникель»

Защита состоится «___»______2007 г. в___час.___мин. на заседании диссертационного совета Д 212.224.06 при Санкт-Петербургском государственном горном институте им. Г.В. Плеханова (техническом университете) по адресу: 199106 Санкт-Петербург, 21-я линия, дом 2, ауд.______.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Санкт-Петербургского государственного горного института.

Автореферат разослан «____» _____ 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

д.т.н., профессор В.П. Зубов

общая характеристика работы

Актуальность работы: Последнее время в России достаточно остро ощущается недостаток сырья для металлургических предприятий. Это обстоятельство усугубляется истощением большинства легкодоступных запасов руд цветных и черных металлов, осложнением горно-геологических условий разработки месторождений полезных ископаемых, снижением качества руд. Сложившаяся ситуация требует вовлечения в эксплуатацию новых месторождений и запасов руд на больших глубинах (более 500 м), желательно с одновременным снижением себестоимости добычи качественного рудного сырья.

Применяемые в России в настоящее время технологии разработки месторождений с высоким содержанием полезных компонентов при относительно неглубоком залегании, не могут экономически эффективно использоваться для отработки глубокозалегающих рудных тел. Необходима разработка новой инновационной технологии добычи руды с невысоким содержанием полезного компонента подземным способом с больших глубин.

В настоящее время в мировой практике повсеместно принят нисходящий порядок разработки месторождений полезных ископаемых. Это диктуется низкими капиталовложениями на первой ступени вскрытия и коротким сроком ввода рудника в эксплуатацию. Однако, ступенчатое или поэтажное вскрытие вызывает перерасход капиталовложений на строительство рудника за счет последующей дорогостоящей углубки существующих или проведения слепых стволов с концентрационного горизонта.

Таким образом, основные преимущества отработки месторождения в нисходящем порядке утратили свои значения, и возникла необходимость рассмотреть возможность применения новой нетрадиционной и перспективной геотехнологии, состоящей в выемке этажей по вертикали в восходящем порядке.

Этой проблеме посвящены работы ведущих ученых: Д.Р. Каплунова, О.В. Славиковского, Ю.В. Волкова, Ю.М. Цыгалова, В.Л. Яковлева, и др. Однако, вопросы технологии отработки месторождения в комбинированном восходяще-нисходящем порядке, оптимизации параметров системы и управления состоянием горного массива при восходящем порядке отработки глубоких горизонтов, рассмотрены недостаточно подробно.

Тема диссертации соответствует приоритетному направлению развития науки, техники и технологии РФ «Экология и рациональное природопользование» (согласно приказу №577 президента РФ Путина В.В. от 30.03.02).

Научные исследования частично проводились в рамках гранта Правительства Санкт-Петербурга по направлению «Горное дело», наименование НИР «Технология восходящей отработки крутопадающих рудных тел».

Цель диссертационной работы: Повышение эффективности технологии разработки глубокозалегающего Тундрового месторождения Кольской ГМК.

Идея работы: Отработку глубокозалегающих крутопадающих рудных тел Тундрового месторождения необходимо вести в восходяще-нисходящем порядке многостадийной системой разработки, при этом параметры схемы вскрытия и технологии очистной выемки руды в блоке необходимо определять на базе разработанных экономико-математических моделей.

Задачи исследований:

1. Разработать технологию выемки рудных тел многостадийной системой с комбинированной закладкой при выемке месторождения в восходящем порядке;

2. Оценить напряженно-деформированного состояние (НДС) массива при восходящем порядке отработки месторождения;

3. Оценить напряженно-деформированного состояние рудного целика между ступенями вскрытия при многоступенчатой отработке рудного тела в восходящем порядке;

4. Разработать методику определения оптимальной глубины первой ступени вскрытия при комбинированном восходяще-нисходящем порядке отработки месторождения;

5. Установить закономерность изменения величины шага вскрытия от угла падения рудного тела;

6. Разработать методику определения оптимальных параметров многостадийной системы с заполнением камер комбинированной закладкой при ведении работ в восходящем порядке.

7. Определить оптимальные параметры технологии отработки Тундрового месторождения Колькой ГМК.

Научная новизна:

  • установлены зоны концентрации сжимающих и растягивающих напряжений при восходящем порядке ведения горных работ, располагаемые в горном массива вокруг верхней части камеры, а также параболические зависимости изменения сжимающих напряжений с глубиной;
  • установлены зависимости размеров искусственных монолитных целиков от совместного влияния давления пород висячего бока и активного давления сыпучей породной закладки при изменении угла падения рудного тела;
  • установлены качественные и количественные зависимости приведенных затрат от глубины первой ступени вскрытия при комбинированном восходяще-нисходящем порядке отработки месторождения: минимальная глубина первой ступени составляет 800 м, при ее увеличении значения приведенных затрат остаются постоянными; установлены параболические зависимости изменения удельных затрат на добычу руды от технологических параметров многостадийной системы разработки при восходящем порядке ведения работ.

Защищаемые научные положения:

1. Восходящий порядок отработки глубоких горизонтов крутопадающих месторождений позволяет эффективно управлять состоянием горного массива, так как обеспечивает более чем 2-х кратное снижение действующих сжимающих напряжений по сравнению с нисходящим порядком;

2. При восходяще-нисходящем порядке отработки месторождения высота первой ступени вскрытия определяется экономико-математическим моделированием с учетом капитальных затрат и эксплуатационных расходов при выемке как первой, так и второй ступени вскрытия; для рассматриваемого месторождения она составила 800 м;

3. Размеры искусственных монолитных целиков при многостадийной системе разработки должны определяться не только по величине горного давления пород висячего бока, но и с учетом активного давления сыпучей породной закладки камеры второй очереди; для условий Тундрового месторождения длина камер I очереди составляет 8 м, длина камер II очереди составляет 40 м, прочность твердеющей закладки – 3 МПа.

