Научная статья на тему 'Показатели площадно-торцовой технологии выпуска руды под обрушенными породами'

Показатели площадно-торцовой технологии выпуска руды под обрушенными породами Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
171
61
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Фрейдин А. М., Неверов С. А.

В ИГД СО РАН разработан новый вариант системы подэтажного обрушения с площадно-торцовой технологией выпуска руды. Отличительными особенностями по сравнению с известным «шведским» вариантом является дополнительная проходка между ортами погрузочных заездов, что обеспечивает более высокие показатели извлечения полезного ископаемого.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Фрейдин А. М., Неверов С. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Freidin A.M., Neverov S.A. INDICATORS OF AREA-AND-FACE ORE DRAWING TECHNOLOGY UNDER THE CAVED ROCKS SB RAS Institute of Mining, Novosibirsk, Russia In the Institute of Mining of RAS Siberian Department a new version of sublevel caving coupled with area-and-face ore drawing technology has been worked out. Peculiar features of this method with respect to the known "Swedish" alternative are the supplementary driving between the load driving orts, which ensures higher rates of useful component extraction.

Текст научной работы на тему «Показатели площадно-торцовой технологии выпуска руды под обрушенными породами»

А.М Фрейдин, С.А Неверов

ПОКАЗАТЕЛИ ПЛОЩАДНО- ТОРЦОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПУСКА РУДЫ ПОД ОБРУШЕННЫМИ ПОРОДАМИ

~П мировой практике подземной разработки весьма мощных

-М-Р крутопадающих рудных залежей широкое распространение получила система подэтажного обрушения с торцовым выпуском руды. При всех достоинствах этой технологии - простота конструкции и управления горным давлением, многозабойность работы самоходного оборудования, высокая интенсивность горных работ и производительность труда - для неё характерны существенные недостатки: низкие показатели извлечения руды из недр; сложность проветривания тупиковых очистных забоев (ортов или штреков). В этой связи в ИГД СО РАН разработан новый вариант системы подэтажного обрушения с площадно-торцовой технологией выпуска руды [1].

Подготовительно-нарезные работы заключаются в проведении транспортного уклона предназначенного для доставки рабочего оборудования на подэтажи, рудоспусков, буро-доставочных ортов и заездов, транспортных и отрезных штреков (рис. 1). Отличительными особенностями по сравнению с известным «шведским» вариантом является дополнительная проходка между ортами погрузочных заездов, что обеспе-чивает более высокие показатели извлечения полезного ископаемого.

Очистная выемка включает в себя процессы: бурения, послойной отбойки руды, выпуска её через торцы буро-доставочных ортов и погрузочных заездов и доставки до участкового рудоспуска. Подготовка горизонта выпуска и доставки по данной схеме позволяет обеспечить вентиляцию очистных забоев за счёт общешахтной депрессии. Свежий поток воздуха из доставочного штрека поступает в отрабатываемую панель, далее в отрезную выработку и через вентиляционный ствол выдаётся наверх.

Рис. 1. Технология подэтажного обрушения с площадно-торцовым выпуском руды: 1 - откаточный штрек; 2 - буро-доставочный орт; 3 - сбойки; 4 - слой отбитой руды

2

Новая технология позволяет достичь следующих показателей (по сравнению с существующими системами разработки): роста производительности труда забойных рабочих в 3,0-4,0раза (95-100 т/чел.-смен) и улучшения общей культуры производства; сокращения сроков ввода в эксплуатацию очистных блоков в 5-7 раз (продолжительность подготовки блока - 1-2 мес.); роста объёмов добычи руды без расширения площадей разработки; снижения удельных энергозатрат и в целом издержек производства; обеспечивает безопасность горных работ за счёт снижения масштабов массовых взрывов и, как следствие, вероятности проявления горного давления в динамической форме; способствует снижению затрат на вентиляцию за счёт применения общешахтного проветривания; позволяет повысить качество товарной руды на 10-15 % за счёт лучшего вписывания очистных панелей в контуры отрабатываемых рудных тел и частичного оставления породных прослоев в выработанном пространстве [2].

Для выявления особенностей выпуска руды по площадноторцовой схеме, были проведены исследования в лабораторных условиях на физических объёмных моделях. Целью исследования явилось определение и выявление основных факторов и параметров, совокупно влияющих на величину показателей извлечения и в установлении характера и закономерностей влияния каждого из них на технологию извлечения полезного ископаемого. Потреб-

ность в раскрытии и изучении закономерностей выпуска по новой схеме продиктована необходимостью определения оптимальных параметров системы разработки и принципа отработки залежей, а также возможностью управления качеством выпускаемой рудной массы.

