Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор и анализ практики и научных исследований в области использования систем разработки с самообрушением руды 9
1.1 Анализ отечественного опыта применения систем разработки с самообрушением руды на подземных рудниках 9
1.2 Обзор зарубежной практики применения систем с самообрушением руды 24
1.3 Постановка задач исследований 46
2 Исследование и анализ факторов, влияющих на формирование свода самообрушения 48
2.1 Анализ методов определения размеров подсечки для развития процесса самообрушения 48
2.2 Анализ влияния формы свода на фрагментацию руды при обрушении 59
2.3 Установление соотношения между шириной подсечки и высотой свода обрушения методом физического моделирования 63
2.3.1 Основные положения моделирования формирования свода обрушения и выпуска руды 63
2.3.2 Выбор критерия подобия при моделировании свода обрушения и выпуска уплотненных руд 64
2.3.3 Подготовка и проведение экспериментов по-установлению факторов, влияющих на форму свода обрушения 66
Выводы по главе 77
3 Разработка методов.контроля и управления процессом развития самообрушения руды при добыче 79
3.1 Анализ методов, управления процессом самообрушения руды в очистном блоке 79
3.2 Разработка технологических мер по формированию свода обрушения 81
3.3 Разработка методов управления выпуском руды и контроля развития свода обрушения 88
Выводы по главе 95
4. Обоснование показателей извлечения и составление планограммы выпуска руды при полной отработке запасов блоков 96
4.1 Анализ показателей выпуска руды для систем с обрушением 96
4.2 Обоснование показателей извлечения при отработке блоков системами с самообрушением 98
4.3 Построение планограммы выпуска руды при отработке блоков системами с самообрушением 108
4.4 Технико-экономическая оценка применения систем разработки с самообрушением руды 112
4.5 Задачи дальнейших исследований 113
Выводы по главе 114
Заключение 116
Список использованных источников
- Обзор зарубежной практики применения систем с самообрушением руды
- Установление соотношения между шириной подсечки и высотой свода обрушения методом физического моделирования
- Разработка методов управления выпуском руды и контроля развития свода обрушения
- Обоснование показателей извлечения при отработке блоков системами с самообрушением
Введение к работе
Актуальность работы. При выборе эффективной технологии подземной разработки рудных месторождений требования к ним состоят в обеспечении высокой производительности рудников на очистной выемке при низких издержках на ведение горных работ. Этим требованиям отвечают технологии на основе систем разработки с массовым обрушением руды и вмещающих пород. Из них наиболее дешевой является группа систем с самообрушением руды, в которых из технологической цепочки выведены дорогостоящие производственные процессы по массовой отбойке руды, включающие дополнительные подготовительно-нарезные выработки, бурение скважин, использование ВВ, бурового оборудования, расходы на поддержание выработок. В различных условиях удельный вес отбойки составляет от 25 до 60% себестоимости подземной добычи. Для сравнения, при системах с закладкой затраты на поддержание рабочего пространства составляют 30-50% себестоимости добычи.
Ввиду весьма низких затрат данная технология может конкурировать по себестоимости и производительности с открытыми горными работами и подземным выщелачиванием.
Самообрушение руды - это процесс отделения кусков руды от массива в кровле подсечного пространства определенной площади. Обрушение руды происходит под действием собственного веса отдельностей рудного массива и веса налегающих пород. По условиям применения системы разработки с самообрушением руды приемлемы при отработке мощных залежей, рудных тел средней мощности с крутым падением, при добыче различных типов руд, обладающих развитой трещиноватостью.
Функционально связанные стадии очистной выемки определяют весь комплекс процессов добычи, контроля и управления отработкой блоков, начиная от этапа подготовки и нарезки блока, создания подсечки, включая стадии формирования, развития свода обрушения, и массового выпуска руды при полной выемке запасов.
Работа направлена на изыекание путей реализации преимуществ, преодоление сложностей использования систем с самообрушением, таких, как обрушение в крупных кусках, неуправляемость развития обрушения, опасность воздушных ударов, сдерживающих их широкое распространение.
Технологический комплекс процессов нри разработке месторождений системами с самообрушением должен состоять" из функционально связанных стадий. ведения очистных работ, с наличием оперативной информации между данными мониторинга параметров обрушения и контролем объемов выпуска руды из воронок на горизонте доставки.
