Повторная открытая разработка осадочных запасов подземных рудников

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Повторная открытая разработка осадочных запасов подземных рудников

22.01.2020

Отработка остаточных запасов верхних горизонтов рудников подземным способом из-за повышенного горного давления и развивающихся процессов обрушения практически невозможна. Единственным реальным путем извлечения этих запасов становится повторная отработка нарушенного подземными работами месторождения открытым способом.

Наиболее остро проблема вовлечения в отработку остаточных запасов подземных рудников стоит на предприятиях с истощившейся сырьевой базой, но располагающих сформировавшейся производственной базой, инфраструктурой и кадрами специалистов.

Возможность эффективной повторной эксплуатации нарушенного месторождения открытым способом определяется двумя основными условиями: экономической целесообразностью и обеспечением безопасных условий производства горных работ.

Экономическая целесообразность повторной разработки определяется рентабельностью будущего производства, чему способствуют минимальные затраты на доразведку и постановку на баланс предприятия запасов и высокая степень амортизации основных производственных фондов.

Вовлечение в отработку ранее оставленных запасов позволяет также отодвинуть сроки вложения средств на вскрытие и подготовку новых горизонтов, увеличить срок службы рудников и, при соответствующем увеличении добычи снизить эксплуатационные затраты по статьям погашения ГРР, амортизации, ГПР и общецеховые расходы. Капитальные вложения на некоторых рудниках в реконструкцию для повторной разработки могут быть значительно меньшими, чем на освоение новых месторождений.

Безопасные условия производства обеспечиваются с помощью разработки и реализации специальных методических положений для определения технологических параметров и мероприятий по безопасному ведению основных процессов горных работ.

В общем виде этапы технологии открытой повторной разработки месторождений показаны на рис. 4.13.
Повторная открытая разработка осадочных запасов подземных рудников

Обеспечение безопасных условий производства горных работ заключается в выполнении оценки состояния подработанного массива горных пород, в определении местонахождения подземных пустот, в прогнозировании и выявлении опасных зон обрушения, выборе способа погашения подземных пустот.

На характер процессов сдвижения и величину их параметров оказывают влияние такие факторы, как строение и состав вмещающих пород, форма и размеры подземных горных выработок, глубина залегания последних от земной поверхности.

Под влиянием подземных горных работ земная поверхность деформируется в виде изгиба, сдвига, отрыва, растяжения и сжатия. Такой участок земной поверхности, подвергшийся сдвижению, называется мульдой сдвижения.

Основными параметрами для построения опасных сдвижений являются углы сдвижения, устанавливаемые в результате инструментальных наблюдений за оседаниями земной поверхности. Углы сдвижения определяются на разрезах путем соединения линиями точек крайних положений рудного тела и точек оседания поверхности, в которых деформация земной поверхности достигает критических значений (10 мм).

Воронки и провалы образуются обычно в проекции контура выработки (пустоты) на горизонтальную плоскость. Зона провалообразования строится чаще всего под углом 90°.

Началом сдвижения считается дата, когда наибольшее оседание точек земной поверхности в мульде сдвижения достигает 15 мм.

За окончание процесса сдвижения принимается дата, после которой в течение одного года максимальное оседание земной поверхности не превышает 30 мм при четко выраженной тенденции к снижению скорости оседания.

С течением времени объем имеющихся пустот за счет самопогашения, в том числе из-за оседания поверхности, образования воронок обрушения и разуплотнения налегающей толщи, уменьшается.

Обрушение происходит в виде отслоений и вывалов налегающих пород с образованием свода естественного равновесия над пустотой с возможным выходом провалов обрушения на земную поверхность.

Состояние нарушенного массива пород оценивают на основе анализа ситуационного плана подземных горных работ и геолого-маркшейдерской документации.

На планы и разрезы наносят все подземные горные выработки, границы поверхностных зон обрушения и провалов, указывают особенности геологического строения. Определяют объемы выработанного пространства в контурах предполагаемого участка открытой повторной разработки. Для этого используют геолого-маркшейдерские материалы по подземному руднику и данные о фактической добыче руды за период эксплуатации месторождения.

