Природные типы руд обычно не образуют изолированных рудных тел и залегают совместно в единой рудной зоне. Мелкие линзовидные рудные тела выявлены на флангах рудной зоны в висячем и, в основном, в лежачем боку. Длина таких линз по простиранию от 20-25 до 100-150 м при мощности от 2-3 до 10-12 м. По падению они прослежены на расстояние от 50-60 до 150-200 м. В контуре единой рудной залежи природные типы руд обособляются в виде линзовидных тел или плит протяженностью по простиранию от 30-40 до 500-560 м, по падению – от 100-120 до 550-600 м при мощности от 5-10 до 40-50 м. Среди сплошных руд наиболее крупные массивы слагают барит-полиметаллические руды, самые мелкие – медно-колчеданные. Вкрапленные медно-колчеданные руды залегают у лежачего бока рудной залежи почти непрерывной плитой мощностью до 50 м. Здесь же сосредоточены и наиболее многочисленные линзовидные тела.
2.2. Горно-технические условия месторождения
2.2.1 Физико-технические свойства руд и вмещающих пород
Анализ показывает, что свойства одних и тех же разновидностей руд и пород с глубиной значительно изменяются. В таблице 2.3 приведены пределы изменения и прочности пород на одноосное сжатие.
Таблица 2.3 - Изменение прочности руд и пород Орловского месторождения с глубиной
| Породы и руды | Глубина отбора проб, м | |||||
| 200¸300 | 300¸700 | |||||
| Прочность на одноосное сжатие МПа | ||||||
| от | до | среднее | от | до | среднее | |
| Лавобрекчии альбит-порфиров | 26 | 145 | 56,8 | 61 | 134 | 108,6 |
| Лавы альбит-порфиров | 32 | 170 | 76,4 | 127 | 127 | 127 |
| Кварцевые альбит-порфиры | 50 | 189 | 129,4 | 100 | 236 | 153,6 |
| Плагиоклазовые порфиры | 56 | 104 | 74 | 65 | 89 | 77 |
| Алевролиты глинисто-кремнистые | 24 | 227 | 80,4 | 110 | 145 | 129 |
| Алевролиты кремнистые | 13 | 228 | 71 | 77 | 152 | 120,2 |
| Туфоалевропесчаники | 29 | 183 | 100,7 | 70 | 70 | 70 |
| Хлоритовые породы | 8 | 80 | 38,6 | 35 | 92 | 64,6 |
| Сплошная барит-полиметаллическая руда | 25 | 142 | 63,3 | 127 | 135 | 130,6 |
| Вкрапленная медно-колчеданная руда в хлоритолитах | 39 | 73 | 54,65 | 142 | 185 | 165,9 |
| Сплошная медно-колчеданная руда | 32 | 32 | 32 | 199 | 243 | 221 |
| Сплошная медно-цинковая руда | 13 | 23 | 14,7 | 262 | 262 | 262 |
В таблице 2.4 приведены усредненные плотностные, прочностные и упругие свойства основных разновидностей руд и пород месторождения в околорудной и рудной зонах.
