Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние изученности вопроса, цель и задачи исследования 9
1.1. Горно-геологическая и горнотехническая характеристика Уральских медноколчеданных месторождений, представленных пологими рудными залежами 9
1.2. Анализ геологических, горнотехнических и геомеханических факторов, определяющих условия дифференцированного применения систем разработки 13
1.3. Опыт совместного применения систем разработки с обрушением руды и вмещающих пород и систем разработки с иными способами поддержания очистного пространства 18
1.4. Анализ технологии подземной разработки рудных месторождений с обрушением руды и торцевым выпуском 24
1.5. Задачи и методы исследований 30
Глава 2. Изыскание технологии отработки пологих залежей с обрушением руды и вмещающих пород 32
2.1. Оценка области применения систем с обрушением руды и вмещающих пород при разработке пологих медноколчеданных залежей 32
2.2. Конструирование варианта системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород для условий отработки пологих медноколчеданных месторождений 39
2.3. Обоснование комплекса механизации горнопроходческих и очистных работ 41
2.4. Определение рациональных схем развития фронта горных в пределах выемочного участка при площадно-торцевой схеме подготовки пологого рудного тела 49
2.5. Обоснование порядка применения способов поддержания очистного пространства 54
Выводы 57
Глава 3. Моделирование выпуска рудной массы под обрушенными породами 59
3.1. Постановка методики исследований площадно-торцевого выпуска рудной массы под обрушенными породами 59
3.2. Определение параметров системы разработки и режима выпуска по результатам моделирования истечения рудной массы 63
3.3. Определение показателей извлечения при выпуске руды в секции под защитой временно устойчивой кровли 72
3.4. Оценка влияния схем развития горных работ на показатели очистной выемки 75
Выводы 77
Глава 4. Геомеханическая оценка системы разработки ... 78
4.1. Обоснование методики исследований 78
4.2. Результаты моделирования напряженно-деформированного состояния массива методом конечных элементов 81
4.3. Оценка напряженно-деформированного состояния массива при применении систем разработки различных классов в пределах одного рудного тела 86
4.4. Выбор рационального порядка ведения горных работ на основе выполненной геомеханической оценки 93
Выводы 106
Глава 5. Технико-экономическая оценка предлагаемых технологических решений 107
5.1. Факторный анализ определения границ применения систем разработки с обрушением руд и вмещающих пород 107
5.2. Разработка экономико-математической модели для определения границ применения способов поддержания очистного пространства 109
5.3. Расчет технико-экономических показателей системы разработки с площадно-торцевым выпуском в условиях пологих медноколчеданных месторождений 115
Выводы 124
Заключение 125
Библиографический список 128
- Анализ геологических, горнотехнических и геомеханических факторов, определяющих условия дифференцированного применения систем разработки
- Конструирование варианта системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород для условий отработки пологих медноколчеданных месторождений
- Определение параметров системы разработки и режима выпуска по результатам моделирования истечения рудной массы
- Результаты моделирования напряженно-деформированного состояния массива методом конечных элементов
Введение к работе
Актуальность работы. Рудные залежи пологого залегания составляют значительную часть запасов медноколчеданных месторождений Южного Урала (Узельгинское, Чебачье, Октябрьское, Молодежное) и отличаются изменчивыми в пространстве горно-геологическими и горнотехническими условиями разработки: мощностью рудного тела, содержанием полезных компонентов, степенью пожароопасности, устойчивостью и крепостью руд и пород.
В настоящее время при подземной добыче медноколчеданных руд наибольшее распространение получила технология с применением камерной системы разработки с твердеющей закладкой. Несомненным ее достоинством является полнота извлечения руд при обеспечении сохранности земной поверхности. Основным недостатком вышеуказанной системы разработки является высокий уровень ресурсоемкости добычи, поэтому применение ее на участках с низким содержанием полезного компонента приводит к снижению экономической эффективности освоения недр. В связи с этим возникает вопрос оценки возможности применения систем с обрушением руды и вмещающих пород, характеризующихся низкой себестоимостью и высокой интенсивностью работ, для отработки пологих залежей, представленных бедными рудами, однако при применении систем разработки с обрушением существенно снижаются показатели использования недр. Улучшить показатели извлечения возможно за счет обоснования порядка отработки запасов, изыскания режима выпуска руды под обрушенными породами, управления состоянием подработанных пород.
