Содержание к диссертации
Введение
1. Система разработки с обрушением руды и вмещающих пород, как объект, режимы донного выпуска руды- предмет исследования 7
1.1. Анализ практики применения систем разработки с донным выпуском руды под обрушенными породами 7
1.2. Режим работы выпускных отверстий при существующих средствах механизации выпуска и доставки руды 22
1.3. Анализ ситуации формирования содержания полезного компонента в выемочном блоке 31
1.4. Экономические аспекты управления добычей руды 36
Выводы и постановка задач исследования 39
2. Выработка принципов обоснования режимов донного выпуска 40
2.1. Обоснование теоретической основы описания режимов донного выпуска 40
2.2. Формирование принципов расчета показателей извлечения полезных ископаемых в масштабах единичного отверстия 51
2.3. Создание структури о-видового признакового пространства выбора и обоснования режимов донного выпуска 60
2.4. Обоснование схемы расчета объемов чистой руды, выпускаемых при взаимодействии выпускных отверстий 71
2.5. Разработка механизма оценки кондиционности доз выпуска... 77
Выводы 83
3. Алгоритмизация многофакторной ситуационной математической модели донного выпуска руды 85
3.1. Общая идеология модели 85
3.2. Описание блоков входной и выходной информации 88
3.3. Расчетный блок 91
Выводы 115
4. Апробация результатов исследования 116
4.1. Обоснование режима выпуска на примере мощного железорудного месторождения 116
4.2. Оценка мероприятий по повышению эффективности работы выпускных отверстий 120
4.3. Оценка конструктивно-технологических параметров систем разработки с принудительным обрушением руд и вмещающих пород 127
4.4. Экономическая эффективность исследования 133
Выводы 136
Заключение 137
Литература
- Режим работы выпускных отверстий при существующих средствах механизации выпуска и доставки руды
- Экономические аспекты управления добычей руды
- Создание структури о-видового признакового пространства выбора и обоснования режимов донного выпуска
- Оценка конструктивно-технологических параметров систем разработки с принудительным обрушением руд и вмещающих пород
Введение к работе
Актуальность темы. Системы разработки с донным выпуском руды под обрушенными породами имеют существенный удельный вес в добыче руд черных и цветных металлов (порядка 25%). Однако, при многих положительных качествах, включая и производительность труда рабочего по руднику, достигающей 1000 т/чел-мес, они характеризуются большими значениями потерь и разубоживания (соответственно до 25% и 30%). Такая противоречивость в основных показателях является источником развития, как самой системы разработки, так и технологии очистной выемки в ней, включая управление процессом выпуска и доставки. К настоящему времени выполнено множество фундаментальных работ по выпуску руды под обрушенными породами. На основе анализа их результатов выявлена недостаточная изученность режимов выпуска руды и связанных с ними организационно-технических управленческих решений.
Существующие методики расчета параметров и показателей технологического комплекса выпуска в системах разработки с обрушением отображают ситуацию достаточно упрощенно. Практически во всех них заложен трудно реализуемый на практике площадной режим выпуска, упрощены горнотехнические условия. В частности, приняты: равномерное распределение выпускных отверстий по днищу блока, прямолинейная форма линии бокового контакта руды с обрушенными породами, равномерное дробления руды по блоку. Сам механизм расчета настроен на использование усредненной по блоку информации о качестве обрушенных запасов. Такие принципы методического обеспечения можно считать достаточным при прогнозировании показателей извлечения из недр на ранних стадиях проектирования, но не для выработки управленческих решений, способствующих повышению уровня использования запасов недр.
Таким образом, исследование процесса выпуска руды в указанном аспекте остается актуальным.
Цель работы. Повышение показателей полноты и качества извлечения полезных ископаемых из недр при разработке месторождений системами с донным выпуском руды под обрушенными породами.
Идея работы заключается в адаптации к конкретной гео-техногенной и экономической ситуации режимов донного выпуска на основе закономерностей формирования показателей полноты и качества извлечения запасов выемочной единицы, выявленных при их системном анализе путем математического моделирования.
Задачи исследования:
установление закономерностей формирования содержания полезного компонента в рудной массе с учетом гео-техногенной ситуации в блоке;
систематизация режимов донного выпуска, исследование их влияния на формирование внутриблоковой ситуации;
обоснование принципа расчета объемов чистой-руды извлекаемых ,от
явау'.
НОС НАЦИОН.' БИБЛИОТЕКА СПег О»
плавного опускания верхнего контакта при донном выпуске под обрушенными породами;
- создание механизма оценки кондиционности доз выпуска;
- разработка алгоритма многофакторной ситуационной математической
модели донного выпуска руды под обрушенными породами на ЭВМ.