Таблица 2.4 - Усредненные физико-механические свойства руд и пород
| Породы и руды | Предел прочности на сжатие sсж , МПа | Предел прочности на растяжение sр , МПа | Динамический модуль упругости Е´10-4 , МПа | Коэффициент Пуассона m | Объемный вес g, МН/м3 |
| Альбит-порфиры | 96 | 15 | 7,6 | 0,22 | 0,0271 |
| Алевролиты глинисто-кремнистые | 73 | 7 | 7,2 | 0,18 | 0,0275 |
| Алевролиты кремнистые | 127 | 14 | 8,5 | 0,23 | 0,0287 |
| Туфоалевропесчаники | 106 | 8 | 8,5 | 0,25 | 0,028 |
| Туфоалевролиты | 63 | 4 | 5,8 | 0,15 | 0,0292 |
| Сплошная барит-полиметаллическая руда | 113 | 11 | 12,9 | 0,21 | 0,0464 |
| Вкрапленная медно-колчеданная руда в метасоматитах | 60 | 7 | 9,9 | 0,26 | 0,0316 |
| Вкрапленная медно-колчеданная руда в хлоритолитах | 54 | 3 | 9,8 | 0,15 | 0,0393 |
| Вкрапленная медно-колчеданная руда в кремнистых алевролитах | 113 | 10 | 8,4 | 0,22 | 0,029 |
| Медно-колчеданная руда | 123 | 18 | 12,5 | 0,23 | 0,0435 |
| Сплошная полиметаллическая руда | 149 | 8 | 14,0 | 0,25 | 0,0450 |
| Сплошная медно-цинковая руда | 128 | 11 | 14,8 | 0,24 | 0,0468 |
Из всего разнообразия горно-технологических свойств руд и пород в лабораторных условиях оценивалась только их часть: коэффициенты крепости и хрупкости, абразивность и контактная прочность.
Крепость пород по М.М. Протодьяконову (таблица 2.5) оценивалась по прочности образцов на одноосное сжатие. Коэффициент хрупкости рассчитывался по отношению пределов прочности породы при сжатии и растяжении. Абразивность определялась методом истирания стального стержня.
Таблица 2.5 - Крепость пород и руд Орловского месторождения
| Породы и руды | Коэффициент крепости по М.М. Протодьяконову |
| Породы висячего бока | |
| Кварцевые альбит-порфиры | 10-14 |
| Лавобрекчии кварцевых альбит-порфиров | 7-11 |
Лавобрекчии кварцевых альбит-порфиров (гидротермально измененные) |
4-5 |
| Кремнистые алевролиты | 7-8 |
| Алевролиты, туфогенные алевропесчаники | 5-6 |
| Туфы разного состава | 9-10 |
| Рудная зона | |
Сплошные медно-колчеданные, медно-цинковые и баритсодержащие руды |
8-12 |
| Вкрапленные руды | 5-9 |
| Вкрапленные окремненные руды | 10-11 |
| Хлоритовые породы (хлоритолиты) | 1-3 |
| Породы лежачего бока | |
| Каолиновые породы | 1-2 |
| Хлоритовые породы (хлоритолиты) | 2-4 |
| Алевролиты глинистые | 4-6 |
| Микрокварциты | 8-10 |
| Туфопесчаники | 4-6 |
| Жильные породы | |
| Диабазовые порфириты | 5-6 |
| Плагиоклазовые гранит-порфиры | 9 |
Коэффициент хрупкости для руд и пород Орловского месторождения изменяется в широких пределах от 4 до 12. К наиболее хрупким отнесены сплошные разновидности руд и вкрапленные медно-колчеданные руды по кварцитам, а также кремнистые алевролиты.
Контактная прочность изменяется от 7 до 200 кГ/мм2 . Наибольшей контактной прочностью обладают кварц-альбитовые порфиры и туфы кислого состава. Наименьшей – кварц-карбонат-хлоритовая порода и халькопирит-пиритовые руды.
По абразивности, в соответствии со шкалой Барона Л.И., большинство руд и пород месторождения отнесены к IV классу (19¸30 мг) – среднеабразивные.
2.2.2 Устойчивость руд и вмещающих пород
Устойчивость обнажений руд и пород зависит от их прочности, трещиноватости, тектонической нарушенности, степени хлоритизации и серицитизации, а также от времени существования обнажений и глубины разработки. В основу районирования по устойчивости положена классификация ВНИМИ, согласно которой все руды и породы подразделяются на четыре категории устойчивости (таблица 2.6).
