Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса и задачи исследования 10
1.1. Анализ карбонатных месторождений и особенности их разработки 10
1.2. Требования, предъявляемые к щебню из карбонатных пород 14
1.3. Влияние неоднородности свойств пород в массиве на качество щебня и прочность строительных композитов на их основе 16
1.4. Применение ЭВМ для обработки геологической информации при проектировании открытых горных работ 18
1.5. Постановка цели и задачи исследования 21
ГЛАВА 2. Методические рекомендации по разбиению месторождений строительных горных пород по площади и глубине залежи на участки и блоки с заданными технологическими характеристиками 24
2.1. Обработка данных геологической, детальной и эксплуатационной разведки методами нелинейной интерполяции и экстраполяции непрерывными функциями двух переменных 24
2.2. Обработка данных геологической, детальной и эксплуатационной разведки с помощью программы «RKUPM» и программного пакета "SURFER" 29
2.3. Сравнительный анализ и оценка погрешности результатов вычисления объемов по математическим моделям залежей выполненных вручную и построенных с использованием программы «RKUPM» и программного пакета «Surfer» 33
2.4. Использование программного обеспечения для проведения картирования Мелехово-Федотовского месторождения карбонатных пород по качественным и количественным характеристикам 47
2.5. Рекомендации по картированию и расчету объема тел месторождений строительных горных пород по данным геологической и эксплуата ционной разведки 66
ГЛАВА 3. Методические рекомендации по выбору рациональной высоты добычного уступа слоистых залежей, обеспечивающие получение щебня с заданной маркой прочности 70
3.1. Обоснование и сущность метода 70
3.2. Примеры моделирования рациональной высоты уступов с целью получения щебня заданных марок прочности 84
3.3. Разработка неоднородных карбонатных месторождений с применением тракторных структур комплексной механизации 89
ГЛАВА 4. Расширение базы данных по физико- техническим свойствам минеральных составляющих горныхпород 105
4.1. Методические рекомендации по расширению базы данных по физико-техническим свойствам минеральных составляющих горных пород 105
4.2. Расчет недостающих данных по прочностным свойствам минералов 115
ГЛАВА 5. Расчетные методы оценки физико- технических свойств пород и композиционных материалов 126
5.1. Методика оценки комплекса физико-технических свойств пород по свойствам минеральных составляющих и их объемным содержаниям 127
5.2. Оценка комплекса физико-механических свойств заполнителей используемых для производства композиционных строительных материалах различного целевого назначения 131
5.3. Общая характеристика технологии производства строительных изделий на многокомпонентных заполнителях с применением полимерных смолЭД-20иПН-1 134
5.4. Методика оценки комплекса физико-технических свойств композиционных строительных материалов на многокомпонентных заполнителях 136
5.5. Установление влияния неоднородности заполнителя на свойства строительных композитов 138
ГЛАВА 6. Оценка экономической эффективности предложенных технологических решений 145
6.1. Выбор показателей оценки экономической эффективности инвестиционных проектов 145
6.2. Оценка экономической эффективности использования программного пакета «SURFER» и программы «RKUPM» для решения горнотехнических задач связанных с разработкой месторождений строительных горных пород 146
6.3. Оценка экономической эффективности организации производства строительных материалов на полимерных связующих 150
Заключение 168
Литература
- Требования, предъявляемые к щебню из карбонатных пород
- Обработка данных геологической, детальной и эксплуатационной разведки с помощью программы «RKUPM» и программного пакета "SURFER"
- Примеры моделирования рациональной высоты уступов с целью получения щебня заданных марок прочности
- Расчет недостающих данных по прочностным свойствам минералов
Введение к работе
Актуальность работы. До не давнего времени в условиях плановой экономики директивно определялось и регулировалось количество и номенклатура продукции, выпускаемой горными предприятиями, разрабатывающими месторождения строительных горных пород. Оказавшись в условиях рыночной экономики, горные предприятия столкнулись с новыми особенностями ведения финансово-хозяйственной деятельности, выразившимися в необходимости повышения их конкурентоспособности за счет повышения комплексности использования горной массы, вовлекаемой в процессы добычи и переработки, улучшения качества продукции и расширения ее номенклатуры.