При этом учитывают форму, параметры и условия залегания рудных тел. Рассматривают системы разработки, применявшиеся при подземной отработке месторождения, параметры их, схему и порядок ведения горных работ, способы управления кровлей, оценивают степень устойчивости обнажений в процессе очистных работ и после отработки блоков. Цель анализа геологомаркшейдерской документации рудника - выявление непогашенных пустот. На этом этапе работ устанавливают местоположение, объемы и конфигурацию остаточных пустот, оценивают возможность воронкообразования и появления провалов на земной поверхности.

Для установления характера и закономерностей процесса сдвижения и определения величин его линейных и угловых параметров на участках отработки закладывают поверхностные наблюдательные станции, состоящие из профильных линий реперов, которые устанавливают вкрест простирания рудных тел через 30-50 м. Опорные реперы выносятся за пределы ожидаемой зоны сдвижения.

Реперы профильных линий как опорные, так и рабочие бетонируют в специальных пробуренных скважинах (рис. 4.14, а).

По мере развития горных работ и подвигания уступов реперы закладывают ниже поверхности уступа на 15-20 см. Конструкция их аналогична конструкции реперов профильной линии (рис. 4.14, б).

Для сохранности реперов приямки закрывают металлическими крышками и засыпают грунтом. Составляют таблицу характеристик наблюдательной станции с указанием номера профильной линии в плане.

Инструментальные наблюдения по профильным линиям сводятся к определению высотных отметок реперов посредством нивелирования и измерения расстояния между ними.

Нивелирование реперов по профильным линиям на участках с наклоном до 10-15 выполняется геометрическим способом, а на наклонных участках - тригонометрическим. Одновременно с нивелированием измеряют расстояние между реперами.

Нивелирование реперов в каждой серии наблюдений производят дважды - в прямом и обратном направлениях.

Расстояния между реперами профильных линий измеряют стальными компарированными рулетками длиной не менее 30 м. Вынос центров реперов осуществляется с помощью жестких отвесов конструкции ВНИМИ.

Измерение расстояний в каждой серии производится дважды (в прямом и обратном направлениях) с постоянным натяжением (10 кг), определяемым с помощью динамометра.

Тригонометрическое нивелирование выполняется для определения превышений и горизонтальных проложений между реперами профильных линий на участках с большими углами наклона поверхности и между реперами, расположенными на площадках разных уступов. Угловые измерения при этом производятся теодолитами, а линейные - светодальномерами по двум типовым схемам.

Расстояния и вертикальные углы между реперами внутри секций измеряют по двум скважинам: с независимым измерением расстояний и вертикальных углов (рис. 4.15, а); с последовательным выполнением угловых и линейных измерений, т.е. измерения со взаимной заменой светодальномера и теодолита (рис. 4.15, б).

Периодичность инструментальных наблюдений на наблюдательной станции следующая:

- по реперам вне карьера два раза в год (весна, осень);

- пo реперам в карьере в зависимости от скоростей смещений прибортового массива, мм/месяц: 3-15 - два раза в год; 16-30 - не менее четырех раз в год; 31-60 - не менее девяти раз в год; 61-150 - один раз в 15 сут; 150 - один раз в неделю.

Видимые признаки сдвижения (трещины, провалы, оползни) немедленно фиксируются путем тахеометрической съемки или рулеточных замеров.

Результаты полевых наблюдений подлежат аналитической и графической обработке.

После того, как установлены вертикальные и горизонтальные смещения по выполненным наблюдениям и вычислениям, производят построение графиков полных векторов и определяют параметры процесса сдвижения. На основе этого материала дают оценку состояния нарушенного горного массива.

Наряду с инструментальными наблюдениями проводят систематические визуальные наблюдения за развитием сдвижения в ходе эксплуатационных работ.

С помощью визуальных наблюдений возможно определить границы зон обрушения и трещин на земной поверхности. При визуальных наблюдениях используют простейшие измерительные приборы и инструменты - линейку, рулетку и компас. Результаты наблюдений заносят в полевой журнал, в котором отмечают дату наблюдения, характер нарушений массива пород уступов, и бортов карьера, их размеры и осуществляют привязку места осмотра. Наблюдения сопровождаются зарисовками или фотоснимками. Частота наблюдений зависит от интенсивности проявлений процесса сдвижения.

