Вторичная обработка рудных месторождений

За последние 20 лет объемы горно-капитальных работ в Криворожском бассейне снизились на 90%. Поддержание проектных мощностей шахт в условиях исчерпания вскрытых запасов возможно за счет вовлечения в разработку запасов руд, законсервированных в охранных целиках. 74% из которых являются вскрытыми и находятся выше фронта очистных работ, где интенсивно проявляется влияние выработанного пространства шахт. На сегодняшний день охранные целики технологических (залежи бедных руд) и народно-хозяйственных (река, железная дорога) объектов концентрируют до 30% запасов бассейна, что составляет более 164 млн. тонн богатых руд.

Таблица

Характеристика запасов руд в охранных целиках объектов Кривбасса

Отработка до 70% запасов железных руд на шахтах Кривбасса производится при помощи камерных системам разработки. Вопросами разработки крутопадающих залежей камерными системами занимались П.А. Абашин, С.Г. Борисенко, Ю.П. Капленко, В.М. Кучер, В.Ф. Лавриненко, Г.М. Малахов, А.Г. Недельский, И.Д. Ривкин, Г.Т. Фаустов, М.Б. Федько, В.В. Цариковский и другие. В большенстве случаев исследователи учитывали влияние выработанного пространства на технологические параметры камерных систем разработки. Однако, отсутствие комплексного исследования выработанного пространства не позволило учесть новых геотехнических условий, сложившихся в Криворожском бассейне при добыче руд из охранных целиков.

Параметры конструктивных элементов камерных систем разработки, определяемые в Кривбассе по инструкциям Государственного предприятия «Научно-исследовательский горнорудный институт» (г. Кривой Рог), не учитывают особеностей поведения массива горных пород при отработке запасов выше фронта очистных работ шахты. Помимо этого, не создана технология крепления подготовительных выработок, параметры которой учитывали бы влияние выработанного пространства шахты.

Добыча богатых железных руд в Криворожском бассейне классическими системами разработки, которые не поддерживают коренные налегающие породы, стала причиной образования выработанных пространств и обширных зон влияния на окружающий массив горных пород. Современные глубины ведения очистных работ на шахтах бассейна достигают 1300 м. Возрастающая себестоимость добычи на высоких глубинах способствуют поиску недообработанных запасов богатых руд и перенесению горных работ на вышележащие этажи шахт. Как правило, в разработку вовлекаются запасы руд, законсервированные либо неотработанные ранее. При этом, уровни ведения подготовительных работ по основным и законсервированным запасам различны. То есть, доотработка запасов производится в новых геотехнологических условиях, определяемых уровнем напряженно-деформированного состояния массива зоны влияния выработанных пространств.

Параметры конструктивных элементов камерных систем разработки, определяемые в Кривбассе по инструкциям Государственного научно-исследо-вательского горнорудного института (ГП «НИГРИ», г. Кривой Рог), не учитывают особенностей поведения массива горных пород при отработке запасов выше фронта очистных работ шахты. Параметры конструктивных элементов камерных систем разработки в Криворожском бассейне определяют согласно официально действующих инструкций. Функциональные характеристики инструктивных указаний, используемые при расчете обнажения массива руд и пород, получены путем статистической обработки производственной информации. Сбор информации производили при отработке основных запасов Кривбасса по падению, по всей площади залежей шахтного поля.

Отработка запасов железных руд в охранных целиках, а именно на шахте им. Ленина ОАО «КЖРК» производится с ведением очистных работ по восстанию пород, по обособленной от шахтного поля залежи «8П». На шахте «Юбилейная» ОАО «Сухая Балка» в охранных целиках проектируются отработка отдельных рудных тел «Главная-висячая пачка» и «Гнездо 1-2» и обособленные участки залежи «Главная». Уровни очистных работ по законсервированным в охранных целиках и основным запасам различны, то есть, различно положение очистных блоков в массиве зоны разгрузки, окружающую выработанное пространство шахты.

