CC BY
29
© О.С. Караев, В.И. Голик, Ш.М. Магомелов, 2002
YAK 622.273.2
О.С. Караев, В.И. Голик, Ш.М. Магомелов
НОРМИРОВАНИЕ ПРОЧНОСТИ ЗАКЛАЛОЧНЫХ МАССИВОВ ПРИ ПОЛРАБОТКЕ
Вопросы оптимизации условий применения твердеющих смесей при управлении массивами формируют крупную проблему горного производства. Прочность закладки принимается в соответствии с стандартами, которые не увязаны с параметрами вертикальных и горизонтальных обнажений, что ведет к перерасходу дефицитных материалов.
Комбинированные технологии на основе твердеющих смесей классифицируют по признаку состояния массива на время завершения работ в нем (табл. 1).
Для оптимизации параметров разработки необходимо дифференцирование параметров работы искусственных массивов в зависимости от характера их подработки. На предприятиях Целинного ГХК (Северный Казахстан) закладку готовили с вяжущим из портландцемента М-400 и мокро-молотого шлака. Расход цемента 70, 50, 30 кг/м3, гранулированного шлака, соответственно 130, 150, 200 кг/м3. Совмещением маркшейдерских документов о состоянии массивов и данных закладочного комплекса установлено соответствие прочности массивов параметрам обнажении. Дифференцирована прочность смесей для трех вариантов оруденения: изолированных рудных тел, мощных рудных тел и маломощных рудных тел.
Нормативная прочность горизонтального обнажения массива закладки:
0,5
<7, =----2---.
' I'
где стг — прочность несущего слоя закладки, МПа; Hh — толщина несущего слоя, м; h — высота пригру-жающей толщи, м; у3 — плотность закладки, шэ — пролет горизонтального обнажения, м.
0,01h3
l2
(2)
где тг — ширина обнажения, м; 1 — длина обнажения, м.
Значения эквивалентного пролета и нормативной прочности горизонтального обнажения сведены в номограмму, являющуюся результирующей стадией эксперимента (рис. 1):
(3)
Для случаев, когда закладочный массив нагружен породой, вводится поправочный коэффициент (Кп) на высоту нагружаемой толщи закладки (Ьз):
К n =
Y3
2000
К n =
Y3+n
2000
(4)
где уз —плотность закладочного массива, кг/м ; у3+п — плотность массива закладки и пригружающих пород, кг/м3 .
Прочность первого слоя рассчитывается с учетом пригрузки породами. Если столб пород, загружающих закладку, равен пролету выработки, то высота распространения обрушения определяется высотой незаложенной части камеры. Все последующие слои рассчитываются только на пригрузку закладки в камере, так как отработка подэтажей ведется под защитой несущего слоя вышерасположенного подэтажа.
Минимальная нормативная прочность на участке горизонтального обнажения массива закладки — 1,0 МПа при параметрах обнажения, не превышающих указанные в табл. 2 и 1,5 МПа при больших параметрах.
Нормативная прочность массива закладки при вертикальном обнажении:
„ _Г3И3
105
(5)
кг/м3;
Таблица 1
КЛАССИФИКАЦИЯ КОМБИНИРОВАННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ УПРАВЛЕНИЯ МАССИВОМ
Среда комбинирования Средства управления массивом Условия применения
незакрепленные массивы сухая, твердеющая и гидравлическая, закладка, хвосты ПВ устойчивые вмещающие породы и руды
разрушенные массивы закладка, хвосты ПВ, несущие и разделяющие перекрытия, обрушение породы, склонные к управляемому обрушению
закрепленные массивы твердеющая закладка, крепь различных видов без ограничений
массивы выщелачивания хвосты выщелачивания, закладка, крепь, породы вскрываемость и другие свойства минералов
Прочность при вертикальном обнажении при у3 = = 2000 кг/м3 :
ае = 0,02^3 (6)
Расход материалов в процессе изготовления твердеющих смесей снижают подбором составов. Между расходом цемента и прочностью массивов закладки существует зависимость (рис. 2). Кривая 1 построена по стандарту при использовании песка с удельной поверхностью 12-14 м2/кг и цементно-шлакового вяжущего, а кривая 2 — по данным закладочного комплекса рудника Шокпак для песка с удельной поверхностью 12-15 м2/кг и цементно-шлаковым вяжущим. Кривая 3 описывает расход цемента при крупном заполнителе. Она построена по данным обработки
m
a, =
r
UJIU
Таблица 2
РАЗМЕРЫ ОБНАЖЕНИИ ЗАКЛАЛКИ
Меньший размер обнажения, м ДО 6 6,5 7 7,5 8 9 10 11
Больший размер обнажения, м 45 30 22 18 16 14 12 11
105 ь2
105
м 2/кг.