На основании проведения инструментальных наблюдений устанавливают границы мульды сдвижения.

Границы ожидаемой зоны опасных сдвижений 1 на земной поверхности рабочего горизонта карьера определяют в соответствии со схемой (рис. 4.16) следующим образом:

- на план поверхности наносят контур подземных выработок 2 (фактических или проектных), под влиянием которых образуется зона опасных сдвижений;

- вкрест простирания и по простиранию рудных зон в пределах контура выработок строят рад вертикальных разрезов, характеризующих форму и элементы залегания выработанного пространства;

- на разрезах по характерным, наиболее выступающим внешним точкам строят контур выработанного пространства под углами сдвижений в, в1 и b, проводя линии до пересечения с земной поверхностью;

- полученные точки переносят за план поверхности и соединяют их плавной кривой, изображающей границу зоны опасных сдвижений земной поверхности.

Аналогично по углам разрывов, обрушения и провалообразования строят зоны трещин, обрушения и провалов.

Образование мульды сдвижения указывает на то, что процесс продвигания элементарных точек массива пород в сторону выработанного пространства достиг земной поверхности. Массив пород, вовлекаемый в данный процесс, нарушается и происходит самообрушение пород с заполнением имеющихся пустот.

При недостаточно большой мощности налегающей толщи пород над пустотой на земной поверхности образуются провалы и воронки обрушения.

Перед началом проведения повторной разработки составляют баланс пустот по месторождению, который сводится к сопоставлению объемов выработанного пространства с объемами горных пород, заполняющих образованные пустоты.

Объем горных пород, заполнивших выработанное пространство, определяют по формуле

где Vпр - объем провала (воронки), м3; Vм - объем мульды сдвижения, м3; Kр - коэффициент разрыхления пород, м3.

Объем мульды сдвижения

где S - площадь, подверженная оседанию, м2; n - среднее значение оседания, м.

Коэффициент разрыхления пород при самообрушении находится обычно в пределах 1,01-1,35 и определяется по формуле

где Vв.п - объем выработанного пространства, м3; Vпр - объем провала (воронки), м3; Vоб - объем столба обрушения, м3.

При большой мощности налегающих пород, когда горные выработки проведены на значительной глубине, может произойти самообрушение пустот, в этом случае Kp = 1,01-1,05.

Составленный баланс подземных пустот характеризует степень их погашения. Из оценки баланса пустот устанавливают наиболее опасные участки для ведения открытых горных работ. Такими участками обычно являются слепые рудные тела и участки неполной подработанности. Для ведения открытой повторной разработки наиболее благоприятным условием по безопасному производству горных работ являются случаи, когда воронки обрушения выходят на земную поверхность. С учетом воронок обрушения процесс сдвижения земной поверхности стабилизируется.

В зависимости от устойчивости разрабатываемого массива пород степень заполнения выработанного пространства на золоторудных месторождениях достигает 70-80% общего объема пустот.

В случаях, когда воронки обрушения над пустотами не вышли на земную поверхность, прогнозируют и строят границы опасной зоны над пустотой с расчетом зон возможного провалообразования и обрушения пород. Для этого производят расчет параметров воронкообразования.

Во всех точках поверхности, где выполняется условие

обрушение достигает земной поверхности, и образуется воронка.

Обрушение достигает земной поверхности без образования воронки при соблюдении следующего условия:

где Hн.т - мощность налегающей толщи пород; m - мощность рудного тела (пустоты); Kр - коэффициент разрыхления пород; а -угол падения рудного тела.

Глубину воронки обрушения в случае ее выхода на поверхность определяют по формуле

С учетом конкретных размеров пустот определяют возможные границы воронок обрушения, отстраиваемые под углом воронко-образования в'''.

Для наиболее правильного решения вопроса извлечения руд из недр, потерянных при первичной разработке месторождений, важное значение имеет установление количества этих руд и их пространственного положения в зоне сдвижений.

