Содержание к диссертации
Введение
1 Обобщение опыта и перспективы развития технологий закладки выработанного пространства твердеющими смесями
1.1. Общая характеристика и специфика технологий твердеющей закладки выработанного пространства при разработке медноколчеданных месторождений 10
1.2 Структура и компоновочные решения закладочных комплексов по приготовлению твердеющей смеси 20
1.3 Анализ существующих технологических решений по закладке выработанного пространства с использованием передвижных закладочным комплексов 30
1.4 Обобщение методик обоснования параметров логистических потоков подземного рудника при применении твердеющей закладки 42
1.5 Цель, задачи и методы исследования 49
2 Развитие научно-методических основ формирования логистической схемы подземного рудника с применениемпередвижных закладочных комплексов 53
2.1 Логистическая концепция управления грузопотоками закладочных работ 53
2.2 Выбор параметров логистической схемы подземного рудника с применением передвижных закладочных комплексов 66
2.3 Факторы, определяющие комплектацию и местоположение передвижного закладочного комплекса 75
2.4 Экономико-математическая модель и методика выбора рациональной схемыразмещения закладочного комплекса 84
Выводы по главе 2 92
3 Исследование параметров потока закладочной смеси и ее компонентов в логистической схеме подземного рудника 95
3.1 Исходные данные для моделирования 95
3.2 Установление зависимостей ресурсоемкости потока твердых компонентов закладочной смеси при их доставке к передвижному закладочному комплексу колесным транспортом 98
3.3 Исследование ресурсоемкости потока готовой закладочной смеси в логистической схеме закладки на подземном руднике 105
3.4 Установление зависимости ресурсоемкости потока хвостов обогатительной фабрики при их доставке к закладочному комплексу гидротранспортом 113
3.5 Алгоритм оптимизации параметров логистической схемы подземного рудника сприменением передвижных закладочных комплексов 120
Выводы по главе 3 131
4 Разработка технологических рекомендаций по формированию логистической схемы подземного рудника при разработке чебачьего месторождения с твердеющей закладкой 133
4.1 Технология подземной разработки рудных тел с твердеющей закладкой отработанных камер рудника «Чебачье» 133
4.2. Определение рационального варианта доставки твердых компонентов закладочной смеси колесным транспортом до подземного передвижного закладочного комплекса 137
4.3 Расчет экономического эффекта от реализации предлагаемых рекомендаций 142
Выводы по главе 4 149
Заключение 151
Список литературы 153
- Структура и компоновочные решения закладочных комплексов по приготовлению твердеющей смеси
- Выбор параметров логистической схемы подземного рудника с применением передвижных закладочных комплексов
- Установление зависимости ресурсоемкости потока хвостов обогатительной фабрики при их доставке к закладочному комплексу гидротранспортом
- Определение рационального варианта доставки твердых компонентов закладочной смеси колесным транспортом до подземного передвижного закладочного комплекса
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в мире подземным способом разрабатывается подавляющая часть рудных месторождений (около 73%), причем эта доля постоянно растет. Наиболее перспективным направлением повышения полноты и качества подземной добычи руды является развитие технологий закладки выработанного пространства твердеющими смесями. Эти технологии используются при отработке 38% запасов месторождений медноколче-данных руд. Область эффективного применения твердеющих закладочных смесей весьма разнообразна: как на мощных месторождениях, так и месторождениях малой мощности; как на небольших глубинах, так и при отработке месторождений со сложными горно-геологическими условиями на глубинах более 2000 м.
Сдерживающим фактором развития технологий твердеющей закладки являются высокие капитальные затраты и эксплуатационная стоимость закладочных работ. При этом объем приготовления закладочной смеси сопоставим с объемом добычи полезных ископаемых. Так, извлечение подземным способом 1 млн т руды приводит к образованию около 400 тыс. м3 пустот в недрах Земли. Необходимость заполнения образовавшихся техногенных пустот более чем в 1,5 раза увеличивает производственный цикл отработки единичного выемочного объема, влечет высокие капитальные затраты и удорожание в среднем на треть себестоимости добычи полезных ископаемых. Вследствие этого использование технологий закладки выработанного пространства твердеющими смесями, приготовление которых производится на стационарных капиталоемких закладочных комплексах, ограничено горно-геологическими условиями и не целесообразно при разработке месторождений медноколчеданных руд средней и низкой ценности, маломасштабных, а также с рассредоточенным в пространстве расположением рудных тел.