Поэтому обоснование параметров технологии отработки пологих медноколчеданных залежей с обрушением руды и вмещающих пород представляет актуальную научную задачу.
В связи с этим целью работы является обоснование параметров технологии отработки пологих медноколчеданных залежей малоценных руд с обрушением руды и вмещающих пород, обеспечивающей экономическую эффективность отработки месторождений.
Идея работы заключается в использовании технологии добычи с площадно-торцевым выпуском руды и управляемым обрушением налегающих пород, характеризующуюся низкими затратами на управление горным давлением и высокими показателями извлечения
Объект исследования – пологие медноколчеданные месторождения.
Предмет исследования – процессы очистной выемки.
Задачи исследований:
- анализ и обобщение опыта разработки пологих медноколчеданных месторождений системами различных классов и оценка факторов, определяющих условия применения нескольких способов поддержания очистного пространства;
- обоснование способов подготовки при отработке пологих залежей системами с обрушением руды и вмещающих пород, обеспечивающих возможность сочетания систем разработки разных классов;
- исследование процесса выпуска рудной массы под обрушенными породами и определение зависимости показателей извлечения от параметров технологии;
- исследование напряженно-деформированного состояния массива (НДС) горных пород при отработке пологой залежи системой с обрушением руды и вмещающих пород;
- обоснование параметров технологии отработки пологих залежей с обрушением руды и вмещающих пород; технико-экономическая оценка рекомендаций.
Методы исследований: анализ и обобщение практики разработки пологозалегающих рудных тел; физическое моделирование выпуска руды; математическое моделирование напряженно-деформированного состояния массива методом конечных элементов; аналитические исследования; методы математической статистики и технико-экономического анализа.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Эффективность освоения пологих залежей медноколчеданных месторождений обеспечивается за счет применения технологии добычи с площадно-торцевым выпуском руды и управляемым обрушением налегающих пород при геомеханически обоснованном порядке отработки участка.
2. Клиновой порядок развития фронта очистных работ и площадно-торцевой выпуск руды обеспечивают временную устойчивость кровли призабойных секций, увеличенное (2-3) количество точек выпуска, достижение показателя извлечения чистой руды Qч до 60%, коэффициентов потерь П не более 8% и разубоживания R - 13,0%.
3. При трех точках выпуска рудной массы из секции и наличии бокового контакта с обрушенными породами максимальные показатели извлечения достигаются при первоначальном выпуске из центрального отверстия до 30% от объема рудной массы и последующем равномерно-последовательном из боковых отверстий до момента достижения предельного содержания металла в дозе выпуска.
4. Временная устойчивость кровли призабойных секций и управляемое обрушение налегающих пород при освоении пологой рудной залежи обеспечивается клинообразным фронтом развития горных работ, ориентированным перпендикулярно направлению действия максимальной компоненты тектонических сил.
Достоверность научных положений обеспечивается обобщением предыдущих научных исследований, надежностью и представительностью исходных данных, представительным объемом лабораторных исследований, использованием метода математического моделирования напряженно-деформированного состояния массива методом конечных элементов в объемной постановке задачи, сопоставимостью результатов исследований с практическими данными.
Научная новизна.
-
Установлены зависимости показателей извлечения от геометрических параметров технологии при отработке пологой залежи системой разработки с площадно-торцевым выпуском руды и управляемым обрушением кровли.
-
Установлена зависимость ширины барьерного целика, применяемого при смене технологии разработки пологой медноколчеданной залежи с обрушением руды и вмещающих пород на технологию с закладкой выработанного пространства, от глубины разработки (Н = 2001000 м), мощности рудного тела (h = 1050 м) и протяженности зоны обрушения (В = 50130 м).