Методы исследования. В работе использована комплексная методика, включающая: анализ литературных источников, патентный поиск, структурно функциональный анализ и синтез, классификацию, математическое моделирование.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
-
Надежность и оценка эффективности режимов донного выпуска руды обеспечиваются за счет повышения информативности данного процесса, на основе его математического моделирования;,
-
Определение объема чистой руды, выпускаемой из совокупности отверстий, следует осуществлять с учетом их рассредоточения по днищу блока и ориентации взаимодействия между ними;
-
Наивысокие показатели полноты и качества извлечения полезных ископаемых из недр достигаются при соответствии конструктивного исполнения днища блока и режима выпуска руды.
Достоверность научных положений, выводов и, рекомендаций подтверждается результатами экономико-математического моделирования на ЭВМ, анализа накопленного опыта применения: систем этажного принудительного обрушения на отечественных и зарубежных рудниках..
Новизна результатов исследования:
-
Впервые система разработки и технологические процессы в ней интерпретированы как комплекс с элементами реализации технологической, энергетической, управленческой функции и функции планирования, с актуализацией в нем управленческого аспекта как способа повышения полноты использования запасов недр;
-
Впервые исследовано влияние гео-техногенной ситуации в блоке на формирование управленческих решений при донном выпуске;
-
В связи с многообразием фиксируемых ситуаций, влияющих на выработку управленческих решений для блока, доказана приоритетность и надежность математического моделирования донного выпуска на ЭВМ в сравнении с классическим моделированием в лабораторных и промышленных условиях;
-
Установлены новые зависимости показателей полноты и качества извлечения запасов выемочной единицы от режимов донного выпуска руды под обрушенными породами.
Практическая ценность работы, заключается в возможности использования математической модели донного выпуска для разработки методики расчета показателей извлечения при донном выпуске руды под обрушенными породами, позволяющей:
- обосновать режим выпуска с учетом гео-техногенной ситуации в блоке,
ситуационных особенностей работы процессуально-технологического комплекса (результаты дробления руды при отбойке, особенностей работы доставочных средств) и экономической ситуации;
осуществить компьютерную паспортизацию блоков и управление донным выпуском руды с лучшими показателями полноты и качества извлечения запасов недр;
формировать поисковое поле и связанные с ним идеи по выработке различных конструкций днищ блоков, комплексов механизации выпуска руды, параметров отбойки для дальнейшего совершенствования технологии разработки месторождений полезных ископаемых с обрушением;
— обосновать момент прекращения выпуска и посортовую дифференциа
цию выпускаемых доз рудной массы для каждого пункта стока в отдельности.
Реализация работы. Результаты работы могут быть использованы:
— в практике разработки месторождений полезных ископаемых системами
с донным выпуском руды под обрушенными породами;
- в практике научно-исследовательских и проектных институтов;
— в учебном процессе в качестве методического обеспечения курсов «Про
цессы подземных горных работ» и «Технологии подземной разработки место
рождений полезных ископаемых».
Апробация работы. Материалы исследования докладывались на научных семинарах кафедры "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых" (1998-2001 гг), на научно-технических конференциях: г. Санкт-Петербург (1998 г), г. Томск (2000 г), г. Владивосток (2002 г), г. Красноярск (1997-2003 гг). Ряд результатов исследования удостоены дипломами (г. Красноярск, 1999 г; г. Томск, 2000 г).
Исследования проведены в рамках Гранта Президента Российской Федерации на поддержку ведущих научных школ РФ (№НШ-2213.2003.8).
Публикации..По результатам исследования опубликовано 15 печатных работ, из которых: 5 статей и 9 тезисов докладов, 1 патент на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения изложенных на 174 страницах машинописного текста, содержит 68 рисунков, список литературы из 146 наименований и 4 приложения.
Автор выражает глубокую признательность и искреннюю благодарность заслуженному деятелю науки и техники РСФСР профессору, д.т.н. Н.Х. Заги-рову, профессору, к.т.п. В.М. Иванцову, доценту, к.т.н. Д.Е. Малофееву, М.Н. Никулину, а также всему коллективу кафедры Подземная разработка месторождений полезных ископаемых Красноярской государственной академии цветных металлов и золота за плодотворное творческое сотрудничество.