Современные способы закладочных работ преимущественно основываются на использовании местных экономичных материалов в качестве компонентов смеси, а также энергосберегающих технологий приготовления и доставки готовой закладочной смеси в выработанное пространство с утилизацией в нем отходов добычи и переработки руд. Существенное снижение ресурсоемкости закладочных работ возможно за счет рационального управления разнонаправленными добычными и закладочными грузопотоками в шахте при использовании сочетаний стационарного и передвижных поверхностных и подземных закладочных комплексов. Такой подход базируется на использовании принципов производственной логистики при проектировании логистических схем грузопотоков подземного рудника и предполагает разработку методической базы управления закладочными грузопотоками с формированием рациональной схемы размещения стационарных поверхностных закладочных комплексов в сочетании с передвижным закладочным оборудованием, располагаемым как на поверхности, так и в выработанном подземном пространстве рудника. Поэтому обоснование параметров логистических схем закладки на подземном руднике с передвижными закладочными комплексами при отработке медноколчеданных
месторождений является актуальной научно-практической задачей.
Цель работы. Обоснование рациональных параметров логистических схем закладки на подземном руднике с применением передвижных комплексов для расширения области эффективного использования систем разработки с твердеющей закладкой при различных масштабах производства.
Идея работы состоит в том, что рациональные параметры логистических схем закладки с применением передвижных комплексов (структура, производительность, месторасположение и частота их перемещения) определяются динамикой ресурсоемкости (в стоимостном выражении) процессов формирования, перемещения и преобразования компонентов отдельных грузопотоков и в целом закладочной смеси.
Объект исследования: логистические схемы закладки на подземном руднике с применением передвижных закладочных комплексов при отработке медноколчеданного месторождения.
Предмет исследования: параметры логистических схем закладки выработанного пространства твердеющими смесями с применением передвижных закладочных комплексов.
Основные задачи исследования:
- обобщение опыта и разработка концепции развития технологий закладки
выработанного пространства твердеющими смесями и выявление факторов,
определяющих рациональную схему размещения закладочного оборудования
как элемент производственной логистической схемы подземного рудника;
- определение параметров логистических схем закладки выработанного
пространства на подземном руднике с применением стационарного и пере
движного закладочного оборудования;
разработка оптимизационной экономико-математической модели и методики выбора рациональных параметров логистических схем подземного рудника с передвижными закладочными комплексами;
исследование взаимовлияния логистических и горнотехнических параметров закладки и выявление зависимостей накопленной ресурсоемкости грузопотоков закладочной смеси для различных масштабов производства;
разработка рекомендаций по выбору рациональной логистической схемы закладки при отработке Чебачьего месторождения медноколчеданных руд.
Методы исследования. В работе использован комплексный метод исследований, включающий обобщение и анализ мирового и отечественного опыта подземной разработки рудных месторождений с твердеющей закладкой выработанного пространства, структурное и экономико-математическое моделирование производственных логистических систем, технико-экономический анализ, статистическую обработку экспериментальных данных.
Положения, выносимые на защиту:
1. Выбор рациональных параметров логистических схем закладки выработанного подземного пространства (структуры, производительности, месторасположения и частоты перемещения закладочных комплексов) следует производить на основе экономико-математической оптимизации накопленной ресур-
соемкости (в стоимостном выражении) компонентов закладочной смеси на всех элементах логистической схемы их формирования, движения и преобразования.
-
Экономико-математическая модель и методика выбора рациональных параметров логистической схемы закладки на подземном руднике с применением передвижных комплексов базируются на установленных зависимостях накопленной ресурсоемкости потоков закладочной смеси от горнотехнических параметров: направления отработки месторождения (нисходящий и восходящий), глубины закладочного горизонта, производительности закладочного комплекса, среднего расстояния транспортирования пород от проходческих забоев до передвижного подземного комплекса самоходным автотранспортом, диаметра гидротранспортного трубопровода.
-
Целесообразность использования передвижных закладочных комплексов при отработке медноколчеданных месторождений и место их размещения на поверхности и (или) под землей определяются масштабом производства, удельным объемом подготовительно-нарезных работ и возможностью использования пород от проходки в составе закладочной смеси, а также рассредоточенностью залежей в пространстве подземного рудника.