-
Разработан алгоритм выбора рациональных систем разработки и обоснования параметров технологии при освоении пологой залежи системой разработки с обрушением руды и вмещающих пород и площадно-торцевым выпуском руды с учетом распределения содержания полезных компонентов в границах рудного тела.
Личный вклад автора состоит в: формулировании цели и задач исследований; анализе и обобщении опыта отработки медноколчеданных залежей; разработке методик лабораторных экспериментов и подготовке необходимого оборудования; непосредственном проведении лабораторных исследований; разработке математической модели НДС массива пород методом конечных элементов; статистической обработке полученных результатов; определении конструктивных параметров технологии; расчете технико-экономических показателей технологии.
Практическая значимость работы заключается в том, что параметры технологии с площадно-торцевым выпуском руды и управляемым обрушением налегающих пород, обоснованные в результате исследований, и алгоритм выбора рациональных систем разработки позволяют повысить эффективность освоения пологих медноколчеданных месторождений. Материалы диссертации использованы при выполнении научно-исследовательской работы «Научное сопровождение горных работ при отработке Камаганского месторождения» и в качестве рекомендаций для отработки медноколчеданного месторождения «Чебачье».
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на семинарах кафедры ПРМПИ МГТУ им. Г.И. Носова; 6 Международной Конференции по проблемам горной промышленности, строительства и энергетики «Социально-экономические и экологические проблемы горной промышленности, строительства и энергетики» (г. Тула, Тульский государственный университет, 2010г.); Международном научном симпозиуме «Неделя горняка» (г. Москва, 2011-2013гг.); 6 Международной конференции: «Комбинированная геотехнология: теория и практика реализации полного цикла комплексного освоения недр» (г. Магнитогорск, МГТУ, 2011г.); 5 Всероссийской молодежной научно-практической конференции (с участием иностранных ученых) «Проблемы недропользования» (г. Екатеринбург, ИГД УрО РАН, 2011г.); 69 и 70 Межрегиональной научно-технической конференции «Актуальные проблемы современной науки, техники и образования» (г. Магнитогорск, МГТУ, 2011-2012гг.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 2 статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК России.
Объем и структура диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы из 92 наименований, изложенных на 140 страницах машинописного текста, содержит 75 рисунков, 13 таблиц, 3 приложения.
Автор выражает искреннюю признательность и благодарность научному руководителю к.т.н. Э.Ю. Мещерякову, а также д.т.н. В.Н. Калмыкову и сотрудникам кафедры ПРМПИ МГТУ за научные консультации и ценные замечания при выполнении и обсуждении результатов исследований.
Анализ геологических, горнотехнических и геомеханических факторов, определяющих условия дифференцированного применения систем разработки
Рудные тела представлены в основном сплошными медно-цинковыми рудами. При этом среди основной массы медно-цинковых руд медные и серноколчеданные в большинстве своем залегают в нижней части рудного тела. Сплошные руды в краевых частях сопровождаются оторочкой вкрапленных, которые в наибольшей степени получили распространение, что характерно практически для всех рудных тел с преобладанием главных рудообразующих минералов: пирита, халькопирита, сфалерита и блеклой руды. В основном породы крепкие и монолитные. Медноколчеданное месторождение «Молодежное» расположено в пределах северной части восточного крыла Магнитогорского мегасинклинория, сложенного обширным комплексом палеозойских вулканогенных и вулканогенно-осадочных пород, к которым приурочено большинство медноколчеданных месторождений Южного Урала.
Скальные породы надрудного горизонта в пределах зоны интенсивной циркуляции подземных вод, в различной степени трещиноваты и разрушенны. На больших глубинах интенсивность трещиноватости горных пород постепенно затухает и породы приобретают более высокую прочность и устойчивость. Исключение составляют вмещающие породы южного и юго-восточного участков месторождения, которые до глубины 300-350м подвержены заметному рассланцеванию и брекчированию. Лежачий бок рудных тел характеризуется наличием значительной оторочки гидротермально измененных пород. Висячий бок, напротив, слагают плотные и неизмененные породы.
