На правах рукописи

НИКОЛАЕВ ЮРИЙ ИВАНОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ И ПАРАМЕТРОВ

ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ ЗАКОНТУРНЫХ ЗАПАСОВ

КИМБЕРЛИТОВОЙ ТРУБКИ «АЙХАЛ» НА СТАДИИ ЗАВЕРШЕНИЯ

РАБОТЫ КАРЬЕРА

Специальность 25.00.22- «Геотехнология (подземная, открытая и строительная)»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новосибирск – 2006 2

Работа выполнена в Институте горного дела Сибирского отделения Российской Академии наук

Научный руководитель - доктор технических наук Клишин Владимир Иванович Официальный оппоненты:

- доктор технических наук, проф.

Рыжков Юрий Александрович - доктор технических наук Усков Владимир Александрович

Ведущая организация – Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН (г. Якутск)

Защита состоится « 6 » октября 2006 г. в 1300 часов на заседании диссертационного совета ДООЗ. 019.01 при Институте горного дела СО РАН (630091, г. Новосибирск, Красный проспект, 54).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института горного дела СО РАН.

Автореферат разослан « 5 » сентября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор Федулов А.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Четвертая часть мировой добычи алмазов приходится на алмазодобывающую промышленность республики Саха (Якутия), что составляет основу ее современной экономики. По общему признанию месторождения алмазов Якутии своеобразны по сложности разработки: суровый резко континентальный климат;

мощная толща многолетней мерзлоты; высокоминерализованные химическиагрессивные подземные воды.

В настоящее время за счет интенсивной отработки кимберлитовых месторождений открытым способом карьеры достигли критической глубины. На месторождениях «Айхал» и «Мир» завершены открытые горные работы соответственно на глубинах 325 и 525 м. Осложнилась горнотехническая обстановка из-за: загазованности карьеров выхлопными газами автотранспорта, продуктов буровзрывных работ и сероводородных испарений, большого объема вскрышных работ. Все это приводит к долговременным простоям карьеров.

Разработка законтурных запасов на стадии завершения работы карьеров имеет ряд существенных факторов, которые влияют на ведение очистных работ. Это смерзаемость и растепление кимберлитовой руды, размокание и выветривание, слоистость и большая трещиноватость. Они оказывают существенное влияние на выбор системы разработки и параметры буровзрывных работ, а также на показатели полноты и качества извлечения при разработке рудных месторождений.

Переход на подземную разработку алмазоносных месторождений затрудняется отсутствием практики ведения горных работ в условиях Севера. Автоматический перенос традиционных технологий разработки, в том числе с выпуском руды, в условиях многолетнемерзлых горных пород при переходе от открытых на подземные работы приведет к большим потерям и разубоживанию руды. Этим объясняется актуальность настоящей работы, направленной на поиск и выбор технологических схем подземной разработки кимберлитовых трубок, а также обоснование их параметров на стадии завершения работы карьера.

Цель работы: состоит в разработке технологии выемки законтурных запасов на стадии завершения работы карьера.

Идея работы: заключается в обосновании параметров технологических схем с учетом растепления и смерзания кимберлитовой руды и вмещающих пород.

Задачи исследований:

- оценить технологические параметры при разработке законтурных запасов руды системой подэтажного обрушения;

- определить рациональные параметры взаимного расположения взрывных скважин для отбойки слоев;

- разработать варианты слоевой нисходящей спиральной отработки кимберлитовых трубок механизированным комплексом с гибким щитовым перекрытием без его перемонтажа и изучить взаимодействие гибкого перекрытия с механизированной крепью методами физического моделирования.

Методы исследований: анализ результатов натурных наблюдений, аналитические расчеты, физическое моделирование, промышленные эксперименты.