Режим работы выпускных отверстий при существующих средствах механизации выпуска и доставки руды
Системы разработки этажного принудительного обрушения [1] имеют существенный удельный вес в добыче руд цветных и черных металлов. На разных этапах их жизненного цикла они претерпевали различные конструкционные и технологические изменения. Это обуславливалось как изменением горногеологических и горнотехнических условий, так и модернизацией операционных и технических составляющих системы разработки этажного принудительного обрушения. Названные факторы-ситуации в совокупности либо в индивидуальном порядке сыграли определенную роль в повышении эффективности рассматриваемой разновидности технологии добычи руд, тем самым, обеспечив ее устойчивое развитие.
Анализ этапов развития систем этажного принудительного обрушения представляет интерес основывать на интерпретации их как комплекса функций. Каждая из функций выполняет присущие только ей физические операции, связанные с преобразованием входного потока (горно-геологические, горнотехнические, внешнеэкономические и организационные факторы), в выходной поток (рациональное использование недр, издержки производства и др.).
Основная идея интерпретации системы разработки как комплекса функций основывается на законе [2] соответствия между функцией и структурой. Главная суть, которого заключается в том, что каждый элемент технического объекта (в нашем случае это система разработки этажного принудительного обрушения) от сложных узлов до простых деталей, и каждый конструктивный признак имеют вполне определенную функцию по обеспечению работы технического объекта.
В технических объектах принято выделять четыре фундаментальные функции (рис. 1.1):
1. Технологическая функция, связана преобразованием и перемещением предмета труда, а конкретно переведением рудоминерального сырья из массивного состояния в раздробленное с его последующим перемещением по системе горных выработок до пункта назначения.
2. Энергетическая функция, связана с получением энергии для осуществления технологической функции (электроэнергия, пневмоэнергия, энергия взрыва, гравитация, механическая энергия и т.д.).
3. Функция управления1, обеспечивает корректировку работы технологи Управлением называется целенаправленное воздействие, оказываемое на какой-либо объект, для достижения цели путем изменения состояния объекта. ческой и энергетической функции, согласно получаемой информации от объекта и об объекте.
4. Функция планирования, обеспечивает корректировку функции управления, согласно получаемой информации о конечном продукте (рудоминеральном сырье). Внешнеэкономические факторы Горнотехнические факторы Схематическое представление функций технического объекта (системы разработки) и факторов влияющих на их работу
Представив развитие систем этажного принудительного обрушения, как эволюционирование функций (технологической, энергетической, управления, планирования), стремящихся к достижению в системе двух главенствующих целей, а именно: главной - как целого - самосохранение; функциональной - как части - сохранение вышестоящей системы, позволяет целостней увидеть причины и следствия количественных и качественных преобразований претерпеваемых системой на всем протяжении ее "жизни".
Анализируя варианты систем принудительного этажного обрушения на горизонтальное компенсационное пространство, можно утверждать, что область применения данного варианта резко сужается. Причиной этому служит ухудшение горно-геологических условий вследствие понижения фронта горных работ, что в свою очередь отражается на росте динамических проявлений горного давления, увеличении нарушенное массива горных пород и т.д., что в конечном итоге приводит к преждевременному обрушению горизонтальных компенсационных камер. Так на примере рудника им. Дзержинского (Кривой Рог) [4], при понижении горных работ и при значительной площади блоков, развивалось большое горное давление, приводившее к преждевременному обрушению компенсационных камер, разрушению междукамерных целиков, смещению горизонтальных и наклонных скважин, деформации буровых выработок и т.д. Даже с уменьшением размеров блоков до 1,5+2,0 тыс. м2 не дало ощутимых результатов, приведшее в последствии к отказу от использования подсечки горизонтальными компенсационными камерами [5].
Система этажного принудительного обрушения второго вида представлена большим разнообразием вариантов.
