CC BY
28
© Г.В. Шубин, Б.Н. Заровняев, И.В. Васильев, А.С. Курилко, К.Н. Алексеев, М.В. Каймонов, 2014
УДК 622.271
Г.В. Шубин, Б.Н. Заровняев, И.В. Васильев, А.С. Курилко, К.Н. Алексеев, М.В. Каймонов
НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СЫПУЧИХ СВОЙСТВ РУД И ВСКРЫШНЫХ ПОРОД УДАЧНИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ИХ ПРИ СОЗДАНИИ ПРЕДОХРАНИТЕЛЬНОЙ ПОДУШКИ
Приведены результаты натурных исследований влияния реальных природно - климатических и технологических условий на сыпучие свойства породных, рудных и рудопородных материалов исскуственно созданных штабелей на площадке Удач-нинского ГОКа, для сооружении в дальнейшем предохранительной подушки на дне карьера, при подземной доработке трубки «Удачная».
Ключевые слова: породные, рудные, рудопородные штабеля, температура, гранулометрический состав, тепловизор «FLIR sc660», прибор лазерного сканирования Leica HDS 8800, смерзаемость.
Основной целью исследований являлась оценка зависимости сыпучих свойств пород предназначенных для возведения предохранительной подушки на дне карьера трубки «Удачная», при ее последующей подземной доработки [1], от их гранулометрического состава, сложения, плотности упаковки, влажности, климатических воздействий (атмосферных осадков, знакопеременных температур) в период нахождения в насыпи (штабеле) в неподвижном состоянии на открытом воздухе.
В конце октября 2012 г. проведен натурный эксперимент по комплексному определению технологических свойств породного, рудного и рудопо-родного материала в искусственных штабелях размещенных на промпло-щадке Удачнинского ГОКа (табл. 1).
Основными задачами натурного эксперимента являлись:
• установление температурного режима в искусственных штабелях в период проведения натурного эксперимента;
• определение гранулометрического состава породного, рудного и рудо-породного материала в искусственных штабелях в начале и в завершающей стадии натурного эксперимента;
• оценка изменения сыпучих свойств материала в искусственных штабелях за время их стояния;
• определение фильтрационных свойств материала искусственных штабелей и их изменение за время их стояния.
Эксперимент проведен силами сотрудников Северо-Восточного Федерального Университета, института горного дела Севера СО РАН при поддержке Удачнинского ГОКа.
Для проведения натурного эксперимента, силами Удачнинского ГОКа предварительно подготовлены породный, рудопородный (вскрыша с жильной руды ) и два рудных искусственных штабеля, характеристика которых приведена в табл. 1.
Основные результаты исследований по первым трем задачам приведены ниже. Результаты исследований
Таблица 1
Основные исходные показатели и полученные параметры при проведении эксперимента
№ п.п. Основные показатели и параметры Значения Примечания
1. Место проведения натурного эксперимента Восточный борт карьера «Удачный» В районе ОФ № 11 и рудсклада тр. «Зарница»
2. Время заложения штабелей Май 2012 г. 3-4 декада мая
3. Количество штабелей, шт. 4
4. Состав материала и объемы (м3) искусственных штабелей: вскрышные породы разубоженная руда руда ЗРТ руда ВРТ 50 75 50 50 Объем штабелей определен по объемам выгруженных кузовов автосамосвалов
5. Параметры штабелей высота, м диаметр у основания, м от 1,8 до 2,5 от 10,5 до 14,4 Параметры установлены прибором лазерного сканирования Leica HDS 8800
6. Сроки проведения натурных исследований Июнь 2012 г. Октябрь 2012 г. Начальный этап Завершающий этап
по определению фильтрационных свойств материала искусственных штабелей в данную статью не включены.
В ходе натурных исследований (июнь, октябрь 2012 г.), в соответствии с разработанной программой выполнен комплекс измерений температурного режима штабелей.
Температура по высоте штабелей измерялась при помощи термогирлянд и цифрового мультиметра «в0М-450Т. Исходя из показаний сопротивлений термисторов замеренных мультиметром, по тарировочным таблицам устанавливалась температура на различной глубине штабеля. Термогирлянды длиной 2,8 м изготавливались в соответствии с методическими указаниями ИМЗ СО РАН и
Таблица 2
представляли собой набор термисто-ров ММТ-10, которые располагались на различной высоте. Термогирлянды устанавливались в скважины пройденные на всю высоту штабелей в период их формирования.
