Наукові основи формування стійкого стану порушеного фазово-неоднорідного масиву при підземній розробці крутоспадних рудних покладів

Abstract

Дисертацію присвячено визначенню параметрів технології підземних робіт з формуванням стійкого стану фазово-неоднорідного масиву з використанням геомеханічних властивостей і закономірностей проникнення глинистих порід при розробці крутоспадних рудних покладів на шахтах Кривбасу. Установлено, що зі збільшенням кута падіння покладу просідання нижньої основи конусоподібної воронки зменшується, а збільшення кута зсування призми призводить до росту проникнення глинистих порід в очисні блоки. Критична глибина розробки рудного покладу пропорційна довжині рудного покладу та емпіричному коефіцієнту, який змінюється від 0,90 до 0,75. Одержано залежності відносної глибини і часу проникнення глинистого масиву через породну «подушку» за умови відпрацювання пластоподібних рудних покладів. Коефіцієнт проникнення глинистих обводнених порід крізь скельний обвалений масив змінюється в межах 0,54–1,72. При товщині переущільненого шару 12 м втрати та засмічення руди значно зменшуються. Проникнення глинистих порід попереджується створенням породної «подушки» відбійкою свердловинних зарядів. Системи розробки та обґрунтування параметрів відпрацювання крутоспадного пластоподібного покладу, що контактує з глинистими породами, впроваджено на шахті «Ювілейна» ПАТ «ЕВРАЗ Суха Балка». Втрати руди знижуються на 3–4 % і засмічення 2–2,5 % порівняно з нормативними показниками. Економічний ефект від упровадження розробок автора на шахті «Ювілейна» ПАТ «ЕВРАЗ Суха Балка» склав 558 830 грн.

В диссертации решена актуальная научная проблема создания научных основ определения параметров технологии подземных горных работ по формированию устойчивого фазово-неоднородного массива с использованием свойств и закономерностей движения глинистых пород через защитный породный слой при разработке крутопадающих рудных залежей. Показано, что с увеличением глубины разработки толщина слоя обрушенных вмещающих пород и некоторого количества потерянной руды уменьшается, в результате чего на определенной глубине разработки рудной залежи происходит разрыв указанного слоя и глинистые породы прорываются в очистное пространство. Установлено, что породы глинистой фракции в Криворожском бассейне, представленные иллитом, смектитом и монтмориллонитом, являются потенциально пластичными и переходят в текущее состояние при влажности более 40 %. Повышение горного давления повышает напряжение их сдвига, но существенно уменьшает границу перехода в текучее состояние. Провоцируют это явление периодические процессы повышения и спада давления при ведении взрывных работ. Доказано, что изменение механических свойств глинистых пород связано с количеством адсорбированной воды и проявляется в уменьшении сопротивления простому сжатию и параметров упругости. Установлено, что при увеличении угла падения залежи проседание основания воронки уменьшается, а увеличение угла сдвига призмы сопровождается ростом проникания глин в очистные блоки. Найдена граничная глубина, которая предопределяет условия формирования зон сдвижения и обрушения на земной поверхности в зависимости от эмпирического коэффициента, учитывающего длину, мощность, угол падения и устойчивость вмещающих пород. Для реологической модели Бингама-Шведова получены зависимости относительной глубины и времени проникновения обводненных глинистых масс через породную «подушку» в условиях обрушения руды и вмещающих пород. Коэффициент проницаемости водонасыщенных глинистых пород через обрушенный массив изменяется в пределах 0,54–1,72. Доказано, что параметры эллипсоида выпуска и разрыхления руды под переуплотненным слоем существенно влияют на потери и засорение руды. Системы подэтажного принудительного обрушения при толщине переуплотненного слоя 12 м позволяют снизить потери и засорение соответственно до 10 и 9 %. В реальных условиях показано, что исключить проникновение глинистых пород через обрушенные породы висячего бока возможно полным заполнением камеры путем взрывания скваженных зарядов. Обоснован и внедрен вариант системы разработки крутопадающей пластообразной залежи под отработанным пространством, заполненным глинистыми породами, при этом рудный массив после образования отрезной щели обрушают вертикальными слоями на ограниченных площадях и ведут выемку длинными панелями до 30 м. Экономический эффект от внедрения разработок автора на шахте «Юбилейная» ПАО «ЕВРАЗ Суха Балка» составил 558 830 грн.

The thesis is devoted to defining the parameters of underground mining technology with the formation of stable phase-heterogeneous array using hydrogeomechanical properties and patterns of argillaceous rocks penetration through the protective layer at the development of steep-dipping ore deposits in mines of Krivbass. It is found that with increasing of pitch angle of bedding the subsidence of bell-pit foundations decreasing and increasing the prism displacement angle leads to increase the penetration of argillaceous rocks into the stopes. Critical depth is proportional to the length of ore deposit and the empirical coefficient which varies from 0.90 to 0.75. It is obtained the dependence of the relative depth and time of argillaceous rocks penetration through rock «cushion» provided working out of bedding ore deposits. The rate of argillaceous water-saturated rocks penetration through collapsed rock array varies within 0,54–1,72. When the thickness of over-caulked layer is 12 m, the loss and choking of ore are reduced. Argillaceous rocks penetration by collapsed rocks of back is compensated by using of vertical concentrated charges. The systems of development and grounding of parameters of steep-dipping bedding deposit working out filled with water-saturated argillaceous rocks are introduced on the mine «Jubilejnaya» of PJSC «Euraz Sukha Balka.» The loss of ore reduces on 3–4 % and 2–2.5 % of contamination compared to standard values. The economic effect of the introduction of development by author on the mine «Jubilejnaya» of PJSC «Euraz Sukha Balka» was 558 830,00 UAH.