Научный и практический интерес представляет опыт вовлечения в разработку законсервированных запасов шахтой им. Ленина. Горные работы на шахте по добыче руды ведутся в этажах 1200-1125 и 1125-1050м. Площади основных продуктивных залежей «102-5», «69-1» и «ОК-2» с глубиной сокращаются, а рудный массив подвергается прогрессирующему вторичному обводнению. В связи с этим снижаются объемы добычи и ухудшаются технико-экономические показатели работы шахты. Для стабилизации положения в 1999 году руководством ОАО «КЖРК» было принято решение по вовлечению в разработку залежи богатых руд «8П».

Научной проработкой этого вопроса с 1993 по 1998 год занимались исследователи ГП «НИГРИ». Была обоснована целесообразность разработки законсервированных запасов по сравнению с проведением дренажных работ в эксплуатационных блоках шахты. Согласно их последних рекомендаций, залежь «8П» проектируется к обособленной отработке, с охраной магнетитовых кварцитов от подработки. Ими же был разработан типовой паспорт системы разработки, который включает 4 варианта доставки и заполнения выработанного пространства закладочным материалом. Варианты имеют следующие недостатки, которые увеличивают себестоимость добычи руды: наличие подземного закладочного комплекса; проведение сети выработок и бурения глубоких скважин по весьма крепкими породам висячего бока залежи; применение подэтажной отработки и цикличности закладки камер; использование схемы камера-целик совместно с сухой закладкой выработанного пространства.

С 1999 года прорабаткой этой темы занимались в Национальном горном университете (НГУ, г. Днепропетровск). В результате выполнения теоретичечких, лабораторных и промышленных исследований на кафедре подземной зазработки месторождений был предложен ряд технологических схем отработки запасов с оставлением в недрах междуэтажных и междукамерных целиков на шахтах Криворожского бассейна. В ходе выполнения исследований получены следующие результаты. Установлены закономерности геомеханических процессов, протекающих в массиве зоны разгрузки напряжений выработанным пространством шахты, которые вляяют на размеры оставляемых в недрах целиков с помощью аналитического и физического моделирования и промышленных исследований. Установлено, что способ крепления подготовительной выработки в разгруженной области охранного целика зависит от разрушающей деформации пород кровли U и определяется величиной радиальных напряжений σр, которые действуют в породах лежачего бока выработанного пространства по параболической зависимости. Заложение подготовительных выработок с учетом разгруженности массива охранного целика позволяет сократить до 50% затраты на их сооружение за счет упразнения процесса крепления.

Так же параметры камерных систем разработки, обеспечивающие устойчивость конструктивных элементов блока в разгруженной области охранного целика определяются по коэффициенту запаса прочности на растяжение пр, который зависит от комплексного влияния глубины распространения выработанного пространства Н по экспоненциальной, от угла распространения α по степенной и от объемной массы пород γ по линейной зависимостям. Усовершенствование технологии очистных работ в разгруженном массиве охранного целика позволяет снизить на 2,5% себестоимость добычи руды за счет увеличения размеров очистных камер.

Обоснованы рациональные параметры технологии проведения подготовительных работ в охранных целиках, на которые влияет ВП шахты. Учет снижения напряженности ВП в массиве охранного целика, позволил снизить затраты на сооружение подготовительных выработок до 796,23 грн/м за счет использования более рационального типа крепления. Обоснованы параметры конструктивных элементов камерных систем разработки для разгруженных выработанным пространством областей охранных целиков. Учет снижения напряженности ВП в массиве охранного целика, позволил снизить себестоимость добычи руды на 1,5 грн/т за счет увеличения размеров очистных камер. Установлена эффективность внедрения разработанных технологических решений при добыче руды из охранного целика на шахте им. Ленина ОАО «КЖРК», которая выразилась в реальном экономическом эффекте 598,869 тыс. грн. в год.