Температура поверхности измерялась по инфракрасному изображению полученному при помощи тепловизора «РПН эс660».
Температура воздуха измерялась при помощи регистраторов температуры «Сеп1ег-342», «Сеп1ег-314» и цифрового термометра «Ата-<^дК а<120Ш».
Результаты замеров температуры атмосферного воздуха и усредненные данные замеров температуры по глубине всех штабелей представлены в табл. 2, 3.
Дата Время t воздуха, °С
15 июня 2012 15:30 29,3
16 июня 2012 12:00 29,6
17 июня 2012 14:00 24,6
23 октября 2012 15:00 -13,25
Результаты замеров температуры атмосферного воздуха
Таблица 3
Усредненные данные замеров температуры по глубине всех штабелей
^ °С на глубине, м дата Руда ЗРТ Вскрыша с жил. руды Руда ВРТ Вскрыша
0-0,3 июнь 25,20 22,9 22,2 20,7
1-1,3 9,9 10,3 11,75 13,55
1,8-2,1 3,5 4,2 6,1 8,65
0,25-0,55 октябрь ■ - -15,62 -12,17
1,05-1,55 ■ -5,77 -6,18 -7,73
1,85-2,35 ■ -1,51 -2,48 -7,03
" Штабель «Руда ЗРТ» в ходе эксперимента был вскрыт бульдозером.
Для наглядности, результаты температурных замеров проведенных с помощью тепловизора отражены на рис. 1-8.
В октябре 2012 г. при помощи бульдозера было произведено полное вскрытие штабелей «Вскрыша с жильной руды» (рис. 1, 2, 5, 6) и «Руда ЗРТ» (рис. 3, 4, 7, 8), после чего были также сделаны измерения температуры штабеля с помощью тепловизора «ЕЛЕ эс660».
Анализ данных таблиц и графиков позволяет сделать следующее заключение.
В течение летнего периода за счет поступления атмосферного тепла, солнечной радиации, дождевых осадков происходило постепенное растепление всех штабелей. Максимальные температуры в июне были зафиксированы на их поверхности («30 °С), минимальные на глубине 1,8 м (от 3,5 до 8,5 °С).
Рис. 1. Штабель «Вскрыша с жильной Рис. 2. Инфракрасное изображение руды» 21 июня 2012 г. штабеля «Вскрыша с жильной руды»
Рис. 3. Штабель «Руда ЗРТ» 21 июня Рис. 4. Инфракрасное изображение 2012 г. штабеля «Руда ЗРТ»
Рис. 5. Штабель «Вскрыша с жильной Рис. 6. Инфракрасное изображение руды» 17 октября 2012 г. штабеля «Вскрыша с жильной руды»
Рис. 7. Штабель «Руда ЗРТ» 17 октября 2012 г.
С началом осеннего периода, снижением поступления тепла от вышеперечисленных источников начался обратный процесс - охлаждение всех штабелей. Минимальные температуры в октябре зафиксированы на поверхности (от -6,7 до -15,6 °С), а максимальные на глубине 1,8 м (от -1,5 до -7,0 °С).
Разброс температурных показаний в штабелях может быть объяснен различной отражающей способностью слагающего их геоматериала и различной плотностью его упаковки, которое определяет количество и размеры фильтрационных каналов (так называемых «продухов») по которым движутся конвективные потоки нагревая (в летний период) или охлаждая (в зимний период) геоматериал с различной интенсивностью.
Для определения гранулометрического состава пород штабелей проведен полный гранулометрический анализ, который включает фотометод и рассев на ситах.
Рис. 8. Инфракрасное изображение штабеля «Руда ЗРТ»
В соответствии с этой схемой определение количества крупнообломочных отдельностей размером более 100 мм проводилось фотометодом, размером менее 100 мм - просеиванием на ситах размером 40; 30; 20; 15; 10; 5; 2,5 мм. Породы штабелей «Вскрыша» и «Вскрыша с жильной руды» дополнительно просеивались на ситах размером 10; 7,5; 5; 3; 2,5; 1,25; 1,0; 0,63; 0,5; 0,315; 0,16 мм.
Следует отметить, что при просеивании на ситах в полевых условиях обнаружено, что породы имели склонность к слеживанию. Породы штабелей «Вскрыша», «Вскрыша с жильной руды» - на сите 5 мм. Породы штабелей «Запад», «Восток» - на сите 10 мм.