Увеличение числа разрабатываемых сложно-структурных месторождений в условиях рыночной экономики с большой остротой обнажили проблемы добычи, переработки, повышения качества продукции при условии комплексного и рационального использования сырья на щебеночных карьерах Российской Федерации.
Таким образом, для успешного функционирования горных предприятий нерудной промышленности в сегодняшних экономических условиях необходима такая организация ведения открытых горных работ, которая позволит управлять качеством исходной горной массы и товарной продукции с учетом конъюнктуры рынка, при условии обеспечения высокой рентабельности горного производства. Реализация данных задач потребует более подробного геологического изучения неоднородных месторождений, разработки новых методов обработки геологической информации, в том числе и с применением ЭВМ для картирования месторождений не только по элементам залегания, но и по физико-техническим свойствам пород, вовлекаемых в добычу и переработку, установления зависимостей, характеризующих взаимосвязь между механическими свойствами неоднородной карбонатной толщи и основными параметрами карьера. Это позволит обеспечить достоверной горно-геологической информацией необходимой для обоснования возможности использования в процессе добычи и переработки природной неоднородности по залеганию и качественным характеристикам пород карбонатного месторождения при ведении раздельной открытой разработки с целью повышения качества товарной продукции и увеличения степени комплексности использования сырья.
Данные обстоятельства определяют актуальность разработки методов и технологических решений обеспечения ведения раздельной открытой разработки месторождений карбонатных пород неоднородных по своим качественным характеристикам, по площади и глубине залежи при комплексном и рациональном использовании сырья за счет оперативного управления номенклатурой, объемами и качеством выпускаемой товарной продукции.
Целью работы является обоснование технологии раздельной открытой разработки при комплексном и рациональном использовании сырья неоднородных карбонатных месторождений, позволяющей расширить номенклатуру и управлять качеством исходной горной массы на различных стадиях технологических процессов добычи и переработки пород, за счет более детального прогнозирования свойств пород и элементов их залегания в объеме залежи и организации производства нетрадиционных видов продукции, на основе сырья и отходов горного производства.
Идея работы заключается в использовании природной неоднородности полезной толщи по элементам залегания и физико-техническим свойствам пород в объеме залежи для решения различных горно-технологических задач, связанных с обеспечением управления качеством и номенклатурой товарной продукции на карьерах, разрабатывающих карбонатные месторождения.
Предмет и объекты исследования. Предметом исследования является обоснование технологии раздельной открытой разработки при комплексном использовании сырья неоднородных карбонатных месторождений. В качестве объекта исследования рассматривается Мелехово-Федотовское месторождение карбонатных пород.
Научные положения, разработанные лично соискателем, и их новизна:
- установленное экспоненциальное уравнение зависимости между показателем дробимости горных пород в цилиндре и отношением пределов прочности карбонатных пород на сжатие и растяжение, позволяет определить марку щебня по прочности с погрешностью, не превышающей ± 10 % для пород, обладающих пределом прочности на сжатие от 20 до 150 МПа;
- выбор оптимальной высоты добычных уступов или подуступов для получения товарной продукции с различными качественными характеристиками при разработке неоднородных карбонатных месторождений на щебень должен осуществляться с учетом упругих и прочностных характеристик слоев пород, слагающих полезную толщу, путем повариантного анализа результатов расчетов качественных характеристик исходной горной массы и товарной продукции в зависимости от принимаемой высоты уступа;
- установлено, что предварительное ослабление массива карбонатных пород с помощью гидромолотов расширяет область эффективного применения механических рыхлителей в 1,5 -г- 2 раза, обеспечивая возможность их использования при раздельной открытой разработке неоднородных карбонатных месторождений с прочностью пород более 80 МПа;
- установленные методом наименьших квадратов полиномиальные многофакторные эмпирические взаимосвязи прочности при сжатии и растяжении минеральных составляющих горных пород от модуля Юнга, коэффициента Пуассона и твердости по шкале Мооса, позволяют оценивать прочностные свойства основных породообразующих минералов и обеспечивают возможность прогнозирования комплекса физико-технических свойств более широкого круга горных пород, необходимых для решения различных горно-технологических задач и оценки комплекса физико-технических свойств и потребительских характеристик бетонов и полимер-бетонов на основе сырья и отходов горного производства;
