Конструирование элементов систем разработки и технологическая изменчивость богатых железных руд Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

СЕМИНАР 15

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 2001” М0СКВА,яМГГУ,я29яянваряя-я2яфевраляя2001я-.

© С.Г. Лейзерович, В.Н. Аллилуев, 2001

УЛК 622.341.1:622.27

С.Г. Лейзерович, В.Н. Аллилуев

КОНСТРУИРОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ БОГАТЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ РУЛ

Необходимость более детального изучения и оценки технологической изменчивости богатых железных руд на участке первоочередных работ Яков-левского месторождения КМА продиктованы современными повышенными требованиями к качеству рудного сырья. Требования металлургов к сырью для прямого восстановления -67,5 % железа и не более 2,5 % кремнезема. В среднем же участок первой очереди характеризуется следующими данными. Запасы руды составляют 274 млн. т. Среднее содержание железа общего 61,7 %, кремнезема

5.8 %, серы 0,09 %, глинозема

1.9 %, фосфора 0,3 %. Хотя в настоящее время требования к показателям качества выдаваемой из шахты сырой руды отсутствуют, очевидно, что обогащение руды механическим способом при валовой выемке от 61,7 % (без учета разубожи-вания) до 67,5 % не может быть достигнуто. Наиболее вероятное содержание железа в сырой руде, которое может быть достигнуто за счет традиционной выемки - 63-65 %. Поэтому необходимо создание технологии селективной очистной выемки высококачественных руд с учетом их технологической изменчивости, которая бы обеспечила достижение этого. Проведенные до настоящего времени геологические и инженерногеологические исследования

условий участка, базирующиеся на данных, полученных по разведочным скважинам, пробуренным с поверхности по сетке с учетом дополнительных профилей 400x200, 200x100 и

200x50 м, позволили установить некоторые прочностные и деформационные параметры, изучить трещиноватость и строение рудной залежи.

Поэтому были проведены анализ, обобщение и исследование свойств богатых железных руд с позиций селективной выемки. В условиях участка первоочередных работ подтверждается ранее установленное проявление зональности в строении рудного тела, в соответствии, с которой можно выделить:

• плотные и крепкие местами карбонатизированные руды с прочностью более 30 МПа, с крайне невыдержанными границами;

• уплотненные и слабосце-ментированные руды значительной мощности с прочностью от 9 до 30 МПа;

• полурыхпые и рыхлые руды с прочностью соответственно 2-9 и менее 2 МПа, пористостью 30-50 %, максимальной молекулярной влагоемко-стью 5-12 %.

Богатые железные руды характеризуются изменчивостью по химическому составу. Содержание железа общего на

участке колеблется в широких пределах от 45 до 69 %.

Для различных минералогических типов эти пределы составляют:

• у железнослюдково-мар-титовых руд от 67 до 68,5 % железа общего;

• у гематито-гидрогети-товых - в более широких пределах от 55 до 68 %;

• у мартито-гидрогемати-товых - от 63 до 66 %;

• у хлорито-гидрогемати-товых - около 61 %.

Наблюдается определенная закономерность распределения железа в рудном теле. В верхних горизонтах содержание железа составляет от 45 до 60 %, с увеличением глубины содержание железа повышается до 69 %, а затем на границе с железистыми кварцитами снижается до 45-52 %. Замечено, чем больше вертикальная мощность рудной залежи, тем более высокое содержание железа в руде.

Содержание в рыхлых рудах вредных примесей, значительно ухудшающих качество рудного сырья, в частности, серы в целом по участку незначительное и доходит до 0.1 %. По отдельным пробам руды из подземных горных выработок наблюдается содержание серы до 1 %. Ранее содержание серы >0.15 % связывали с зонами карбонатиза-ции и хлоритизации. Появление повышенного содержания серы в узких зонах массива рыхлых разностей свидетельствует о наличии разрывных нарушений и интенсивной инфильтрации, которые ранее не отмечались и с которыми, по-видимому, связаны гипергенные изменения вещественного состава, а возможно и физико-механических свойств руды.