Более 90% запасов месторождения «Молодежное» сосредоточено в пределах двух, наиболее крупных, параллельно залегающих слепых рудных тел № 1 и № 2, разделенных между собой зоной субмеридионального тектонического нарушения мощностью до 10-15м (рис. 1.2).
Контакты рудных тел с вмещающими породами со стороны висячего бока довольно четкие и резкие; со стороны лежачего бока – представляют собой постепенный переход от сплошных разностей колчеданных руд к прожилково-вкрапленным.
Основные рудные тела имеют сложную линзо- и пластообразную формы. Залегают тела согласно с вмещающими породами, характеризуясь северным, северо-западным простиранием и восточным падением под углами от 5-10 до 40-60 градусов. Глубина залегания рудных тел колеблется от 70 до 450-480м от земной поверхности. Общая протяженность рудных тел по простиранию достигает 660м, длина по падению колеблется в пределах 90 – 690м, мощность залежей составляет от 2-5м до 70-80м [60].
В целом на ряде медноколчеданных месторождений пологие залежи обладают общими признаками: линзообразная форма; краевые части залежей представлены вкрапленными рудами, особенностью которых является низкое содержание меди – 0,5-1% и серы до 10-18%. Что предопределяет целесообразность применения технологий отработки участков залежей с различными способами поддержания очистного пространства.
Анализ геологических, горнотехнических и геомеханических факторов, определяющих условия дифференцированного применения систем разработки
Основными факторами, определяющими дифференцированное применение систем разработки различных классов, являются, прежде всего, горно-геологические условия залегания месторождений, ценность руд, устойчивость руд и пород, крепость, склонность руд месторождения к самовозгоранию, возможность подработки земной поверхности.
Исследования в области профилактического заиливания очистного пространства расширили возможности систем разработки с обрушением, что позволяет применять их при отработке пожароопасных руд средней ценности и выше. Примером тому служит Дегтярское месторождение большая часть запасов, которого была отработана системами с обрушением с применением профилактического заиливания для предупреждения эндогенных пожаров. Геологические и горнотехнические факторы, влияющие на выбор системы подземной разработки рудных месторождений, принято делить на две группы: условно переменные и условно постоянные. Условное деление принято в зависимости от степени влияния фактора в рассматриваемых условиях месторождения. К постоянным отнесены факторы, принимающие участие при решении вопроса выбора систем разработки для любых горно-геологических и горнотехнических условий.
Постоянные факторы: мощность, угол падения рудных тел, устойчивость и крепость руды и вмещающих пород.
Переменные (осложняющие) факторы: форма и размеры рудного тела; склонность руды к слеживанию, окислению и самовозгоранию; ценность руды и характер распределения в ней полезных ископаемых; глубина разработки; гидрогеологические условия месторождения и возможность нарушения вмещающих пород и поверхности; наличие в рудном теле включений пустых пород или забалансовых запасов руд и др.
Например, Кировогорское месторождение железистых кварцитов [24] представлено 7 рудными телами и 16 разрозненными линзами. Рудные тела имеют размеры от крупных до мелких и представляют собой сложные линзообразные залежи с изменчивыми параметрами по падению и простиранию. Мощность рудных тел изменяется от 10 до 110м, угол падения – от 0 до 90о. По сложности геологического строения месторождение отнесено к 3 группе по классификации ГКЗ, соответственно запасы разведаны по категориям С1 и С2. Месторождение эксплуатируется Оленегорским ГОКом открытым способом с 1978 года. Открытые горные работы планируется завершить к 2027 году, а с 2017 года начать отработку глубоких горизонтов месторождения подземным способом. К первой очереди подземной отработки отнесены запасы руды, расположенные между отметками –350 +100м.