Научную новизну работы составляют:
критерий выбора рациональных параметров логистических схем закладки на подземном руднике с применением передвижных закладочных комплексов: структуры, производительности, месторасположения и частоты перемещения закладочных комплексов - минимум накопленной ресурсоем-кости грузопотоков закладочной смеси, определяемой совокупной стоимостью их формирования, движения и преобразования на всех элементах логистической схемы закладки;
экономико-математическая модель логистической схемы закладки на подземном руднике с применением передвижных комплексов оборудования и алгоритм оптимизации параметров логистических схем. учитывающие установленные зависимости накопленной ресурсоемкости потоков закладочной смеси:
экспоненциальных - для потоков твердых компонентов от производительности закладочного комплекса, глубины закладочного горизонта и среднего расстояния перемещения пород от проходческих забоев до подземного передвижного закладочного комплекса самоходным транспортом;
квадратической - для потока хвостов обогатительной фабрики от интенсивности пульпы при ее транспортировании до передвижного закладочного комплекса гидротранспортом;
линейных - для потока твердеющей закладочной смеси от глубины закладочного горизонта, диаметра транспортного трубопровода и производительности закладочного комплекса при самотечно-пневматическом способе доставки.
Достоверность положений, выводов и рекомендаций обеспечивается надежностью и представительностью исходных данных, сопоставимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, обработанных
методами математической статистики с использованием современного оборудования и апробированных методик.
Личный вклад автора состоит: в обосновании комплекса универсальных параметров количественной оценки потоков закладочной смеси и ее компонентов в логистических схемах подземного рудника; в разработке экономико-математической модели выбора рациональной схемы размещения модулей передвижного закладочного комплекса в выработанном пространстве подземного рудника или на поверхности и алгоритма оптимизации параметров логистических схем закладки на подземном руднике с использованием стационарного и передвижных закладочных комплексов; в определении влияния на накопленную ресурсоемкость потока закладочной смеси технологических параметров закладочных работ; в установлении зависимости параметров логистической схемы закладки на подземном руднике от горнотехнических факторов; в обосновании практической реализации предложенных методических результатов на примере Чебачьего месторождения медноколчеданных руд.
Практическая значимость работы состоит в разработке технологических рекомендаций по выбору вариантов рационального размещения стационарного и передвижного закладочного оборудования для проектирования подземной разработки медноколчеданных месторождений Урала, а также в обосновании параметров логистической схемы закладки выработанного пространства с применением передвижного подземного закладочного комплекса при отработке Чебачьего месторождения медноколчеданных руд.
Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на Международных конференциях: «Комбинированная геотехнология» (Магнитогорск, 2013, 2015, 2017 гг.), Международных симпозиумах «Неделя горняка» (Москва, 2014, 2015 гг.); на Межрегиональных научно-технических конференциях «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования» (Магнитогорск, 2014, 2015 гг).
Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 11 работах, 4 из которых – в рецензируемых журналах, включенных в перечень ВАК РФ, получен 1 патент на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 134 наименований и представлена на 164 страницах, включая 58 рисунков, 37 таблиц.
Структура и компоновочные решения закладочных комплексов по приготовлению твердеющей смеси
В настоящее время наиболее перспективным направлением комплексного освоения недр Земли при подземном способе добычи ценных многокомпонентных руд является развитие технологий закладки выработанного пространства твердеющими смесями. По классификации, предложенной М.И. Агошковым, к системам с закладкой выработанного пространства относят технологии отработки рудных запасов, при которых заполнение выработанного пространства закладочным материалом происходит по мере подвигания очистной выемки [1]. Согласно этой классификации, закладочные работы, не входящие в добычной цикл, рассматриваются отдельно как способ обеспечения условий для отработки целиков или долгосрочной устойчивости подработанного массива.