Таблица 2.6- Устойчивость руд и пород Орловского месторождения
| Категория | Наименование руд и пород |
Характерные квалификационные признаки | Коэффициент крепости, f |
| Устойчи-вые | Сплошные барит-полиметаллические руды, кварцевые альбитпорфиры, плагиогранитпорфиры | Монолитные, оруденелые, окварцованные породы, отсутствие открытых трещин, расстояние между трещинами не менее 200 мм | 13 - 18 |
| Среднеустойчивые | Сплошные медно-цинковые руды, сплошные медно-колчеданные руды, алевролиты, кремнистые измененные туфы | Массивные, сланцеватые руды и породы с несколькими системами трещин, расстояние между трещинами 100 мм. | 10- 17 |
| Слабоустойчивые | Вкрапленные руды в алевролитах, туфопесчаники, алевропесчаники, алевролиты кремнисто-глинистые | Нарушенные руды и породы, имеющие до трех систем трещин, расстояние между ними менее 100 мм. | 6 - 17 |
| Неустойчивые | Вкрапленные руды в хлоритолитах, туфогенно-осадочные породы, хлоритовые и серицитовые породы | Тектонически ослабленные породы, имеющие не менее 3-х систем трещин с расстоянием менее 25 мм | 3 - 5 |
Установлено, что на 7¸11 горизонтах преобладают три категории устойчивости руд и пород: устойчивые, средней устойчивости, неустойчивые. В незначительном объеме встречаются весьма устойчивые и весьма неустойчивые породы и руды.
2.2.3 Оценка степени удароопасности месторождения
Орловское месторождение по заключению ВНИМИ с глубины 600 м отнесено к склонным к горным ударам.
Сплошные барит-полиметаллические руды, медно-цинковые, сплошные и вкрапленные по кварцитам медно-колчеданные руды отнесены к склонным к динамическим проявлениям горного давления. Вмещающие породы по упругим свойствам и характеру разрушения отнесены, за редким исключением, к не склонным к горным ударам.
В процессе отработки запасов девятого и десятого горизонтов (глубина 500¸550 м) были отмечены случаи динамических проявлений горного давления в виде интенсивного заколообразования, "шелушения" и стреляния пород, количество которых возрастало по мере увеличения глубины разработки. Эти явления имеют место, когда:
- отрабатывается рудный слой (кровля и почва слоя представлены рудой) и отработано более 3/4 запасов слоя;
- работы ведутся вблизи висячего бока по сплошным барит-полиметаллическим, медно-цинковым или медно-колчеданным рудам;
- работы ведутся за пределами защищенной зоны, образованной отработкой вышележащих или нижележащих горизонтов;
- динамические явления наблюдаются в выработках, пройденных во временных рудных целиках.
В соответствии с "Инструкцией по безопасному ведению горных работ на рудных и нерудных месторождениях, склонных к горным ударам" [36] вскрытие, подготовка и порядок отработки залежей, опасных по горным ударам, должны осуществляться с соблюдением следующих принципов:
- вскрытие месторождения, подготовку и отработку рудных тел (залежей) производить при минимальной изрезанности рудного массива, обеспечивая планомерное извлечение запасов без образования участков, целиков с концентрацией напряжений, способных вызвать горный удар;
- выбор мест расположения стволов шахт и выработок околоствольного комплекса осуществлять в неудароопасных или наименее опасных породах;
- горные выработки проходить преимущественно в направлении наибольшего из напряжений, действующих в массиве горных пород;
- горные работы следует вести без оставления жестких целиков преимущественно расходящимися фронтами очистной выемки или с отработкой одним фронтом от фланга к флангу;
- осуществлять меры разгрузки массива от повышенных концентраций напряжений с использованием опережающей надработки или подработки, методов локальной разгрузки, придания искусственной податливости конструкции.
- проект на отработку месторождения должен содержать разделы, касающиеся мер по прогнозированию и предотвращению горных ударов.
2.2.4 Газоносность месторождения, склонность к самовозгоранию руд и вмещающих пород, взрывоопасность сульфидной пыли и силикозоопасность Орловском месторождение не является газоопасным.