Основные научные положения, защищаемые автором:

- показатели полноты и качества извлечения алмазоносной руды в законтурных запасах системой подэтажного обрушения определяемые показателем сыпучести, обеспечиваются высотой подэтажа, углом истечения и сыпучими свойствами руды при растеплении или смерзании взорванной горной массы, а оптимальное количество ортов на этаже прямо пропорционально его размеру по простиранию, нелинейно увеличиваются при росте потерь руды в гребнях и уменьшается при повышении удельных затрат на проведение выработок;

- при взрывной отбойке слоя снижение риска повреждаемости скважин достигается за счет их шахматного расположения при ЛНС 3,23,7 м и глубины до 20 м, обеспечивающих заданную высоту подэтажа 15 м.

- обеспечение полноты разработки кимберлитовой трубки по площади достигается применением механизированной крепи с гибким ограждающим перекрытием, позволяющими отрабатывать рудное тело нисходящими наклонными слоями по спирали без перемонтажа, короткими забоями на прямолинейных участках и радиальными заходками при ее развороте, а попарное силовое соединение секций обеспечивает их раздвижку при изменяющейся площади рудного тела.

Достоверность научных результатов обеспечивается сходимостью натурных исследований с результатами аналитических расчетов, достаточным объемом лабораторных исследований взаимодействия гибкого перекрытия со щитом и вмещающими породами.

Новизна научных положений:

- установлена зависимость показателя сыпучести горной массы от сезонности выпуска руды под обрушенными породами, установлен характер зависимости потерь руды от количества ортов на подэтаже и затрат на их проведение;

- определена рациональная глубина и порядок расположения скважин, при которых достигается их сохранность с увеличение высоты подэтажа;

- разработана схема слоевой нисходящей отработки месторождения на основе спиральной выемки с применением механизированного комплекса без его перемонтажа.

Личный вклад автора состоит в анализе и обобщении результатов исследований разработки кимберлитовых трубок подземным способом; обосновании технологических параметров расположения скважин в веере и расстояние между ортами на подэтаже; разработке методики проведения лабораторных исследований по определению рационально угла наклона оградительного щита; обосновании технологических схем разработки кимберлитовой трубки механизированной крепью без перемонтажа, секции которой имеют попарное силовое соединение обеспечивающее их раздвижку при изменяющейся площади рудного тела; проведении экспериментальных исследований на Опытно-промышленном участке (ОПУ) рудника «Айхал».

Практическая ценность состоит: в установлении технологических параметров системы разработки кимберлитовых трубок с обрушением; определении рациональных параметров расположения ортов и высоты подэтажа; разработке технологических схем механизированной слоевой нисходящей отработки алмазных месторождений по спирали без перемонтажа.

Реализация работы в промышленности. В результате выполненных исследований разработаны рекомендации на отработку (ОПУ) рудника «Айхал», которые были переданы для дальнейшего использования в институт Якутнипроалмаз.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались на научных семинарах лаборатории подземной разработки угольных месторождений ИГД СО РАН, Международных конференциях «Неделя горняка» (Москва, 2001-2006 гг), «Динамика и прочность горных машин» (Новосибирск, 2001 г, 2003 г), на IV Международной конференции «Наукоемкие технологии добычи и переработки полезных ископаемых» – (Новосибирск: ИГД СО РАН, 2005 г).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 5 печатных работах.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 139 страницах машинописного текста, содержит 78 рисунков, 10 таблиц, 6 приложений, список литературы из 122 наименований.

Автор выражает глубокую благодарность сотрудникам лаборатории подземной разработки угольных месторождений, лаборатории механики сыпучих сред, лаборатории подземной разработки рудных месторождений и лаборатории механики горных пород ИГД СО РАН за помощь и поддержку работы.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дана оценка основных алмазоносных месторождений республики Саха (Якутия) и выполнен анализ производственного опыта и результатов натурных исследований при разработке рудных месторождений системами подэтажного обрушения с торцевым выпуском руды.

Существующие и разведанные кимберлитовые трубки республики Саха (Якутия) представлены в основном крутопадающими рудными телами. Они имеют в сечении овальную, эллипсную или круглую формы (трубки «Мир», «Удачная», «Юбилейная», «Нюрбинская», «Ботуобинская», «Сытыканская», «Зарница»), а также вытянутые вдоль одной оси (трубка «Айхал», апофиз трубки «Ботуобинская»). Месторождения расположены в зоне многолетней мерзлоты, которая распространяется на глубину до 1000 и более метров.