Прежде всего, это объясняется необходимостью отработки все возрастающего числа месторождений с неустойчивыми рудами и слабыми вмещающими породами, доработки мощных рудных тел на больших глубинах (более 800-1300 м), вовлечением в отработку месторождений ценных и средней ценности колчеданных руд, склонных к самовозгораемости. Значительный вклад в теорию и практику применения систем разработки с закладкой выработанного пространства внесли в своих трудах известные ученые: академики М.И. Агошков и О.А. Байконуров, член-корреспонденты Д.М. Бронников и Д.Р. Каплунов, доктора технических наук И.И. Айнбиндер, А.И. Ананин, Р.В. Балах, М.И. Бесков, А.П. Вяткин, И.Е. Ерофеев, Н.Ф. Замесов, П.Э. Зурков, В.Р. Именитов, В.Н. Калмыков, Е.В. Кузьмин, Л.А. Крупник, А.Н. Монтянова, А.И. Мохов, В.Д. Палий, Г.А. Прокушев, М.В. Рыльникова, И.Н. Савич, А.Л. Требуков, М.Н. Цыгалов, Э.О. Штернбек и другие.
Развитие практики закладочных работ привело к тому, что закладочный массив стал конструктивным элементом системы разработки для управляемого состояния горного массива для обеспечения текущей добычи руды. Закладочные работы, по классификации Брейдли и Брауна [122], относятся к группе систем разработки с искусственным поддержанием выработанного пространства. Особенностью данной классификации является то, что закладочные работы, как способ обеспечения условий для отработки целиков или долгосрочной устойчивости подработанного массива, рассматриваются отдельно, вне добычного цикла. В эту группу включены наиболее применяемые камерные и слоевые варианты систем разработки с последующей закладкой выработанного пространства.
Увеличение глубины разработки требует применения наиболее надежных способов и средств поддержания вмещающих пород, к которым в первую очередь относится твердеющая закладка выработанного пространства. Применению твердеющей закладки при разработке рудных месторождений, подбору составов закладочных смесей с использованием местных материалов и отходов производства, разработки технологии приготовления и транспортирования закладочных смесей, расчету параметров транспорта, определению размеров целиков и установлению технической целесообразности и экономической эффективности систем разработки с закладкой посвящены научные труды профессоров: И.А. Айнбиндера, М.И. Аксенова, Н.И. Аксенова, Ю.В. Волкова, Н.Ф. Замесова, В.Г. Зотеева, П.Э. Зуркова, В.Р. Иминитова, В.Н. Калмыкова, В.П. Кравченко, Е.Е. Мирошника, Ю.В. Михайлова, А.Н. Монтяновой, М.В. Рыльниковой, И.Н Савича, И.Т. Слащилина, А.Е. Смолдырева, В.И. Хомякова, М.Н. Цыгалова и других ученых.
В сложных горно-геологических условиях камерные и слоевые системы разработки с твердеющей закладкой [123, 124] выработанного пространства являются эффективным методом борьбы с предотвращением негативных проявлений горного давления [134] и самовозгорания сульфидных руд. Такие системы разработки позволяют минимизировать сдвижение поверхности под охранными объектами, вызванное подземными горными работами [3, 32], и затраты на ликвидацию их последствий. Причем при большой глубине ведения горных работ выбор систем разработки рудных месторождений практически ограничен камерными и слоевыми системами с твердеющей закладкой выработанного пространства. Это подтверждается опытом разработки отечественных и зарубежных месторождений цветных руд и золота подземным способом. Так, увеличение глубины ведения горных работ более 1300 м на Гайском подземном руднике сопровождается применением практически одной этажно-камерной системы разработки. Удельный вес систем разработки с камерной выемкой и закладкой составляет 94,3%, и только 5,7% приходится на систему подэтажного обрушения.
В Канаде на 117 медно-никелевых и золотых подземных рудниках, где глубина ведения горных работ превышает 900 м, а на 30 подземных рудниках превышает 1200 м и на 16 рудниках производят горные работы на глубинах 1200-2400 м [116], системы разработки с закладкой не имеют альтернативы. Горные работы осуществляются с применением слоевых и камерных вариантов систем разработки с закладкой.
В США глубина добычи цветных металлов и золота превышает 2300 м. В Южной Африке, Бразилии и Индии имеют место месторождения с глубиной подземной разработки более 3000 м. На этих рудниках также широко используются камерные и слоевые системы разработки с твердеющей закладкой. Добыча руд цветных металлов с закладкой находит также применение на рудниках Болгарии (15% от общей годовой добычи), Японии (около 43%), Финляндии (85%). В Швеции на 13 рудниках из 45 применяется система разработки горизонтальными слоями с закладкой.