Отдельные участки месторождения отнесены к пожароопасным по ряду факторов:
- большая мощность и крутое падение рудных тел;
- приуроченность рудной залежи к области дизъюнктивного тектонического нарушения и наличие пострудных сбросов, которым сопутствуют участки мелко раздробленной перетертой руды мощностью до 3¸4 м;
- высокое содержание в сплошных рудах пожароопасных минералов: пирита, халькопирита, сфалерита;
- значительное развитие в рудах мельниковит-пирита и легковоспламеняемой разновидности сульфида железа;
- присутствие в рудах ксиломорфных текстур, характеризующихся высокой пористостью;
- высокая окислительная способность руд, установленная термографическими исследованиями;
- значительная пористость руд, повышающая поверхность окисления.
Исследования ВНИИцветмета показали, что при содержании серы в руде 35 % и выше, мощности рудных тел 15¸30 м и кислых шахтных водах (рН в воде на Орловском руднике достигает 2,2) создаются благоприятные условия для самопроизвольного загорания и взрыва аммиачно-селитренных ВВ. Поэтому Орловское месторождение отнесено к категории взрывоопасных в отношении самопроизвольных взрывов аммиачно-селитренных ВВ. В этом случае необходимо выполнять следующие мероприятия:
- проводить районирование месторождения с выделением участков, на которых потенциально возможно загорание и взрывы аммиачно-селитренных ВВ;
- вести постоянный контроль за температурой и агрессивностью рудничных вод на потенциально опасных участках;
- определять допустимое время пребывания в рудном массиве скважинных зарядов, исходя из конкретных условий отрабатываемых участков.
Изучением химического и минералогического состава руд Орловского месторождения и данными по взрывоопасности руд других месторождений установлено:
взрывоопасным минералом, входящим в состав руд Орловского месторождения, является только пирит, содержание которого и определяет взрывоопасность. Остальные сульфидные минералы – халькопирит, сфалерит, галенит, барит не являются взрывоопасными, однако их присутствие в составе пиритсодержащих руд уменьшает взрывоопасность последних;
к взрывоопасным следует относить медно-колчеданные и колчеданно-полиметаллические руды, которые содержат в своем составе свыше 65 % пирита или более 35 % пиритной серы.
Взрыв сульфидной пыли возникает при ее определенной дисперсности, химической активности и концентрации в пылевом облаке и при наличии источника воспламенения достаточной мощности.
Источниками образования пыли на руднике являются:
- буро-взрывные работы при отбойке руды;
- выпуск руды из камер и рудоспусков;
- вторичное дробление негабаритов.
Поэтому для безопасного ведения горных работ в забоях на Орловском месторождении в соответствии с ЕПБ при взрывных работах [4] и "Инструкцией по мерам безопасности и предупреждению взрывов сульфидной пыли на подземных рудниках, разрабатывающих пиритсодержащие руды" необходимо выполнять следующие основные мероприятия:
- взрывные работы должны производиться в межсменные перерывы при отсутствии людей на пути движения исходящей струи воздуха и не более 150 м от взрываемого забоя со стороны поступления свежей струи воздуха;
- перед взрывными работами необходимо проводить смачивание водой всей поверхности выработки на расстоянии 10 м от забоя;
- взрывание шпуров (скважин) должно осуществляться только электрическим способом;
- запрещается взрывание шпуров (скважин) без забойки;
- при вторичном дроблении руды накладными зарядами они должны покрываться с внешней стороны оболочкой, гидропастой или увлажненной глиной.
Содержание свободной кремниевой кислоты в рудах и породах месторождения достигает 29 %, поэтому оно отнесено к силикозоопасным. Предельно допустимая концентрация пыли в воздухе на рабочих местах не должна превышать 2 мг/м3 .
3. обоснование технологии горных работ
3.1. Способ и общая схема разработки
Большая глубина залегания и степень разведанности рудных залежей Орловского месторождения предопределили подземный способ разработки.
Высокая ценность руд и пожароопасность отдельных участков месторождения обусловили необходимость повсеместного применения систем с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями.