Проведенный анализ показал, что обоснование режимов стадийной отработки очистных блоков в технологии подземной разработки мощных месторождений системами с самообрушением руды, обеспечивающей высокую производительность горных предприятий при низкой-себестоимости добычи, является актуальной научной и практической задачей.
Целью диссертации является обоснование режимов функционально связанных стадий очистной выемки с самообрушением руды для отработки блоков с высокой интенсивностью, получения необходимой кусковатости руды на выпуске, обеспечивающих полноту извлечения и низкую себестоимость добычи полезных ископаемых.
Идея работы: эффективность технологий с самообрушением руды может быть обеспечена выполнением технологических процессов в соответствии со стадиями отработки очистных блоков при заданных режимах в пространстве всего выемочного участка.
Научные положения, выносимые на защиту:
Отработка блоков системами с самообрушением руды состоит из трех функционально связанных стадий: формирования кровли камер подсечки, развития процесса обрушения до поверхности и массового выпуска руды; изучение стадий очистной выемки возможно с помощью моделирования параметров обрушения и выпуска руды.
При моделировании технологических параметров процесса самообрушения коэффициент разрыхления руды уменьшается по гиперболической зависимости, а отношение полупролета камеры подсечки к высоте кровли находится в экспоненциальной зависимости от времени виброуплотнения.
Повышение эффективности очистной выемки достигается путем управления процессом самообрушения на основе получаемой информации о размерах полости между кровлей и навалом руды без проведения отсечных выработок; этим исключается опасность воздушных ударов, оседания рудного массива по всей площади блока.
Научная новизна работы состоит в следующем:
установлено, что технологический процесс отработки блока системами с самообрушением руды состоит из трех стадий: формирования кровли камер подсечки, развития обрушения до поверхности и массового выпуска руды;
установлена целесообразность использования метода физического моделирования параметров вьщуска руды и формирования кровли камер подсечки: коэффициент разрыхления руды в модели находится в гиперболической зависимости, а отношение предельного полупролета кровли подсечки к высоте - в экспоненциальной зависимости от времени виброуплотнения материала;
разработана методика расчета режимов неравномерного выпуска руды в стадии формирования кровли, основанная на необходимости создания свода определенной формы, для обрушения руды в мелких кусках, в соответствии с требованиями технологии ведения подземных горных работ;
разработана методика определения размеров полости между кровлей свода и навалом руды в зоне обрушения на основе скважинных измерений, позволяющая интенсивно вести очистную выемку, предотвращать опасность воздушных ударов, задержек процесса самообрушения, оседания рудного массива по всей площади блока.
Методы исследований включают анализ и обобщение ранее
выполненных исследований и данных практики подземной разработки
месторождений системами с самообрушением руды, физическое
моделирование, сравнительный технико-экономический анализ, синтез технических решений по формированию системы оперативного управления режимами самообрушения руды в очистном блоке на всех стадиях отработки.
Обоснованность и достоверность результатов подтверждаются анализом опыта ведущих горнодобывающих компаний по подземной разработке месторождений с самообрушением руды, результатами моделирования выпуска уплотненных руд, удовлетворительной сходимостью (80%) результатов экспериментов с производственными данными подземных рудников, отрабатывающих месторождения с аналогичными свойствами руд.
Научное значение работы состоит в новом представлении модели технологического процесса очистной выемки при самообрушении, состоящей из трех функционально связанных стадий отработки блока: формирования кровли камеры подсечки, развития обрушения до поверхности и массового выпуска руды; установлении целесообразности использования физического моделирования выпуска уплотненной руды для определения параметров кровли зоны обрушения на базе полученных зависимостей коэффициента разрыхления материала модели, отношения полупролета камеры подсечки к высоте сводчатой кровли от времени виброуплотнения.
Практическое значение диссертации состоит в разработке технических рекомендаций по стадийной отработке блоков в определенных режимах для обеспечения полноты извлечения при добыче руды системами с самообрушением, оперативного управления и контроля параметров обрушения руды в очистном блоке на основе скважйнных измерений размеров полости между кровлей и навалом руды, предотвращения опасности воздушных ударов при развитии свода обрушения.
Реализация выводов и рекомендаций работы. Разработанные в диссертации технологические решения по режимам стадийной отработки очистных блоков при самообрушении переданы акционерной компании "ЛЛРОСА" для реализации при составлении проекта подземной разработки кимберлитовой трубки "Удачная".