В структуре остаточных запасов руды большое место занимают потери руды, обусловленные нарушением технологии первичной разработки месторождения. В частности, потери руды из-за подработки параллельных сближенных рудных тел и отдельных верхних блоков при опережающем производстве очистных работ на нижележащем горизонте, неполного оконтуривания и недостаточного разбуривания рудных зон в пределах очистных блоков, несвоевременной выемки междуэтажных и междукамерных целиков, оставления невыработанных "треугольников" отбитой руды в лежачем боку рудных зон, применения систем разработки, не соответствующих горно-техническим условиям. В цедрах оставляются значительные запасы руд, ранее считавшиеся некондиционными, а также невыявленные запасы руды предшествующими процессами разведки и отработки. Перечисленные структуры потерь руды присущи большинству месторождений, где используется подземный способ разработки.

Общее количество потерянных руд в зоне подработанного пространства определяется посредством нахождения разности между промышленными запасами руды и количеством добытой руды с учетом величины потерь и разубоживания руды за определенные годы эксплуатации на основе использования отчетных данных рудников.

При этом необходимо уделять особое внимание положению потерянных руд в отработанном пространстве, так как остаточные запасы, расположенные в пределах зоны обрушений, могут смещаться по вертикали и фактически располагаться в новых "технологических" контурах. Для определения перепуска (смещения) запасов руды на крутонаклонных месторождениях могут служить методические указания, разработанные в Иргиредмете и использованные при повторной разработке Первой рудной зоны Тасеевского месторождения.

Величину такого смещения рекомендуется определять по формуле (рис. 4.17), м

где hпуст - высота выработанного пространства (пустоты), м; hст - высота от кровли отработанной выработки до нижней отметки запасов руды, м; Kр - остаточный коэффициент разрыхления пород.

Данная методика может использоваться для корректировки эксплуатационных запасов практически для всех рудных тел, повторно отрабатываемых открытым способом.

Уточнению подлежат практически все группы запасов, находящихся в зоне сдвижения. Запасы руды вне зоны сдвижений заметных пространственных изменений не претерпевают.

Запасы руды в зоне сдвижений по степени сохранности относятся к нарушенным. Запасы в ненарушенном состоянии приурочены к рудным телам за пределами зоны сдвижения и в меньшей степени представлены рудными телами, не вовлеченными в отработку и не подработанными разработкой нижележащих блоков. Отдельные, неотработанные рудные тела, расположенные в зоне сближенных крутых рудных зон, из-за понижения устойчивости массива прослоев пород следует относить к числу нарушенных.

Наличие различных структур остаточных запасов предопределяет необходимость применения раздельной выемки на контактах провалов (обрушений) и валовой выемки в самих зонах провалов на основе результатов контрольного бурения по поиску пустот и эксплуатационной разведки.

Принципы повторной отработки основываются на систематической эксплуатационной разведке, уточнении контуров остаточных запасов, получении данных о качестве извлечения руды из этих запасов и использовании геолого-маркшейдерской документации по ранее отработанным площадям рудных зон.

По данным эксплуатационной разведки с учетом данных, детальной разведки и подземной добычи составляют план разведочного опробования, на котором отмечают промышленный контур и контур забалансовых запасов. План разведочного опробования является основным документом для ежегодного подсчета запасов по каждому уступу карьера, где производились добычные и разведочные работы.

В качестве основного способа эксплуатационного опробования рекомендуется систематическое опробование шлама буровзрывных скважин и в отдельных случаях горстевое и бороздовое опробование отбитой горной массы и откосов уступов карьера.

Конечным результатом эксплуатационного опробования является сортовой план добычного блока, на основании которого определяется место отправления добываемой горнорудной массы (подача руды в приемный бункер ЗТФ, склад фабрики, спецотвал, отвал бедных и забалансовых руд, породный отвал).

Исходные материалы для составления сортового плана:

а) выкопировка из маркшейдерского плана горных работ в масштабе 1:500, реже 1:200, где должны быть нанесены взрывные скважины, линии бороздового и горстевого опробования и контур забоя;

б) журнал опробования;

в) геологическая зарисовка борта взрываемого блока в масштабе 1:200 - 1:500 или фотография того же масштаба.

Для практических целей рекомендуется выделять следующие сорта руд: пустая порода; забалансовые руды; бедные балансовые руды с содержанием от бортового до минимально-промышленного; рядовые руды с содержанием от минимально-промышленного до среднего по месторождению; богатые руды, содержание в которых выше среднего по месторождению.

