CC BY
167
------------------------------------------ © Ю.В. Волков, И.В. Соколов,
А.А. Смирнов, Ю.В. Антипин, 2011
УДК 622.013.364
Ю.В. Волков, И.В. Соколов, А.А. Смирнов, Ю.В. Антипин
ОБОСНОВАНИЕ ЭТАЖНО-КАМЕРНОЙ СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ С ТВЕРДЕЮЩЕЙ ЗАКЛАДКОЙ И ПРИМЕНЕНИЕМ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОГО ЦЕЛИКА НА ОСНОВЕ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО СООТНОШЕНИЯ ПОКАЗА ТЕЛЕЙ ИЗВЛЕЧЕНИЯ
Изложены результаты исследований по обоснованию целесообразности применения рудного предохранительного целика при этажно-камерной системе разработки с твердеющей закладкой. На основе разработанной методики определено оптимальное соотношение показателей потерь и разубоживания для условий Гайского подземного рудника.
Ключевые слова: добыча, камерная выемка, предохранительный целик.
~П настоящее время на Урале осу-
-Ж-Э ществляется подземная разработка Гайского, Узельгинского, Учалинского, Сибайского, Молодежного и Александринского медноколчеданных месторождений. Свыше 95 % запасов осваивается по этажно-камерной системе разработки с твердеющей закладкой. Особенностью горно-геологических условий является наличие неустойчивых вмещающих пород висячего бока, которые при подработке отслаиваются и об-рушаются в очистное пространство камер (рис. 1). Например, на Гайском подземном руднике в этаже 670/750 м из 49 камер 18 было отработано в неустойчивых вмещающих породах. В итоге снижается безопасность горных работ, ухудшаются показатели извлечения, эффективности добычи и обогащения.
Проектом разработки этажа 670/750м нормативные потери (П) установлены 2,5 %, разубоживание (Р) -10,0 %. С целью достижения нормативного показателя П, зачастую выну-
ждены идти на значительное превышение нормативного Р (до 20,1 %). Следует отметить, что нормативы П и Р были установлены 20 лет назад и не в полной мере соответствует современным горно-геологическим и экономическим условиям.
В результате исследований установлено, что для условий Гайского месторождения (рассматриваемого в качестве примера) наиболее приемлемым способом снижения Р является применение предохранительных целиков (ПЦ). Они не допускают обнажения неустойчивых пород и обеспечивают сохранение устойчивости очистного пространства весь период отработки камеры, что позволяет существенно повысить безопасность работ и снизить Р без дополнительных затрат. Недостатком этой технологии является увеличение П, определяемых размерами ПЦ. Очевидно, что технология, предусматривающая оставление ПЦ, требует технико-экономического обоснования.
Рис. 2. Геометрическая интерпретация (модель) варианта отработки камеры с ПЦ у висячего бока
Геометрическая интерпретация варианта отработки камеры с ПЦ у висячего бока приведена на рис. 2.
Методика выбора оптимального соотношения П и Р основана на определе-
нии области экономически эффективных соотношений, ее поэтапном структурировании и нахождении оптимума по критерию максимума прибыли. Величина прибыли (Пр) в зависимости от вели-
Пр,
2,5 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 П,%
О 20/4 40/4 60/4 80/4 80/5 80/6 80/7 80/8 80/9 80/10 h/T4, м
Рис. 3. Оптимизация технически возможных соотношений потерь и разубоживания в зависимости от высоты и толщины предохранительного целика
чин П и Р устанавливалась на основе эмпирической формулы, полученной в результате экономико-математического моделирования:
Пр(П, Р) = 188,97 - 3,7П - 7,02Р +
+ 0,02П2 + 0,1ПР - 0,07Р2 (R2 =
= 0,99). (1)
Из теории линейного программирования известно, что целевая функция достигает своего максимума в крайних точках многоугольника допустимых планов. В нашем случае область экономически эффективных соотношений П и Р представляет собой треугольник с вершинами в точках 1, 2 и 3 (рис. 3).
Координатами точки 1 являются: min П = 2,5 % (средние по этажу); max Р = 16 % (фактическое по рассматриваемой камере). Пр в данной точке минимальна.
Координаты точки 2: min П = =2,5 %; min Р = 5,5 % (наименьшее по этажу). Пр в этой точке максимальна. Значения Пр, лежащие на отрезке 1 - 2, отражают
Пи Р, соответствующие традиционной технологии.
Координатами точки 3 являются: max П = 32 % (наибольшие при технологии с ПЦ); min Р = 5,5 %. Здесь значение П определяется опусканием перпендикуляра из точки 1 до пересечения с линией Р (отрезок 1 - 3). Пр в данной точке минимальна, возможные соотношения П и Р ниже этого значения не рассматриваются.
Соединив три точки локализуем область эффективных соотношений П и Р (на рис. 3 показана красными линиями). Разумеется, что все соотношения П и Р, включенные в эту область, имеют значения Пр выше минимального. Данные значения соответствуют предлагаемой технологии с применением ПЦ.