Учитывая глубину залегания месторождения и морфологию рудных тел, техническим проектом [10] определен нисходящий порядок его отработки. Дополнением к данному проекту [12] была принята двухярусная отработка (первый ярус 2¸5 горизонты, второй ярус 6¸11 горизонты).
После отработки основных запасов десятого горизонта из-за большого пролета подработки вмещающих пород на одиннадцатом-двенадцатом горизонтах создались большие концентрации напряжений и увеличилась интенсивность динамических проявлений горного давления. Поэтому отработку запасов 11¸14 горизонтов Основной залежи следует вести в сплошную в нисходящем порядке без оставления межярусных и междуэтажных целиков.
Залежь "Новая" находится вне зоны влияния выработанного пространства Основной залежи. Однако в виду большой глубины залегания для ее отработки также рекомендуется сплошной порядок отработки сверху вниз.
Орловское месторождение с глубины 600 м отнесено к склонным к горным ударам. Поэтому в соответствии с "Инструкцией по безопасному ведению горных работ…" отработку запасов горизонтов (этажей) в горизонтальной плоскости следует вести всплошную от центра к флангам. Не исключается возможность отработки запасов этажей и от флангов к центру. Однако в этом случае на стадии доработки запасов встречные фронты могут спровоцировать удароопасную ситуацию. Поэтому при отработке целика между встречными фронтами необходимо выполнять специальные мероприятия по прогнозу и предотвращению горных ударов, которые предусмотрены "Временными указаниями по безопасному ведению горных работ на Орловском месторождении, склонном к горным ударам".
3.2. Зона влияния подземных работ на поверхность
Границы зоны опасного влияния подземных разработок устанавливаются по углам сдвижения, определяемым методом управления состоянием массива и строением вмещающих пород. Нормативными документами для определения углов сдвижения для условий Орловского месторождения являются "Временные правила охраны сооружений и природных объектов от вредного влияния подземных горных разработок месторождений руд цветных металлов с неизученным процессом сдвижения горных пород" и разработанные на их основе "Временные указания по охране сооружений и горных выработок от вредного влияния подземных горных работ на Орловском месторождении".
Орловское месторождение колчеданно-полиметаллических руд сложено преимущественно вулканогенными и вулканогенно-осадочными породами и приурочено к зонам крупных тектонических разломов.
Руды в большей степени крепкие, но из-за наличия трещин, заполненных глинами хлорито-серицитового происхождения, приобретают склонность к отслоениям при значительных обнажениях. Руды и породы Орловского месторождения являются неслоистыми.
Общая длина месторождения по простиранию достигает 1200 м, оруденение прослежено на глубину до 1100 м.
Принятый способ управления состоянием массива полной закладкой выработанного пространства твердеющими смесями предохраняет поверхность и вмещающий массив от обрушений и опасных сдвижений.
В связи с вышеизложенным для условий Орловского месторождения приняты следующие углы сдвижения:
- по висячему боку - 700;
- по лежачему боку - 700 ;
- по простиранию - 750 ;
- в наносах - 500 ;
- в твердеющей закладке - 600 .
4. вскрытие запасов орловского месторождения ниже 11 горизонта
В настоящем проекте в рассмотрено несколько вариантов вскрытия запасов нижних горизонтов Основного рудного тела и залежи «Новая».
При рассмотрении вариантов вскрытия учитывалось фактическое состояние горных работ и возможное их развитие на руднике в увязке с вопросами вентиляции, транспорта и подъема горной массы, закладки выработанного пространства и вопросами безопасности ведения горных работ.
