Выбор рациональной технологии добычи руд. Геомеханическая оценка состояния недр. Использование подземного пространства. Геоэкология

МОСКОВСКИЙ 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

г 
о 
р 
н 
ы 
й 

УНИВЕРСИТЕТ 

РЕДАКЦИОННЫЙ 

С О В Е Т 

Председаmель 

Л.А. ПУЧКОВ 

За.w. председаmелн 

л.х.гитис 

Члеиы редсовепrа 

И.В. ДЕМЕНТЬЕВ 

А.П. ДМИТРИЕВ 

Б.А. КАРТОЗИЯ 

В.В. КУРЕХИН 

М.В. КУРЛЕНЯ 

В.И. ОСИПОВ 

э.м. соколов 

К.//. ТРУБЕЦКОЙ 

В.В.ХРОНИН 

В.А. ЧАНТУРИЛ 

Е.И. ШЕМЯКИН 

ИЗДАТЕЛЬСТВО 

московского 

ГОСУДАРСТВЕННОГО 

ГОРНОГО УНИВЕРСИТЕТА 

ректор МГГУ, 

чл. -корр. РАН 

диреюиор 

Издательства МГГУ 

академик РАЕН 

академик РАЕН 

акадеJf-tик РАЕН 

акаделtик РАЕН 

академик РАН 

акаделшк РАН 

акаделtик МАНВШ 

акаделшк РАН 

профессор 

акаделtик РАН 

акаделtик РАН 

А.К. Порцевский 

ВыБОR:Р~~ 

РАЦИОНАЛЬНОЙ 

ТЕХНОЛОГИИ 

ДОБЫЧИ РУД 

Геомеханическая 

оценка 

состояния недр 
• 
Использование 

подземного 

пространства 
• 
Геоэкология 

МОСКВА 

ИЗДАТЕЛЬСТВО МОСКОВСКОГО 

ГОСУДАРСТВЕННОГО ГОРНОГО 

У Н И В Е Р С И Т Е Т д 
2 о о 3 

УДК 622.273.21 

Р е ц е н з е н т ы: 
• д-р техн. наук, проф. И.А. Ковалев (Московский государственный 

геологоразведочный университет), 
• д-р техн. наук, проф. ГГ Ломоносов (Московский государственный 

горный университет), 
• д-р техн. наук, проф. Е. В. Петренко 

Порцевский А.К. 

Выбор рациональной технологии добычи руд. Геомеханическая оценка состояния недр. Использование подземного пространства. Геоэкология. М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003.- 767 с.: ил. 
ISBN 5-74 I 8-0249-4 

Изложены основы технологии добычи руды в сложных горно-геологических условиях подземным способом. Рассмотрены различные стадии 

работ: вскрытие и подготовка месторождения, проведение выработок, 

технологические процессы, системы разработки, физико-химическая геотехнология. Приведена методология выбора рациональной технологии 

добычи руд на основе геомеханической оценки состояния недр. Описаны 

методы управления напряженно-деформированным состоянием массива 

и качеством рудной массы. Показаны варианты нетрадиционного сооружения и использования подземного пространства. Отражены проблемы 

геоэкологии и управления горным предприятием. 

Для специалистов и студентов горного профиля. 

Табл. 162, ил. 136, список лит.- 48 назв. 

IS BN 5-7 418-0249-4 

УДК 622.273.21 

© А.К. Порцевский, 2003 

©Издательство МГГУ, 2003 

©Дизайн книги. Издательство 

МГГУ, 2003 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

В ХХ 11. значительно выросли объемы и темпы освоения недр. Использование 

1·орных п:хно.1огий и технических средств нее 11 большей степени влияет на социШiьно-Jкономические и экологические условия жизни общества. В нашей стране 

недра важнейшая часть националыюго природного богатства. Горнос дело 
обласп, воздействия человека на литосферу. Важнейшей составной частью горного дCJia являются горные науки, изучающие фундаментальные и частные законо~lсрности прсобразовшшя недр. Ученые и специалисты-горняки осознают, что о 

1ювом веке уже нельзя только бесконечно извлекать из недр матушки-Земли полезные ископаемые, остаоляя огромных размеров котлованы, терриконы и отвалы 

11устых пород, ялооитые озера хвостохранилищ, брошенные подземные полости и 

провалы земной поверхности. Необходимо бережно брать из недр полезные исконаемые с помощью щадящих технологий, учитывающих последствия крупномасштабного и интеiiСИRIЮГО изменения недр. 