Результаты гранулометрического состава по породам штабелей фотометодом приведены на рис. 9-12.
Анализ результатов экспериментов и полученные гранулометрические параметры позволяют классифици-
Рис. 9. Гранулометрический состав пород штабеля «Запад»
Рис. 10. Гранулометрический состав пород штабеля «Восток»
Рис. 11. Гранулометрический состав пород штабеля «Вскрыша»
Рис. 12. Гранулометрический состав пород штабеля «Вскрыша с рудной жилы»
ровать породы находящиеся в штабелях как несвязные, с преобладанием крупнообломочного компонента не менее 85%. Мелкодисперсную фракцию, которая составляет менее 5%, можно классифицировать как супесь.
Для установления геометрических параметров искусственных штабелей использовался прибор лазерного сканирования Leica HDS 8800. Общий вид прибора лазерного сканирования представлен на рис. 13.
Основные особенности, отличающие систему Leica HDS8800. Возможность работы при любых погодных условиях. Рабочая температура от -40 до 50°С и полная пылевлагозащищен-ность (IP65) делают сканер HDS8800 единственным на рынке трехмерного сканирования, который может вы-
полнять съемку при любых условиях окружающей среды. Дальность съемки - до 2000 м. Дальномерная точность -20 мм при расстоянии до 1000 метров, наличие компенсатора
Рис. 13. Общий вид прибора лазерного сканирования Leica HDS 8800
наклона. В отличие от используемых во многих приборах сенсоров наклона, компенсатор не просто фиксирует наклон прибора в процессе его работы, но и пересчитывает результат сканирования таким образом, чтобы полученные данные были строго го-ризонтированы. Это существенно сокращает время на подготовку к съемке и увеличивает ее производительность. Встроенная панорамная фотокамера, позволяет получать фотоизображения участка сканирования и для каждой точки автоматически получать информацию о цвете. Встроенная батарея питания. Такой вариант комплектации позволяет избежать использования проводов питания и делает систему более надежной и защищенной. Промышленный защищенный ноутбук для управления сканером, входящий в стандартный комплект. Простая в освоении программа обработки данных, также входящая в стандартный комплект [1, 2, 3].
При проведения натурного эксперимента прибором Leica HDS-8800 проводилась:
• отработка ранее разработанной методики лазерного сканирования прибором Leica HDS-8800 на пром-площадке Удачнинского ГОКа;
• оценка работоспособности указанного прибора в натурных условиях при различных температурных режимах атмосферного воздуха;
• установления геометрических параметров искусственных штабелей прибором лазерного сканирования Leica HDS 8800
Мониторинг штабелей проводился на специально подготовленном полигоне для экспериментов лазерным сканером фирмы Leica HDS-8800 с портативным компьютером. Сканер был установлен на штатив около штабелей «Запад» и «Вскрыша с жильной рудой», после чего произвелась настройка оборудования: высота сканера, температура и давления окружающей среды на полигоне, выбран объект сканирования. Съемка велась с одной точки для более точных показаний до и после вскрытия. С точки было снято два штабеля «Запад» и «Вскрыша с жильной рудой» была задана своя система координат для объединения и наложения сканов друг на друга.
На рис. 14-16 показаны штабеля до и после раскрытия.
Результаты, полученные прибором лазерного сканирования Leica HDS 8800 по определению угла естественного откоса штабелей приведены в табл. 4.
На основании вышеизложенного необходимо отметить следующее:
1. Максимальные температуры в июне были зафиксированы на их поверхности («30 °С), минимальные на глубине 1,8 м (от 3,5 до 8,5 °С). Минимальные температуры в октябре за-
Рис. 14. Общий вид искусственных штабелей в натуре и после сканирования на промплощадке Удачнинского ГОКа
ч
\
.V
Таблица 4
Углы естественного откоса геоматериала до и после вскрытия штабелей
Угол естественного откоса, град Замер июнь 2012 г. Замер октябрь 2012 г. Разница
Штабель «Вскрыша с жильной руды» 34° 43° 9°
Штабель «Запад» 34° 70° 36°
фиксированы на поверхности (от -6,7 до -15,6 °С), а максимальные на глубине 1,8 м (от -1,5 до -7,0 °С).
2. В процессе выстойки штабелей в течение летнее-осеннего периода происходило с начало растепление, а затем промораживание геоматериалов штабелей в соответствии с ходом температур наружного воздуха. При этом интенсивность тепловых процессов во многом определяется гранулометрией и плотностью упаковки геоматериалов, а так же количеством и размерами вентиляционных каналов (продухов).