Выделение сортов руд и безрудных участков осуществляется только в том случае, когда технически возможна и экономически целесообразна селективная выемка.

После производства взрыва в блоке проводят разграничение различных сортов руд и безрудных участков в соответствии с сортовым планом и с учетом смещения контуров в результате взрыва. Разграничение осуществляется путем установки хорошо различимых вех на инструментальной основе. В процессе экскавации ранее сделанные разграничения могут корректироваться только геологической службой.

Горные работы при повторной разработке начинают производить после уточнения контуров остаточных пустот. Для этого проводят контрольное бурение разведочных скважин и определяется фактическое местонахождение пустот. Для бурения разведочных скважин целесообразнее использовать станки колонкового бурения.

При производстве бурения контрольных скважин оценивается состояние керна. Получение низкого выхода керна указывает на нарушенность массива и близость подхода скважины к столбу обрушения пород. Четкая граница между обрушенными породами и сильнонарушенными породами массива с глубины 40-50 м и ниже обычно не прослеживается. Радиус сильнонарушенных пород с выходом керна от 2 до 27% находится по периметру зоны обрушения в пределах 5 м.

Выход скважины в пустоту устанавливается по моменту полной потери раствора по манометру и свободного опускания снаряда без вращения става до навала пород обрушения.

Перед началом бурения скважин на планы и разрезы заранее подготовленной маркшейдерской документации наносят предварительные контуры подземных выработок и намечают места заложения скважины по периметру этих выработок. От предельного контура выработки отступают на величину призмы обрушения (4-5 м) и под углом, большим 15°, к выработке начинают вести бурение до пересечения выработки скважиной. Затем под меньшим углом к вертикальной линии обуривают противоположную сторону с отысканием контура пустоты. Для сокращения числа скважин и затрат на перемещение бурового станка рекомендуется использовать веерное бурение скважин с одной точки стояния. Сетки буримых скважин принимают в зависимости от конкретных параметров и формы подземных выработок.

В контрольные скважины устанавливают глубинные реперы (маркированные сопротивления) для слежения за ходом развития свода обрушения, Фактические координаты пустоты отмечают в плане горных работ. Границы ожидаемых сдвижений обозначают на земной поверхности предупреждающими аншлагами или ограждениями.

После установления фактического местонахождения пустот их необходимо погашать.

Ликвидация пустот может осуществляться путем засыпки их через скважины или принудительно с помощью взрывных работ.

При засыпке пустоты перед началом работ составляют проект, в котором указывают: способ засыпки, применяемое оборудование для бурения скважин и доставки закладочного материала, объем и коэффициент засыпаемого грунта, место заложения, глубину скважин.

Засыпке подлежат также имеющиеся в карьере провалы и воронки, вертикальные подготовительные выработки подземных горных работ.

При использовании взрывного способа для погашения пустот рассчитывают параметры буровзрывных работ. Для этого определяют размеры налегающей над пустотой толщи пород (потолочины) - высоту hп, длину lп и ширину bп на уровне кровли пустоты. С учетом угла предполагаемой воронки обрушения рассчитывают размеры потолочины по поверхности - длину Lп и ширину Bп соответственно по формулам


По формуле объема прямоугольной усеченной пирамиды определяют объем потолочины при расположении скважин на площади ВпLп

Общую массу зарядов в скважинах определяют с учетом удельного расхода по формуле

Для полного разрушения потолочины необходимо, чтобы длина забойки lзаб была в 1,5-2 раза больше расстояния от кровли камеры (пустоты) до нижней части заряда

где dc - фактический диаметр скважины, м: vвв - плотность BB в заряде, кг/м3.

Ha каждую погашенную взрывными работами или засыпанную пустоту должен составляться акт, в котором приводят характеристику пустоты, указывают способ ее погашения, степень опасности производства работ над ней.