Предлагаемая книга является моноr·рафией, развивающей новую финософию 

ос1юения и сохранения недр Земни. В начале XXI в. подземным способом отрабатывают мш·матогешю-метасоматические месторождения руд цветных, редких и 

рцдиоакпшных метанлоо с нрнмснсllием следующих систем разработки: камерных 

с откр1.1тым очистным пространспнш, с обрушением руды и породы, с ТJJердсющсй "Ji.!клалкой камер н с;10ео. Месторождения 1ТИХ руд являются сложrюструк·1ур1н,шн, 1·енеп1ческн связш111ыми с разломами. Автор рассмi.!тривает не только 

11(11\НI!ИПЫ онре;rс:1сния 1·сомсха1rичсских параметров снстс~r разработки, 110 
на 
OCIIOIJC оnыта работы на урановых месторождениях и выполненных им исследонаНIIЙ нропюзирует rюслс;tстния нзнлсчения руды и предлагает нестшщартные pe
IIICHИЯ 110 
использоJJаШIЮ 110дзем1ю1·о пространства. приводит методики расчета 

напряжснно-дсфор~шроJJшнюго состояния нарушс111юго массиJJа, несущей способности подземных nо:юстей и искусстJJенных массивов, служащих онорными 

с-1 роитслы1ыми конструкциями JJ блоках. 

Лвтор МОIЮIТJафии -доцент кафедры Разработки месторождений 1юлсзных исконасмыл МоскоJJскш·о государстnеююr·о открытого университета. Окончив JJ \980 г. 

МИСИ 110 Clleци<UJЫIOCПI «СтроитсЛI,ство ядерных успнюnою> и затем горный фaK)".li,TL-'T Чнпшского lюшrгсхшi'IСского института, он около семи лет работал о IIpиapI)'IICI<OM I"Орlю-химическом комбинате (г. Краснокаменск), где nрошел хорошую пpoII"JIJOЛL"ТBCI!II)'IO ШКОЛУ И приобрел ОПЫТ ГСОМеХШIИЧССКИХ ИССЛедОВаНИЙ В СЛОЖНЫХ 

l·орно-гсо:юги'lсских условиях. Работая с 1987 г. во ВНИПИпромтехнологии. подl·отоШIП кшuнщатскую диссертацию по урановым рудникам Забайкалья и Средней Лзии, 

·Jшнитин се в 1991 г. во МГРИ им. С. Орджоникидзе. А.К. Порневский подготовил 15 

учебных нособнй и 7 нрикла.:tных компьютерных про111амм 110 различным курсам 

IILЩ:Jt:\IIIOЙ рюработки месторож. tCIIIIЙ гю;1езных ископаемых. 

Моlюl·рnфия А.К. Пор1н:вс1<оrо нредстаоляст нecoмiiCIIIJЫЙ интерес дня снеltИШIНстоu, учt:11ых н нроюво;tстuснllиков, пре1юдаnатс11ей, асnирантов. ~1а1·истров 

11 стул..:нтоn 1·ор11ых нузоu. 

1 kрв1.1й 1нщс-нрсЗIIJIСIП Акn:t.:~нш 1·орных наук, 

нрофсссор, доктоr технических наук . 
. 1ауrсат 1"осударстнснной 11рсш1и СССР, 
FEJS~ 

Jас:1ужс1шый юобретатсm, l'uccш1 
_....о,\1~'\ 
С.А. Котснко 

5 

ВВЕДЕНИЕ 

Настоящая монография написана по результатам многолетних научных изысканий автора преподавателя горной 

технологии добычи руды, но представлена в таком виде, чтобы она была интересна не только небольшой группе специа
листов-геомехаников, но и могла быть использована студентами и горными инженерами для решения собственных задач. 