- экономичность разработки сложно-структурных месторождений карбонатных пород достигается за счет проведения селективной выемки при использовании мобильного оборудования в комплексе со стационарными дробильными установками, которые обеспечивают техническую возможность разбиения уступов на подуступы рациональной высоты с требуемым качеством горной массы, для получения разнообразной продукции из карбонатных пород, в том числе и заполнителей различных марок по прочности.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается;
- проведенным анализом научно-технической литературы по вопросам исследования более чем за 20 - летний период;
- корректностью разработанных методов расчета комплекса физико-технических свойств композиционных строительных материалов, обеспечивающих сходимость теоретических и экспериментальных значений с точностью не менее ± 10 %;
- применением методов корреляционного анализа, статистики, математического моделирования и хорошей сходимостью результатов расчета с данными лабораторных экспериментов;
- проведенной оценкой экономической эффективности предложенных технологических решений с использованием экономических показателей, принятых в мировой и отечественной практике.
Научное значение работы заключается в установлении многофакторных эмпирических и теоретических взаимосвязей между физическими свойствами минералов, горных пород и строительных композитов на их основе, в оценке области применимости современных программных продуктов для картирования сложно-структурных карбонатных залежей по элементам их залегания и физико-техническим свойствам пород слагающих неоднородную полезную толщу, установлении взаимосвязи между характеристиками залегания, а также прочностными свойствами массива и применяемой технологией комплексной разработки неоднородной карбонатной толщи, в установлении зависимостей качественных характеристик горной массы слоистых залежей от их местоположения в пространстве, высоты уступов и подуступов.
Практическое значение работы заключается в обосновании технологии раздельной открытой разработки карбонатных месторождений неоднородных по залеганию и физическим свойствам пород, обеспечивающей повышение качества и расширение номенклатуры продукции за счет разбиения полезной толщи на уступы или подуступы в зависимости от прочностных характеристик пород и установлении технологических комплексов оборудования, обеспечивающих возможность эффективного использования механических рыхлителей при без взрывной разработке карбонатных пород с пределом прочности на сжатие более 80 МПа.
Апробация результатов исследований. Основные положения и результаты работы докладывались автором на симпозиуме "Неделя горняка", Москва, МГГУ, 1997г., на семинарах кафедры ТО МГГУ, 1999, 2000 г.г.
Реализация результатов исследований. Рекомендации по картированию неоднородных месторождений строительных горных пород, оценке комплекса физико-технических свойств горных пород и многокомпонентных композиционных материалов на синтетических связующих были внедрены в учебный процесс кафедры «Технологии, механизации и организации горных работ» МГГУ. Выводы и реко мендации по управлению номенклатурой и качеством продукции при открытой разработке сложно-структурных месторождений строительных горных пород были приняты к реализации ОАО «Московский комбинат стройматериалов» (МКСМ).
Публикации. По теме диссертации имеется 6 публикаций.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, четырех приложений и списка использованной литературы из 160 наименований. Она изложена на 197 страницах машинописного текста, содержит 55 рисунков, 60 таблиц.
Автор выражает глубокую благодарность и признательность сотрудникам кафедры «Технологии, механизации и организации открытых горных работ» МГГУ за оказанную помощь при работе над диссертацией и внедрении основных результатов исследований в учебный процесс кафедры.
Требования, предъявляемые к щебню из карбонатных пород
К основным задачам горно-геометрического анализа при открытой разработке месторождений строительных горных пород, как правило, неглубоких, пологих или слабонаклонных, но не выдержанных по площади залежи мощностям вскрышных пород и полезного ископаемого, относится следующее: оконтуривание месторождения; подсчет запасов; выбор направления фронта (фронтов) горных работ; установление зависимости текущих объемов вскрышных пород и полезного ископаемого от изменения пространственных координат; выбор систем разработки и способа вскрытия месторождения; осуществление долгосрочного и краткосрочного календарного планирования при отработке залежи полезного ископаемого.