Перед началом ликвидации пустот для обеспечения безопасных условий работ над ней расчетная мощность потолочины должна удовлетворять условию Нн.т больше hобр, т.е. когда по расчетным данным воронка обрушения не достигает земной поверхности. При отрицательных значениях An в соответствии с уравнением

в процессе естественного обрушения возможен выход провала (воронки) на поверхность рабочих площадок, что представляет определенную опасность для работ над пустотой. Поэтому в этих условиях работы по погашению пустот должны вестись с участков рабочих площадок, находящихся за границами возможного выхода воронки обрушения. Работы могут производиться также над пустотой, если мощность оставшейся потолочины равна или больше минимально допустимой.

Высоту минимально допустимой потолочины можно рассчитать по известной формуле Б.П. Юматова

где рп - плотность пород налегающей толщи, т/м3; bоб - пролет обнажения кровли пустоты, м; ов = оиз/(kзkо) - предел прочности потолочины при изгибе с учетом запаса прочности kз и структурного ослабления ko, МПа (k3 = 2-3, kощ = 7-5-10); оиз = G/(2bгlг) - давление экскаватора (бурового станка) на потолочину, МПа; lг - длина гусеницы, м; bг - ширина одной гусеницы, м; G - масса экскаватора (бурового станка).

После обрушения потолочин и ликвидации подземных пустот горные работы ведутся по обычной технологии.

Для подготовки горной массы к выемке используют буровзрывной способ. Одно из требований производства буровзрывных работ при повторной разработке является разработка мероприятий, исключающих поступление вредных газов от массовых взрывов в подземные выработки (устройство перемычки), а также определение максимально допустимой массы зарядов BB при взрыве с целью обеспечения условий по сохранности подземных выработок в случаях совмещения подземных и открытых горных работ.

Технологические схемы буровзрывных работ во многом определяются структурой остаточных запасов руды с применением как совместного способа взрывания руд и пород, так и раздельных способов отбойки руды.

Обслуживание основных технологических процессов горных работ при повторной разработке включает в себя проведение строгого геолого-маркшейдерского контроля. На рудниках, где ведется повторная разработка, помимо функционирования геологического и маркшейдерского отделов дополнительно должна организовываться служба сдвижения. Задачи данной службы определяются утвержденными положениями, главной из которых является постановка наблюдений за деформациями массива горных пород в контурах карьера.

Маркшейдерские наблюдения за сдвижением нарушенного массива в условиях повторной разработки месторождений выполняются с целью дальнейшего изучения процесса сдвижения горных пород, когда происходит перераспределение напряжений в результате частичной разгрузки вертикальной составляющей из-за выемки большого объема верхней толщи открытыми горными работами.

Эти наблюдения необходимо осуществлять как за пределами, так и в пределах площади открытых горных работ.

Для их выполнения необходимо:

- восстановление и дозакладка реперов по существующим профильным линиям и закладка новых профильных линий реперов;

- осуществление маркшейдерских наблюдений за пространственным положением реперов наблюдательной станции;

- инструментальная съемка всех появляющихся видимых признаков сдвижения (провалов, трещин, террас, оползней и обрушений откосов);

- определение параметров процесса сдвижения и построение графиков полных векторов сдвижения.

На выемочно-погрузочных работах применяется оборудование, соответствующее условиям выемки подготовленной горной массы.

Для транспортирования руды и пород целесообразно использовать автомобильный транспорт из-за его высокой мобильности, разобщенности отрабатываемых запасов в пространстве карьера, необходимости взрывного рыхления руды по отдельным участкам (блокам) малого объема.

В соответствии с конкретными особенностями повторной открытой отработки месторождений главными задачами геологической службы карьеров являются:

- проведение опережающей и сопровождающей эксплуатационной разведок;

- оперативное обеспечение карьеров всеми необходимыми видами геологической документации;

- создание условий для снабжения ЗИФ кондиционной рудой;

- обеспечение и контроль за правильностью размещения извлекаемых из недр пород и руды;

- обеспечение безопасности добычных работ, особенно в зонах обрушения.

Повышение безопасности горных работ обеспечивается своевременным выявлением признаков сдвижений (трещин, заколов и др.) при выполнении: ежесменного осмотра поверхности, забоев, уступов рабочими и горными мастерами; сменного и ежесуточного осмотра лицами технического надзора карьера с записью результатов осмотра в журнал; еженедельного осмотра работниками службы сдвижения; ежемесячных инструментальных наблюдений маркшейдерской службой за положением контрольных реперов.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: