Опыт применения панельно-столбовой системы разработки на месторождении Жаман-Айбат (Республика Казахстан)

УДК 69

DOI 10.21661/r-116634

М.А. Жараспаев

Опыт применения панельно-столбовой системы разработки на месторождении Жаман-Айбат

Аннотация

В статье кратко излагается опыт ранее принятых и применяемых параметров панельно-столбовой системы разработки на месторождении Жаман-Айбат. Показываются результаты анализа геомеханического наблюдения за конструктивными элементами панельно-столбовой системы разработки на месторождении в период 2008-2010 годов. Выведены зависимости отслоений, вывалов пород с кровли. Показаны графики по факту разрушения целиков. Делается вывод о необходимости продолжения научно-исследовательских работ в этом направлении.

I Ключевые слова: панельно-столбовая система разработки, целик, кровля, месторождение Жаман-Айбат, Жезказганское месторождение.

M.A. Zharaspaev

Experience of panel-and-pillar development system application at the Zhaman-Aibat field

Abstract

The article summarizes the experience of previously adopted and applied parameters of the settings panel-and-pillar development system at the Zhaman-Aibat field. It shows the results of the analysis of geomechanical monitoring of structural elements of panel-and-pillar development system at the field during 2008-2010. The dependence of rock spalling from the roof has been withdrawn. The graphs on the fact of destruction of the pillars have been shown. The author concluded that there is a need to continue the research works in this direction.

| Keywords: panel-and-pillar development system, pillar, roof, Zhaman-Aibat field, Zhezkazgan field.

Правильный выбор систем разработки рудного месторождения имеет большое значение и в основном определяет эффективность их разработки. На большинстве рудных месторождений по горнотехническим условиям можно применять несколько разных систем разработки. Однако для каждого месторождения должна быть выбрана наиболее рациональная система, удовлетворяющая разным техническим и экономическим требованиям, среди которых самыми важными являются:

- обеспечение безопасных и здоровых условий труда для работающих;

- достижение минимальной себестоимости продукции;

- выполнение заданной производительности рудника по добыче руды с соблюдением принятых кондиций по её качеству;

- рациональное использование недр, экономически обоснованный минимум потерь и разубоживания руды, а также комплексная разработка полезных компонентов и месторождений.

Для восполнения сырьевой базы Жезказганского месторождения в 2006 году введено в эксплуатацию месторождение Жаман-Айбат разрабатываемое рудником Жо-март ТОО «Корпорация Казахмыс». В связи с горно-геологическими условиями и схожестью с Жезказганским месторождением (находящееся в 200 км к юго-востоку от него), на месторождении Жаман-Айбат была принята

панельно-столбовая система разработки с последующей выемкой целиков и погашением пустот.

Вот уже на протяжении десятилетия, на месторождении Жам-ман-Айбат ведутся работы по оптимизации параметров панель-но-столбовой системы разработки для более эффективного и безопасного ведения горных работ.

Залегание рудных тел месторождения Жаман-Айбат, в основном, пологое. На протяжении 14 км рудные тела, приуроченные к раймундовскому горизонту, плавно погружаются с глубины 380 м на востоке до 680 м на западе. Главное рудное тело месторождения имеет лентообразную форму на востоке и плащеобразную на западе, вытянуто в северо-восточном направлении на 8600 м при ширине от 200-4000 м. Глубина залегания подошвы залежи 430-669 м. Сложено преимущественно медными рудами [1].

Геологическое строение месторождения Жаман-Айбат, во многом аналогично Жезказган-скому месторождению. Как в Жезказганском месторождении, стратифицированные сульфидные залежи приурочены к жезказган-ской красноцветной толще тер-ригенных пород, представленной чередованием средне- и крупнозернистых песчаников, гравелитов и конгломератов с тонкозернистыми песчаниками, алевролитами и аргиллитами. Оруденение многоярусно. Породы жезказганской толщи перекрываются красно-цветными глинистыми породами жиландинской свиты. Песчаники и алевролиты являются главными вмещающими породами медной минерализации. Главные породообразующие минералы: полевой шпат, кварц, (с разной степенью раскристализации основной массы), граниты, порфириты, туфы, алевролиты, сланцы и кремнистые породы.

Одним из основных факторов, оказывающих влияние на

Engineering sciences

^ - первоначально принятые параметры; ] - измененные параметры со сдвоенными целиками; ] - скорректированные параметры,

применяемые на настоящее время.

Рис. 1. Применяемые параметры панельно-столбовой системы на месторождении Жаман-Айбат

устойчивость кровли, является ее структурное и литологиче-ское строение. Непосредственная кровля очистных камер на месторождении Жаман-Айбат, представлена слоистыми серыми мелкозернистыми песчаниками, переслаивающимися с темно-серыми алевролитами, аргиллитами и конгломератами. Породы имеют пологое залегание с углом падения до 8°.

Анализ геомеханические наблюдения за конструктивными элементами панельно-столбовой системы разработки. Конструктивными элементами при панель-но-столбовой системе разработки

являются кровля камер и междукамерные целики (признаков разрушений в барьерных целиках не наблюдалось). Ежегодно на месторождении Жаман-Айбат обнажается 200^230 тыс. м2 кровли очистных камер, суммарная площадь отслоений 8,8^16 тыс. м2 (таблица 1).