Анализ вариантов систем этажного принудительного обрушения на вертикальное компенсационное пространство, показал, что на всем протяжении их существования актуальной проблемой остается устойчивость компенсационного пространства. Этой проблемой на рудниках Сибири, Хакасии, Урала, Кривого Рога занимаются уже длительное время. Ведутся попытки перехода от используемых полновесных компенсационных камер к камерам уменьшенного размера или компенсационным щелям. Так на примере рудников АО "ЗСМК" Таштагольского, Абаканского и Шерегешского можно проследить динамику изысканий направленных на повышение устойчивости компенсационных камер. Компенсационные камеры прямоугольной формы шириной 3+5 м наиболее широко применялись в 70-5-80 годы при отработке этажей системой этажного принудительного панельного обрушения с отбойкой руды пучками вертикальных скважин. Камеры позволяли образовывать в блоке объем пустот до Юч-20 тыс. м3, и доводить коэффициент компенсации до 1,25+1,3, что обеспечивало хорошее дробление. Однако рост горного давления стал причиной обрушения бортов компенсационных камер и нарушению скважин. Убедительным примером может служить западная компенсационная камера в блоке 17 в этаже (-210)+(-140) м Таштагольского рудника [6]. Переход к эллипсовидным и круглым компенсационным камерам позволил избежать нарушений бортов камер и горных ударов в массиве руды, прилегающем к камерам, за счет высокой устойчивости их формы. Однако объем пустот в камере снизился до 5+7,5 тыс. м3 и коэффициент компенсации в блоке до 1,2+1,25. Система разработки этажного принудительного обрушения руды на компенсационные камеры эллипсовидной формы и зажатую среду имеет достаточно высокие показатели. Расход ВВ на отбойку 0,5 кг/т, на вторичное дробление 0,05 кг/т, выход негабарита не превышает 3+4%. Расход подготовительно-нарезных выработок на 1000 т руды составляет 2,5+3 м.
Система этажного принудительного обрушения с отбойкой в зажиме характеризуется отсутствием компенсационных камер, что исключило вероятность самообрушений в блоке, тем самым, повысив безопасность работы. Стабилизировалась ситуация и в днище блока. Согласно опыту, проведенному на Таштагольском месторождении, была установлена перспективность данного варианта системы этажного принудительного обрушения [7, 8, 9]. Но, наряду с потенциальными достоинствами системы, ей присущ целый ряд существенных недостатков. Согласно данным Абаканского рудоуправления [10] в 60+70 годах проведенные опытные работы показали, что при расходе ВВ на отбойку 0,52-5-0,55 кг/т выход негабарита снизился в 1,5+1,8 раза, а расход ВВ на выпуске — 2+2,5 раза (до 0,04 кг/т). Но широкого применения эта технология отбойки не получила, так как требовала ограничения габаритов отбиваемого на зажатую среду слоя руды (до 15 м), постоянного контроля состояния зажатой среды, а при отбойке очередного слоя нарушались выработки соседнего слоя.
В ходе внедрения системы с отбойкой руды в зажатой среде на Таштагольском месторождении выявлены следующие недостатки. Главными из них стали: разрушение выработок бурового горизонта и как следствие большой объем восстановительных работ, переуплотнение руды при отбойке, приводящее к потерям руды в блоках и т.д. Итогом внедрения системы с отбойкой в зажатой среде стало сдерживание интенсивности отработки блоков, снижение производительности труда в целом по шахте, рост себестоимости добычи [6]. Поэтому в дальнейшем применение получили, системы этажного принудительного обрушения с комбинированным способом обойки — часть рудного массива блока взрывают на зажатую среду, а часть - на компенсационные камеры.
Экономические аспекты управления добычей руды
Как уже было отмечено ранее, развитие шло путем устранения ее главного недостатка - дороговизны, прежде всего, посредством снижения объемов нарезных выработок. Это было достигнуто с появлением бурового оборудования, позволяющего сооружать восходящие выработки под заряд (телескопных перфораторов), что позволило отрабатывать запасы руды послойно с их торцовым выпуском (рис. 2.1, б) либо массово с организацией специального донного стока (рис. 2.1, к), В результате из систем слоевого обрушения развились камерные варианты систем разработки подэтажного обрушения (рис. 2.1, в). С позиции функций управления и планирования в данной технологии, произошло снижение качественных и количественных показателей, а также уровня безопасности труда, что в конечном итоге побудило развитие в системе разработки комплекса днища (рис. 2.1, г), увеличение запасов руды, над которым теперь сдерживала только буровая техника. Причиной снижения качественных и количественных показателей извлечения руды явился не только переход к новой технологии добычи, но и использование для расчетов этих показателей достаточно не надежных методов, статистического и конструктивного.
При статистическом методе нормативы устанавливались путем статистической обработки и анализа фактических (отчетных) данных потерь и разубо-живания руды. При анализе исключается часть потерь и разубоживание, которое произошло вследствие неправильного ведения горных работ и поэтому может учитываться в нормативах [87]. Основной недостаток метода в том, что нормативы отражают усредненные показатели по системе разработки и не могут считаться оптимальными во всех горно-геологических условиях. А.А. Сергеев считает возможным применение этого метода для систем разработки слоевым обрушением, горизонтальных слоев с креплением и закладкой и т.п. [88].