В настоящее время анализ режима горных работ при открытой разработке месторождений строительных горных пород осуществляется, как правило, с использованием графоаналитического метода акад. В.В. Ржевского [118]. Недостаток этого метода заключается в применении линейной интерполяции при построении изолиний поверхности, мощностей вскрышных пород и полезного ископаемого, расчете объемов вскрышных пород и полезного ископаемого по заходкам, а также большая трудоемкость реализации этого метода.
Использование ЭВМ для обработки геологической информации в последнее время находит все белее широкое применение. Имеются возможности использования пакетов программ типа «MATHCAD», «SURFER» и других программных пакетов пригодных для построения изолиний поверхностей месторождений, мощностей вскрышных пород полезного ископаемого, расчета объемов залежи и других параметров пород, на основании введенных в ЭВМ исходных данных. Решение данных задач в большинстве программных продуктов достигается методом линейной интерполяции, что приводит к снижению точности проводимых расчетов. Кроме того, к недостатку этих программных продуктов, наряду с тем, что в них используется линейная и кубическая интерполяция для нахождения координат изолиний, относится и то, что в них используется «кусочная» аппроксимация (сплайны), в узлах которой функции, описывающие уравнения изолиний искомых параметров на плоскости, испытывают «переломы». Они весьма заметны на геологических чертежах месторождений, полученных с использованием выше перечисленного программного обеспечения. Но главный недостаток этих программ заключается в том, что в них практически не учитывается взаимокорреляция между аргументами (координатами х и у). Таким образом, при применении этих программных пакетов требуется обязательная проверка на адекватность (сопоставление прогнозных и реальных (исходных) значений исследуемых параметров пород).
В программном пакете «SURFER» наряду с возможностью хаотического ввода данных геологической разведки (с последующим перерасчетом их на полную прямоугольную сетку) имеется возможность введения оператором ЭВМ уравнения поверхности, характеризующей зависимость качественных и количественных характеристик залежи, пласта, полезного ископаемого и т.п. от изменения пространственных координат. Для широкого типа залежей месторождений строительных горных пород с меняющимися мощностями вскрышных пород и полезного ископаемого в пределах исследуемого контура залежи современное развитие аналитических методов обработки цифровой информации и компьютерной техники создает предпосылки для разработки и внедрения более сложных, но более точных аналитических и графических методов получения полной информации для анализа режима открытых горных работ, в том числе и при разработке месторождений строительного сырья открытым способом. Использование этих методов позволит существенно повысить точность горно-геометрического анализа за счет применения нелинейных методов интерполяции и экстраполяции данных геологической разведки используемых для получения соответствующих уравнений поверхностей исследуемых признаков с учетом взаимокорреляции аргументов (координат), что в конечном итоге обеспечит повышение эффективности горных разработок.
Рассматриваемый аналитический метод обработки геологических данных при получении достоверной исходной информации для анализа ведения открытых горных работ, позволяет полностью переложить на ЭВМ, кроме ввода исходных данных, все операции по их обработке, включая и установление закономерностей изме нения параметров пород (физико-технические свойства, содержание полезных и вредных компонентов и др.). Данный метод позволяет с более высокой точностью осуществлять построение изолиний поверхности месторождений, мощностей вскрыши и полезного ископаемого, геологических разрезов залежи, расчета объемов вскрышных пород, полезного ископаемого, коэффициентов вскрыши и других характеристик пород зависящих от пространственных координат.
Выбор математической модели для установления уравнения поверхности характеризующего пространственную изменчивость исследуемых характеристик.