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научных симпозиумах "Неделя горняка" - (Москва, 2008-2010гг.), 10-й международной конференции "Экология и развитие общества", (Санкт-Петербург, 2007г.), 1-м Уральском международном экологическом конгрессе "Экологическая безопасность горнопромышленных регионов", (Екатеринбург, 2007г.), семинарах кафедры ТПР МТУ (2008-2010 гг.)
Публикации. Основные результаты выполненных исследований опубликованы в 11 научных работах.
Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 4 глав и заключения; содержит 46 рисунков 16 таблиц и список использованных источников из 124 наименований.
Обзор зарубежной практики применения систем с самообрушением руды
Самообрушение — это производственный процесс при подземной добыче руд, характерный тем, что отделение и разрушение руды происходит после создания подсечки, под действием собственного веса и веса налегающих пород без принудительного обрушения массива взрыванием зарядов ВВ. То, что при самообрушении из технологического цикла выводится большой комплекс работ по отбойке руды позволяет системам разработки с самообрушением руды конкурировать по себестоимости добычи с открытыми горными работами и технологиями подземного выщелачивания.
Достоинства систем разработки с самообрушением руды отмечались академиком М. И. Агошковым еще в 1949 году [1]. Им были отмечены возможности этих систем достичь высокой производительности на выпуске и доставке при небольших затратах на подготовку и нарезку блоков.
Самообрушение эффективно применялось в нашей стране в ЗОе — 50е годы прошлого столетия на нескольких рудниках, при этом укрупнено принималось, что для инициации и развития процесса самообрушения необходимо, чтобы рудные тела были больших размеров, от 30-70м и более по горизонтали, для того, чтобы площадь подсечки — пустого пространства горизонтальной поверхности, создаваемой для возможности самообрушения руды, была достаточно большой. Этим условиям отвечают мощные месторождения, руды с развитой трещиноватостью, выраженной1 слоистостью, несклонные к слеживанию и самовозгоранию. Руда должна быть слабой или иметь густую сеть трещин и слабых прослойков, чтобы при подсечке она обрушалась сама, распадалась на некрупные куски и дополнительно измельчалась при перемещении под действием своего веса внутри очистного блока к выпускному отверстию[5]. Ограничениями в условиях применения систем с самообрушением являлись общие ограничения, присущие системам с обрушением, а именно, если нет возможности обрушать поверхность: имеются водоемы, реки, линии электропередач, строения, федеральные трассы и др.
Рассмотрим отечественный опыт применения самообрушения руды, начиная с 40-х годов 20-го столетия. Месторождения отрабатываются блоками или панелями. После полного самообрушения блока до поверхности производят массовый выпуск руды. Конструкция основания блока, которая использовалась в 40-х годах с штрековой подготовкой, выпуском обрушившихся кусков руды через воронки на горизонт скреперования и скреперной доставкой руды приведена на Рис. 1.1. [3].
При штрековой подготовке выемку производили блоками с размерами 40x80м . Расстояние между штреками скреперования 10-12,5м. На уровне свода равновесия , через 14м закладывали отсечные выработки. Старые выработки использовали в качестве подсечных [3]. Как правило, подготовка блока состояла в проведении системы выработок горизонта доставки, далее над ним, на 8 - 12м выше, проводились выработки горизонта подсечки. Чтобы получить единое пространство подсечки массив между выработками подсечки разбуривался шпурами или скважинами и взрывался. Компенсационным пространством служили сами выработки подсечки (Рис. 1.2) [7].
В 30-х - 50-х годах, при скреперной доставке руды между горизонтом доставки и горизонтом откатки проходили выработки горизонта вторичного дробления руды, в которых велись работы по дроблению негабаритных кусков, в основном накладными зарядами. Выработки находились в условиях постоянных взрывов по дроблению негабаритов. Их крепили усиленной крепью, применяли металлическую, бетонную крепь или бетонные стойки с металлическим перекрытием.
Отработка блоков при системе этажного самообрушения имела ограничения[5]: нельзя обрушать одновременно два соседних блока, поскольку при этом образуется блок со слишком большим поперечным размером, что может вызвать массовое обрушение крупных кусков и резкое увеличение горного давления на окружающий рудный или породный массив, если обрушенный блок граничит с блоком, отработанным ранее, в нем обрушившиеся сверху породы не уплотнились, то эти породы еще обладают податливостью, вследствие чего горное давление от налегающих пород передается на днище блока. Это происходит при слабой руде и большой глубине залегания, в залежах пологих или очень мощных, в которых большинство блоков, находящихся в отработке, граничит с обрушением с двух сторон. Нельзя обрушать блоки подряд, без разрыва процесса во времени, необходимого для уплотнения пород в соседнем блоке.