Согласно новым идеологии и методологии горных наук 

(по К.Н. Трубецкому, Н.П. Лаверову, Ю.Н. Малышеву) недра 

Земли не могут быть сведены лишь к тем полезным ископаемым, которые необходимы в настоящее время, недра это 

ценность, в некоторых отношениях не имеющая стоимостного выражения. До настоящего времени технологии разработки месторождений не предусматривают дальнейшее, повторное использование преобразованных недр n новом качестnе, 

например, подземного сооружения завода, атомной электростанции, обогатительной фабрики, хранилища, могильника бытовых, химических и радиационных отходов, чана-перколятора для выщелачивания метапла из забалапсовых руд. 

Новая оценка технологий разработки месторождений, включающих в себя не только освоение, но и сохранение недр, потребует дополнительные знания о горном массиве, особое значение приобретает прогноз (не только в техническом, но и в социально-экономическом плане) последствий извлечения руды. 

В настоящей работе уделено особое внимание рассмотрению элементов оценки технологий освоения месторождений 

в геомеханическом аспекте применитсльно к самым сложным в отработке и самым многочисленным месторождениям 

(согласно классификации А.Г. Милютипа) -магматогеннометасоматической генетической t·руппы, образовавшимся в 

6 

результате магматических и постмагматических процессов. В 

качестве примеров использования нового взгляда на технологию разработки месторождений приведены данные о преобразовании наиболее многочисленных систем разработки 

(по данным Д.Р. Каплунова)- с открытым очистным пространством, твердеющей закладкой и обрушением руды и пород. 

Извлечение из недр цветных, благородных, редких, радиоактивных и рассеянных металлов по большей части осуществляется на месторождениях магматогенно-метасоматической 

генетической группы, например, на гидротермальных. Это 

наиболее многочисленная группа месторождений, отличающихся тем, что оруденение формировалось в зонах разгрузки 

при резком падении температуры и давления, при движении 

гидротермальных растворов по зонам трещиноватости и 

диффузии в породах. Поэтому добыча руды производится в 

весьма сложных горно-геологических условиях, особенно на 

больших глубинах. 

Тяжелые условия формирования месторождений с зонами 

разгрузки и избыточного горного давления, различно ориентированными трещинами и разломами, часто «незалеченными», приводят к необходимости заблаговременно оценить 

степень нарушеннести массива, выбрать наиболее эффективную систему разработки (а может быть, наоборот, изменить 

характеристики массива, для того чтобы применить в разных 

блоках унифицированную, наилучшую систему разработки), 

разработать мероприятия по поддержанию очистного пространства, погашению пустот, локализации сдвижений, снижению опорного горного давления, предусмотреть вторичное 

использование преобразованных недр. 

Рациональное использование ресурсов недр невозможно 

без взаимоувязки и выбора различных технологических мероприятий. Обоснование же этих мероприятий необходимо 

производить на базе геомеханических проработок последствий извлечении руд, а принятие решений должно основываться на информационных данных, полученных с использованием компьютерных технологий. 

7 

В этой связи совершенствование технологии разработки 

месторождений за счет заблаговременной оценки возникающего при этом опорного давления и сдвижений пород, использования в полной мере несущей способности горного и 

закладочного массива, обоснования необходимых и достаточных объемов погашения пустот, повторного использования подработанного массива является важной народно-хозяйственной задачей. 

Примирение возникающих при этом противоречий между желанием снизить расходы на добычу руды, освоение месторождений и необходимостью сохранения, повторного использования недр уже в новом качестве составляет актуальную научную проблему оценки технологий освоения и сохранения недр на основе заблаговремеююго анализа последствий техногеиного преобразования недр. 