В целом же доизучение строения рудного тела на основе картирования горных выработок и начатая эксплуатационная разведка скважинами из них говорят о более высокой степени сложности структуры месторождения и соответст-

Таблица 1

РАЗЛЕЛЕНИЕ РУЛЫ ПО КРУПНОСТИ

Место Фракции, мм

отбора + 2.5 + 0.63 + 0.1 - 0.1

Штрек №2 31.5 15.2 15.2 37.1

Орт №1 2.0 9.8 33.3 54.2

Орт №2 27.8 15.8 11.7 43.7

Опережающая 0.2 1.6 10.4 86.1

скважина

венно изменчивости руд, чем это представлялось ранее по результатам геологоразведки с поверхности. Учитывая значительную стоимость доразведки (как собственно физических работ, так и анализов), исходя из требований качества, в процессе доразведки Яковлевского месторождения делается упор на определение химического состава руды.

Для конструирования системы разработки и выбора направления ведения горных работ во избежание развития горного давления и концентраций напряжений в массиве необходима также информация по физико-механическим и водно-физическим свойствам руд. Было проведено изучение и корреляционно-регрессионная обработка ранее выполненных исследований, а также отдельные испытания образцов из горных выработок.

В качестве основного признака разделения богатых железных руд по технологическим типам в большинстве принятых классификаций используется предел прочности на сжатие. Поэтому по данным предварительной и детальной разведок были проведены обобщение и анализ физико-механических, химических, гранулометрических характеристик богатых железных руд Яковлевского месторождения. Установлены эмпирические зависимости предела прочности на сжатие от пористости, плотности, объемного веса, содержания железа общего, закиси железа, потерь при прокаливании для различных минералогических

разностей. Полученные парные эмпирические висимости имеют тесную связь жду признаками.

Для рыхлых разностей

но малое со-тивление сжатию, большая

щенность водой. Железнослюдково-мартитовые руды имеют больший удельный и объемный вес, но меньшую естественную влажность, плотность, временное сопротивление сжатию по сравнению с мартито-гидрогетитовыми и гематито-гидрогетитовыми рудами. Степень водоотдачи руды высокая. Осушенная руда по наблюдениям в выработках имеет более высокую прочность и устойчивость.

Установлены зависимости предела прочности на сжатие для железно-слюдково-марти-товых, мартитовых, гидроге-матитовых руд от плотности твердых частиц, от объемного веса, от пористости. Предел прочности на сжатие имеет высокую тесноту связи со всеми перечисленными показателями. Установлены закономерности изменения предела прочности на сжатие основных типов руд от содержания железа общего, от содержания закиси железа, от содержания окиси железа. При росте содержания закиси железа наблюдается некоторое повышение прочности, но корреляционное отношение низкое. Наиболее тесная связь наблюдается между пределом

прочности на сжатие и содержанием железа общего, корреляционное отношение составляет соответственно 0,6; 0,79; 0,74 для вышеназванных типов руд. С ростом содержания железа в рудах прочность снижается. Парные связи между компонентами химического состава, например, у железнослюдково-мартитовой руды показывают, что содержание железа при его изменении в пределах от 67 до 69 % достаточно хорошо коррелирует с основными компонентами РеО, БЮ2, А1203 и потерями при прокаливании (ппп).

Свойства рыхлых руд дополнительно изучались по пробам отобранным из забоев в штреке №2, в ортах №1 и №2 и пробе выноса руды из опережающей дренажной скважины. Получены результаты по влажности, гранулометрическому составу и содержанию железа общего. Так, влажность руды в забое штрека №2 составила 10-15 %, орта №1 - 15 %, орта №2 -12-17%. Содержание железа общего по пробам из забоя штрека №2 - 62,9 %, орта №1 -

69,4 %, орта №2 - 69.3 %. Гранулометрический состав руды приведен в табл. 1 и на рис. 1 .

Таблица 2

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ БОГАТОЙ ЖЕЛЕЗНОЙ РУЛЫ ПО ПРОБАМ ИЗ ВЫРАБОТОК

Выработки Ре РеО Ре203 Б102 А12О3 СаО МдО Р205 Б ппп

Дренажный орт №4 Забой дренажного орта №4 Откаточный орт №1 Забой разведочного штрека №2 65,18 56.07 65.06 69.04 3.37 8.08 3.88 0.78 89.47 74.06 88.73 97.86 4.05 6.36 4.13 0.58 0.99 1.63 0.96 0.45 0.21 0.72 0.36 0.31 0.28 0.69 0.45 0.07 0.078 0.075 0.034 0.039 0.036 0.036 0.011 0.027 1.57 5.21 0.98 0.25

Рис. 1. Гранулометрический состав богатой железной руды Яковлевского месторождения

Рис. 2. Химический состав богатой железной руды по результатам опробования в выработках

Рис. 3. Изменение содержания железа общего и кремнезема по результатам опробования в орту № 1

ся самыми высококачественными.