На современном этапе освоения алмазных месторождений, когда из недр извлечена большая часть легкодоступных и наиболее богатых запасов, главная задача – быстрыми темпами вскрыть глубокозалегающие запасы трубок «Мир», «Айхал», «Удачная» и обеспечить разработку подкарьерных запасов подземным способом. Несвоевременность решения проблемы перехода на подземную разработку приведет к разрыву в ведении горных работ после завершения открытой разработки и, как следствие, к резкому сокращению объемов добычи алмазов. Выполнение задачи затрудняется отсутствием практики ведения подземных работ на алмазоносных месторождениях в условиях Севера, а также невозможностью использования мирового опыта подземной разработки кимберлитовых трубок.

В горнорудной промышленности зарубежных стран при подземной добыче руд черных и цветных металлов используется ряд вариантов высокопроизводительной системы разработки с обрушением и торцевым выпуском, которые имеют чрезвычайно высокий уровень технических средств ее реализации, но они имеют потери руды в недрах 12-15%, а разубоживание доходит до 30-35%, что недопустимо при разработке особо ценных руд. Кроме того, для этой системы благоприятны руды средней крепости не склонные к слёживаемости. Однако для перехода на подземные горные работы были предложены именно эти широко распространенные технологические системы.

Значительный вклад в развитие подземной разработки рудных месторождений и управление горным давлением внесли ученые: М.И. Агошков, С.Г. Авершин, Д.М. Бронников, А.В. Будько, Н.Г. Дубынин, Н.В. Дронов, А.А. Еременко, С.Л. Иофис, Д.Р. Каплунов, М.В. Курленя, В.В. Кожемякин, Н.А. Китченко, Д.Д. Корниенко, В.В. Крацов, Е.В. Кузьмин, А.И. Мезин, Н.В. Мельников, Л.А. Пучков, М.В. Рыльникова, А.М. Фрейдин, Л.Д. Шевяков, Б.В. Шрепп и др. Большой вклад в решение выпуска руды из обрушенных блоков внесли: М.И. Агошков, В.Н. Власов, Н.Г. Дубынин, В.Р. Именитов, В.В. Кожемякин, А.А. Крамаджян, В.В. Куликов, М.М. Протодьяконов, Ю.А. Рыжков, С.Б. Стажевский, А.Я. Тишков, Л.Д. Шевяков, Г.Н. Хан и др.

Известно, что в ряде случаев при разработке рудных месторождений (калийные в Белоруссии, марганцевые в Грузии, медные в Польше) стали использоваться безвзрывные способы разработки на основе широко применяемых в угольной промышленности механизированных комплексов, оснащённых механизированными крепями.

Причем, конструкции крепей постоянно адаптировали к условиям применения.

Как известно, цена кристалла алмаза зависит от его размера и качества. Установлено, что при возрастании размера кристалла в 2 раза стоимость его увеличивается в 3 раза.

Не останавливаясь на причинах повреждения кристаллов алмазов при взрывной отбойке руды, отметим, что специальными исследованиями в АК АЛРОСА на руднике «Интернациональный» доказана эффективность и целесообразность применения комбайновой (механической) отбойки руды, обеспечивающей повышение сохранности кристаллов алмазов до 25%. На основании проведенного анализа были сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе изложены результаты исследований технологических процессов очистных работ с обрушением руды и параметры опытно-промышленного участка (ОПУ) рудника «Айхал». Нужно отметить, что физические свойства кимберлита и вмещающих пород, влияющие на подвижность отбитой руды при выпуске, в настоящий момент практически не изучены. Это обстоятельство не даёт возможности с необходимой уверенностью подтвердить правильность выбора в пользу применения систем с обрушением и обосновать их конструктивные параметры, позволяющие минимизировать разубоживание и потери руды.