Предлагаемый аналитический метод основывается на использовании аналитических и графические методов получения и обработки геологической информации, изложенных в работах Ф. Грейбилла, У. Крамбейна, А. Ноулеса, Р.Г. Петро-ченкова, В.М. Тростя и др. авторов [29, 58, 61, 83, 89, 91, 92, 99, 106, 107, 108, 113, 134] и, в первую очередь, предусматривает установление по исходным геологическим данным, полученным по прямоугольной или квадратной сетке разведочных скважин или с их хаотическим расположением, зависимостей любых характеристик пород Z, от координат с последующим получением уравнения поверхности характеризующего пространственную изменчивость исследуемых признаков (например физико-технических свойств, мощности вскрышных пород и полезного ископаемого) от двух координат х и у в заданных пределах. Вид этих функций может устанавливаться различными методами (интерполяции и аппроксимации), в том числе и с применением метода наименьших квадратов [55, 89, 90, 106, 107, 108, 113].
При сложной в плане форме залежи ее удобно разбивать на прямоугольные в плане участки, как до ввода в ЭВМ информации по скважинам, так и после. На основании исходных данных, полученных по неполной сетке или при хаотичном опробовании, установив аналитическую зависимости Z = f(x, у), легко выбрать новую систему координат и преобразовать полученную зависимость Z = f(x, у) в эту систему координат, рассчитав прогнозные значения исследуемых параметров по полной прямоугольной сетке. В дальнейшем полученные данные можно использовать для проверки прогнозных значений на адекватность или для выполнения других операций связанных с анализом режима горных работ.
Обработка данных геологической, детальной и эксплуатационной разведки с помощью программы «RKUPM» и программного пакета "SURFER"
В соответствии с разработанными методическими рекомендациями по использованию программы «RKUPM» и программного пакета «SURFER» были обработаны геологические данные по Меллехово-Федотовскому месторождению карбонатных пород.
На первом этапе решения данной задачи, используя имеющиеся геологические данные, было проведено картирование одного из участков месторождения по количественным и качественным характеристикам (мощности полезного ископаемого, технологических свойств, прочности исходной горной массы). На втором этапе, используя полученные карты, было произведено разбиение месторождения на блоки с учетом качественно количественных характеристик пород слагающих полезную толщу.
Проведение картирования позволит, наряду с использованием методов управления запасами горной массы в карьерах [2, 155, 154], осуществлять добычу и ее переработку в товарную продукцию с учетом спроса и требований заказчика на ту или иную продукцию. Данные геологического опробования по 4 участку Мелехово-Федотовского месторождения (см. табл. 2.10-2.12) были введены в рабочую таблицу исходных данных подпрограммы «Random» программы «GRID» программного пакета «SURFER». Созданные (гіа1:)-файльі исходных данных были обработаны программой «GRID» в файлы с расширением (grd) (см. приложение №1). Используя в программе «ТОРО» исходные (grd) afinbi были построены следующие контурные карты, характеризующие качественные и количественные характеристики карбонатных пород слагающих Мелехово-Федотовское месторождение:
Дальнейшая интенсификация горного производства, продиктованная сложившимися экономическими условиями хозяйствования, необходимость обеспечения высокой рентабельности горного производства невозможна без повышения качества и расширения номенклатуры предлагаемой продукции. Успех в решении этих задач, связан с правильностью проведения оперативного планирования добычи полезного ископаемого, позволяющего выполнить обязательства в соответствии с набранным портфелем заказов. Кроме того, в условиях неизменного ухудшения горно-геологических условий разрабатываемых месторождений появляется необходимость применения селективной технологии добычи полезного ископаемого, обеспечивающей технологическую возможность получения горной массы необходимого качества. Проведение оперативного планирования и селективная добыча полезного ископаемого неразрывно связаны с увеличением количества геологической информации о разрабатываемом месторождении. В этих случаях, применение вычислительных машин и соответствующего программного обеспечения позволит быстро и с высокой точностью обработать исходные геологические данные, и обеспечит горное производство необходимой информацией для осуществления планирования и ведения вскрышных и добычных работ. Учитывая вышесказанное, применение программы «RKUPM» и программного пакета «SURFER», для решения задач в области горного дела, возникающих на различных этапах планирования и освоения месторождений, может обеспечить выполнение задач связанных с обработкой исходной геологической информации.