Далее рассматривается, какие технические решения принимались для повышения обрушаемости руды, какие меры предпринимались для активизации самообрушения, отработки блоков с приемлемыми показателями извлечения.
Отсечка очистного блока от массива вертикальными и горизонтальными выработками на шахте Ингулецкого ГОКа. 1 - откаточный трек; 2 - рудоспуски; 3 - дучки; 4 — окаймляющие вертикальные выработки; 7 - целик.
Связь отрабатываемого блока с окружающим массивом по вертикали и горизонтали на шахте Ингулецкого ГОКа ослабляли штреками и ортами по границам блока на подэтажах и восстающими по углам блока.Так как самообрушение руды происходит по большой поверхности, считалось, что и по углам блока необходимо ослабить его связь с окружающим массивом, для чего проходили отрезные восстающие (Рис.1.3) [5]. Отрезные выработки состояли из четырех восстающих, пройденных по углам блока, и серии горизонтальных выработок. Выработки располагали по сложной схеме: по двум, трем или четырем углам блока с интервалом 8-12м проходили смотровые восстающие для наблюдения за ходом обрушения, из которых нарезали на уровне ярусов ослабления смотровые ходки до углов блока. В углах блока проходили отрезные восстающие, а из них -подэтажные отрезные выработки по его периметру.
На Каджаранском руднике при крепких породах лежачего бока рудного тела с вмещающими породами, вдоль него образовывали сплошную отрезную щель. Ее создавали бурением глубоких вертикальных скважин и их взрыванием (Рис. 1.4) [5].
Отсечка очистного блока от массива системой вертикальных скважин на Каджаранском ГОКе; 1 - минные колодцы; 2 — отсечные скважины; 3 - угловые отсечные выработки; 4 - северный откаточный штрек; 5 - восстающие; 6 - вентиляционный штрек. На руднике им. Розы Люксембург в 1931 году отработка блока Карьерной залежи производилась с самообрушением слабой мартитовой руды, крепостью 2-4 по шкале проф. М.М.Протодьяконова [10]. Висячий бок представлен джаспилитами крепостью 4-6, лежачий бок представлен более прочными роговиками с крепостью 6-8. Кровля блока являлась дном карьера с породной подушкой высотой около 15м. Площадь блока на откаточном горизонте 100м - 2117м . На горизонте 100м были пройдены полевой и рудный откаточные штреки и орты через 6м один от другого. На 6м выше откаточного горизонта был сделан горизонт подсечки. Орты горизонтов откатки и подсечки соединены дучками сечением 1x1м2. Дучки расположены вдоль откаточных ортов через Зм в шахматном порядке. Над горизонтом подсечки через 5м по вертикали были пройдены горизонтальные окаймляющие выработки, связанные рядом восстающих выработок (Рис.1.5), [ 10].
Очистные работы на первой стадии заключались в отрезке блока по периметру, его подсечке и выпуске руды. Отрезка блока по периметру производилась бурением шпуров глубиной 1,5м в почве п кровле окаймляющих выработок. Для» подсечки блока были пройдены штреки на горизонте 94м, которые сбиты подсечными ортами. С помощью шпуровой отбойки разрушались целики между подсечными выработками, от висячего- бока к лежачему боку. Для образования воронок разбуривались дучки с доставочного горизонта. Как оказалось при выпуске руды, целики горизонта подсечки разрушены шпуровой отбойкой недостаточно, пришлось их дополнительно разбуривать и взрывать. Основная часть выпущенной руды была в виде негабаритов: Выпустить удалось лишь 10% запасов руды в блоке. Для последующей выемки было нарезано новое днище блока на гор. 100м, и взорвав прежние воронки и дучки, производился выпуск на гор. 108м.
Причинами неудачного применения системы с самообрушением руды явились полная отрезка блока по периметру, что привело к оседанию блока на воронки выпуска. Соотношение размеров обрушающихся кусков руды и диаметров выпускных воронок было таким, что постоянно требовалось вторичное дробление. Отсутствие горизонта вторичного дробления, некачественно проведенные буровзрывные работы на горизонте подсечки вызвали оставление части подсечки неразрушенной. Нечеткая организация труда, отсутствие в то время мощной самоходной техники на выпуске и доставке вызвали большие трудности при отработке блока.