Первый опыт, полученный в ходе опытно-промышленных работ на руднике «Айхал» при очистной выемке запасов системой подэтажного обрушения в северовосточном борту карьера, показал, что конструктивные параметры применяемой системы требуют некоторой корректировки, в том числе и с учётом физических свойств отбитой руды, влияющих на её сыпучесть. При выпуске руды возникающие осложнения связанны со склонностью ее к слёживанию, а в зимнее время быстрой смерзаемости, при этом наблюдаются сужение зоны потока выпуска, а также зависание смёрзшейся массы.

Радиус кривизны является универсальным критерием, с помощью которого можно описать любую кривую второго порядка. Он остаётся постоянным на всех стадиях выпуска, т.е. радиус кривизны в уравнениях эллипсоида выпуска, эллипсоида разрыхления, параболоида воронки выпуска и параболоида влияния выпускного отверстия является одной и той же величиной.

В физическом смысле радиус кривизны (р) отражает пространственные особенности и склонность конкретных горных пород к истечению. Иначе говоря, радиус кривизны (р) применительно к отбитым рудам можно назвать показателем сыпучести.

Показатель сыпучести является интегральной величиной, так как суммирует влияние на сыпучесть всех факторов: крупности и формы кусков выпускаемой руды, гранулометрического состава, влажности, коэффициента разрыхления, абразивности, механических свойств, содержания глинистых частиц и т. д. Первичными факторами, влияющими на показатель сыпучести, являются: гранулометрический состав выпускаемой руды, коэффициент разрыхления и угол внутреннего трения.

Характер зависимости показателя сыпучести (р) от этих факторов определяется выражением:

где: d - средний диаметр куска руды, м;

kр - коэффициент разрыхления руды;

- угол внутреннего трения, град.

При изменении kр в пределах 1,1-1, Используя статистические данные рудника «Айхал» за три года (с по 2004) по извлечению запасов алмазоносной руды в разные периоды времени (зима, лето, весна и осень), были определены показатели сыпучести р с по параметрам отбойки и выпуска руды (параметры отбиваемого слоя). Выяснилось, что его величина не постоянна и имеет разный диапазон в зависимости от температуры окружающей среды или смерзаемости и растепления руды (табл. 1).

Показатель сыпучести в зависимости от температуры окружающей среды Для установления зависимости р с от сезонности введем безразмерный коэффициент k с, определяемый как:

где k с - безразмерный коэффициент учитывающий сезонность (смерзаемость, растепление и слеживаемость) взорванной массы.

р с – показатель сыпучести в зависимости от сезонности.

р б – базовый показатель сыпучести период октябрь – апрель р б = 0,8 – 1,1 м.

На основании проведенных исследований был построен график зависимости р с от k с (рис. 1).

Рис. 1. Зависимость показателя сыпучести от безразмерного коэффициента сезонности Методом статистической обработки определены средние значения потерь (Р) и разубоживания (R) в зависимости от р с с учетом извлечения гребней руды вышележащего подэтажа (рис. 2). Относительная погрешность расчетов не превышала 15%.

Рис. 2. Средние значения потерь и разубоживания при определенных значениях р с Расчеты выполнены для следующих условий: высота подэтажа 15 м; расстояние между погрузочно-доставочными ортами 9 м; коэффициент разрыхления 1,11,6; толщина отбиваемого слоя 4,5-5,2 м (const); предельное разубоживание в дозе выпуска 60-70%. Предлагаемая методик позволяет прогнозировать показатели извлечения в зависимости от безразмерного коэффициента k с.

Это позволило предложить технологическую схему разработки блока +235 м и 205 м, разделив его на два подэтажа на горизонте +220 м (рис. 3). Для извлечения запасов руды, оставленных в гребнях горизонта +235 м, и снижения потерь и разубоживания в подэтаже горизонта +205 м рекомендуется снизить высоту подэтажа до 15 м Рис. 3. Проведение дополнительного подэтажа на горизонте + 220 м и организовать дополнительный подэтаж на горизонте +220 м. Для дополнительного подэтажа горизонта +220 м схема нарезки подготовительных выработок должна быть уточнена согласно геологической документации фактического плана горных выработок отработанного подэтажа горизонта +235 м. Это техническое решение позволяет дополнительно извлекать 8268,75 м3 руды, что также важно в переходный период при недостатке руды. Для разработки последнего подэтажа горизонта +195 м произведен расчет по оптимизации расстояния между ортами.