Нормативная прочность массива закладки должна удовлетворять требованиям прочности при обнажении снизу и сбоку, определяемым из уравнений:
(8)
где стг— нормативная прочность при горизонтальном обнажении, МПа; Н — толщина несущего слоя, м; <гв — нормативная прочность массива закладки при вертикальном обнажении Ьз — высота пригружаю-щей толщи закладки, м; у3 — плотность закладки, кг/м3; тэ— эквивалентный пролет горизонтального обнажения, м.
Для характеристики ослабления массива при обнажении вводится коэффициент технологического ослабления:
Кт.о = /і&г&в ) (9)
Устойчивость системы описывается моделью:
закладочной установки на руднике Маныбай. Кривая 4, построенная по результатам исследований, описывает расход цемента для получения нормативной прочности в составах с очень мелким заполнителем. Удельная поверхность песка увеличилась в 1,5-2 раза, что повысило расход цемента.
Расход цемента снижают укрупнением поверхности заполнителя до значений, описанных кривыми 1, 2, 3 добавлением крупного материала. Соотношение объемов и весов мелкого и крупного материалов:
г„ =
т-5.)
(7) Таблица 3
, — объем очень
(10)
где кто - коэффициент технологического ослабления массива при обнажении снизу и сбоку, из величины действующих напряжений; Бо - площадь обнажения массива; - высота массива; Ис — высота пригружающих пород; Н - глубина работ.
Предлагаемая технология (рис. 3) основывается на нетрадиционной схеме: виброгрохот 1, дезинтегратор 2, вибромельница 3 электрохимический акти-
где Ум мелкого песка до смешивания с крупными материалами, м3; Ум — объем очень мелкого песка после ния
КЛАССИФИКАЦИЯ ВАРИАНТОВ ТЕХНОЛОГИЙ ПЕРЕВОЛА МАССИВОВ В РЕЖИМ
с крупным риалом, м3, у„—
смешива-мате-плотность очень мелкого песка, кг/м3; ук — плотность добавляемого крупного материала, кг/м3; Б„ — удельная поверхность очень мелкого песка, м2/кг; Бк — удельная поверхность крупного песка, м2/кг; Бст — удельная поверхность мелкого песка, принятого при подборе составов, заложенных в стандарте,
Класс Группа Вариант Условия применения
Предварительное предварительное упрочнение твердеющими растворами; штангами неустойчивые вмещающие породы
массивами твердеющей закладки в висячем или лежачем боку месторождения
Одновременное с обнажением закладкой из твердеющих смесей упрочнение массива подачей на руду наклоном стенок камер, с экранирую щей щелью штангами крепью без ограничений неустойчивые руды неустойчивые породы слабые руды и породы
Последующее закладка твердеющими- смесями очень прочная прочная малопрочная без ограничений; в особых случаях
Комбинированное Сочетание вариантов одного или нескольких классов В зависимости от устойчивости
(X
(X
Г
в
Таблица 4
ПОКАЗАТЕЛИ ТВЕРЛЕЮШЕЙ ЗАКЛАЛКИ С ЛИФФЕРЕНЦИРОВАННОЙ ПРОЧНОСТЬЮ
Наименование показателей Номера составов
1 2 3 4 5
Расход компонентов, кг/м3 - цемент М400 40 60 80 100 120
— шлак 360 340 320 300 280
— песок 1200 3200 1200 1200 1200
— вода 400 400 400 400 400
Прочность в возрасте 28 суток; МПа 0,7 1,2 1,5 1,75 2,0
Производительность комплекса, м3/г 270 270 270 270 270
ватор воды 4, специальный бункер 5 и силосный бункер 6, дозатор 7 и транспортный механизм 8, по которому шихта попадает на виброгрохот 1, из которого через бункер 5, дозатор 7 и приемный бункер 9 в дезинтегратор 2 и вибромельницу 3 в смеситель 10, куда из бака 11поступает вода. Через дозатор 12 смесь поступает по закладочному трубопроводу 13, на котором установлены вибраторы 14 и воздуходувки 15, в закладочное хозяйство 16. Исходный материал подается из бункеров 5 и 6 на дозаторы 7, далее транспортным механизмом 8 на виброгрохот 1.
