CC BY
67
РАЗРАБОТКА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
УДК 622.2
Мажитов А.М., Мещеряков Э.Ю.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ И ПОКАЗАТЕЛЕЙ АДАПТИВНОГО ВАРИАНТА СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ С ПЛОЩАДНО-ТОРЦЕВЫМ ВЫПУСКОМ ДЛЯ УСЛОВИЙ ОТРАБОТКИ ПОЛОГИХ ЗАЛЕЖЕЙ
Аннотация. Проведены исследования основных закономерностей выпуска руды и обоснование рациональных параметров и области применения системы разработки с площадно-торцевым выпуском руды применительно к пологим залежам. Моделирование выпуска рудной массы производилось с учетом конструктивных и технологических особенностей применения площадно-торцевой технологии выпуска руды в условиях пологих рудных тел. В результате моделирования определены параметры и показатели системы разработки с площадно-торцевым выпуском руды.
Ключевые слова: Система разработки, площадно-торцевой выпуск, обрушение руд, моделирование выпуска, эквивалентные материалы, торцевой выпуск, потери, разубоживание.
Месторождения пологого залегания составляют значительную часть запасов медно-колчеданных руд и отличаются непостоянством горно-геологических и горнотехнических условий разработки, что является причинами ухудшения качества добываемого сырья. В таких условиях возможным решением отмеченной проблемы является разработка адаптивного варианта системы разработки, применение которого позволит оперативно и без существенного роста затрат реагировать на любые изменения условий разработки месторождения. Вышеуказанный подход был реализован путем конструирования варианта системы разработки с использованием принципа площадноторцевого выпуска руды для отработки пологих рудных тел [1]. Обладая теми же преимуществами, что и широко применяемая технология подэтажного обрушения с торцевым выпуском, предлагаемый вариант способствует повышению показателей качества и полноты извлечения запасов за счет увеличения количества точек выпуска руды из секций.
Это было доказано исследованиями варианта площадно-торцевого выпуска руды для условий крутопадающих залежей при выпуске из секций, имеющих ромбовидную форму [2]. Применительно к пологим и наклонным рудным телам исследования закономерностей выпуска руды и обоснование рациональных параметров и области применения системы разработки с обрушением и площадно-торцевым выпуском руды ранее не проводились.
Применение площадно-торцевой технологии выпуска под обрушенными породами при отработке пологих рудных тел имеет свои специфические конструктивные и технологические особенности [3]. Извлечение руды производится из секций, имеющих форму параллелепипеда, ограниченных по высоте мощностью рудного тела. Поэтому исследование выпуска руды по площадно-торцевой схеме в условиях пологих рудных тел представляет научный и практический интерес.
При моделировании выпуска руды использовалась авторская универсальная модель (рис. 1), созданная в масштабе 1:100.
Рис. 1. Принципиальная схема модели лабораторной установки по выпуску рудной массы по площадно-торцевой схеме
Модель представляет собой каркас, изготовленный из прозрачного оргстекла, размерами 40x40 см и высотой 100 см. Представленная модель позволяет учитывать изменение толщины (8=8-12 м) и высоты (Н=20-40 м) слоя, а также количества выпускных выработок (и=1-3).
Исследования проводились при соблюдении геометрического, кинематического и динамического подобия [4-6]. Соблюдением закономерностей истечения в процессе моделирования выпуска руды является подобие конструктивных элементов модели, гранулометрического состава и равенства углов внутреннего трения и трения о стенки в модели и натуре.
Извлечение руды производилось с учетом конструктивных и технологических особенностей применения площадно-торцевой технологии выпуска руды под обрушенными породами в условиях пологих рудных тел. Ширина и высота составляла 8, 10 и 12 см,
что соответствует среднему диаметру потока руды при торцевом выпуске. Высота принималась равной 15, 20 и 30 см. Чтобы учесть влияние фронта развития горных работ, выпуск производился при количестве точек выпуска 1, 2 и 3. Для получения адекватных показателей выпуска на модели величины чистого извлечения, потерь и разубоживания умножались на переходный коэффициент 0,8 [7].
Графики зависимостей изменения показателей извлечения, потерь и разубоживания руды от ширины и высоты обрушенной секции при выпуске через два и три выпускных отверстия представлены на рис. 2-4.