Исследования А.Н. Ханукаева, Г.И. Покровского, И.С. Федорова, Г.П. Демидюк, Э.И. Ефремова, Н.В. Мельникова, В.И. Машукова и др. авторов показали, что толщина отбиваемого слоя и длина скважин зависят от линии наименьшего сопротивления (ЛНС). В условиях постоянного перепада температур смерзаемость и растепление пород оказывают большое влияние на выбор параметров БВР, а также на деформацию массива и коэффициент структурного ослабления. При ведении взрывных работ имеют место случаи, когда происходит пережим соседних скважин в веере. Это ведет к дополнительным затратам и к осложнению технологического процесса. Повреждение скважин после взрыва опережающих зарядов объясняется распространением трещин в глубь массива с их последующим расширением, которое приводит к нарушению герметичности, проникновению в них продуктов взрыва и, как следствие, к нарушению целостности скважин. Наиболее выраженные признаки повреждения, вплоть до полного пережима скважины, проявляются, если они оказываются в зоне дробления соседнего заряда.

Основной причиной пережима зарядов соседних скважин являются отклонение и сближение их от заданного направления. Значения отклонений находятся в пределах конуса вероятных величин и увеличиваются с глубиной скважин. В связи с этим было предложено шахматное расположение скважин в соседних веерах, что резко снизило вероятность их повреждаемости при глубине до 14 м. Установлено, что наибольшая вероятность повреждения происходит в скважинах, располагаемых в прямом порядке без смещения их относительно скважин в соседних веерах (рис. 4). В рассматриваемых условиях при значении ЛНС 3 м и диаметре скважин 105 мм явления повреждения скважин уже начинают наблюдаться при глубине 6-8 м и далее резко нарастают.

Рис. 4. Вероятность повреждения скважины последующего веера в зависимости от длины скважин и их взаимного расположения в соседних веерах: повреждение путем просечки трещиной при d =105 мм, ЛНС =3 м, прямое расположение скважин;

повреждение путем пережатия при d =105 мм, ЛНС =3 м, прямое расположение скважин; повреждение путем просечки трещиной при d =105 мм, ЛНС =3 м, шахматное расположение скважин; повреждение путем пережатия при d =105 мм, ЛНС =3 м, шахматное расположение скважин; повреждение путем пережатия при d =105 мм, ЛНС =3,5 м, шахматное расположение скважин С увеличением расстояния между рядами скважин наблюдается тенденция к снижению риска их повреждения. Так при увеличении ЛНС до 3,5 м и шахматном расположении зарядов диаметром 105 мм, повреждение скважин снижается (до 10%) при глубине, равной 20 м. С отклонением скважины в сторону свободной поверхности происходит опережающий пробой массива на уровне верхнего торца заряда. Это приводит к преждевременному истечению продуктов взрыва из скважины, что исключает возможность развития дробления массива от заряда до свободной поверхности. Результаты исследований позволили выполнить оценку эффективности БВР с заряжанием гранулита АС-8 для скважин глубиной 14-20 м и диаметром 105 мм. Установлено, что большим значениям ЛНС соответствует большая глубина скважины.

При b = 1,57 м; = 3°32; L = 14 м, значения ЛНС должны удовлетворять условию: 3,0 м W 3,7 м; где W - расстояние между веерами; L – глубина скважины, на которой определяется вероятность повреждения; – угол отклонения скважины;

b – безопасное расстояние между устьями скважин.

Аналитическими и экспериментальными исследованиями на руднике «Айхал»

установлено, что предельная глубина скважины составляет 17 м, при этом ЛНС имеет значение в 3,5 м. При дальнейшем увеличении глубины скважины риск ее повреждаемости возрастает.

Расстояние между ортами на подэтаже рудника определяет, с одной стороны, затраты на их проведение, с другой стороны, потери руды в гребнях между ортами.