Достоверность научных положений, выводов и результатов подтверждается представительностью и надежностью исходных данных, сходимостью результатов экономико-математического моделирования с данными других исследований, аналитических расчетов и лабораторных исследований с результатами математического моделирования, а также производственной практикой.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовался комплексный метод исследований, включающий: анализ и обобщение горнотехнической литературы; лабораторные исследования процессов деформирования искусственных монолитных целиков; математическое моделирование напряженно-деформированного состояния горного массива; экономико-математическое моделирование параметров технологии отработки месторождения в восходящем порядке.

Практическая значимость работы:

1. Составлена классификация способов вскрытия крутопадающих рудных месторождений полезных ископаемых.

2. Определено напряженно-деформированное состояние горного массива Тундрового месторождения при ведении работ в восходящем, нисходящем и восходяще-нисходящем порядках.

3. Разработана экономико-математическая модель определения оптимальной глубины первой ступени вскрытия при ведении работ в комбинированном восходяще-нисходящем порядке.

4. Разработана экономико-математическая модель определения оптимальных параметров многостадийной системы разработки.

5. Обоснована минимальная глубина первой ступени вскрытия при восходяще-нисходящем порядке отработки Тундрового месторождения, она составляет 800 м.

6. Обоснована экономическая эффективность восходящего порядка ведения работ перед нисходящим порядком.

7. Разработана и обоснована технология отработки Тундрового месторождения Кольской ГМК в комбинированном восходяще-нисходящем порядке.

Апробация работы: Основные положения работы докладывались и получили положительную оценку на Всероссийских научных конференциях молодых ученых «Полезные ископаемые России и их освоение» (г. Санкт-Петербург, СПГГИ (ТУ), 2002, 2003, 2004, 2005 гг.); на научной конференции в рамках «Недели горняка» (Москва, МГГУ, 2005 г.); на Всероссийской конференции-конкурсе студентов выпускного курса (СПб, 2004 г.); на VII Международной конференции «Новые идеи в науках и Земле» (Москва, 2005 г.); на 45-й международной конференции горняков (Польша, Краков, 2004 г.); на научных семинарах кафедры РМПИ СПГГИ (ТУ);

Реализация результатов работы: Разработанные рекомендации приняты к использованию и внедрению в проектную документацию ООО « Институт Гипроникель».

Публикации: по теме диссертации опубликовано 15 печатных работ, из них 6 патентов на изобретение.

Структура и объем работы: Диссертация состоит из введения, 6 глав и заключения общим объемом 230 страниц, содержит 10 таблиц и 96 рисунков, а также список литературы из 136 наименований и 5 приложений.

Автор выражает глубокую и искреннюю благодарность научному руководителю профессору Э.И. Богуславскому, постоянное внимание и помощь которого способствовали успешному выполнению работы; доценту Ю.Л. Минаеву за внесение идей и предложений содействие и консультации по важнейшим вопросам диссертации, другим сотрудникам кафедры РМПИ за практические советы при выполнении лабораторных исследований и написании глав диссертации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе диссертационной работы приведен обзор и анализ практики применения восходящего порядка ведения работ. Проанализированы применяемые в настоящее время схемы вскрытия крутопадающих рудных месторождений, а также тенденции их развития. По результатам проведенного анализа составлена классификация современных способов вскрытия месторождений, представленных крутопадающими рудными телами.

Во второй главе рассмотрены возможные технологические схемы вскрытия и добычи руды в блоке для условий Тундрового месторождения. Приведены новые способы подготовки и нарезки блока при отработке месторождении в восходящем порядке.

В третьей главе изложены результаты математического моделирования напряженно-деформированного состояния горного массива при ведении работ в восходящем и нисходящем порядке.

В четвертой главе разработана экономико-математическая модель определения оптимальной глубины первой ступени вскрытия при ведении горных работ в комбинированном восходяще-нисходящем порядке. Приведены результаты экономико-математического моделирования для определения высоты первой ступени вскрытия по критерию «приведенные затраты».

В пятой главе составлена экономико-математическая модель определения оптимальных параметров системы разработки при ведении работ в восходящем порядке. Приведены результаты физического моделирования по исследованию НДС искусственного целика при его нагружении горным давлением пород висячего бока и активным давлением породной закладки.

В шестой главе сделаны рекомендации по технологии разработке Тундрового месторождения Кольской ГМК.

1. Восходящий порядок отработки глубоких горизонтов крутопадающих месторождений позволяет эффективно управлять состоянием горного массива, так как обеспечивает более чем 2-х кратное снижение действующих сжимающих напряжений по сравнению с нисходящим порядком.

Выемка запасов глубокозалегающих (более 1000 м) рудных тел накладывает существенные ограничения на технологию ведения работ. Связано это в первую очередь с высокими геостатическими и геодинамическими (тектоническими) напряжениями и большими размерами подработки пород висячего бока.

Для оценки НДС горного массива при отработке глубоких горизонтов Тундрового месторождения была составлена численная математическая модель. Методом конечных элементов в программном комплексе ABAQUS моделировались три варианта ведения работ:

1. Отработка всего рудного тела в нисходящем порядке;

2. Отработка всего рудного тела в восходящем порядке;

3. Многоступенчатое вскрытие рудного тела при ведении работ и в первой, и во второй ступени в восходящем порядке.

В результате моделирования были определены горизонтальные и вертикальные сжимающие и растягивающие напряжения в горном массиве и сделаны следующие выводы:

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»