Химический состав по пробам отобранным в подземных

____________________________________________________________________ горных выработках на момент

их проходки (2000г.) представлен в табл. 2 и на рис. 2.

По результатам опробования руды по ортам №1 и №2 на рис. 3, 4 показаны изменение содержания железа общего и кремнезема, характеризующие изменчивость рудной залежи вкрест простирания. По орту №1 выделяются два участка высококачественных руд в пределах интервалов 130-150 м и 168-190 м (рис. 3). По орту №2 интервалы руд с высоким содержанием железа более протяженные, участки 10-118 м; 190-225 м имеют содержание железа около 69 % (рис. 4).

—Характер пространственного распределения железа общего на участке между осями ортов №1 и №2 представлен на рис. 5. Разработанная мобильная многовариантная технология добычи высококачественных руд учитывает выявленную более высокую изменчивость рудного массива и позволяет за счет селективной выемки обеспечить возросшие требования потребителей к качеству железорудного сырья. Селективность выемки высококаче-

Сопоставление по грансо-ставу руды, полученной из дренажной опережающей скважины и валовой пробы, подтверждает, что самая богатая руда находится в мелких классах.

Так в общей пробе из орта № 2 содержание железа общего составляет 67,29 %, кремнезема -

2,4 %. Наиболее стабильный и

богатый класс по содержанию железа - 0,1+0,04 мм, в котором Реобщ 68,87-69,02 %, БЮ2 -0,79-0,93 %; А12О3 - 0,42-0,47 %; Б - 0,03-0,001 %; Р205 -

0,042-0,048 %; п.п.п. - 0,060,30 %. Эти данные говорят о том, что на участке первоочередных работ эти руды являют-

ственных руд предполагается обеспечивать:

■ при ведении взрывных работ или при использовании средств механического разрушения рудного массива непосредственно в очистном забое путем раздельной отбойки руды с различными свойствами;

■ временным оставлением в массиве либо в выработанном пространстве руд, не соответствующих требованиям по качеству;

■ выдачей руды 2-3 независимыми потоками в отдельные рудоспуски и соответственно в отдельные пристволо-вые бункера.

Непосредственно в забое селективность выемки руды обеспечивается применения отбойки параллельными скважинами. Обуривание блока завершается до начала отбойки, что создает резерв готовых к выемке запасов и позволяет

определить качественные показатели руды, выбирая соответствующие им параметры взрывания. Определение изменчивости ведется в ходе добычных работ без дополнительных затрат на доразведку.

При проведении подготовительных горных выработок (штрек №2, орты №1, 2) наблюдались отдельные редкие вывалы и купола в кровле. Накопленный опыт проходки на руднике показывает, что полурых-лые и рыхлые слабые руды весьма успешно разрабатываются в забое отбойными молотками, а при применении буро-

Рис. 4. Изменение содержания железа общего и кремнезема по результатам опробования в орту № 1

Рис. 5. Распределение Ре общ. в рудном массиве по результатам опробования в ортах № 1 и 2

взрывного способа достаточно обурить нижнюю половину забоя - верхняя обрушается после взрыва. По мере осушения повышается устойчивость

пройденных подготовительных выработок. У забоев ортов при обнажении кровли на расстоянии 3-4 м вывалов не наблюдается в течение нескольких месяцев. Развитие куполов в одном из ортов, приуроченное к зоне тектонического нарушения, остановилось - «законсервировалось».

Таким образом, анализ показывает, что с учетом данных, полученных в результате проведения выработок и скважин, пробуренных из них, информация об изменчивости руд в пределах участка значительно выросла по отношению к первоначальной. Это даст возможность адекватно отстраивать технологию очистной выемки и регулировать качество рудных потоков. В то же время в результате дренажа воды в выработки и скважины повышается устойчивость массива, прекращается вынос из скважин при полном открывании превенторных устройств, появляется возможность иметь незакрепленным некоторое технологическое обнажение в кровле. Этот факт является положительным при конструировании системы разработки.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

/”

________________________________________________________________________________________а ш

Лейзерович Серго Генрихович - зав. лабораторией технологии подземных горных работ, ОАО «НИИКМА им. Л.Д. Шевякова.

Аллилуев Валерий Николаевич- ст. научный сотрудник, кандидат технических наук, ОАО «НИИКМА им. Л.Д. Шевякова.