Специфика технологии добычи руды слоевыми системами разработки с твердеющей закладкой состоит в том, что формирование заходок в слое чередуется с процессом закладки выработанного пространства. Причем в одной заходке процессы очистной выемки и закладки не могут вестись одновременно [55]. Слоевые системы разработки с закладкой выработанного пространства широко применяются при разработке крутопадающих жильных месторождений, а также при отработке рудных тел сложной формы. Твердеющая закладка при этом применяется в вариантах с восходящей и нисходящей выемкой руды при выемке руд заходками в окружении вмещающих пород низкой устойчивости. Интенсивность добычи руды при слоевых системах определяется высотой слоя и производительностью добычного оборудования. Она также зависит от условий залегания рудного тела. Это позволяет вести отработку рудных тел сложной формы, меняя интенсивность отработки запасов на протяжении всего периода разработки месторождения.
Выбор параметров логистической схемы подземного рудника с применением передвижных закладочных комплексов
Технологическая схема опытно-промышленной технологической линии по приготовлению закладочной смеси в модульном исполнении приведена на рисунке 1.17.
Доказательства эффективности применения в составе подземных передвижных закладочных комплексов конусных инерционных дробилок представлены в работах [7, 24, 41, 52, 55, 84, 91, 114]. В них обоснованы существенные преимущества КИД перед шаровыми мельницами, поскольку они обеспечивают существенное снижение энерго- и материалоемкости процесса приготовления закладочной смеси при той же степени дробления в открытом цикле, более плавное регулирование дробящего усилия и возможности работы в «сухом» и «мокром» режимах с управляемой подачей воды в камеру дробления. Шлак доменный
Технологическая схема подземной опытно-промышленной технологической линии безмельничного приготовления закладочной смеси
Приемлемой альтернативой мельничного способа приготовления закладочной смеси также являются технологические решения по приготовлению и использованию пастовой твердеющей закладочной смеси. Этот способ получил широкое распространение на подземных рудниках Канады, Германии и Австралии [3, 4]. Технология приготовления закладочной смеси основана на обезвоживании хвостов ОФ в гидроциклонах и перемешивании их с цементом.
При производстве пастообразных смесей в качестве заполнителя чаще всего используются хвосты обогатительной фабрики. Это объясняется возможностью включения в пастообразную смесь мелких фракций размером меньше 20 мкм, чем и объясняются пастовые свойства получаемой смеси. При этом в закладочный комплекс необходимо включать оборудование по сгущению и фильтрации хвостов, а операция помола отсутствует, применяется простое смешивание обезвоженных хвостов и вяжущего.
Следует отметить, что существенным недостатком пастообразной закладки является усиление негативного влияние содержания мелких фракций в смеси за счет заиливания каналов дренажа воды, формирующихся в массиве в процессе твердения, что приводит к нарушению сплошности массива и увеличению сроков схватывания смеси. Недостатком пастообразных смесей также является большое давление в трубопроводе из-за повышенной плотности, меньшая транспортабельность, необходимость применения мощных энергоемких насосов для перемещения смеси по горизонтам. Такое содержание воды негативно сказывается на прочностных свойствах формируемого закладочного массива и сроках набора прочности.
Использование хвостов ОФ в качестве заполнителя в закладочной смеси обусловливает необходимость их транспортирования до закладочного комплекса. Транспортирование пульпы текущих хвостов по пульпопроводу обеспечивается насосами [98]. Выбор насосного оборудования определяется составом хвостов, крупностью фракций и содержанием абразивных частиц.
В работе [59] приведен обзор поршневых насосов, используемых для перекачки хвостов, закладки выработанных пространств, водоотведения из шахтных и карьерных выработок для подачи бетона на торкретирование, а также для транспортирования закладочных смесей. От других видов это насосное оборудование отличается большей длиной хода поршня и меньшим числом хода поршня в минуту. В анализируемых насосах используются классические типы клапанов, в конструкции которых отсутствуют сальниковые камеры. Это позволяет уменьшить число изнашиваемых частей и делает насос перспективным для перекачки абразивной пульпы при больших давлениях. Все узлы приводной части имеют значительно больший срок службы при варьировании скорости в широких диапазонах. Эксплуатационные характеристики поршневых насосов приведены в таблице 1.9.
В настоящее время для перекачки пульпы используют металлические или полимерные трубопроводы. Полимерные трубопроводы имеют меньший вес, стоимость, просты в монтаже и устойчивы к агрессивным средам, характеризуются высокой износостойкостью. Главное в процессе транспортирования -пульпа хвостов обогащения подлежит обезвоживанию перед сбросом в скважину закладки и закладываемую камеру.