Учитывая весьма сложные и разнообразные условия залегания рудных тел, а также гипсометрию залежей, при выполнении данной работы в рамках “ТЭО разведочных кондиций Кировогорского месторождения” была предложена следующая концепция выполнения работы: - на основании детального анализа геологической информации разработать компьютерную геологическую модель месторождения и оценить изменчивость рудных залежей по простиранию и глубине; - все рудные тела в зоне предполагаемой выемки по падению и по простиранию ранжировать по мощности рудных тел и углу падения на классы; - для каждого класса предложить рациональную систему разработки и выделить источники потерь и разубоживания руды при добыче. Кроме того, определить участки рудных тел, где используются несколько вариантов систем разработки; - разработать методику расчета потерь и разубоживания руды по источникам их образования и определить показатели извлечения руды из недр для каждой системы разработки; - подсчитать величину запасов, которая может быть отработана той или иной системой разработки; - выделить рудные залежи, отработка которых нерациональна в связи с их малыми запасами и значительными объемами горно-подготовительных работ для их отработки; - подсчитать суммарные абсолютные потери руды, величину извлекаемых запасов, количество товарной руды по каждому классу системы разработки; - определить потери руды и извлекаемые запасы по горизонтам, рудным залежам и месторождению в пределах предполагаемой выемки, т.е. по простиранию – в профилях 1130 и по падению – до отметки минус 350м.
Конструирование варианта системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород для условий отработки пологих медноколчеданных месторождений
Очевидно, наличие вкрапленных и блеклых руд присутствующих в подошвах залежей создает благоприятные условия для применения на данных участках высокопроизводительных и низкозатратных систем подземной разработки с естественным поддержанием очистного пространства и этажного (подэтажного) обрушения.
С целью определения влияния содержания полезного компонента на удельную прибыль для систем разработки с естественным поддержанием очистного пространства (камерная с открытым очистным пространством и камерно-столбовая система разработки), обрушением руды и вмещающих пород (варианты этажного и подэтажного обрушения) и с закладкой выработанного пространства (камерная с закладкой и горизонтальных слоев с закладкой) при постоянной мощности рудного тела и цене металла в 5000 у.е. нами были построены зависимости (рис. 2.5) и проведен соответствующий анализ.
Анализ построенных зависимостей показал, что при содержании полезного компонента от 1 до 2% происходит конкуренция низкозатратных систем разработки с дорогостоящими вариантами по себестоимости добычи с закладкой выработанного пространства, за исключением системы разработки горизонтальных слоев с закладкой, где отмечается минимальная удельная прибыль при небольших содержаниях полезного компонента. Далее от 2 до 3% происходит характерное увеличение удельной прибыли, где на первом месте доминирует камерная система разработки с закладкой выработанного пространства и на второе и третье место выходят варианты систем разработки с обрушением руды и вмещающих пород. Разница между данными системами разработки по удельной прибыли минимальна 50-100 руб/т при содержании 2-2,6%. При содержании полезного компонента 2,8-3% система разработки горизонтальных слоев с закладкой составляет конкуренцию системам разработки с естественным поддержанием очистного пространства, а разница между системами разработки камерной с закладкой и вариантами этажного и подэтажного обрушения максимальна и составляет 200-250руб/т.
Большую роль при выборе рациональных вариантов систем разработки играет цена металла. С целью определения влияния цены металла на удельную прибыль нами были построены соответствующие зависимости (рис. 2.6) и проведен анализ.
Анализ построенных зависимостей показал, что горизонтальные слои с закладкой наименее прибыльны, при наименьшей цене наблюдается максимальный разрыв, при наибольшей цене составляют конкуренцию вариантам систем разработки с естественным поддержанием очистного пространства (камерная с открытым очистным пространствам и камерно-столбовая). В целом, для систем разработки с закладкой характерен более интенсивный рост прибыли по мере возрастания цены металла. До цены металла в 5500 у.е. на первое место выходит система разработки этажного обрушения, с последующим возрастанием цены доминирующую роль играет камерная система разработки с закладкой выработанного пространства. Исключение составляет система горизонтальных слоев с закладкой, при минимальной цене в 3000 у.е. разница между всеми системами незначительна (50-100 руб/т), при максимальной цене в 8000 у.е. разница максимальна и составляет 200-250 руб/т.
В связи с установленными закономерностями распределения полезного компонента и прочности руд и пород по площади залежи предлагается участки с неустойчивой кровлей и относительно низким содержанием полезного компонента отрабатывать системами разработки с обрушением руды и вмещающих пород. Однако возникают вопросы по поддержанию качества добываемых руд на уровне технологии добычи с твердеющей закладкой, совмещению на одном горизонте различных схем подготовки, геомеханического взаимовлияния зон рудного, искусственного массива и обрушенных пород. Все это предопределяет необходимость комплекса исследований.