Говоря об области применения данного программного обеспечения необходимо отметить, что его использование при решении задач горно-геометрического анализа связанных с открытой разработкой месторождений, прежде всего, распространяется на пологие или слабонаклонные, выдержанные или относительно выдержанные не имеющие смещений или иных разрывных нарушений пластов вскрышных пород или полезного ископаемого в пределах изучаемого блока. Учитывая это, применение данных программ целесообразно для проведения горногеометрического анализа месторождений строительных горных пород, что подтверждается результатами обработки данных геологической разведки Мелехово-Федотовского месторождения.
Учитывая область применения программ, они могут быть использованы следующими специалистами: геологами - при обработке геологоразведочной информации, при подсчете запасов и оконтуривании месторождения; инженерами-проектировщиками - при решении задач связанных с вскрытием месторождения, выбором технологии разработки с учитывающей геологические особенности месторождения, гарантирующие рациональную добычу полезного ископаемого, его высокое качество и широкую номенклатуру продукции; специалистами геолого-маркшейдерской службы - для решения задач связанных с обеспечением качественных и количественных показателей при проведении календарного планирования ведения горных работ, для подсчета объемов добычи и переработки отдельных типов (сортов) полезного ископаемого, обеспечения заданного качества товарной продукции, оптимизации величины потерь и разубоживания в планируемом периоде; инженерами-технологами - при составлении горнотехнической документации для решения горно-технологических следующих задач связанных с осуществлением рациональной добычи полезного ископаемого.
Таким образом, данное программное обеспечение позволяет существенно упростить решение следующих задач в области горного дела: по установленным закономерностям (уравнению поверхности) полученному с помощью программы «RKUPM» строятся с помощью графопостроителя или принтера графики изменения текущих объемов вскрышных пород и полезного ископаемого, а также коэффициентов вскрыши; по установленной зависимости типа (2.1), находятся уравнения функций одного переменного х или у, дающие возможность построения гипотетических разрезов мощностей вскрышных пород и полезного ископаемого (для построения реальных разрезов требуется дополнительно получение уравнений поверхности залежи, кровли и почвы пластов, которое осуществляется аналогичными методами); на основании результатов картирования месторождения при помощи программного пакета «SURFER», выбирается система разработки месторождения, направление фронта работ (в частных случаях направлений) и производится анализ режима горных работ, в том числе и с учетом сортности;
Примеры моделирования рациональной высоты уступов с целью получения щебня заданных марок прочности
В качестве примера реализации разработанных методических рекомендации по выбору рациональной высоты добычного уступа слоистых залежей, обеспечивающего получение щебня с заданной маркой прочности за счет учета прочностных и упругих свойств пород, разрабатываемой карбонатной толщи, и моделирования количества, вовлеченных в добычу пластов с различными прочностными свойствами, был выбран 4 участок ОАО «Ковровское карьероуправление», разрабатывающего Мелехово-Федотовское месторождение карбонатных пород.
Мелехово-Федотовское месторождение расположено во Владимирской области, в 7 - 10 км от г. Ковров, и представлено осадочными карбонатными породами, имеющими практически горизонтальное залегание.
В соответствии с выбранной системой разработки, добыча полезного ископаемого осуществляется на карьере, имеющем 3 добычных и 2 вскрышных уступа (см. табл. 3.6). Буровзрывные работы ведутся подрядным способом. Бурение скважин производиться двумя станками СБУ-125-24. Расход взрывчатого вещества (аммонит №6, зерногранулит, гранулит АС) составляет от 0,4 до 0,5 кг/м3. Погрузка горной массы для транспортировки на ДСФ производится тремя экскаваторами ЭКГ-4,6 (с годовой производительностью 385 м3/год) в автосамосвалы КраЗ-756.10 (ранее Краз-256Б). Горная масса 1-го добычного уступа (доломиты) может использоваться как сырье для стекольной промышленности, сельского хозяйства и строительной промышленности (производство доломитовой и известняковой муки, строительной извести, щебня, бутового камня и т.п.). Горная масса со 2-го и 3-го добычных уступов поступает на ДСЗ №2 для производства щебня марок от М200 до М600, а также частично используется для получения бутового камня. Выход готовой продукции, т.е. щебня и бута соответственно составляет 41,0 % и 5,4 %.