В течение 40-х годов предпринималось множество попыток применить системы с самообрушением руды. На руднике им. Розы Люксембург был подготовлен еще один блок, который был отработан более успешно, выпущено было 52% запасов блока, а остальные запасы были отработаны системой подэтажного принудительного обрушения [ 5 ].
Системой этажного самообрушения-были отрабатаны в 1948г. три опытных блока в Кривбассе, на шахте «Гигант», на шахте «Большевик», на шахте Центральная рудника Ингулец, отработка блоков была завершена в 1950 г. Наиболее распространенным был следующий вариант системы этажного самообрушения (Рис. 1.6) [4 ].
Установление соотношения между шириной подсечки и высотой свода обрушения методом физического моделирования
Выемка блока (горизонта) 4 спроектирована с автоматизацией всех основных производственных процессов, и в настоящее время рудник рассматривается как платформа для будущего развития технологии, определяющая не только разработку нижнего блока (этажа) 5, но так же и решения по подземной добыче алмазов на других месторождениях компании Де Бирс - Орапа, Винишия, Жваненг.
Рудник «Финч» является первым в алмазодобывающей отрасли по полной автоматизации движения ПДМ и автосамосвалов на горизонте доставки [113]. На руднике принята комплексная автоматизация с применением автосамосвалов и ПДМ. На доставочных операциях используют ПДМ, они в автоматическом режиме двигаются по выработкам к пунктам дробления или к автосамосвалам для перегрузки. Управление данной техникой и дробилками осуществляется из пунктов текущего управления с поверхности.
Полуавтоматические буровые установки «Сандвик Тамрок», применяемые для бурения скважин, ведут бурение на сухую (без воды), из-за влажностных характеристик кимберлита — резкого снижения прочности. На руднике используется эмульсионное ВВ, которое приготавливается под землей и заряжается в шпуры и скважины, транспорт ВВ и оборудование осуществляются африканской взрывной компании (AEL). Эмульсия достаточно вязкая, что позволяет производить заряжание этого ВВ в 102мм крутонаклонную скважину.
Машинный парк состоит из 8 ПДМ Сандвик 007 и двух ПДМ Сандвик 006. Автомобильная база состоит из подземных автосамосвалов T50D фирмы Сандвик Торо, введенных в эксплуатацию конце 2005 года, которые доставляют руду по выработкам к пунктам первичного дробления фирмы Кавасаки.
Шесть грузовиков автоматически перемещаются, по скоростным выработкам на горизонт 63 0м, где загружаются с помощью ПДМ, управляемых операторами дистанционно лишь при зачерпывании руды из воронки. В блоке 4 установлены дробилки первичного дробления на некотором расстоянии от рудного тела, так как процесс самообрушения руды вызывает вокруг увеличенное горное давление, что может вызвать непредвиденные вывалы, поломку оборудования.
За полтора года работы рудника в автоматическом режиме получены первые результаты и сделаны выводы: автоматически управляемые автосамосвалы могут перемещаться с большей скоростью, чем автосамосвалы, управляемые вручную, движение более точное, поэтому для них требуются более узкие транспортные выработки, они обеспечивают более высокую производительность, чем при ручном управлении, риск субъективной ошибки (человеческого фактора) исчезает, в результате чего поломок и столкновений грузовиков стало меньше.
Горные работы ведутся с мониторингом количества тонн руды, выпущенной из каждой воронки ежедневно. Данная информация поступает в систему управления производством и, в конечном счете, в главное управление производством. Фактическая выемка руды, из расчета на каждую воронку, составляет 75% запасов блока, воронки и орты — заезды проводятся с использованием набрызг-бетона и поддерживаются с использованием напряженного бетона. Текущая добыча блока 4 в первой стадии составляла 16000т в день, далее она была увеличена путем вовлечения новых выпускных отверстий. Конусная дробилка Кавасаки имеет производительность 1200і тонн в час, стволовой подъем - 1000 т/час, таким образом, есть возможность для дальнейшего увеличения добычи.
