CC BY
53
УДК 622.272
Пирогов Геннадий Георгиевич Gennadi Pirogov
Пакулов Владимир Васильевич Vladimir Pakulov
обоснование новой ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ МАЛОМОЩНЫХ КРУТОПАДАЮЩИХ ЖИЛ substantiation of new technology of MINING of thin steeply DippiNG LODES
Изложено обоснование новой технологии разработки маломощных крутопадающих жил с закладкой гранулированными хвостами обогащения и применением комплексов самоходных машин
Ключевые слова: блок, система разработки, валовая выемка, слабонаклонные слои, гранулированная закладка, малогабаритные самоходные машины
The article contains substantiation of new technology of mining of thin steeply dipping lodes with backfilling by granulated concentration tailings and application of self-propelled vehicles
Key words: block, mining method, bulk mining, inclined layers, granulated backfill, small-sized selfpropelled vehicles
Разработка крутопадающих жильных месторождений характеризуется производительностью труда, не отвечающей современным требованиям общества и производственно-хозяйственной деятельности горных предприятий в рыночных условиях, когда на первое место выходят конкурентоспособность и финансово-экономическая устойчивость предприятия.
Анализ практики отработки жил на отечественных рудниках позволил выявить следующие основные причины низкой производительности труда:
1) блоковая подготовка жил ограничивает фронт очистной выемки до 30...50 м, что не позволяет применять высокопроизводительные машины и механизмы;
2) доля ручного труда при отработке блоков достигает 50 %, что обусловлено проходкой блоковых восстающих обычным способом и применением переносного бурового оборудования на очистных работах.
При разработке устойчивых руд, не
склонных к слеживанию и самовозгоранию, залегающих в устойчивых вмещающих породах, в основном применяют систему разработки с магазинированием, которой свойственны приведенные недостатки. В настоящее время большая часть запасов крутопадающих жил на отечественных рудниках извлекается на глубине 600.700 м, где проявляются повышенное горное давление и признаки горных ударов.
В последнее десятилетие ведущие фирмы ряда стран, в частности, Швеции, Финляндии, Франции, стали производить малогабаритные самоходные машины шириной около 1 м для выполнения основных и вспомогательных производственных процессов очистной выемки.
Приведенные обобщения положены нами в основу предложенного и защищенного патентом [1] способа разработки, на базе которого создана новая технология валовой выемки крутопадающих маломощных жил слабонаклонными слоями (угол
наклона 10...12°) с закладкой и примене- Схематичное представление новой техно-нием малогабаритных самоходных машин. логии приведено на рис. 1.
А-А Б-Б
Рис. 1. Технология разработки маломощных крутопадающих жил слабонаклонными слоями с закладкой выработанного пространства и применением комплекса малогабаритных самоходных машин:
1 - вентиляционный штрек; 2 - рудный штрек; 3 - диагональный слой;
4 - полевой откаточный штрек; 5 - погрузочно-транспортная сбойка;
6 - ленточный перегружатель; 7 - гранулированная закладочная смесь
Очистные работы на этаже развиваются от фланга жилы, на котором проходят рудный восстающий, служащий для отвода загрязненного воздуха и подачи закладочной смеси. Длина очистных слоев увеличивается до проектной по мере развития очистной выемки. При высоте этажа 50 м и углах наклона 10.12° длина слоя достигает 250 м, что неприемлемо при коротких жилах. В этом случае осуществляют по-дэтажную выемку в два-три подэтажа. В состав очистного комплекса самоходных машин включены самоходная бурильная установка «Микро-Пантофор» (Франция), погрузочно-транспортные машины (ПТМ) Мкго8соор-100 Е (Франция) или Того-151 Е (Финляндия) (обе с электрическим приводом), кровлеоборщик. Решена задача оптимизации длины доставки руды. В качестве критерия приняты суммарные затраты, связанные с доставкой руды. Формализа-
ция задачи оптимизации представлена в следующем виде:
— целевая функция N
F = 2 C . ^ min, (1)
i = 1
— система равенств:
3i = СГ L / 1, (2)
3 = Ст тм-кия/0 / (t3 + 1/Vp. + 1Д,о, +
+t .), (3)
разгр ' 1 ' '
где 2 C. — суммарные затраты, связанные с доставкой руды, р.;
i =1,2,3...N — виды затрат;
32 32 — затраты соответственно на сооружение перегрузочных пунктов и доставку руды р.;
С2, С2 — себестоимость соответственно сооружения погрузочно-транспортных сбоек и доставки руды, р/т;
L — максимальная длина доставки руды, м;
1 — переменная длина доставки руды, м; Тм — продолжительность смены, мин;
К — коэффициент использования
птмТ"
О — грузоподъемность ПТМ, т; t , t — соответственно время загруз-
з. разгр. 1 1 ^
ки и разгрузки ПТМ, мин;
V , V — соответственно время дви-
гр.7 пор. * ^
жения груженой и порожней ПТМ, мин.
Граничные условия: расстояние между перегрузочными пунктами R < 200 м; грузоподъемность погрузочно-транспортных машин О < 3 т. Шаг А1 изменения длины доставки 1 равен 50 м.
Для ПТМ “Microscoop - 100 Е” и ПТМ
«Того-151 Е» оптимальная длина доставки руды соответственно равна 100 и 130 м.
Экономическая эффективность технологии разработки слабонаклонными слоями с валовой выемкой маломощных жил установлена нами в результате анализа и экономической сравнительной оценки селективной и валовой выемки жил мощностью 1,2 м и выемочных мощностях (с учетом необходимых зазоров) 2,0 м; 2,5 и 3,0 м. На рис. 2 приведены зависимости производительности труда на основных производственных процессах и операциях очистной выемки от величины выемочной мощности при валовой и селективной способах.