Общая закономерность здесь заключается в том, что увеличение расстояния между ортами уменьшает их количество на подэтаже и, следовательно, сокращает затраты на их проведение, однако при этом возрастают потери руды в «гребнях», оставляемых в выпускаемых блоках. В связи с этим противоречием были проведены исследования влияния ценности руды на общую прибыль отработки подэтажа. Поскольку реальная цена не известна, были приняты некоторые варианты предполагаемой цены (от до 10000 руб/м3 ).

В качестве целевой функции используем общую прибыль, получаемую рудником от извлечения промышленных запасов руды на подэтаже с учетом потерь руды в гребнях Р(а) и затрат на проведение ортов С(а), зависящих от расстояния между ортами (а). В общем виде в статической постановке целевая функция выглядит следующим образом:

где ц - цена 1 т вскрытой и подготовленной руды на подэтаже; Cэ - эксплуатационные затраты; Рс – потери руды по системе отработки; Q = HL1L2 – промышленные запасы руды на подэтаже; (Q-P(а)) – извлекаемые запасы руды на подэтаже.

Затраты на проведение ортов на подэтаже можно определить с учетом (1) по формуле:

Тогда общие потери руды в гребнях в виде треугольных призм на подэтаже определяются по формуле:

где cо - удельные расходы на проведение 1 м3 орта; Sо – площадь сечения орта, м2;

а - расстояние между ортами на этаже; L1 – длина блока по простиранию»; L2 – длина блока в крест простирания или длина орта; H - высота подэтажа; h – высота гребня;

- угол выпуска руды при основании гребня; - объемный вес кимберлитовой руды;

аmin – минимальное расстояние между ортами по геомеханическим условиям; N – количество ортов на подэтаже.

В зависимости от расстояния между ортами потери руды в гребне между двумя смежными ортами могут формироваться виде призм:

При а 2Hctg, h H сечение гребней имеет форму треугольной призмы.

При а > 2Hctg, h > H сечение гребней имеет форму трапецеидальной призмы.

Для условий: ( = 2,5 т/м3, L1 = 81 м, L2 = 30 м, H = 15 м, = 70°, ц = 10000 руб./т, со = 3897,6 руб./ м3, аmin = 7,5 м, Sо = 12 м2) были выполнены расчеты потерь руды (рис. 5), где показана зависимость получаемой прибыли от расстояния между ортами.

Целевая функция резко возрастает при небольших значениях расстояний между ортами и плавно уменьшается при возрастании этого расстояния более 20 м.

Оптимальное расстояние между ортами определяется по формуле:

Расстояние между ортами не зависит от линейных размеров подэтажа, нелинейно увеличивается при росте удельных затрат на проведение ортов и уменьшается при увеличении ценности и угла выпуска руды.

Результаты расчетов приведены на рис. 5. Из графика видно, если цена руды известна, то приведенный график можно использовать для оценки ожидаемой прибыли из вынимаемого подэтажа и расстояния между ортами в данных условиях.

Рис. 5. Зависимость прибыли от цены алмазоносной руды В третьей главе развивается идея механизированной отработки месторождений, которая позволяет использовать безвзрывной способ отбойки руды, повысить показатели извлечения запасов руды и обеспечить сохранность кристаллов алмазов до 25%.

Для кимберлитовых трубок имеющих в сечении круглую или эллипсную форму предложена принципиальная схема слоевой нисходящей отработки алмазоносных месторождений по спирали наклонным съездом с проходкой в центре одного восстающего (рис. 6).

Если кимберлитовая трубка в сечении имеет эллипсную, сильно вытянутую форму, то для исключения потерь руды и обеспечения выемки механизированным комплексом по всему сечению месторождения, была предложена принципиальная схема слоевой нисходящей разработки вытянутого по простиранию кимберлитового тела наклонным съездом с проходкой двух восстающих. Расстояние от восстающего до контура рудного тела должно быть равно длине механизированной крепи. Это одно из главных условий при расположении восстающих. По контакту кимберлитового месторождения через 20-80 м проходят вентиляционно-ходовые выработки на всю высоту этажа перед началом очистных работ в блоке, которые постоянно соединены через очистной забой с восстающим.