В настоящее время в блоке работает 8 ПДМ и 6 автоматизированных самосвалов, которые перевозят около 700 т руды в час. Ближайший план состоит в увеличении добычи до 20 000 тонн в день, что будет достигнуто с дополнительным использованием одного самосвала, одного дополнительного пункта погрузки и дробилок. -Направление дальнейшего развития - разработка специального оборудования для первичной дробилки, состоящего из лазерных сканеров, регистрирующих объемы.возникающей пыли в приемной воронке. В ближайшие три года - стадия 2 (2007-2010гг.), сутью которой будет более полная реализация потенциала автоматизированных систем, приобретение 17 автоматизированных самосвалов T50D и 9 ПДМ, постоянно работающей дробилки для крупных кусков размером 1500мм в качестве второй дробилки на горизонте подсечки.
Рудник,. Чукикамата (Чили), отработка подкарьерных запасов. Одно из крупнейших залежей медных порфиритов, месторождение Чукикамата отрабатывалось до последнего времени открытым способом, карьер достиг своей экономически оправданной глубины — 1100м, при ширине 3000м и длине 5000м [109]. Карьер отработан полностью с предельно крутыми бортами в последней стадии доработки. В настоящее время начинается реализация проекта отработки подземным способом запасов под дном карьера. Учитывая необходимость возмещения гигантских объемов добычи после закрытия карьера; и имея большой опыт использования дешевых и высокопроизводительных систем разработки с самообрушением руды, компания Коделько рассматривала при переходе на подземную добычу только данный метод. Рассматривалось два варианта, система этажного самообрушения и панельного самообрушения, по признаку максимизации добычи. В пользу систем с самообрушением было то, что при этом на доставке и подземном транспорте можно достичь высочайших показателей добычи.
Доставка состоит из самотечной, под действием сил гравитации внутри очистного блока, и механизированной с помощью самоходных погрузо-доставочных машин ПДМ, обеспечивающих высокую годовую производительность руднику. Расчеты параметров систем разработки выполнены с использованием методики профессора Д. Лобшера по построению зависимости между физико-механическими свойствами рудного массива, выражаемыми рейтингом MRMR и величиной гидравлического радиуса подсечки, необходимого для самообрушения руды. Зная минимальные размеры подсечки можно конструировать доставочный горизонт, выпускные воронки и, исходя из их размеров, выбирать необходимое оборудование на доставке.
В проекте рассмотрено, при верхнем диаметре воронок 12м и шахматном их расположении расстояние между доставочными выработками равно 20,8м, эффективная площадь выпускного отверстия равна 125м2, длина заезда от доставочной выработки к пункту выпуска - 12м с каждой стороны воронки. Если же диаметр воронок равен 16м, то расстояние между доставочными выработками будет равно 27,7м, эффективная площадь выпускного отверстия — 222м2, и длина заездов к пункту выпуска— 16м (Рис. 1.19) [109 ].
Разработка методов управления выпуском руды и контроля развития свода обрушения
Для исследования параметров систем разработки с самообрушением руды метод физического моделирования выпуска руды применялся редко: проф. С.Л. Шашуриным, с приготовлением специального состава, вязкой смеси песка и парафина, а также Р. Кастро и Р Труменом, которые построили наиболее крупную в исследованиях выпуска руды модель высотой Зм, для загрузки которой требовалось 55т дробленой руды[ 2, 118 ]. Реальный очистной блок перед началом отработки с самообрушением руды представляет собой неразрушенный рудный массив, сильно трещиноватый. Однако, использовать в качестве модели рудный или какой-либо другой неразрушенный массив с трещиноватостью, подобной натурной, оказалось невозможным по двум причинам: силы зацепления между шероховатыми поверхностями кусков - отдельностей уменьшаются в модели пропорционально квадрату их линейного размера, а вес кусков - пропорционально кубу линейного размера. Поэтому после создания подсечки обрушения кусков руды в модели из кровли свода не происходит: имея существенно меньший вес они удерживаются зацеплением с соседними кусками руды; большая группа мелких кусков руды, в пересчете на модель с масштабом 1:200, становится песчинками размером менее 1мм. Между пылеватыми частицами проявляются электростатические силы, препятствующие истечению руды из модели, и силы Ван-дер-Ваальса, молекулярно связывающие пылеватые частицы и искажающие процесс выпуска руды.
Сравнительно большое зацепление соседних кусков-отдельностей в массиве при малом весе вызвало необходимость поиска материала модели, с меньшим зацеплением между отдельностями. В качестве аналога трещиноватого массива при моделировании взята отбитая руда (натурный материал), с предельно возможным низким коэффициентом разрыхления, без наличия пылеватых. В качестве критерия подобия при моделировании принято, равенстве в? модели, и натуре отношения величины наибольшего устойчивого полупролета подсечки к высоте свода, как комплексная характеристика, отражающая прочность, объемный вес, фракционный состав, влияние горного давления окружающих пород и другие факторы. Для обоснования данного критерия использован метод функционального подобия. Процессы в модели и натуре подобны по главному функциональному признаку - равенству кривизны предельного свода.