При выпуске руды через торец и погрузочный заезд минимальные потери руды 8,3-8,4% и разубожи-вание 13,2-13,5% достигнуты при толщине секции
В=8 и 10 см соответственно для высоты Н=15 и 20 см, то есть рациональная толщина отбиваемых секций, при которых обеспечиваются наилучшие показатели извлечения, составляет половину ее высоты. Поэтому для получения оптимальных показателей выпуска руды при отработке пологого рудного тела с невыдержанной мощностью отношение ширины и толщины секций необходимо соблюдать в пределах заданной величины ~ 0,4-0,5 от мощности. Изменение толщины секции от оптимальной характеризуется снижением показателей потерь и разубоживания выпуска на 6-10%. Увеличение толщины секции сопровождается значительными потерями руды на днище секции и нарастанием разубоживания от горизонтального контакта руды с обрушенными породами при соотношении толщины секции и высоты более 0,5.
Толщина секции В, м
Толщина секции В, м
| Высота 15м ■ Высота 20м Высота 30м
■ Высота 15м ■ Высота 20м Высота 30м
Рис. 2. Извлечение чистой руды до начала разубоживания в зависимости от ширины и высоты секции
Рис. 3. Потери руды в зависимости от ширины и высоты секции
Толщина секции В, м
■ Высота 15м ■ Высота 20м Высо1а 30м
Рис. 4. Разубоживание руды в зависимости от ширины и высоты секции
Наилучшие показатели выпуска из трех точек были получены при соотношении толщины секции к ее высоте, равной 0,4. Извлечение чистой руды при этом достигло 65,6%, уровень потерь и разубоживания снизился до 7,6-7,8 и 11,6-11,8% соответственно. Выпуск руды характеризуется равномерным опусканием контакта «руда-порода». Повышение качества извлечения связано с уменьшением площади контакта руды с обрушенной породой, которая остается почти постоянной при выпуске до 70% рудной массы.
Для изучения влияния режима выпуска на показатели извлечения было произведено моделирование процесса выпуска руды при равномерно-последовательном режиме в вариантах одинаковыми дозами с торца доставочного штрека и двух погрузочных заездов и в соотношении 2:1:1, 3:1:1 и 1:2:2. Исследование осуществлялось при следующих конструктивных параметрах секции. Толщина секции принималась В=10 см, высота Н=20 см. Наилучшие показатели извлечения достигнуты при выпуске руды одинаковыми дозами, что объясняется одинаковой площадью влияния выпускных выработок на выпуск секции, имеющей правильную форму параллелепипеда, и равномерным опусканием контакта «руда - порода» при выпуске до 70% рудной массы.
На рис. 5 приведены средние показатели извлечения чистой руды Qч, потерь П и разубоживания Я при выпуске руды из одной, двух и трех выработок.
69
Рис. 5. Изменение качественных показателей выпуска руды в зависимости от количества точек выпуска
Установленная зависимость свидетельствует о том, что применение площадно-торцевой технологии выпуска руды под обрушенными породами приводит к повышению качества выпуска. В частности, извлечение чистой руды до начала качественного разубоживания при двух и трех точках выпуска увеличивается на 12-13 и 24-25% соответственно, разубожива-ние снижается на 32-34 и 39-41%, потери - на 31-33 и 36-38%.
Результаты проведенных исследований по моделированию выпуска рудной массы указывают на целесообразность применения системы разработки с обрушением и площадно-торцевым выпуском руды для условий отработки пологих залежей в качестве альтернативы камерной системы разработки с закладкой. При этом применение рациональных параметров системы разработки с обрушением и площадноторцевым выпуском руды (высота секции принимается равной мощности залежи; толщина секции принимается в пределах 0,4-0,5 от высоты секции) и увеличение числа точек выпуска позволяет обеспечить извлечение чистой руды до 69%, снизить потери до 7,08,5%, разубоживание - до 12,0-13,5%.
Список литературы
1. Мещеряков Э.Ю., Мажитов А.М., Лутфуллин P.P. Совершенствование
системы разработки с обрушением в условиях пологопадающих рудных залежей // Комплексное освоение месторождений полезных ископаемых: сб. науч. трудов. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2012. С. 91 -94.
Неверов С.А. Обоснование технологии подэтажного обрушения с площадно-торцевым выпуском руды в условиях мощных крутопадающих залежей: автореф. дис. ... канд. техн. наук. Новосибирск, 2006. 22 с.