Конструктивный метод [87] основан на учете принятых параметров и конструктивных элементах систем разработки, включает в себя элементы статистического определения показателей и применяется в основном для систем разработки, где возможен непосредственный замер потерянных запасов (в камерах и целиках потолкоуступной с рамной крепью или закладкой, сплошной, камерно-столбовой и др.). Все это, негативным образом сказалось на уровне управления качественными показателями работы системы разработки [89].
Увеличение габаритов выпускного слоя (рис. 2.1, д, е) обусловленное сложившимися тенденциями в отбойке, впервые поставило задачу управления показателями извлечения при выпуске руды под обрушенными породами и проблему их теоретического и методического обоснования. Для решения поставленной задачи были предприняты попытки создания расчетного метода, позволяющего описывать процессы, происходящие во время истечения руды из выпускных отверстий.
Первым законченным описанием процесса выпуска руды под обрушенными породами давшим представление о сущности протекания процесса и его кинематической схеме (характеризуемой фигурой выпуска) является гипотеза Г.М. Малахова [90]. Появление теории позволило целенаправленно регулиро -43 вать параметры систем разработки с обрушением, что расширило область их применения. Появления бурового оборудования для бурения восходящих скважин позволило, перейдя от отбойки руды горизонтальными скважинами (рис. 2.1, з) к отбойке руды вертикальными скважинами (рис. 2.1, «).
Указанные качественные изменения в совокупности с расширившейся областью применения рассматриваемой технологии добычи внесли существенные изменения в протекание процесса выпуска. С появлением возможности отработки месторождений полезных ископаемых склонных к слеживанию, с отличающимися по гранулометрическому составу рудами и породами, а также с различными схемами отбойки руды, и различными средствами механизации комплекса доставки рудной массы, повлияло на сыпучесть среды, на которую впервые акцентировал внимание В.В. Куликов [91].
Получение более качественного описания процесса выпуска руды, способствовало дальнейшему росту области применения систем с обрушением, произошел переход от подэтажных вариантов к этажным (рис. 2.1, к). В настоящее время высота выпускаемого слоя достигла уже 45-5-80 м и даже прослеживается тенденция к переходу на работу сдвоенными этажами, где высота отрабатываемого блока будет составлять 120-И40 м [44], В связи с произошедшими и наметившимися переменами в технологии, в производственных условиях и так весьма сложно осуществимый равномерно-последовательный режим выпуска (единственно исследованный на предыдущих этапах развития теоретического описания процесса) [55, 56], усугубился тем, что общая доля блоковых запасов (рассредоточенных по вертикали), находящихся на контакте с обрушенными боковыми породами увеличилась. Частично, указанное положение отразил в своих исследованиях Н.Г. Дубынин [92], С позиций науки следует отметить весьма интересное новшество, внесенное в представление о выпуске руды, данным ученым. Его рассуждения строятся на зоне потока, которая в отличие от фигуры выпуска не является жестко геометрическим телом, а образована совокупностью отдельных лент (отдельных трубок, вдетых одна в другую).
Эффект такого подхода к представлению о сыпучей среде и процессу ее истечения был реализован Д.Е. Малофеевым [93], которое получено на основе синтеза представленных ключевых позиций проанализированных теоретических положений. Сущность их вкратце можно охарактеризовать следующим образом.
В качестве математического конструкта, описывающего кинематику процесса истечения, принята фигура представляющая собой (в отличие от положений Г.М. Малахова, В.В. Куликова [90, 91]) тело, образованное совокупностью точечных эллипсоидов (подобно зоне потока Н.Г. Дубынина [92]), рассредоточенных в створе отверстия. Оперирование фигурой выпуска, а не зоной потока (как у Н.Г. Дубынина [92]) дает возможность учитывать влияние и бокового и верхнего контакта руды с породой. Показателем сыпучести, принят изменяющийся (в отличие от характеристик, используемых В.В. Куликовым и Н.Г. Ду-быниным [90, 91]) в процессе выпуска коэффициент сжатия точечного эллип -44 соида, что отображает эффект вторичного разрыхления. Для руды и породы данный показатель может быть различным, этим описываются явления фильтрации и сепарации, что позволяет качеством дробления регулировать показатели извлечения.
Необходимо, также отметить ряд ученых-исследователей внесших свой вклад в развитие теоретических и методических положений по выпуску руды под обрушенными породами и по системам разработки с принудительным обрушением руд и вмещающих пород в целом, а именно: Агошкова М.И., Загиро-ва Н.Х., Еременко А.А., Мухина М.Е., Кунина И.К., Именитова В.Р., Зубрилова Л.Е., Шестакова В.А., Галаева Н.З., Фрейдина A.M., Хромцова В.Ф,, Бурмина Г.М., Мозолева А.В., Яковлева О.А., Горбунова А.В., Цинкера Л.М., Шеховцо-ва B.C., Кравцова В.В. и многих др. [94-И 17]. На сегодняшний день, теоретические исследования, методические разработки, описывающие процесс выпуска руды и практическая проверка их результатов на подземных рудниках СНГ, применяющих систему разработки - этажного принудительного обрушения, доказывает возможность их дальнейшего совершенствования.
