Розвиток наукових основ проектування будівництва залізорудних шахт на великих глибинах

Abstract

Робота присвячена розвитку організаційно-технологічних основ проектування будівництва залізорудних шахт на великих глибинах для забезпечення їх безперервного ефективного функціонування в умовах реконструкції. Знайдені залежності експлуатаційної продуктивності засобів буріння шпурів, навантажування породи і кріплення для вертикальних стволів шахт і протяжних горизонтальних виробок як чинників, що забезпечують, у взаємодії, певні темпи проведення виробок, які відповідають директивному часу реконструкції шахти при використанні другого ступеня розкриття. Встановлені залежності, що характеризують будівництво горизонтів другого ступеня розкриття при різному числі напрямів робіт. За допомогою розроблених в дисертації моделі і комп'ютерної програми отримані поєднання швидкостей проходки комплексу різних виробок горизонтів другого ступеня розкриття родовища, що забезпечують визначений час будівництва таких горизонтів та експлуатаційних продуктивностей засобів буріння, навантажування і кріплення, які відповідають вказаним швидкостям і дозволяють досягати мінімальних витрат на прохідницьке обладнання. На підставі результатів досліджень розроблений комплекс методів управління організаційно-технологічними параметрами будівництва шахт на великих глибинах при ступінчастому розтині родовища.

Работа посвящена развитию организационно-технологических основ проектирования строительства железорудных шахт на больших глубинах для обеспечения их непрерывного эффективного функционирования в условиях реконструкции. Анализ запасов богатых железных руд, находящихся в полях действующих в настоящее время шахт Криворожского бассейна, в диапазоне глубин 1500-2500 м составляет порядка 730 млн. т, а их стоимость в нынешних ценах может быть оценена величиной более 77 млрд. долл. В диссертации установлены зависимости скорости проходки ν протяженных горизонтальных выработок и стволов шахт от крепости горных пород f, в которых осуществляется строительство. Показано, например, что в горизонтальных выработках увеличение f в 2 раза по отношению к базовому уровню приводит к снижению ν в среднем в 1,64 раза. В общем виде зависимость скорости проходки от коэффициента крепости пород может быть отражена с наибольшей достоверностью экспоненциальной функцией. Получены зависимости скорости проходки протяженных горизонтальных выработок и стволов шахт от производительности средств бурения шпуров и погрузки породы, которые носят логарифмический характер. Отмечено, что в горизонтальных выработках возрастание в 2 раза эксплуатационной производительности средств бурения приводит к росту скорости проходки выработки для различных случаев в 1,5-1,72 раза. Увеличение в 2 раза производительности средств погрузки приводит к росту скорости проходки выработки в 1,17 раза. Возрастание в 3 раза производительности средств бурения приводит к росту скорости проходки выработки в 2,1-2,23 раза. Увеличение в 3 раза производительности средств погрузки приводит к росту скорости проходки выработки в 1,24 раза. Установлено, что для темпов проведения стволов весьма большое значение имеют производительность средств бурения, особенно в крепких породах, и средств погрузки. Влияние последнего фактора в этом случае существенно выше, чем в горизонтальных выработках. Исследовано изменение скорости проходки протяженных горизонтальных выработок и стволов шахт от влияния ряда факторов БВР, а также при применении контурного взрывания. Для условий глубоких шахт получены зависимости, отражающие влияние глубины шахты на скорость бурения шпуров и эксплуатационную производительность бурового оборудования. В результате проведенных исследований найдены зависимости эксплуатационной производительности средств бурения шпуров, уборки породы и крепления выработок для вертикальных стволов шахт и протяженных горизонтальных выработок как факторов, обеспечивающих во взаимодействии, определенные темпы проведения выработок, отвечающие директивному времени реконструкции шахты при использовании второй ступени вскрытия. На основе системы предложенных коэффициентов, исследована интенсивность прироста скорости проходки выработок, а также соответствующих этой скорости производительностей бурения, погрузки и крепления по фактору времени сооружения объекта. Установлена значимость различных типов выработок на основании предложенных коэффициентов значимости по требуемой скорости проходки выработки или параметров производительности средств бурения, погрузки и крепления, обеспечивающих данную величину скорости при различной интенсивности добычи полезного ископаемого. Получили дальнейшее развитие схемы ступенчатого вскрытия горизонтов глубоких шахт с помощью слепых капитальных стволов. В предложенных в диссертационной работе новых схемах, в отличие от существующих, реализована возможность ведения работ по вскрытию горизонта второй ступени с помощью множества точек приложения работ; рассматриваются также схемы, целесообразные для применения в условиях шахт с большой протяженностью рудного тела по простиранию. В работе, на основе предложенных организационно-технических параметров, найдены зависимости, характеризующие строительство горизонтов второй ступени вскрытия при различном числе направлений работ. С помощью разработанных в диссертации модели и компьютерной программы получены массивы сочетания скоростей проходки комплекса различных выработок горизонтов второй ступени вскрытия месторождения, обеспечивающие определенное время строительства таких горизонтов и эксплуатационных производительностей средств бурения, погрузки и крепления, отвечающие этим скоростям и позволяющие достигать минимальных затрат на эксплуатацию проходческого оборудования. Получены выражения, отражающие влияние крепости пород на минимальные затраты на эксплуатацию проходческого оборудования и организационно-технологические параметры проходки. В результате исследований определены зависимости, характеризующие влияние параметров буровзрывных работ на минимальные затраты на эксплуатацию оборудования и организационно-технологические параметры проходки. На основании результатов исследований разработан комплекс методов управления организационно-технологическими параметрами строительства шахт на больших глубинах при ступенчатом вскрытии месторождения.

The research deals with the organizational and technological base development of deep iron ore shaft sinking designing in order to ensure their continuous effective functioning under reconstruction conditions. The operational productivity dependences of blasthole drilling, refuse disposal and excavation support means for vertical shafts and extended drifts were found, they being the factors ensuring in their combination certain driving rates in order to meet the reconstruction scheduled time in case of the second opening stage. The dependences characterizing horizon construction of the second opening stage in case of different number of operation directions were found. With the help of the developed model and computer programme some rate combinations of sinking a complex of different drives of the second opening stage were obtained ensuring a certain time period of constructing such horizons and operational productivity of drilling, loading and excavation support means and enabling to minimize the driving equipment operating costs. On the basis of the research a complex of management methods concerning the organizational and technological parameters of deep shaft sinking in case of stepline opening was developed.