На основании имеющихся данных геологической разведки [56, 76] по рассматриваемому участку была составлена таблица 3.7, характеризующая мощность и прочностные свойства пластов карбонатной толщи II и III уступов.
Используя исходные данные о прочностных свойств пород, слагающих полезную толщу (см. табл. 3.7.) и методику расчета изложенную в параграфе 3.1, а также программу «USTUP» и программный пакет «Excel» были оценены прочностные характеристики щебня (см. приложение №2), получаемого из исходной горной массы при условии селективной добычи и переработки каждого пласта в отдельности (при условии того, что содержание слабых разностей в исходной горной массе не превышает 10 %). Результаты расчета представлены в таблице 3.8.
Анализируя результаты, полученные в таблице 3.8, можно сделать вывод, о том, что породы карбонатной толщи пригодны для производства щебня марок от М400 до Ml000, что позволяет рассчитывать на получение продукции, широкой номенклатуры и разнообразного качества (см. рис. 3.6).
Таким же образом, используя исходные данные о прочностных свойствах пород, слагающих полезную толщу (см. табл. 3.7.) были оценены прочностные свойства щебня, при условии того, что карбонатная толща разрабатывается в соответствии с принятой системой разработки месторождения с поуступным валовым рыхлением, применением БВР и валовой выемкой разрыхленной горной массы по простой схеме экскавации (см. табл. 3.9).
Анализ результатов оценки прочностных свойств щебня, получаемого при ведении валовой выемки пород, показал, что прочность щебня, из исходной горной массы поступающей со второго и третьего уступов соответственно составит М400 и М600 (см. рис. 3.7). Это свидетельствует о том, что ведение валовой разработки не позволяет использовать природную неоднородность карбонатного месторождения и приводит к снижению качественных характеристик товарной продукции и невозможности предложить потребителю широкую номенклатуру продукции.
Аналогично, используя исходные данные о прочностных свойств пород, слагающих полезную толщу (см. табл. 3.7.) были оценены прочностные свойства щебня при условии раздельной открытой разработки карбонатной толщи месторождения с учетом предложенных методических рекомендаций по выбору оптимальной высоты уступа, обеспечивающего заданные качественные характеристики исходной горной массы (см. табл. 3.10).
Анализируя полученные результаты расчетов (см. табл. 3.10), можно сделать вывод, о том, что разбиение добычных уступов на подуступы позволяет добиться повышения качества добываемой горной массы и наладить выпуск щебня широкой номенклатуры, в том числе и с маркой по прочности: М300; М400; М600; М800 и даже Ml000 (см. рис. 3.8).
Таким образом, из результатов проведенных исследований следует, что, используя предложенную методику расчета упругих и прочностных свойств карбонатной толщи в зависимости от высоты разрабатываемого уступа (т.е. количества одновременно разрабатываемых слоев карбонатных пород), можно обеспечить стабильное качество продукции, и существенно расширить номенклатуру выпускаемой продукции (как минимум в двое) за счет разбиения добычного уступа на подуступы и ведения раздельной открытой разработки разнопрочных карбонатных пород.
Расчет недостающих данных по прочностным свойствам минералов
Сравнение экспериментальных и прогнозных значений прочности при сжатии по уравнениям (4.23) - (4.25) приведены в таблице 4.2. Ошибка прогнозирования (относительные среднеквадратические отклонения прогнозных и экспериментальных значений) прочности при сжатии двадцати минералов по формулам (4.23) -(4.25) через значения модулей Юнга тех же минералов составило + 35,83 %; коэффициента Пуассона - + 46,95 %; твердости по шкале Мооса - ± 13,58 % (см. табл. 4.3), что является не вполне удовлетворительным результатом. Действительно, например, минералы, обладающие одинаковой твердостью по шкале Мооса, согласно уравнению (4.25) имеют одинаковые значения прочности при сжатии, чего заведомо не может быть. Поэтому требуется совершенствование метода прогнозирования свойств пород за счет увеличения рассматриваемых факториальных характеристик.