Возможным критерием подобия также может быть и равенство площадей скальных контактов в модели и натуре. В - результате производственных экспериментов проф. К.В. Руппенейтом было установлено, что площадь скальных контактов между блоками-отдельностями в массиве руды составляет 3-4% от всей поверхности соприкасающихся отдельностей, а в экспериментах А.С. Копылова: было получено, что площадь скальных контактов в разрушенной руде; составляет: 1,5 -2,5% [124]. Поэтому, если возможно достичь уплотнения: материала, модели до площади:скальных контактов, составляющих 2,5% и? выше,.то можно считать,чт. получен аналог трещиноватого массива. В настоящей диссертации принят первый упомянутый критерий - равенство кривизны предельного свода.
Подготовка шпроведение экспериментов по установлению факторов, влияющих на форму свода обрушения;
Эксперименты по физическому моделированию проведены на1 модели масштабом 1:200, они заключались в подборе руды с грансоставом, подобным размерам отдельностей, формируемых трещинами в массиве, максимальном ее виброуплотнении и образовании в уплотненной руде подсечки - горизонтальной щели вднищемодели, последовательно увеличивающейся в размерах (Рис.2.8)..
Чл.-корр: РАН Д.Р. Каплуновым выдвинуто предложение относительного физического моделирования выпуска руды при исследовании параметров самообрушения, которая состоит в том, что, зная основные закономерности выпуска руды и получив несколько характерных результатов при моделировании, можно экстраполировать результаты на другие условия, гранулометрические составы, степени уплотнения, соблюдая условия подобия. Каждому типу руды, принятому грансоставу, степени уплотнения и размеру подсечки соответствует свой предельный свод естественного равновесия. Превысив определенную предельную ширину подсечки свод естественного равновесия разрушается, начинается процесс развития самообрушения, который достигает поверхности. Задачами исследования параметров самообрушения руды методом физического моделирования являлось установление зависимостей между временем виброуплотнения и степенью уплотнения руды, отношением предельного полупролета подсечки к высоте свода, параметрами выпуска уплотненной руды при различных размерах подсечки.
Модель представляла собой раму, сваренную из металлического уголка 50x50мм, размерами 91х36х70см\ в качестве стенок использовалось оргстекло толщиной Зсм (Рис 2.8). Рис. 2.8. Общий вид модели по выпуску уплотненной руды с помощью вибрации. В качестве материала модели использовался железистый кварцит. Руда, засыпаемая в модель, имела в первой серии экспериментов гранулометрический состав: 2мм - 5%, 2-6мм - 12%, 6-10мм - 20%, 10-14мм - 25%, 14-18мм - 20%, 18-24 - 12%, 24-30мм - 6%. Уплотнение материала модели создавалось путем вибрации и пригрузки , с использованием двух электровибраторов ВГ-116-1, мощностью 2кВт, с выносными эксцентриковыми виброагрегатами, которые жестко крепились к металлической базе модели.
Обоснование показателей извлечения при отработке блоков системами с самообрушением
Начиная; от исходного положения, когда потери? равньь 1, кривая потерь, (п) опускается под углом 45 , этот процесс продолжается до момента, когда опускающийся контакт руды- с налегающими породами не достигнет уровня касающихся эллипсоидов. Это точка окончания выхода чистой руды, начала разубоживания. Далее кривая потерь будет опускаться под меньшим углом, выполаживаясь до горизонтального положения при выпуске 110-120% запасов блока [ 8,11]. Кривая общего разубоживания (р) появляется от нуля на. оси; абсцисс в момент появления первых кусков породы. Точка началам разубоживания определяется как проекция от точки на кривой потерь(п) на ось абсцисс - точки появления первых кусков пустой породы. Кривая разубоживания в дозе выпуска (рд) начинается- в той же: точке и достигает уровня 100% в момент, когда в дозе окажется-только:пустая порода-.(объем.;выпуска,- ПО - 120% запасов блока): За дозу выпуска в. настоящее: время принят объема руды, доставляемый в одном; ковше ИДМ. Как правило, отработка блока прекращается раньше достижения разубоживания в;дозе уровня 100%.