Поэтому использование отвальных хвостов в составе закладочной смеси связано с необходимостью их частичного или полного обезвоживания. Таблица 1.9 – Эксплуатационные характеристики поршневых насосов для перекачки хвостов обогащения к передвижному закладочному комплексу Серия Описание насоса Вязкость, МПАс Концентрация твердой фазы, % Размер частиц, мм ZPR Двухцилиндровый поршневой насос с приводом от коленчатого вала 8000 75 8 TZP Трехцилиндровый поршневой насос с приводом от коленчатого вала 8000 75 8 ZPM Двухцилиндровый мембранно-поршневой насос с приводом от коленчатого вала 8000 75 8 TZPM Трехцилиндровый мембранно-поршневой насос с приводом от коленчатого вала 8000 75 8 DHC Поршневой насос с гидравлическим приводом клапанного типа 50000 80 15 DHT Поршневой насос без клапанов с гидравлическим приводом 100000 90 80 На современных обогатительных фабриках затраты на разделение твердой и жидкой фаз составляют существенную долю общих капитальных и эксплуатационных расходов фабрики (до 30% общей себестоимости переработки). Уровень развития технологии обезвоживания на протяжении последних лет существенно вырос. Появилось целое поколение нового высокоэффективного, полностью автоматизированного оборудования для обезвоживания пульпы, которое широко внедряется как при строительстве новых предприятий, так и при реконструкции действующих. Поэтому процессам обезвоживания в настоящее время уделяется особое внимание во всем мире, совершенствование их относится к числу наиболее актуальных задач горно-обогатительного производства.
Использование передвижных закладочных комплексов в выработанном пространстве рудника не исключает необходимость решения проблемы водоот-ведения. Закладка выработанного пространства пастообразными смесями позволяет сократить соотношение «Т:Ж» в смеси на стадии приготовления до 0,3 [130]. Это является одним из преимуществ использования таких технологий, поскольку снижение содержания воды является одним из основных направлений сокращения срока набора прочности твердеющим массивом [38, 98, 133, 134]. Содержание твердого по весу в пастообразных смесях увеличивается с 70 до 80% [131]. Пастообразные смеси обычно обладают растекаемостью в преде лах 15-25 см [58, 61, 86, 102, 132]. Схема приготовления пастообразной смеси приведена на рис. 1.16 [55, 83].
Использование передвижных закладочных комплексов для приготовления закладочной смеси на основе дробленых пород от проходки горных выработок и обезвоженной пульпы хвостов обогащения расширяет перспективы применения пастовой закладки, так как позволяет транспортировать пульпу с меньшим содержанием твердого от фабрики до передвижного комплекса в более благоприятном режиме и повышать содержание твердого путем добавления дробленых пород от проходки выработки в смеситель, располагаемый в непосредственной близости от закладываемых пустот.
Кроме того, известны рекомендации при производстве закладочных работ по использованию быстротвердеющих бетонов с использованием в их составе ускорителей твердения. В работах [19, 38] были подобраны составы быстротвердеющих закладочных смесей. Подобранный состав позволил существенно сократить время возведения изолирующих перемычек. Для сокращения времени укладки бетона в заопалубочное пространство перемычки предложено использование пневматического бетоноукладчика типа ШБ, позволяющего готовить твердеющую смесь и транспортировать ее на значительные расстояния.
Результаты исследований показали, что применение ускорителей твердения EKOSAL и Stachеplast в количестве соответственно 1 и 0,2% от массы цемента и механизированной укладки бетона позволяет на 45% снизить затраты времени на возведение перемычек, повысить сменную производительность по укладке бетона с 6 до 14 м3/смену. Подобранный состав быстротвердеющих бетонов обеспечивает единовременную заливку перемычки высотой до 2 м, в отличие от существующей технологии, позволяющей возводить перемычки высотой до 1-1,2 м. Характеристика технологических решений по приготовлению закладочной смеси приведены в таблице 1.10.
Установление зависимости ресурсоемкости потока хвостов обогатительной фабрики при их доставке к закладочному комплексу гидротранспортом
Направление прямых грузопотоков технологической системы совпадает с направлением развития горных работ на подземном руднике. Возвратные грузопотоки противоположны направлению развития горных работ. Особая роль возвратным грузопотокам отводится в части утилизации отходов добычи и переработки руд.