Смесь поступает в дезинтегратор 2, куда из электрохимического активатора 4 подается активированная вода. После обработки смеси в дезинтеграторе 2 она подается в вибромельницу 3 для усиления эффектов, приобретенных за счет активации воды. Разгрузку вибромельницы 3 производят в смеситель 10, туда же подают воду из бака 11 для промывки трубопровода 13. Из смесителя 10 и дозатора 12 смесь поступает в закладочный трубопровод 13, на котором установлены вибраторы 14, способствующие сохранению активности смеси на виброгрохоте 1, в дезинтеграторе 2, вибромельнице 3, за счет электрохимической активации воды и вибрации смеси в трубопроводе 13.
Рекомендуемый способ приготовления закладочной смеси отличается от традиционных тем, что в процессе осуществляют непрерывную активацию компонентов смеси на виброгрохоте, затем в дезинтеграторе при суммарной линейной скорости 350450 м/с, а воду перед смешением компонентов активизируют путем осаждения солей и примесей.
Материал закладки создает подпор рудовмещаю-
1.1_____________ »_____________ ч> <*:
Рис. 2
щим массивам. Увеличение прочности закладки вследствие подпора:
[ст] = К [ст]т;„ (11)
где [ст]тп — прочность закладки камер с боковым подпором, МПа; [ст] — прочность закладки камер первой очереди без учета бокового подпора, МПа; К — коэффициент бокового подпора.
Технологии классифицируются по времени воздействия на массивы (табл. 3).
Прочность закладки назначают дифференцированно в зависимости от времени существования массивов, их конструкций и функций. В местах образования днищ и сопряжений с подготовительными и нарезными выработками прочность увеличивается, при закладке же слепых и вторичных камер — уменьшается.
При неустойчивых породах создается искусственная потолочина, под прикрытием которой остальные запасы отрабатываются с пониженными требованиями к устойчивости массива. Малопрочная закладка создает подпор целикам и условия объемного сжатия, что увеличивает прочность массива в 1,2-1,4 раза. Дифференциация свойств закладочного массива позволяет использовать для закладки камер составы с расходом вяжущего в 1,5-2,5 раза меньше, чем предписывается действующими методиками расчета прочности (табл. 4).
В качестве критерия оптимальности принимается максимум прибыли от освоения недр с учетом ущерба окружающей среде и времени:
П =У(и -С ±у)т—^-г-игах;
■' 1: . 12.
где Цдр — суммарная извлекаемая ценность конечной продукции при использовании единицы объема металлосодержащих руд, руб.; Сдр — суммарные затраты на добычу и получение конечной продукции, руб/т; У- суммарный размер ущерба, наносимого (-)
окружающей среде или предотвращаемого (+), руб/т; Е— коэффициент дисконтирования.
Отработка запасов с одностадийной выемкой и дифференцированной прочностью снижает потери и разубоживание руды до 5,6-6,6 и 9,1-11,3 %, соответственно. В зависимости от соотношения объемов закладки прибыль на 1 т добытой руды возрастает на 8-10 % по сравнению с базовым составом за счет снижения расхода вяжущих и инертных заполнителей в 2,2-2,5 раза.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -----------------------------------------------------------------------------
Караев Олег Сергеевич— инженер, Северо-Кавказский государственный технологический университет (СКГТУ). Голик Валентин Иванович — профессор, доктор технических наук, СКГТУ.
Магомедов Шамиль Магомедович — инженер, СКГТУ.
© Ю.В. Клеш, В.В. Бочков, А.Г. Пимонов, 2002
УАК 551.34.001.57
Ю.В. Клеш, В.В. Бочков, А.Г. Пимонов КОМПЬЮТЕРНОЕ МОАЕАИРОВАНИЕ ФРАКТААЬНОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОА
В
многочисленных исследованиях, проведенных в последние годы, было показано, что многие сложные процессы, в том числе и разрушение горных пород, имеют фрактальную природу. Термин «фрактал» («!тасиоп»-дробь) введен бельгийским математиком Бенуа Мандельбротом и обозначает множество, имеющее дробную фрактальную размерность [1]. Несомненный интерес представляет анализ геометрических характеристик разрушения горных пород с точки зрения фракталов. Не менее интересно на основе фрактальной геометрии не только описать
форму и структуру трещин горных пород количественно, но и установить их зависимость от процессов образования и распространения.
Моделирование роста трещин рас-
кола осуществляется на двумерной прямоугольной решетке (растре), имеющей размеры ахЬ (40x40) узлов, на которой с помощью графического редактора Ра^ВгивЬ предварительно размещена исходная определенным образом ориентированная система трещин (рис. 1).
В данной системе уже существующих трещин возникает