Во всех ниже рассматриваемых вариантах вскрытия нижних горизонтов ствол шахты "Южная" служит для выдачи загрязненного воздуха и запасным выходом с механизированным подъемом на поверхность при отработке запасов залежи "Новая" на 12¸18 горизонтах. Местоположение ствола шахты "Южная" таково, что если на 12 горизонте он находится в 600 м от залежи "Новая", то на 18 горизонте это расстояние увеличивается до 1000 м. В связи с этим, и учитывая ограниченную возможность ствола шахты по выдаче загрязненного воздуха (до 250 м3 /сек), представляется целесообразным в первую очередь найти оптимальное техническое решение по выдаче загрязненного воздуха и по аварийному выводу людей с южного фланга месторождения.
Рассмотрены три из множества возможных решений.
1. Ствол шахты "Южная" продолжает выполнять свои прежние функции и при отработке запасов ниже 11 горизонта. При этом ствол шахты углубляется с 10 до 17 горизонта, а на каждом из 12¸17 горизонтов проходят вентиляционные квершлаги от залежи "Новая" к стволу шахты "Южная".
2. Ствол шахты "Южная" углубляется только до 11 горизонта, а ниже с 11 до 14 и с 14 до 17 горизонтов в непосредственной близости от залежи "Новая" проходятся лифтовые и вентиляционные восстающие. На 11 и 14 горизонтах необходимо пройти сборные вентиляционные квершлаги, а также оборудовать аварийные боксы-убежища на 11 горизонте у ствола шахты "Южная" и на 12¸17 горизонтах у лифтовых восстающих.
3. Ствол шахты "Южная" используется только на период отработки запасов южного фланга Основной залежи до 10 горизонта и залежи "Новая" на 9-11 горизонтах. К этому времени необходимо пройти с поверхности до 18 горизонта ствол шахты "Южная-2" и построить вентиляторную установку. Ствол шахты "Южная-2" глубиной 930 м и диаметром в свету 5,5 м оборудуется одноклетевым подъемом и лестничным отделением, служит для выдачи загрязненного воздуха в количестве до 310 м3 /сек и в является механизированным выходом при отработке запасов залежи "Новая" на 11¸18 горизонтах. Ствол шахты "Южная-2" располагается в 220 м к югу от залежи "Новая" по 18 линии ортов.
В таблице 4.1 приведены объемные и стоимостные показатели по каждому из рассмотренных решений.
Сравнение данных показывает, что реализация второго решения связана с наименьшими объемными и стоимостными показателями. Поэтому оно и принято для дальнейших расчетов при сравнении вариантов вскрытия.
4.1. Первый вариант вскрытия нижних горизонтов
На рисунке 4.1 представлен первый вариант вскрытия: Запасы 12¸14 горизонтов Основной залежи вскрываются стволом шахты "Северная", углубляемым с 11 до 13 горизонта, и северным транспортным уклоном, проходимым с отметки –330 м (на 20 м выше уровня 11 горизонта) до 14 горизонта, а также фланговыми (лифтовым и вентиляционным) восстающими, проходимыми с 13 горизонта до отметки –330 м. Выдача горной массы с 12¸14 горизонтов Основной залежи будет производиться по транспортному уклону дизельными автосамосвалами до перегрузочного пункта на отметке –330 м с последующим перепуском и перегрузкой руды (породы) на 11 горизонте в вагонетки ВГ-4 (ВГ-2,2) и транспортировкой ее электровозным транспортом по 11 горизонту к опрокидам у ствола шахты "Скиповая".
Проветривание 12¸14 горизонтов осуществляется по следующей схеме. Свежий воздух подается по квершлагу 13 горизонта от ствола шахты "Северная", по транспортному уклону и вентиляционным восстающим поступает на отрабатываемые подэтажи, слои. Загрязненный воздух с подэтажей по вентиляционным восстающим поступает на блоковые сборные вентиляционные штреки и отводится к фланговому вентиляционному и лифтовому восстающим, по которым он направляется к сборному вентиляционному штреку горизонта –330 м. Сюда же по транспортному уклону поступает воздух, загрязненный дизельными самосвалами. Со сборного вентиляционного штрека загрязненный воздух направляется по вентиляционному восстающему 2ю на 9 горизонт и далее по южному
29-04-2015, 00:51