Последними являются используемые в виде компонентов закладочной смеси хвостов ОФ, горной породы от проходческих работ, технической воды шахтного водоотлива. Как правило, возвратные грузопотоки несколько удорожают производственный процесс. Однако правильная организация их циркуляции по производственной системе подземного рудника сводит затраты на продвижение этих потоков практически к нулю. Основная доля экономического эффекта от использования возвратных грузопотоков в приготовлении закладочной смеси на основе отходов добычи и переработки руд, получается за счет сокращения затрат на хранение и переработку этих отходов.
Наличие у горнотехнической системы подземного рудника функциональ-59 ных признаков производственной логистической системы позволяет сформулировать определение логистической системы подземного рудника и его логистической схемы с применением передвижных закладочных комплексов. Логистическая система подземного рудника – это его горнотехническая система, элементы которой взаимосвязаны в едином процессе управления технологическими и вспомогательными материальными потоками.
Логистическая схема подземного рудника – это описание логистической системы подземного рудника, определяющее место формирования материальных потоков, направление их перемещения и последовательность преобразования в геометрическом пространстве подземного рудника.
Помимо сложности технологических процессов, структура материальных потоков, а также конфигурация логистической схемы подземного рудника определяется типом и местоположением закладочного комплекса. Этими факторами определяются направление, протяженность и структура материальных потоков.
Все технологические процессы по перемещению материальных потоков в логистической схеме подземного рудника, включая перемещение рудной массы и других грузов между забоем и перегрузочным пунктом, подразделяются на две группы: простые и комбинированные процессы. В рамках простого процесса перемещение осуществляется машинами одного вида. Комбинированный процесс подразумевает использование нескольких видов транспортных средств [81]. В связи со сложностью горно-геологических и горнотехнических условий на большинстве подземных рудников в основном имеют место комбинированные технологические процессы. Для их наглядного представления используются блок-схемы. Пример блок-схемы транспортного процесса площадного и торцевого выпуска руды приведен на рисунке 2.4.
Типовая блок-схема транспортного процесса при площадном и торцевом выпуске руды На рисунке 2.5 приведены технологические схемы формирования закладочного массива в выработанном пространстве подземного рудника с использованием поверхностного стационарного и подземного передвижного закладочного комплекса модульного типа. Из приведенных схем видно, что при использовании подземного передвижного закладочного комплекса модульного типа для закладки выработанного пространства сокращается число грузопотоков в логистической схеме рудника, исключаются встречные грузопотоки горной породы. а
Технологическая схема формирования закладочного массива в выработанном пространстве подземного рудника с использованием стационарного поверхностного (а) и подземного (б) закладочного комплекса Важным моментом предлагаемой логистической концепции является оценка накопленной ресурсоемкости материального потока. Ресурсоемкость материального потока – это себестоимость формирования, перемещения и переработки материального ресурса на любом отрезке, ограниченном элементами логистической схемы подземного рудника. Накопленная ресурсоемкость – это суммарная ресурсоемкость материального потока от начала его формирования до завершения перемещения в границах решаемой технологической задачи. Данный параметр является ключевым, которым руководствуются при построении логистических схем. Логистическая схема будет оптимальной при обеспечении минимума суммарной накопленной ресурсоемкости всех материальных потоков, циркулирующих в ее границах.
На рисунках 2.6, 2.7 приведены структурные модели формирования накопленной ресурсоемкости r потока закладочной смеси с использованием стационарного поверхностного и передвижного поверхностного и подземного закладочного комплекса. Расшифровка содержания и последовательность проведения технологических процессов, связанных с переработкой рассматриваемого потока, приведены на рисунке 2.8.
Определение рационального варианта доставки твердых компонентов закладочной смеси колесным транспортом до подземного передвижного закладочного комплекса
Расчет суточной производительности закладочного комплекса произведен для следующих диаметров трубопроводов: 15, 20, 25, 30, 35 мм. Непрерывность поступления закладочной смеси в вертикальный став является обязательным условием ее доставки самотеком к закладываемой камере. При прекращении поступления закладочной смеси в приемную горловину прекращается ее самотек по горизонтальному участку. Остановка движения смеси в трубопроводе более чем на 15 мин приводит к ее расслаиванию и, как следствие, к аварийной ситуации - закупорке транспортного трубопровода и вертикальной скважины.