Мещеряков Э.Ю., Угрюмов А.Н. Геомеханическое обоснование области применения систем разработки с обрушением руд и пород при освоении месторождения «Чебачье» // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2009. №3. С. 8-11.
Захаров В.В. Исследование механизма и параметров движения руды при выпуске из очистных блоков: автореф. дис. ... канд. техн. наук. М., 1966.
Витковский И.И. Область применения вариантов систем подэтажного обрушения с торцевым выпуском при разработке сложных рудных тел // Перспективы развития рудных месторождений: тез. докп. М., 1985. С. 13-14.
Кузнецов П.А. Определение масштаба моделирования. М., 1964. Юров А.А. Обоснование параметров и порядка очистной выемки с учетом неравномерного распределения полезного компонента по мощности рудной залежи: дис. ... канд. техн. наук. М., 2005. 105 с.
INFORMATION ABOUT THE PAPER IN ENGLISH
DEFINITION OF PARAMETERS AND INDICATORS ADAPTIVE VERSION OF THE SYSTEM DESIGN WITH AREA-BUTT RELEASE FOR THE CONDITIONS OF WORKING OFF FLAT DEPOSIT
Mazhitov A.M., Mescheryakov E.J.
Abstract. Carried out the researches of the basic regularities of the release of ore and substantiation of rational parameters and application areas of the system design with area-butt release of ore in relation to the fat deposits. Modeling of release of ore was made with account of design and technological features of application of area-butt technology of ore in conditions of shallow ore bodies. As a result of modeling are determined the parameters and indicators of the system of development with area-butt release of ore.
Keywords: Design system, area-butt release, the collapse of ores, modeling of release, equivalent materials, end production, losses, dilution.
References
1. Meshcheryakov E.Y., Mazhitov A.M., Lutfullin R.R. Sovershenstvovanie sistemy razrabotki s obrusheniem v uslovijah pologopadajushhih rudnyh zalezhej. [Improvement of the system design with the collapse in gently sloping ore deposits]. Kompleksnoe osvoenie mestorozhdenij poleznyh iskopaemyh. [Integrated development of mineral deposits]. Magnitogorsk: Publ. Magnitogorsk State. Tech. University named after G.I. Nosov, 2012, pp. 91-94.
2. Neverov S.A. Obosnovanie tehnologii podjetazhnogo obrushenja s ploshhadno-torcevym vypuskom rudy v uslovijah moshhnyh
krutopadajushhih zalezhej. Extented abstract of PhD dissertation. [Justification sublevel caving technology with area-butt release of ore in powerful steep deposits]. Novosibirsk, 2006, 22 p.
3. Mecsherykov E.Y., Ugryumov A.N. Geomehanicheskoe obosnovanie oblasti primenenija sistem razrabotki s obrusheniem rud i porod pri osvoenii mestorozhdenja «Chebach'e». [Geomechanical substantiation of a scope of systems of working out with a collapse of ores and breeds at development of deposits]. Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta im. G.I. Nosova. [Vestnik Magnitogorsk State Technical University named after G.I. Nosov], 2009, no.3, pp. 8-11.
4. Zaharov V.V. Issledovanie mehanizma i parametrov dvizhenija rudy pri vypuske iz ochistnyh blokov. Extented abstract of PhD dissertation [Investigation of the mechanism and motion parameters of ore at release from treatment units]. Moscow, 1966.
5. Witkowskiy I.I. Oblast' primenenija variantov sistem podjetazhnogo obrushenija s torcevym vypuskom pri razrabotke slozhnyh rudnyh tel. [Field of application options sublevel caving systems with mechanical issue in the development of complex ore bodies]. Perspektivy razvitija rudnyh mestorozhdenij: tez. dokl. [Prospects of ore deposits]. Moscow, 1985, pp. 13-14.
6. Kuznetsov P.A. Opredelenie masshtaba modelirovanija. [Defining the scope of the simulation]. Moscow, 1964.
7. Yurov A.A. Obosnovanie parametrov i porjadka ochistnoj vyemki s uchetom neravnomernogo raspredelenja poleznogo komponenta po moshhnosti rudnoi zalezhi. Extented abstract of PhD dissertation. [Substantiation of the parameters and the procedure of the treatment of excavation with the account of the uneaual distribution of the useful component for the power of the ore deposits]. Moscow, 2005, 105 p.