Проведенный анализ опыта применения систем с обрушением руды и вмещающих пород показал, что существенными достоинствами обладает технология подэтажного обрушения с площадно-торцевым выпуском рудной массы [69], которая разработана для условий отработки крутопадающих железорудных залежей. Преимуществами данной технологии являются: рост показателей полноты и качества извлечения запасов за счет одновременного выпуска руды по площади и с торца отбиваемого слоя; безопасные условия труда для горнорабочих за счет применения общешахтного проветривания очистных забоев.
В результате геотехнологического конструирования системы разработки с обрушением для условий отработки пологих медноколчеданных залежей с использованием принципа площадно-торцевого выпуска руды, предложена следующая технология отработки запасов (рис. 2.7) [58].
Весь комплекс подготовительно-нарезных работ выполняется в пределах одного горизонта выпуска 1. На границе выемочного участка проходится доставочный орт 2, который сбивается с вентиляционным горизонтом 3 восстающим 4. Из доставочного орта 2 проходятся буро-доставочные штреки 5, разделяющие рудное тело на панели 6. Ширина панели при этом выбирается равной расстоянию между буро-доставочными штреками 5. Далее из доставочных штреков 5 под углом 4560 проходятся погрузочные заезды 7 к центру отбиваемой секции 8. В качестве буровых выработок служат буро-доставочные штреки 5, из которых бурятся веера скважин 9.
Отработка рудных панелей 6 осуществляется секциями 8, имеющими форму параллелепипеда и состоящими из нескольких слоев 10, определяемых расстоянием между веерами скважин 9. Очистные забои проветриваются за счет общешахтной депрессии и вентиляторов местного проветривания путем подачи свежего воздуха через доставочный орт 2 и доставочные штреки 5 с последующим выбросом отработанного воздуха на вентиляционный горизонт по восстающему 4.
Определение параметров системы разработки и режима выпуска по результатам моделирования истечения рудной массы
Выпуск руды под обрушенными породами сопровождается наличием плоскостей контактов обрушенных руды и породы, что отрицательной сказывается на качественных показателях извлечения. И чем больше их количество, тем хуже показатели.
Площадно-торцевая технология выпуска руды при определенном пролете подработки может обеспечить временную устойчивость кровли над отрабатываемыми секциями. Поэтому возникает вопрос исследования показателей выпуска под необрушенной кровлей (рис. 3.10), т.е. при отсутствии верхнего контакта обрушенной руды с породой. Исследования возможной временной устойчивости кровли отрабатываемых секций будет рассмотрено далее при геомеханической оценке параметров технологии.
Исследования выпуска руды под временной кровлей были проведены аналогично вышеприведенным исследованиям при обрушенной кровле.
На рис. 3.11-3.12 представлены результаты выпуска рудной массы под влиянием бокового контакта обрушенных руды и породы при отсутствии верхнего контакта. По результатам моделирования выпуска руды из секции под временной кровлей и боковым контактом с обрушенными породами установлено, что потери руды находятся практически на одном уровне как и при выпуске под обрушенными породами, а разубоживание снижается на 5-8%. Извлечение чистой руды до начала разубоживания увеличивается на 10-12%.
Для определения рационального режима выпуска руды под временно устойчивой кровлей было проведено моделирование выпуска при различных вариантах. Моделирование проводилось для секции шириной В=10м и высотой h=20м (рис. 3.13).
Определено, что рациональным режимом выпуска является первоочередной выпуск с торца доставочного штрека до 30% рудной массы, до момента вывала пород с бокового контакта, и последующим равномерно-последовательным выпуском из боковых погрузочных заездов до момента достижения предельного содержания металла в дозе выпуска. При этом достигаются максимально возможные показатели извлечения по секции (Qч =69,0%; П = 7,8%; R = 11,7%).