нисходящей разработки вытянутого по простиранию кимберлитового тела наклонным съездом Под гибким перекрытием вокруг восстающего проходят слоевой наклонный съезд с уклоном, обеспечивающим снижение почвы съезда за один оборот на высоту слоя. Разработку наклонного слоя ведут из наклонного съезда механизированным комплексом под гибким ограждающим перекрытием - на прямолинейных участках наклонного съезда лавами, а участки слоя вокруг восстающего разрабатывают радиальными заходками при развороте механизированной крепи. Все запасы руды в блоке разрабатываются механизированным комплексом длиной 10-40 м, что сокращает капитальные затраты на тонну добытой руды. Толщина наклонного слоя равна высоте механизированной крепи, а по завершении оборота высота блока уменьшается на высоту слоя, и цикл повторяется до полной разработки запасов.

Локальный проект на разработку очередного слоя обеспечивает наиболее полное извлечение руды из каждого слоя. Это позволяет производить разработку трубкообразных месторождений имеющих круглую, эллипсную или сильно вытянутую форму сложной конфигурации в сечении.

При технологии выемки руды в нисходящем порядке под обрушенными породами, механизированными комплексами предложено применять гибкие эластичные перекрытия. Технология реализуется механизированной крепью с симметричным расположением силовых и несущих элементов, средствами отбойки и транспортировки руды. При изменении площади рудного тела имеется возможность, соответственно, регулировать расстановку крепи по длине забоя (рис. 7).

Рис. 7. Общий вид механизированной крепи для разработки мощных крутопадающих месторождений под гибким перекрытием, и схема раздвижки секции крепи при 1(I) и 1(II) - секции, 2, 3 - забойная и завальная части, 4, 5 - переднее и заднее ограждения, 6 - гидростойка, 7 - основание, 8 эластичной щит, 9 - зазор для проведения монтажа и ремонта элементов эластичного щита, механизированной крепи попарно между собой двумя гидроцилиндрами, 13 – подъемнотранспортный механизм при которых используются гибкие ограждающие перекрытия. В развитие теории и практики систем разработки с гибким перекрытием большой вклад внесли В.Г. Гринев, С.И. Дмитриев, С.В. Евсеев, С.И. Запреев, Л.В. Зворыгин, Д.И. Кокоулин, Б.П. Момот, В.Я. Махно, И.А. Остроушко, Б.М. Скорый, Ю.С. Фокин, Н.А. Чинакал.

Конструкция гибкого ограждающего перекрытия позволяет получить плавный полуволновой изгиб при прохождении под ним механизированного комплекса, и способствует слоевой добыче кимберлитов руды по винтовой линии в нисходящем порядке.

Исследования по определению оптимального угла наклона ограждающего щита механизированной крепи были проведены на физической модели (рис. 8). Где исследовалась форма изгиба перекрытия при прохождении механизированной крепи в плоскости перпендикулярной забою очистных работ. В этой плоскости происходят наибольшие изгибы гибкого перекрытия.

Модель выполнена в масштабе 1:100 натуральной величины. В качестве сыпучего материала использовалась белая мраморная крошка. Для визуального наблюдения и фиксации перемещения белая мраморная крошка пересыпалась тонкими слоями из крошки черного магнетита. На модели движение забоя с механизированной крепью и ограждающим щитом имитировалось подвижной планкой. Угол наклона к горизонту ограждающего щита изменялся от 20° до 90°.

Рис. 8. Лабораторные исследования взаимодействия механизированной крепи под гибким перекрытием и обрушением вмещающих пород с углами щитового перекрытия равными: 900, 600, В модели гибкое перекрытие было выполнено из тонкой хлопчатобумажной ткани с наклеенными на нее ограждающими балками. Оно обладало достаточной гибкостью и прочностью. Причем при проведении исследований велось фотографирование модели на разных этапах подвигания механизированной крепи. По результатам лабораторных исследований установлено, что оптимальным углом наклона оградительного щита является угол 450, который позволяет получить плавную полуволну изгиба гибкого перекрытия.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научно-квалификационной работой, в которой содержится решение задачи обоснования технических и технологических параметров разработки кимберлитовых трубок подземным способом на стадии завершения работы карьеров системами с обрушением и слоевой нисходящей спиральной разработкой с механизированной крепью (без перемонтажа), имеющих существенное значение в горной промышленности Якутии.