Установленная область экономически эффективных соотношений состоит из областей технически невозможных (труднореализуемых) и возможных соотношений Пи Р, в последней можно выделить подобласти нерациональных и
рациональных соотношений. Область технически труднореализуемых соотношений определяется величиной П, обусловленных размерами ПЦ меньше устойчивых. Данная область выделена красным цветом. Соотношения Пи Р, лежащие вне данной области, составляют область технически возможных соотношений. Подобласть нерациональных соотношений определяется величиной П, обусловленных размерами ПЦ больше минимально допустимых. Следовательно, оптимальное соотношение П и Р устанавливается в подобласти рациональных технически возможных соотношений.
Наиболее эффективным - оптимальным - является соотношение П и Р, которое дает максимальную Пр. Можно считать, что размеры ПЦ, соответствующие данному соотношению, также являются оптимальными. Очевидно, что значения П и Р зависят как от размеров ПЦ, так и от геометрических параметров камер. Технически возможные Пи Р в зависимости от толщины и высоты ПЦ определяются по формулам (2) и (3):
Р = Рсоп& +
(
тл
L sin аН
Л
100%, (2)
данным практики, например,
высота ПЦ, м. Может принимать значения ^ = (0 ^1) Н, изменяясь с шагом 1/12 Н.
+
т
Н і ап а
У п
т
1 _-Ц у + L у
Н і Э1П а п р
100%
(3)
где ПсошЛ = 2,5 % - эксплуатационные потери без учета потерь в ПЦ. В данном случае, это нормативные потери для этажа 670/750 м, зависящие от горногеологических и горнотехнических условий разработки; а = 70° - угол падения рудного тела; L - длина камеры, 40 м; Н - высота этажа (камеры), 80 м; Тц -минимально допустимая толщина ПЦ рассчитывается или принимается по
4м; Ь„ -
где РсошЛ - разубоживание по камере без учета разубоживания от отслаиваемых пород висячего бока, %. В данном случае, это нормативное разубоживание, рассчитываемое по действующей на руднике методике; тп - мощность отслаиваемых пород висячего бока, примешиваемых к руде в процессе очистной выемки, от 2 до 20 м; уп, ур - плотность породы и руды, соответственно 2,7 и 3,6 т/м3.
В пределах исследуемой области определено оптимальное соотношение Пи Р в зависимости от ^ и Тц (см. рис. 3). Установлено, что с увеличением ^ от 0 до 80 м Пр возрастает и достигает наибольшей величины при hц = Н (точка А). При увеличении Тц от 4 до
11 м Пр снижается до минимального значения в точке 3.
В результате доказано, что наибольшая Пр достигается при оставлении ПЦ на всю высоту этажа (камеры) при его минимальной толщине (точка А). Применение данной технологии значительно эффективнее традиционной - Пр повышается на 55 руб/т (таблица).
Учитывая, что по технологии с ПЦ целесообразно отрабатывать не все, а около четверти камер в этаже, то средняя величина потерь по этажу 670/750 м составит около 5 %. Следует отметить, что эта величина потерь характерна для системы разработки горизонтальными слоями с закладкой,
Наименование Вариант отработка камер
показателя по традиционной технологии по технологии с ПЦ у висячего бока
1. Потери, % 2,5 13,0
2. Разубоживание, % 16,0 5,5
3. Затраты на добычу и обогащение, руб./т 586,5 496,2
4. Извлекаемая ценность, руб./т 640,3 605,0
5. Прибыль, руб./т 53,8 108,8
применяемой на рудниках Норильского ГМК. Весьма существенным обстоятельством для работы предприятия в современных экономических условиях является то, что себестоимость добычи и обогащения в среднем по этажу снижается на 90 руб/т.
Таким образом, применение технологии камерной выемки, предусматривающей оставление ПЦ, в условиях неустойчивых вмещающих пород обеспечивает наибольшую эффективность и безопасность по сравнению с традиционной технологией. Экономия по эксплуатационным затратам, например, при
годовой добыче по этажу 2 млн т составит более 40 млн руб. в год, а прибыль увеличится на 27 млн руб. в год.
В свете поставленной задачи по снижению себестоимости производства катодной меди до $3 тыс. за тонну («УГМК пересматривает структуру себестоимости производства металлов, ИНТЕРФАКС, 24.11.08.») значимость внедрения технологии камерной выемки с ПЦ для подземных рудников, входящих в структуру УГМК, в условиях экономического кризиса весьма актуаль-наМШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Волков Ю.В. — профессор, доктор технических наук, зав. лаборатории подземной геотехнологии, Соколов И.В. — кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории подземной геотехнологии,
Смирнов А.А. — кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории подземной геотехнологии,
Антипин Ю.Г. — ведущий инженер лаборатории подземной геотехнологии,
ИГД УрО РАН, е-таіі: geotech@igd.uran.ru
й