Создание структури о-видового признакового пространства выбора и обоснования режимов донного выпуска
Принципиальная блок-схема оптимизации балансовых запасов над выпускным отверстием в том, что вместо объема Vypusk_B!ok_R_Mas[I,J] характеризующего общее количество выпущенной из выпускного отверстия рудной массы за вычетом выпущенной чистой руды от плавного опускания контакта, используется объем Vypusk_Blok[I,J] отражающий общее количество выпущенной из выпускного отверстия рудной массы с учетом чистой руды от плавного опускания контакта, если таковое было.
Такое разбиение необходимо методически, так как в случае, когда имеется равенство критической высоты {hhV) и высоты выпускаемого слоя (Нсл), соответственно есть равенство высоты фигуры выпуска (Нф) и общей высоты фигуры выпуска (Нф 0бщ), нет необходимости дифференцирования расчетов показателей выпуска. В противоположном случае необходимость определения Нф после плавного опускания верхнего рудо-породного контакта, заключается в том, что он, опустившись с Нсл до hhV стал равен Икр. Поэтому параметры фигуры вы -98 пуска, сформированные от выпусков предыдущими объемов, не могут быть использованы для расчета объемов присекаемых пород. Параллельно определению Нф идет определение Нфобщ, с целью расчета содержания полезного компонента в выпускаемой чистой руде. Определение, которой согласно последовательности алгоритма блок-схемы (рис. 3.2) представлено в блоке 25.
В процессе истечения полезного ископаемого из выпускного отверстия формирующаяся над ним фигура выпуска может пересекаться, как с контурами воронок (прогиба, внедрения или выпуска) по результатам расчета областей пресечения которых, можно получить изменение показателей выпуска, так и с массивом не обрушенных горных пород. Что в свою очередь накладывает отпечаток на параметры фигуры выпуска, которые в блоке 12 корректируются с учетом "пресеченных" объемов массива горных пород. Принципиальная блок-схема алгоритма расчета и иллюстрирующая его схема, приведены на рис. 3.6.
Блоки 15, 17 и 19 посвящены определению объемов примешиваемых пустых горных пород с верхнего рудо-породного контакта, в случае внедрения в породу фигуры выпуска. На рис. 2.12 и 3.7 показаны возможные формы рудо-породных контактов учитываемые многофакторной математической моделью, на рис. 3.8 и 3.9 продемонстрирована расчетная схема и блок-схема алгоритма расчета верхнего наклонного контакта. Для получения объемных характеристик предлагается фигуру выпуска дифференцировать по высоте, то есть рассматривать все ее погоризонтпые сечения с определением в них количества пород. В дальнейшем каждое погоризонтное сечение с выделенным участком пустых пород умножается на величину выбранного диапазона разбиения, после чего осуществляется суммирование полученных локальных объемов в общий.
При наклонном положении контакта задача определения величины пресекаемы пустых пород, разбивается на два этапа. На первом этапе определяется объем пустых пород в диапазоне от нижней отметки (Н„) пересечения фигуры выпуска с верхним наклонным рудо-породным контактом до высоты выпус - 102 Рис. 3.8. Расчетная схема к определению объема пресекаемых пород с верхнего наклонного рудо-породного контакта каемого слоя (Н ). На втором этапе определяется объем пустых пород в диапазоне от Нел до верхней точки (Нв) пересечения фигуры выпуска с верхним наклонным рудо-породным контактом. На первом этапе расчеты по определению объема пород ведутся в I и II четвертях, а на втором этапе I, II, III и IV четвертях (рис. 3.8).
Блок 20: На данном этапе расчета в многофакторной математической модели определяется возможность и число пересечений контуров фигуры выпуска со смежными ей воронками (прогиба, внедрения или выпуска) сформированными ранее выпущенными запасами блока из соседних отверстий. На рис. ЗЛО. представлена схема определения потенциальных min и max точек пересечения контуров фигуры выпуска с контурами вышеозначенных воронок.