2. Проведенный гранулометрический анализ позволяет классифи-
цировать исследуемые породы как несвязные, с преобладанием крупнообломочного компонента не менее 85%. Мелкодисперсную фракцию, которая составляет менее 5%, можно классифицировать как супесь.
3. Материал в искусственных штабелях слежался, естественный угол откоса сыпучего материала увеличился на 9° и 36°.
4. За период с мая по октябрь 2012 г. произошло слеживание геоматериала в штабелях, усредненный максимальный угол естественного откоса достиг 57°.
5. Смерзание на момент вскрытия штабелей не наблюдалось.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Заровняев Б.Н., Шубин Г.В., Васильев И.В. Курилко А.С., Каймонов М.В. Специфика комбинированной доработки глубоких алмазных трубок в условиях криолитозоны // Горный информационно-аналитический бюллетень. Горный инженер. «Современные технологии на горнодобывающих предприятиях» Отдельный выпуск № 7. - 2012. - С. 189-196.
2. Заровняев Б. Н., Шубин Г. В., Васильев И.В. Использование лазерного скани-
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
рования для исследования геомеханического состояния бортов карьера // Геопрофи. -2013. - № 2. - С. 46-48.
3. Заровняев Б.Н., Шубин Г.В., Васильев И.В. Использование лазерного сканирования для исследования геомеханического состояния бортов карьера // Международный научно-исследовательский журнал. Часть 1. - 2012. - № 5 (5). - С. 75-76. ЕИЗ
Заровняев Борис Николаевич - доктор технических наук, профессор, декан горного факультета, e-mail: mine_academy@mail.ru,
Шубин Григорий Владимирович - кандидат технических наук, e-mail: grigshubin@mail.ru, Васильев Иннокентий Васильевич - аспирант, e-mail: zaq.300@yandex.ru, Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова; Курилко Александр Сардокович - доктор технических наук, зав. лабораторией, e-mail: a.s.kurulko@igds.ysn.ru,
Каймонов Михаил Васильевич - кандидат технических наук, научный сотрудник, e-mail: gtf@igds.ysn.ru
Алексеев Константин Алексеевич - инженер,
Институт горного дела Севера им. Н.В. Черского Сибирского отделения РАН.
UDC 622.271
FIELD INVESTIGATIONS OF BULK PROPERTIES OF ORES AND OVERBURDEN IN UDACHNINSKY FIELD FOR USE WHEN CREATING A SAFETY CUSHION
Zarovnaev B.N., Doctor of Technical Sciences, Professor,
Dean of Faculty of Mining, e-mail: mine_academy@mail.ru,
Shubin G.V., Candidate of Technical Sciences, e-mail: grigshubin@mail.ru,
Vasil'ev I.V., Graduate Student, e-mail: zaq.300@yandex.ru,
M.K. Ammosov North-East Federal University;
KurHko A.S., Doctor of Technical Sciences, Head of Laboratory,
e-mail: a.s.kurulko@igds.ysn.ru,
Kaimonov M.V., Candidate of Technical Sciences, Researcher, e-mail: gtf@igds.ysn.ru Alekseev K.N, Engineer,
N.V. Chersky Institute of Mining of the North, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences.
The results of field studies of the effect of natural climatic and technological conditions on bulk properties of the rock, ore and ore materials in artificially created stacks on site of Udachninsky GOK for the construction of further safety cushion at the bottom of the quarry, during the closed work at «Udachnaya» pipe.
Key words: rock, ore, ore stacks, temperature, coarseness of grading, infrared scanner «FLIRsc660», laser scanner LeicalHDS 8800, congelation.
REFERENCES
1. Zarovnyaev B.N., Shubin G.V., Vasil'ev I.V. Kurilko A.S., Kaimonov M.V. Gornyi informatsionno-ana-liticheskii byulleten'. Gornyi inzhener. «Sovremennye tekhnologii na gornodobyvayushchikh predpriyatiyakh» Spesial issue, no 7, 2012, pp. 189-196.
2. Zarovnyaev B.N., Shubin G.V., Vasil'ev I.V. Geoprofi, 2013, no 2, pp. 46-48.
3. Zarovnyaev B.N., Shubin G.V., Vasil'ev I.V. Mezhdunarodnyi nauchno-issledovatel'skii zhurnal. Part 1, 2012, no 5 (5), pp. 75-76.