С учетом соблюдения принятой в расчетах скорости самотека закладочной смеси формула для расчета суточной интенсивности потока закладочной смеси, генерируемого закладочным комплексом, примет вид:
Результаты расчета суточной интенсивности потока закладочной смеси при самотечном способе доставки приведены в таблице 3.10. Самотечную доставку твердеющих закладочных смесей применяют для их перемещения на сравнительно небольшие расстояния. Важно отметить, что вовлекаемые в освоение в настоящее время медноколчеданные месторождения характеризуются рассредоточенными рудными телами средней и малой мощности. Рассеяние рудных тел может достигать пяти и более километров.
Время заполнения вертикального става в этих условиях сопоставимо со временем схватывания закладочной смеси, при этом нарушается ламинарный режим ее движения. Кроме того, большая высота вертикального става требует применения арматуры и труб высоких давлений и повышает риск возникновения аварийных ситуаций при ликвидации закупорок транспортных трубопрово-108 дов. Увеличить длину самотечного участка при больших диаметрах трубопровода практически невозможно, так как это связано со снижением скорости течения смеси, нарушением режима ламинарного движения и увеличением времени нахождения закладки в трубопроводе.
Закладка удаленного от закладочного комплекса выработанного пространства возможна за счет использования самотечно-пневматического транспорта. При использовании самотечно-пневматического способа доставки закладочной смеси зависимости параметров логистической схемы подземного рудника от параметров горнотехнической системы будут другими, чем при использовании самотечного транспорта. Это связано с технологической спецификой работы пневмоврезок, а также большей ресурсоемкостью производственных процессов с использованием сжатого воздуха.
Основные условия непрерывности и стабильности работы самотечно-пневматического транспорта заключаются в следующем: - суммарное сопротивление движению порций смеси на участке пневмотранспорта не должно превышать давления сжатого воздуха у первого пневмоэжек-тора по ходу продвижения потока смеси; - расстояние от вертикального става до первого пневмоэжектора должно быть не менее /с, определяемое по формуле: l =l m -P (3.15) где /тах - максимальная длина горизонтального участка самотека закладочной смеси, м; Рсж. - рабочее давление сжатого воздуха в магистральной сети, Па; АР - удельные потери сжатого воздуха на участке пневмотранспорта, Па/м; - производительность участка самотечного транспорта должна быть равна производительности участка пневмотранспорта, то есть обязательно соблюдение следующего соотношения: l=lHL (3.16) где /ик - максимальное расстояние доставки закладочной смеси пневмотранспортом от участка самотека, м; Vc - средняя скорость потока закладочной смеси на участке самотека, м/с; VnH. - средняя скорость движения смеси на участках пневмотранспорта, м/с.
Максимальная длина горизонтального участка движения закладочной смеси самотеком lтах принимается согласно рисунку 3.7. Для обеспечения бесперебойного движения закладочной смеси в трубопроводе рабочее давление сжатого воздуха в магистральной сети Pсж. не должно быть менее 5105 Па или 5 атм, обеспечивающее удельные потери рабочего давления 65103 Па на один погонный метр трубопровода. При меньшем давлении сжатого воздуха повышается вероятность закупорки транспортных трубопроводов. Средняя скорость потока закладочной смеси на участке самотека, согласно (3.9), принимается равной 0,7 м/с. Средняя скорость движения смеси на участках пневмотранспорта в расчетах составила 2,2 м/с.
Длина самотечного участка до первого пневмоэжектора должна соответствовать длине горизонтального участка самотека закладочной смеси с учетом потерь сжатого воздуха, согласно соотношению (P сж .). В случае, если не учесть Аp в расчетах это соотношение, суммарное сопротивление движение порций смеси на участке пневмотранспорта превысит давление сжатого воздуха у первого пневмоэжектора. При этом поток смеси прекратит движение, произойдет ее схватывание и закупорка транспортного трубопровода. Протяженность потока закладочной смеси при использовании самотечно-пневматического способа ее доставки определяется как l = H + l пНн ., (3.17) где Н - высота вертикального става, м. Результаты расчета протяженности потока закладочной смеси с использованием самотечного и самотечно-пневматического способов доставки от закладочного комплекса до закладываемой камеры приведены на рисунке 3.8.