Блок-схема расчета поиска потенциальных точек пересечения контуров фигуры выпуска с контурами воронок (прогиба, внедрения или выпуска) весьма громоздка, по причине большого количества итерационный и логических операций, поэтому она приводиться не будет, по будет дано пояснения логики ведения данных вычислений. В основе модуля определения потенциальных точек
Схема определения min и max точек пересечения контуров фигуры выпуска с контурами воронок: I, II, III, IV - ориентирование областей потенциального взаимовлияния фигуры и воронки по четвертям; 1-8 - общее количество смежных выпускных отверстий пересечения заложены две базовые формулы, это формула определения радиуса фигуры выпуска: =m (H }, hrhj2),/2+dt /2 и формула определения радиуса воронки: Кв=т-(Нф Ьі (1-( /яі,-Л?/ /я ])),/2. Помимо этого учитываются расстояния между выпускными отверстиями, высота выпускаемого слоя, так как вход и выход пересечения контуров фигуры выпуска и воронки может произойти в пределах выпускаемого слоя (рис. 3.10).
Блок 21: Определение объемов пресекаемых пустых горных пород на этом этапе идет по упрощенной схеме, то есть, опираясь на результаты, полученные по окончанию работы 20-го блока, ведется определение объемов пустых пород без учета возможного двойного попадания пресекаемых сегментов воронок (прогиба, внедрения или выпуска) в контурах фигуры выпуска.
В данном блоке осуществляется корректировка объемов пресеченных пустых пород. Так как логика расчета 21-го блока заключалась в определении локальных объемов в рамках траектории взаимодействия фигуры выпуска с конкретной воронкой, без двойного учета пресекаемых объемов от расчета по следующей взаимодействующей паре (фигура-воронка). Основа такого определения объемов приведена на рис. 2.16, п.п. 2.3. Поэтому задачей данного блока является выявление подобного рода наложений их вычленение и выведение из общей структуры объема пресекаемых пустых горных пород.
К иллюстрированию расчета настоящего этапа многофакторной математической модели прилагаются возможные схемы ситуаций, поясняемые по ходу расчета алгоритмами блок-схем. Расчет в модели построен на дифференцировании областей взаимовлияния (фигура выпуска - воронка) по четвертям, пример рис. 3.10. На первоначальном этапе устанавливается наличие двойного наложения воронок (прогиба, внедрения или выпуска). Схема и алгоритм идентификации данного факта в расчетах приведены на рис. 3.11.
Все выше изложенное еще раз убедительно доказывает необходимость использования при обосновании параметров и показателей извлечения полезных ископаемых из недр при разработке месторождений системами этажного принудительного обрушения математического моделирования на ЭВМ.
Оценка конструктивно-технологических параметров систем разработки с принудительным обрушением руд и вмещающих пород
Динамика изменения показателей при различных способах выпуска и средствах механизации: а - самотечный выпуск при грохотной схеме доставки; б-самотечный выпуск при скреперной доставке; в — самотечный выпуск при уборке руды погрузочными машинами; г- принудительный способ выпуска с использованием ВДПУ
Из всего этого можно сделать заключение - еще раз подтверждена необходимость целенаправленного увеличения активного сечения выпускного отверстия посредством перехода на более производительные и управляемые способы и схемы выпуска и доставки, в частности переход на использование принудительного способа выпуска и вибротехники.
Помимо этого на увеличение размеров /i0, как при самотечном, так и при принудительном способе выпуска влияют различные конструкционные преобразования. В качестве важнейшего элемента можно выделить угол скоса лобо-вины (tj), узла сопряжения выпускной и доставочной выработки (рис. 4.6). При /7 а обеспечивается наименьшее сечение выпускного отверстия, находящееся в глубине выпускной выработки, при тра обеспечивается наибольшее сечение выпускного отверстия, находящееся на переднем крае выпускной выработки. При 7j a рабочая высота h0 меньше, чем при rf=ct. При уменьшении IJ сокращается развал полезного ископаемого, а, следовательно, и глубина забора Г3у что приводит к уменьшению производительности выпуска и доставки. При увеличении rj наблюдается диаметрально противоположная ситуация. Означенный факт одинаково значим как для самотечного, так и для принудительного способа выпуска. Актуальность данного положения повышается в процессе выпуска, когда при истечении из выпускной выработки полезного ископаемого или же при ликвидации в них зависаний происходит истирание и разрушение лобови-ны. Это может приводить в негативном плане к пересыпу доставочно-погрузочной выработки, увеличивая тем самым трудоемкость процесса выпуска, доставки и погрузки, делая его, в конечном счете, слабо управляемым. В позитивном плане происходит повышение КПД использования поперечного сечения выпускного отверстия, прямым образом отражающегося на показателях выпуска (повышение качественных и количественных показателей выпуска, уменьшение числа зависаний, увеличение интенсивности ведения выпуска и др.).