Развитие эллипсоидов выпуска, воронок; внедрения пустых пород происходит при вторичном разрыхлении выпускаемой руды, и поэтому первичнышкоэффициент разрыхления определяет только размеры площади влияния одного выпускного отверстия. Для систем с самообрушением руды коэффициент вторичного разрыхления ниже, чем для систем.с принудительным обрушением, в силу большего среднего размера куска.
Эффективность применения систем с самообрушением, как и других технологий, оценивается в натуральных и экономических показателях. Для систем разработки: главными показателями являются величина извлечения руды из блока, потери, разубоживание, коэффициент подготовки. Также определяющими являются возможная производительность блока, себестоимость добычи, производительность труда на человека в смену и др. Здесь рассматриваем основные натуральные показатели системы разработки.
Проведем укрупненную сравнительную оценку величины потерь и разубоживания руды. Результаты исследований и практика отработки блоков системами с самообрушением показывают, что важным фактором, улучшающим показатели извлечения является то, что при большой высоте очистных блоков, достигающих на рудниках Премьер, Хендерсон, Эль Тениенте и других 300 - 460м, коэффициент подготовки равен 1,0-1,5п.м на 1000т балансовых запасов [24]. Объем подготовительных операций снижается в 2-3 раза и более. Для рудника «Удачный» АК АЛРОСА, с проектной производительностью 4,5млн.т. руды в год, объем подготовительно - нарезных работ составит 4500 — 6750м выработок, тогда как при системах с этажным или с подэтажным принудительным обрушением объем подготовки составит 13500 — 20250м в год.
В результате физического моделирования выпуска уплотненных руд выявлена особенность в поведении обрушенной руды: формирование выпускной воронки в основании блока характеризуется меньшим углом наклона ее боковой поверхности (Рис. 4.2). Это объясняется тем, что в проектах отработки блоков размеры выпускных воронок и траншей для систем с принудительным обрушением И с самообрушением принимаются одинаковые, хотя рудная масса, выпускаемая через них, разная по среднему размеру куска, параметрам истечения руды к выпускному отверстию. Конструкции оснований блоков выбираются из условия устойчивости доставочных выработок, размеров ПДМ, видов крепления пунктов выпуска и заездов и пр.
При самообрушении гребни из обрушенной руды, возникающие между воронками при выпуске и являющиеся основными потерями в основании блока, меньшие по высоте, чем при этажном принудительном обрушении. Они формируются крупнокусковой рудой, происходит их раздавливание весом столба большой высоты - выпускаемой руды и налегающих пород. Средний угол истечения руды из воронки меньший, что вызвано тем, что зацепление между более крупными (чем при принудительной отбойке) кусками движущейся и неподвижной руды выше, что вовлекает в выпуск куски, руды из: гребней: При: выпуске рудьь крупные движущиеся куски.; вовлекают в движение: часть неподвижных кусков руды на поверхности воронки.
Эффект раздавливания высоких гребней из отбитой руды между выпускными воронками столбом выпускаемой руды при отработке блоков активно используется на руднике "Заполярный" ЗАО "Норильский никель". Система разработки - этажное принудительное обрушение с донным выпуском. Рудное тело залегает слабонаклонно. При мощности отбиваемого рудного слоя 20м для снижения потерь в гребнях, более полного выпуска руды, налегающие сверху породы специально обуриваются веерами скважин и взрываются; вслед за отбойкой руды. Получается выпуск руды под давлением высокого столба отбитой руды и обрушенных сверху пород. За счет суммарного давления: столба отбйтош руды- и налегающих пород гребни между воронками раздавливаются, угол истечения руды из: воронки; уменьшается, руда в большем объеме выпускается из воронок, что уменьшает ее потери в гребнях [119 ].
В; условиях реального рудника, с само обрушением руды давление; столба обрушенной руды на основание очистного блока большее, чем при принудительном обрушении. Высота блока - столбаї обрушенной руды в данных условиях значительно выше, чем в- системах с; принудительным- обрушением, где рудное тело делитсяшо вертикали на горизонты по60-90м и- столб отбитойфуды не превышает 60м.
В силу этого суммарного влияния: - раздавливания гребней столбом выпускаемой руды и уменьшение угла истечения привыпуске крупнокусковойруды: - потери обрушенной руды в основании блока; при самообрушении: ниже;. чем при: этажном принудительном: обрушении;