Качественные показатели выпуска руды под обрушенными породами по площадно-торцевой технологии напрямую зависят от формы развития фронта горных работ. Вариант системы разработки для условий пологих рудных тел может быть реализован пятью принципиальными схемами развития горных работ (см. параграф 2.3). Каждая из них имеет ряд особенностей, в частности в плане количества точек выпуска на каждую отрабатываемую секцию.
С целью оценки влияния схем развития фронта горных работ на показатели извлечения было проведено имитационное моделирование отработки участка (блока) размерами 100х100м, состоящего из 10 панелей по 10 секций.
На рис. 3.14 приведены показатели извлечения чистой руды Qч, разубоживания R и потерь П для каждой технологической схемы возможного развития горных работ.
Результаты моделирования показали, что наилучшие показатели отработки участка рудного тела могут быть достигнуты при клинообразном фронте развития горных работ. При этом извлечение чистой руды составляет 60,9%, разубоживание – 13% и потери – 8,2%. Такие показатели достигаются за счет опережающей отработки центральной секции, из которой выпуск руды осуществляется из трех точек (торца доставочного штрека и двух погрузочных заездов на флангах секции). Остальные секции имеют по две точки выпуска.
Прямолинейная и диагональная технологические схемы горных работ сопровождаются выпуском каждой секции только через две выработки, что незначительно ухудшает показатели извлечения. Извлечение чистой руды до начала разубоживания снижается до 60%, показатели потерь и разубоживания повышаются до 8,3 и 13,2% соответственно.
Наихудшие качественные показатели выпуска руды отмечаются при развитии фронта горных работ по камерно-целиковой схеме и выемке обратным «клином», при этом происходит ухудшение всех показателей на 7-10%. Ухудшение показателей извлечения при выемке обратным «клином» объясняется тем, что выпуск секций центральной панели осуществляется торцевой технологией. Отработка участка по камерно-целиковой схеме сопровождается чередованием площадно-торцевого выпуска руды из трех точек и торцевого, что также приводит к ухудшению качества рудной массы.
Несмотря на некоторое снижение качества добываемой рудной массы при различных схемах развития фронта горных работ показатели извлечения остаются на достаточно высоком уровне по сравнению с вариантом системы разработки с торцевым выпуском руды (рис. 3.10).
Таким образом, проведенное имитационное моделирование выпуска руды при различных схемах развития фронта горных работ показывает, что при отработке пологой рудной залежи системой разработки с обрушением и площадно-торцевым выпуском руды целесообразен к применению клинообразный фронт.
Результаты моделирования напряженно-деформированного состояния массива методом конечных элементов
Расчет себестоимости одной тонны рудной массы производился в следующей последовательности. 1. Конструирование системы разработки для условий отработки восточного участка рудного тела №2 Чебачьего месторождения. Вариант системы разработки с площадно-торцевым выпуском конструировался с учетом морфологии участка с ограниченной протяженностью в 100м. 2. Определение объема подготовительно-нарезных работ. Подсчитывалась длина подготовительно-нарезных выработок, определялись их сечения, исходя из габаритов применяемого оборудования, затем находился объем выработок. 3. Расчет запасов руды в блоке и отдельных его элементах, количество добываемой руды по стадиям работ. Производился расчет количества добываемой руды: из камер; при проходке подготовительно-нарезных выработок; при погашении целиков. 4. Расчет затрат на ПНР. После определения объема подготовительно-нарезных работ, исходя из сечений выработок, производился расчет затрат на проходку одного кубометра и в совокупности всех выработок. 5. Расчет затраты на амортизацию оборудования. 6 Расчет затрат на очистную выемку. Для проведения данного расчета определялись несколько показателей очистных работ: - удельный расход взрывчатых веществ [73,81]; - линия наименьшего сопротивления [73,81]; - длина скважин в веере или отбиваемом слое [62]; Далее производился расчет затрат на материалы, ГСМ, электроэнергию, сжатый воздух [64,81].
Сумма всех приведенных выше затрат (на ПНР; на амортизацию оборудования; на очистную выемку), относилась к объему добываемой рудной массы, т.е. рассчитывались удельный объем затрат. Конструирование системы разработки. На рисунке 5.6 показан вариант отработки восточного участка рудного тела №2 Чебачьего месторождения.