Используя МСММ, произведем оценку возможных эффектов от изменения угла скоса лобовины, при различных способах выпуска и средствах механизации. Исходная информация для расчета берется из табл. 4.3 и табл. 4.4. Таблица 4.4
Полученные величины качественных и количественных показателей выпуска представим в виде графиков, приложение 4, в целом по ним можно сделать следующие выводы. В сравнении с вариантами с самотечным и принудительным способом выпуска без оформления скоса лобовины в месте сопряжения выпускной и доставочно-погрузочной выработкой, в вариантах с таковыми конструкционными изменениями, при одинаковых качественных показателях выпуска (кк=0,75) произошли приросты к„. Так в вариантах с самотечным способом выпуска и грохотным, скреперным и машинным способами доставки и погрузки полезного ископаемого превышение в среднем составило 11,18%, 8,61% и 9,88% соответственно. В вариантах с принудительным способом выпуска данное изменение незначительное и в среднем составляет 1,04%, это объясняется тем, что основную роль в формировании активного сечения выпускного отверстия играет заглубление в навал горной массы погрузочного механизма. Относительно изменения к„ при различных углах скоса лобовины (ф, наблюдается следующая динамика изменения показателей, табл. 4.5.
Очередной раз подтверждена необходимость целенаправленного увеличения активного сечения выпускного отверстия, как посредством конструкционных изменений выработок днища, так и непосредственным переходом на более производительные способы и схемы выпуска и доставки. Помимо этого выявлена возможность деятельного управления процессом истечения полезного ископаемого из выпускного отверстия. Сочетание целенаправленного увеличения активного сечения выпускного отверстия, помимо объективно существующих предпосылок (истирание лобовины, ликвидация зависаний подрывом фугасов) с одной стороны и применением механизмов обеспечивающих возможность перекрытия зоны потока на любом промежутке времени выпуска с другой стороны, позволят осуществить поставленную цель. Действенностью данного подхода можно убедиться исходя из практических предложений автора (рис. 4.7) [144], подтверждаемых расчетами (табл. 4.5) и из подходов других авторов (рис. 1.11, 1.12) [61, 62, 63, 64].
Оценка конструктивно-технологических параметров систем разработки с принудительным обрушением руд и вмещающих пород
Нами ранее был, выдвинут тезис, касающийся того, что многофакторная ситуационная математическая модель, помимо установления и управления сценариями выпуска запасов в существующем ситуационном поле при отработке конструктивно и параметрически оформившихся выемочных единиц, также может полнокровно участвовать в обосновании конструктивно-технологических параметров систем разработки па стадии проектирования.
Система этажного принудительного обрушения руд и вмещающих пород с ромбической формой блоков: 1 - откаточные выработки; 2 — ниши для вибролотков, заглубленных в очистное пространство; 3 - компенсационная камера; 4 - подсечная камера; 5 — фигура выпуска, вписанная в выпускаемый слой
В связи с этим, предлагается провести оценку действенности приведенных утверждений на различных вариантах систем разработки этажного принудительного обрушения руд и вмещающих пород. В качестве объектов эксперимента выступают следующие системы разработки [11]: система разработки этажного (подэтажного) принудительного обрушения руд и вмещающих пород с ромбической формой блоков (рис. 4.8) и система разработки этажного принудительного обрушения с прямоугольной формой блоков (рис. 4.9). Данные варианты систем разработки приняты к рассмотрению не случайно, основной причиной инспирировавшей его явилась их представление в литературе лишь в виде идеи, без наличия по ним каких-либо параметрических данных. Так как в данных системах автором конструкционно заложен линейный режим выпуска, предусматривающий обособленную работу каждой отдельной линии выпускных отверстий относительно друг друга при выпуске, то на период рождения идеи по данным системам разработки отсутствовала сама возможность методического описания линейного режима выпуска. Данное заключение, вытекает из существовавших на том временном этапе теоретических и методических подходах к описанию процесса истечения полезного ископаемого которые базировались, во-первых, на равномерно-последовательном режиме выпуска (площадном), позволявшем моделировать процесс истечения лишь по площади, но не как в линии. Во-вторых, достаточно упрощенном учете формы боковых контактов, влияние которых особенно существенно сказывается при расчете показателей выпуска при ромбической форме блоков и повышенной высоте отрабатываемых блоков. Это, в конечном счете, авторам идеи не позволило перейти к опредмечиванию параметров блоков означенных систем разработки.