Аналогичным образом, используя данные таблицы 4.1, были установлены уравнения взаимосвязей между прочностью при растяжении Rpac минералов, с одной стороны, и модулем Юнга Е, коэффициентом Пуассона v и твердостью по шкале Мооса Тм тех же минералов, с другой стороны, в виде полиномов третьей степени, которые в детерминированном виде представлены ниже: Rpac(E) = - 1,847 + 1,5035Е + 0,0028Е2 - 0,000985Е3; (4.26) Rpac(v) = 31,998- 179,601 v + 551,1874v2 - 679,42v3; (4.27) Rpac(T) = - 47,169 + 39,207Тм - 9,0825(Тм)2 + 0,7005(Тм)3. (4.28) Размерности параметров те же, что и в уравнениях (4.23) - (4.25).
Сравнение экспериментальных и прогнозных значений прочности при растяжении по уравнениям (4.26) - (4.28) приведены в таблице 4.3. Среднеквадратическая ошибка прогнозирования прочности при растяжении минералов по соответствующим уравнениям взаимосвязи составила: через значения модуля Юнга - + 33,18 %; коэффициента Пуассона - ± 48,01 %; твердости минералов по шкале Мооса - ± 18,10%, см. табл. 4.4.
Из анализа результатов сравнения экспериментальных и прогнозных значений прочности при сжатии и растяжении минералов можно сделать вывод, что использование только одного из рассмотренных свойств недостаточно надежно для обеспечения приемлемой точности для практического применения прогнозирования прочностных свойств минералов по полученным взаимосвязям. В среднем ошибка прогнозирования должна составить для прочности при сжатии не менее ± 12,5 %, а для прочности при растяжении — ± 17,5 %, т.е. она должна соответствовать точности экспериментальных исследований прочностных свойств минералов и пород с учетом неоднородности их свойств в различных образцах, обусловленной неоднородностью минералов и пород как объекта исследования.
Для снижения ошибки прогнозирования параметров пород этими методом, необходимо усложнить вида уравнений связи между исследуемыми параметрами за счет комбинации установленных простых зависимостей в более сложные зависимости, по методу описанному в параграфе 4.1 (см. формулы (4.11) и (4.12).
Согласно данным таблиц 4.1 и 4.2 значения коэффициентов долевого участия, рассчитанные по формулам (4.13) и (4.14), будут t = 0,87, k = 0, 9809. При этом точность прогнозирования по формулам (4.11) и (4.12) будет лучшей, чем по однофак-торным взаимосвязям, см. уравнения (4.26) - (4.28). Сравнение экспериментальных и прогнозных значений прочности при сжатии минералов по уравнениям (4.11) и (4.12) приведены в таблице 4.2. Средняя ошибка прогнозирования прочности при сжатии минералов понизилась соответственно до ± 11,7 % и ± 13,55 %, см. табл. 4.4. Такая точность прогнозирования прочности при сжатии минералов приемлема, особенно по уравнению (4.11). Однако приведенный выше метод, а также соответствующее программное обеспечение ("Appro 100"), позволяет провести комбинацию уравнений типа (4.11) и (4.12) из парных взаимосвязей в тройную. В результате имеем:
Значение коэффициента долевого участия, рассчитанного по формуле (4.20) согласно данным таблиц 4.1 и 4.2, с использованием программы "Appro 100", будет Гсж = - 0,04554. Из выражения (4.19), с учетом уравнений (4.20), (4.26 - 4.28), получим следующее уравнение взаимосвязи: R«rr,E,V) = - 439,0392 + 367,1556ТИ - 87,06648ТИ2 + 6,8494ТИ3+ 2,97704Е -0,0О652236Е2 - 0,00149806Е3 + 2,209129v - 6,80181v2 + 8,3289v3, МПа, (4.29)
Сравнение экспериментальных и прогнозных значений прочности при сжатии минералов по уравнению (4.29) приведены в таблице 4.2. Ошибка прогнозирования прочности при сжатии минералов понизилась до + 11,69 %, (см. табл. 4.4). Хотя средняя точность прогнозирования прочности при сжатии минералов изменилась несущественно, однако прогнозирование для каждого из всех минералов в отдельности стало более достоверным.