Запасы участка составляют 340тыс.т руды. Удельный объем ПНР по системе разработки составляет 58м3/1000т, коэффициент ПНР – 3,2м/1000т.
Отработка участка рудного тела осуществляется секциями путем взрывания нескольких слоев. Веера скважин бурят из доставочного штрека. Очистные работы ведут по простиранию участка рудного тела. Для бурения применяется самоходная буровая установка с диаметром коронки 105мм.
Для расчета материальных затрат на очистную выемку принимались размеры каждой секции равными: толщина=10м, высота 20м. Коэффициент крепости руды f=12.
Подготовительно-нарезные работы. Расчет объемов подготовительно-нарезных работ произведен для всего восточного участка рудного тела с запасами 340,2тыс.т. 1. Система разработки с обрушением и площадно-торцевым выпуском рудной массы.
Расчет затрат на проходку подготовительно-нарезных выработок производился по основным видам необходимых материалов и их нормам расхода на 1м3. Расход основных материалов на очистную выемку принимался по результатам выполненных расчетов. Расход вспомогательных материалов принимался согласно нормам на единицу продукции.
Затраты на подготовительно-нарезные работы составляли 8724,6 тыс. руб., на очистную выемку – 29041,4 тыс.руб. Учет ненормированных материалов составил 20%.
Амортизация оборудования. Расчет амортизационных отчислений производился по норме амортизации, приходящейся на один машино-час. Годовой фонд рабочего времени рассчитывался с учетом календарного графика работы предприятия, например 7ч (продолжительность смены) 3 (число рабочих смен в сутки) 252 (число рабочих дней в году) = 5292 ч. Амортизация оборудования составила 40,4 руб/т.
Расчет извлекаемой ценности. Для меди и цинка расчет извлекаемой ценности производился по условному металлу [76]: где – содержание полезного компонента в товарной руде, %; ЦCu – стоимость 1 т медного концентрата, руб./т. где – содержание полезного компонента в пересчете его на условную медь, %; R – коэффициент разубоживания. , где KZn – коэффициент перехода вторичного металла к условному, CZn – содержание цинка в рудной массе. где ЦZn – стоимость 1 т цинкового концентрата, руб./т; – излечение цинка в концентрате, %; – излечение меди в концентрате, %. Выручка от реализации продукции. Эксплуатационные запасы руды участка рудного тела №2 Чебачьего месторождения для подземной разработки составляют 340,2 тыс.т. Основную часть слагают медно-цинковые руды при среднем содержании меди в руде – 1,81% и цинка 3,53%.
Руду предусматривается перерабатывать на Александринской обогатительной фабрике. Извлечение при обогащении принято из медно-цинковой руды в медный концентрат меди – 76%, цинка – 71%. После полной отработки участка предлагаемой системой разработки будет получено 5,639 тыс. т меди в концентрате, 10,998 тыс. т цинка в концентрате. Цена на медь в медном концентрате принята в размере 4041 $/т (117192 руб./т), исходя из цены на медь рафинированную на LME 8365 $/т c коэффициентом 0,4831. Цена цинка в цинковом концентрате, рассчитанная исходя из цены на цинк чушковый на LME 1975 $/т с коэффициентом 0,418, составила 825 $/т (23940 руб./т). В таблице 5.3 приведены сводные показатели по расчету извлекаемой ценности руды при системе разработки с площадно-торцевым выпуском руды.
Извлечение меди - Расчеты показали, что применение системы разработки с обрушением и площадно-торцевым выпуском руды для условий отработки восточного участка рудного тела №2 медноколчеданного месторождения «Чебачье» позволяет снизить блоковую себестоимость добычи на 12 и 54% в сравнении с обрушением и торцевым выпуском руд и системой с твердеющей закладкой, соответственно (табл. 2). Прибыль от отработки участка составляет 707,6 млн. руб., что на 15 и 25% выше прибыли при применении вышеуказанных вариантов систем разработки.