Таблица 1

Статистика произошедших вывалов и отслоений пород с кровли за 2008-10 гг.

Отслоения, вывалы пород с кровли

год площадь, м2 количество, шт

2008 8824 60

2009 14351 82

2010 16081 77

Среднее значение 13085,3 73

Общее 39256 219

Статистический анализ 219 отслоений (вывалов) пород с кровли в период 2008-10 года показывает:

- распределение площадей и мощностей вывалов подчиняется логнормальному закону (рисунок 2);

- площади и мощности вывалов практически не связаны между собой (рисунок 3);

- более половины вывалов (52%) происходит на площадях до 100 м2;

- большие вывалы на площадях 600^1200 м2 происходят редко: их всего 1%;

- мощности вывалов до 2 м составляют 67%;

- вывалы мощностью более 2 м (т.е. вместе с анкерами) происходят в 33% случаев.

Полученные цифры (частота отслоений - на 4-8% площади образованной кровли, в каждом третьем случае мощность отслоения больше глубины крепления кровли анкерами) показывают, что принятый проектный пролет кровли очистных камер 9 м и параметры ее крепления не соответствует горно-геологическим условиям месторождения Жаман-Айбат. Следовательно, для обеспечения безопасности горных работ проектную ширину очистных камер необходимо уменьшить.

Рис. 2. Плотности (слева) и кумулятивные кривые(справа) распределения площади (вверху) и мощности (внизу) вывалов из кровли очистных камер на месторождении Жаман-Айбат

Engineering sciences

Рис. 3. Соотношения площадей и мощностей вывалов

Частоту повреждений второго основного конструктивного элемента системы разработки - МКЦ можно ценить следующим образом. За 10 лет работы рудника оформлено около 5 тыс. МКЦ. Из них частичные повреждения (потери несущего сечения после отслоений с боковых поверхностей до 10% и 30%) получили 127 МКЦ. Причем, за 10 лет работы рудника не было ни одного случая полного разрушения МКЦ на 100%. Это означает, что частота частичных повреждений МКЦ составляет всего 2,5%.

Характерными формами частичного разрушения МКЦ являются отслоения плит, блоков с боковых поверхностей целиков по субвертикальным трещинам, а также за счет выдавливания пропластков слабых пород (рисунок 4).

Рис. 4. Характерные формы разрушения МКЦ со слабыми контактамина месторождении Жаман-Айбат

Данные формы разрушения МКЦ характерны для условий нагружения со слабыми контактами (малыми сцеплением и трением).

Анализ мест отслоений с боковых поверхностей МКЦ (462 шт.) по азимутам, проведенный Горно-Геомеханическим управлением за период 2008-10 гг., показал, что чаще всего отслоения происходят с западной и восточной частей МКЦ (рисунок 9). Это связано с доминирующим развитием крутопадающих трещин вкрест простирания залежи.

Рис. 5. Количество (слева) и частота (справа) отслоений с различных сторон МКЦ

Мощность отслоений с боковых поверхностей МКЦ, как правило, не велика. Половина отслоений (50%) имеет мощность до 0,2 м, до 0,5 м - 80%. Происходят они, как правило, впервые месяцы стояния, т.е. в процессе отработки панели (рисунок 6).

Рис. 6. Распределения отслоений с МКЦ по мощности и времени стояния

Выводы. Геологическое строение месторождения Жаман-Айбат, во многом аналогичное Жезказганско-му месторождению, в тоже время имеет уменьшенные прочностные параметры и характеризуется гораздо более частым переслаиванием пород, включая существенно более слабые прослойки углистых пород. Ранее принятые и применяемые параметры панель-но-столбовой системы разработки на месторождении не удовлетворяю всем техническим и экономическим требованиям, требующее продолжение научно-изыскательских работ в этом направлении. В этой связи необходимо выработка методики исследования, включающая моделирование процесса деформирования и разрушения массива горных пород и специальные экспериментальные исследования.

Литература

1. Стратегический план по руднику Жомарт [Текст] / ПО «Жезказганцветмет». - 2011. - С. 130.

2. Вскрытие, подготовка и отработка запасов I очереди месторождения Жаман-Айбат / ГПИ. - 2008. - С. 137.

3. Отчет по договору с ТОО «Корпорация Казахмыс» (Республика Казахстан) по теме «Выполнить определение физико-механических свойств горных пород и руд месторождения «Жаман-Айбат». - М., 2006. - С. 21.

4. Проект отработки панелей 1, 2, 3, 39 юг залежи 4-1 / ГПИ - 2006. - Загл. лист Ж 405422.

5. Макаров А.Б. Заключение о целесообразных параметрах камерно-столбовой системы разработки на руднике Жомарт / Маркшейдерско-геомеханическое управление. - 2009 - С. 10.

6. Проект отработки панелей 1, 2, 3, 39сев, 40, 41 залежи 4-1 / ГПИ. - 2006. - Загл. лист Ж 405428.

7. Аманжолов Э.А. Отчет по наблюдениям за состоянием кровли и крепи в очистных камерах на руднике Жаман-Айбат / ГГУ - 2006. - С. 2.

8. Проект отработки панелей 4, 5, 6 залежи 4-1 / ГПИ - 2007. - Загл. лист Ж 406252.

9. Проект отработки панелей 42, 43, 44 залежи 4-1 / ГПИ - 2007. - Загл. лист Ж 406295.