с
¡г
н
ей
ц
н
ь
с
с
и
%
н
н
о
£
К
н
с
&
С
Выемочная мощность, м
Рис. 2. Зависимости производительности труда от выемочной мощности:
1, 3, 4 - производительность труда соответственно на погрузке, бурении и заряжании шпуров при селективной выемке жил; 2, 5, 6 - производительность труда соответственно на погрузке, бурении и заряжании шпуров при валовой выемке жил
Рациональной выемочной мощностью является 2,0 м. Расчетные потери и разубо-живание составляют соответственно 9 и 35 %. Источниками потерь установлены потолочина и рудная мелочь, оставляемая на поверхности закладки; разубоживание, в основном, вызывается засорением отбитой
руды прихватом боковых пород до проектной величины выемочной мощности.
Из практики подземной добычи руд, публикаций результатов исследований в настоящее время известны три вида закладочных смесей на основе хвостов обогащения:
1)традиционная;
2) гранулированная;
3) пастовая.
Традиционная закладочная смесь применяется в двух основных вариантах: гидравлическая и твердеющая закладочные смеси и является наиболее изученной [2]. Как известно, содержание илистых частиц в закладочной смеси не должно превышать 5 %, поэтому подготовка традиционной закладки включает обезвоживание, классификацию хвостов и удаление тонкоизмель-ченных частиц, что обусловливает большие затраты.
Известные ученые и специалисты Р.И. Семигин, Ю.Д. Шварц, И.С. Зицер и др. предложили гранулировать предварительно обезвоженные хвосты с большим содержанием тонкоизмельченных частиц в серийно выпускаемых промышленностью грануляторах и заполнять ими отработанные камеры [3]. Применение закладки в гранулированном состоянии дополнительно обосновано возможностью доизвлечения металлов из закладочного массива методом подземного выщелачивания, что имеет практический интерес. Гранулированная закладка может подаваться в выработанное пространство в виде гидравлической или твердеющей смеси, в зависимости от напряженно-деформированного состояния горного массива.
Гранулирование хвостов удорожает закладочные работы, что является недостатком. К положительным качествам гранулированных хвостов относим достаточно высокие эффективность гидротранспортирования, фильтрационную способность и возможность их повторной переработки.
В настоящее время развитие в теории и практике закладочных работ при подземной добыче руд получают пастовые закладочные смеси, основанные на использовании тиксотропных свойств. Специалистами установлена их достаточно высокая эффективность. Однако существенными недостатками пастовых смесей являются:
а) высокая стоимость вследствие применения цемента для их образования;
б) недостаточно надежные технические решения по гидротранспортированию
до выработанного пространства.
Таким образом, выделены три вида закладочных смесей на основе хвостов обогащения:
1) традиционные закладочные смеси после предварительного обезвоживания хвостов, классификации и агрегирования тонкоизмельченных частиц;
2) пастовые закладочные смеси, образуемые из текущих хвостов при наличии в них частиц класса крупности (-) 0,042 мм не менее 30 %;
3) гранулированные закладочные смеси.
В этом случае текущие хвосты после полного обезвоживания пропускают через механические устройства — грануляторы с получением гранул диаметром 10.30 мм. Для практического применения в закладочных работах нами рекомендуются гранулированные закладочные смеси. На рис. 3 представлена схема закладочного комплекса с включением в него гранулятора и схема подачи закладочной смеси в выработанное пространство.
Рис. 3. Схема закладочного комплекса и подачи закладочной смеси в выработанное пространство: 1 - бункер лежалых хвостов; 2 - привод регулируемой подачи хвостов на питатель; 3 - ленточный питатель;
4 - гранулятор; 5 - гидросмеситель;
6 - трубопровод подачи воды;
7 - вертикальный став закладочного трубопровода; 8 - закладочный массив;
9 - перемычка
Возведение закладочного массива представляет достаточно сложный комплекс операций и требует отдельного рассмотрения. Отметим, что намыв закладки осуществляется от фильтрационной перемыч-
ки (снизу вверх), установленной в начале слабонаклонного слоя. Значение предлагаемой технологии состоит в переходе очистных работ на жильных месторождениях на современный уровень.
Литература
1. Пат. № 2371579 РФ. Способ разработки маломощных крутопадающих жил. Пирогов Г.Г., Пакулов В.В. Опубл. в БИ, 2009, № 30.
2. Закладочные работы в шахтах: Справочник / Под ред. Д. М. Бронникова, М.Н. Цыгалова.
— М.: Недра, 1989. — 400 с.
3. Шварц Ю.Д., Семигин Р.И., Зицер И.С. и др. Безотходное горно-обогатительное производство на базе подземных комплексов // Горный журнал. — 1992. — № 5. — С. 42-45.
Коротко об авторах__________________________________________Briefly about the authors
Пирогов Г.Г., д-р техн. наук, профессор, Читинс- G. Pirogov, Doctor of Engineering Science, Professor,
кий государственный университет (ЧитГУ) Chita State University
Раб. тел.: (8-3022) 32-29-25
Научные интересы: научное обоснование и со- Areas of expertise: scientific substantiation and
здание новых технологий разработки рудных место- creation of new technologies of mining of ore deposits
рождений
Пакулов В.В., магистр техники и технологии, Чи- V. Pakulov, Master of Technology, Chita State
тинский государственный университет (ЧитГУ) University
Тел.: (8-3022) 39-52-35
Научные интересы: научное обоснование и со- Areas of expertise: scientific substantiation and
здание новых технологий разработки рудных место- creation of new technologies of mining of ore deposits
рождений