Основные научные результаты, выводы и рекомендации сводятся к следующему:

1.Установлены показатели сыпучести от безразмерного коэффициента сезонности, которые влияют на высоту подэтажа, угол истечения и эллипсоид выпуска руды, позволяющий спрогнозировать извлечения руды в разные периоды времени, т.е., зимой, весной, летом, осенью. Установлено, что с увеличением ценности руды расстояние между ортами необходимо уменьшать, это позволит получить максимальную прибыль при отработке подэтажа.

2. Для снижения риска повреждаемости скважин отбойку руды на подэтаже северо-восточного блока рудника «Айхал» рекомендуется проводить слоями толщиной 4,5 - 5,2 м, с расположением скважин в шахматном порядке глубиной до 20 м и ЛНС 3,23,7 м. Для исключения потерь руды в гребнях горизонта +235 м следует организовать дополнительный подэтаж на горизонте +220 м, высота которого составит 15 м.

3. Количество ортов на подэтаже прямо пропорционально его размеру по простиранию, нелинейно увеличиваются при росте потерь руды в гребнях и уменьшается при повышении удельных затрат на проведение выработок. При отработке последнего подэтажа рациональное расстояние между ортами будет 7,5 м по геомеханическим условиям.

4. Установлен порядок отработки кимберлитовых трубок различных по своей форме (круглой, вытянутой или иной) наклонными нисходящими слоями с применением механизированного комплекса под гибким ограждающим перекрытием, без перемонтажа. Прямолинейные участки следует отрабатывать лавами, а участки вокруг восстающего - радиальными заходками с разворотом механизированной крепи, секции которой имеют силовое попарное соединение по длине лавы, позволяющие производить их раздвижку при изменяющейся площади рудного тела. Данное решение позволяет, обеспечить полноту выемки руды и безопасность рабочего пространства.

5. Проведенные исследования на модели, позволили оценить взаимодействие механизированной крепи с гибким ограждающим перекрытием и установить рациональный угол наклона оградительного щита, равный 450, позволяющий получать плавную полуволну изгиба гибкого перекрытия.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Клишин В.И. Отработка законтурных запасов северо-восточного борта карьера рудника «Айхал». [Текст]/ В.И. Клишин, В.Ю. Изаксон, Н.П. Крамсков, Ю.И. Николаев //Горный информационный аналитический бюллетень. – М.: МГГУ.- 2001.С.109-113.

2. Клишин В.И. Влияние низких температур на производительность подземного оборудования на примере рудника «Айхал» [Текст]/ В.И. Клишин, Н.П. Крамсков, В.Н. Власов, Б.В. Дъяков, Ю.И. Николаев // Международная конференция. «Динамика и прочность горных машин» - Новосибирск: ИГД СО РАН, 2001.- с. 59.

3. Клишин В.И. Оценка расстояния между ортами при подэтажном обрушении руды.

[Текст]/ А.А. Ордин, Ю.И. Николаев // Горный информационный аналитический бюллетень. – М.: МГГУ.- 2002.- № 7. - С.196-198.

4. Клишин В.И. Отработка кимберлитовых месторождений с использованием сухой закладочной смеси. [Текст]/ В.И. Клишин, Ю.И. Николаев, Г.А. Ефентьев // Горный информационный аналитический бюллетень.– М.: МГГУ.- 2004.-№ 12 С.195 – 198.

5. Клишин В.И. Слоевая механизированная отработка кимберлитовых месторождений. [Текст]/ В.И. Клишин, Ю.И. Николаев. // Сборник трудов IV Международной конференции «Наукоемкие технологии добычи и переработки полезных ископаемых» – Новосибирск: ИГД СО РАН, 2005. – С. 101-110.