УДК 622.271.333:GG4.428.4
Мельников И.Т., Заляднов В.Ю., Шевцов Н.С., Павлова Е.В., Погорелов А.Ю., Смяткин А.Н.
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ РАСЧЕТ УСТОЙЧИВОСТИ ОТКОСОВ БОРТОВ КАРЬЕРОВ*
Аннотация. При проектировании карьеров, отвалов, хвоетохранилищ всегда актуальной остается задача определения оптимальных параметров откосов этих горнотехнических сооружений, обеспечивающих экономичность и безопасность производства. Традиционный способ решения обозначенной задачи предполагает трудоемкий графоаналитический расчет, требующий от одного до нескольких дней работы. Сотрудниками кафедры открытой разработки месторождений полезных ископаемых МГТУ им. Г.И. Носова создана программа для ЭВМ, в которой нахождение минимального коэффициента запаса устойчивости производится путём подбора наименее устойчивой поверхности скольжения изучаемого массива в результате многократных расчетов в течение нескольких секунд. В работе представлены результаты расчета минимального коэффициента запаса устойчивости традиционным графоаналитическим методом и с помощью программы для ЭВМ на примере Сибайского карьера. Определена сходимость результатов, которая составляет 98-99%. С помощью представленной программы ЭВМ возможно решение широкого круга задач со значительной экономией времени. С использованием программы возможно решение прямой задачи - определение минимального коэффициента запаса устойчивости по заданным параметрам откоса и обратной задачи - нахождение высоты или угла откоса по заданному коэффициенту устойчивости, с учетом прочностных характеристик пород приоткосного массива. Разработанная программа позволяет определять параметры не только уступов и бортов карьеров, но и отвалов, дамб хвоетохранилищ, железнодорожных и других насыпей с учетом характеристик пород основания, на котором формируется горнотехническое сооружение.
Ключевые слова: параметры откосов бортов карьеров, коэффициент запаса устойчивости, автоматизированный расчёт устойчивости, программа для ЭВМ.
При проектировании карьеров, отвалов, хвосто-хранилищ всегда актуальной остается задача определения оптимальных параметров откосов этих горнотехнических сооружений. С одной стороны, параметры откосов должны обеспечить экономичность производства, с другой - безопасность горных работ [1-4]. При оценке устойчивости откосов горнотехнических сооружений используют методику определения минимального коэффициента запаса устойчивости, равного отношению удерживающих сил к сдвигающим, которые возникают в приоткосном массиве [5, 6]. По нормативному значению коэффициента запаса устойчивости [5, 7], а также исходя из физико-механических свойств пород, слагающих массив, возможно нахождение оптимальной высоты или угла откоса горнотехнических сооружений. Традиционный способ решения обозначенной задачи предполагает трудоемкий графоаналитический расчет, требующий большого количества времени даже для получения ориентировочных данных. Сотрудниками кафедры открытой разработки месторождений полезных ископаемых МГТУ им. Г.И. Носова создана программа для ЭВМ, в которой нахождение минимального коэффициента запаса устойчивости производится пу-
* Программа стратегического развития МГТУ. Мероприятие 2.
тем подбора наименее устойчивой поверхности скольжения изучаемого массива в результате многократных расчетов в течение нескольких секунд. Для ускоренного поиска наиболее вероятной поверхности обрушения в программе «Автоматизированный расчёт параметров устойчивости откосов горнотехнических сооружений» реализуется «метод падающего шарика» [8, 9]. Данная программа апробирована в проектных и исследовательских работах, в том числе при выполнении научно-исследовательской работы по оценке общей устойчивости бортов Сибайского карьера при отработке законтурных запасов руды [10].
Программа позволяет произвести расчёт откоса изучаемого массива по введённым данным, получить отчёт о проделанном расчёте, нарисовать эскиз откоса с вертикальной трещиной отрыва и наиболее вероятной линией скольжения. Также найти:
- коэффициент запаса устойчивости по заданным значениям высоты и угла откоса;
- угол откоса по заданным значениям коэффициента устойчивости и высоты откоса;
- высоту откоса по заданным значениям коэффициента устойчивости и угла откоса;
- высоту вертикальной трещины отрыва.
Диалоговое окно программы представлено на рис. 1.