Суть предложений по выбору параметров технологии 

добычи руды заключается в следующем. Оценкой напряжений, деформаций, сдвижений, несущей способности горного 

и закладочного массива выбираются принципиальные технологические решения: а) изменение параметров днища, режима донного и торцевого выпуска для систем с обрушением и 

систем с открытым очистным пространством ведет к улучшению показателей извлечения; б) создание закладочных 

массивов всегда разнопрочными позволяет использовать в 

полной мере их несущую способность; в) прогноз устойчивости полостей, сдвижения пород, опорного горного давления обеспечивает выбор оптимальных размеров выработок, а 

также рациональную комбинацию объемов погашения их закладкой и изоляции пустот; г) сооружение пространственных 

несущих конструкций обеспечит не только унификацию технологических схем добычи, но и преобразоuание недр в новый источник георесурсов (подземные заводы, атомные 

электростанции, хранилища, могильники и т.п.); д) обоснование объемов добычи разносортной руды но блокам и забоям приводит к стабилизации качества выдаваемой рудной 

массы; с) щадящие геотехнологические методы извлечения 

8 

полезных ископаемых можно применять практически в любых услових. 

Основные положения работы базируются на результатах 

теоретических и натурных исследований, проведеиных автором с 1983 по 1992 гг. на рудниках Приаргунского (Забайкалье) и Целинного (Казахстан) горно-химических комбинатов, 

на результатах теоретических изысканий с 1992 по 2001 гг.на кафедре Разработки цветных, редких и радиоактивных металлов Московской государственной 
геологоразведочной 

академии и с 2001 г. на кафедре Разработки месторождений 

полезных ископаемых Московского государственного открытого университета. 

Проф. В.С. Хохряков утверждал, что лишь информационные технологии, основанные на применении ЭВМ, способны 

обеспечить необходимый темп технического прогресса за счет 

разрешения следующих противоречий: а) между сложностью 

3адач и требованием их все более быстрого и оптимального 

решения; б) между высокой трудоемкостью, гигантскими объ~rvшми ручных работ и все меньшим количеством людей, жеJiшощих выполнять эти работы с высоким качеством; в) между высокой концентрацией производства, большой стоимостью строительства и необходимостью выдавать в короткие 

сроки оптимальные и высокоточные решения в проектах и 

планах. 

Ряд исследователей социальных трагедий и природных 

катаклизмов видит прямую связь этих I<атастроф с проблемами геоэкологии, проблемами практической охраны окружающей среды в интересах ныне живущих и последующих 

поколений людей. Автор считает, что при выборе методов 

воздействия человека на горный массив необходимо главное 

внимание уделять вопросам устойчивости выработок и массива в целом, вопросам управления эффективностью горных 

работ, прогнозу последствий добычи на основе "Jколоrизацни" и применения информационных технологий в учебном 

процессе, в проектировании и на прои·шодствс для облегчения принятия управленческих решений. 

9 

Горные предприятия с точки зрения изучения, проектирования и управления относятся, как геосистемы, к высшей категории сложности, обладающие комплексом существенных 

связей с внешним миром и внутри предприятия. Они представляют собой многофакторные природно-технологические 

объекты, развивающиеся в пространстве в течение длительного времени (более 20 лет) и характеризующиеся большими 

объемами различного вида информации, обработку которой 

необходимо поручать компьютеру. 

Современная практика исходит из необходимости предупреждения негативных экологических последствий, устранения и компенсации этих последствий и снижениях их опасности, отсюда, среди прочих, приоритетными научными направлениями являются: 
• изучение комплексного освоения и сохранения недр как 

фактора экологической опасности, возможностей использования георесурсов в новом качестве; 
• создание научных основ контролинга и мониторинга изменений в окружающей природной среде под действием горного производства. 

Многие задачи решаются на основе использования предлагаемой автором информационной системы по выбору технологии добычи. Компьютерные технологии, входящие в 

информационную систему, обеспечивают новый качественный уровень в сборе, накоплении, обработке информации о 

различного рода горных и природных объектах при проектировании и оперативном управлении сложных природно-технологических систем. 

Автор считает, что при выборе методов воздействия человека на горный массив необходимо главнос внимание у делять вопросам щадящей, но эффективной добычи руды, а 

также устойчивости горного массива, пропюзу последствий 

ведения горных работ. Именно поэтому особое внимание в 

работе уделено вопросам естественного поддержания массива, обрушения и сдвижения пород, выпуска руды под обрушенными породами, поддержания массива крепью и заклад
10