Корректное моделирование технологии обеспечивалось выполнением основных трёх условий подобия натуры и модели: геометрического (X), кинематического (п) и динамического (5) [3]. Полное одновременное подобие всех физико-механических и деформационно-прочностных свойств сыпучего материала было достигнуто через приведённый показатель сыпучести - комплексной характеристики сыпучих сред [4]. В процессе моделирования показатель сыпучести составил р = 1,15-1,25 м при коэффициенте разрыхления Кр = 1,34-1,36 (наиболее вероятная плотность упаковки). В качестве руды и налегающих пород использовались соответственно рудный концентрат (крупностью частиц 4-6 мм, плотностью 3,65 т/м3) и доломитовая крошка (крупностью 6-10 мм, и плотностью 2,6 т/м3), наиболее соответствующие свойствам руды и налегающих пород в натуре.

Для соблюдения подобия параметров зон потоков (фигуры выпуска), по критерию показателя сыпучести, в модели через каждые 5 см по высоте слоя создавались прослойки из доломитовой крошки. По мере выпуска рудного материала происходило прогибание данных прослоек, по параметрам которых определялся показатель сыпучести (через высоту прогиба и количество выпущенной при этом руды). Если определяемый показатель сыпучести не соответствовал приведённой величине, то эксперимент браковался и повторялся заново.

Как установлено натурными наблюдениями и исследованиями, неоднородность распределения по плотности упаковки и гранулометрического состава отбитой руды способна инициировать при выпуске значительные отклонения развивающейся области течения от симметрии выпускного отверстия и провоцировать более раннее разубоживание [3]. В связи с этим фигура выпускаемого слоя, плотность упаковки и гранулометрический состав рудного концентрата, имитируемые в модели, строго соблюдались.

Площадно-торцовая технология в отличии от торцовой, требует специфического подхода к решению задачи снижения потерь и разубоживания руды. Эта специфика определяется тем, что выпуск

а) б) в) г)

Рис. 2. Модели для определения количественных показателей извлечения (начало выпуска): а) и б) вид со стороны торца; в) и г) соответственно с заезда

руды, в условиях нового варианта, осуществляется из двух точек (по площади и с торца), вследствие чего сфера влияния зон выпуска (течения) расширяется в месте с тем повышая возможности управления качеством добываемого полезного ископаемого.

Извлечение руды производили из ромбовидных панелей при высоте подэтажа 15 и 20 м. Выпуск осуществлялся путём чередования схем площадно-торцовой и торцовой технологий с изменением толщины и ширины отбиваемых слоёв. Для получения адекватных показателей извлечения руды, в модели, имитировались остатки от выпуска вышележащего слоя. Общая картина моделируемой технологии представлена на рис. 2 (Нпод = 20 м, толщина отбиваемого слоя: для площадно-торцового варианта В = 10 м, для -торцового В = 4 м).

За критерий оценки показателей извлечения было взято предельное разубоживание в последней дозе выпуска, так как его влияние на показатели выпуска весьма существенно, что доказано не только практикой работы подземных предприятий, но и моделированием выпуска руды по различным схемам [4]. Количество извлекаемой из моделей рудной массы соответствовало 60 % и 100 %-му предельному разубоживанию, при которых и определялись показатели извлечения.

В процессе проведения экспериментов применялись, в основном, два варианта равномерно-последовательного режима выпуска рудного материала: одинаковыми дозами с торца и заезда, и дозами

2:1 по отношению к заезду (то есть выпускаемая доза со стороны заезда в 2 раза превышала величину дозы извлекаемой из торца).

В модели с параметрами Нпод = 20 м, В = 10 м (рис. 2, в) при выпуске первого слоя руды, имеющего вертикальный боковой контакт с нетронутым массивом (частный случай) разубоживание наступало после извлечения 65-70 % чистой руды, при этом интенсивного засорения руды со стороны заезда не наблюдалось и ограничивалось лишь налегающими породами. Показатели извлечения руды при этом составили: выход неразубоженной руды 65-70 %, остальная рудная масса в количестве 30-35 % имело разубоживание в дозах выпуска до 60 %. Потери руды изменялись от 8,0 до 8,4 %, общее разубоживание достигало 12,9-13,7 %.

Выпуск последующих слоёв, с торцовым контактом сложенным обрушенными пустыми породами (основной случай, рис. 2, г) характеризовался ухудшением показателей извлечения: выход чистой руды составил 58-62 %, потери изменялись от 8,3 до 8,9 %, общее разубоживание достигало 14,0-15,1 % (табл. 1). Различия в показателях извлечения, а особенно в уровне разубожива-ния, при выпуске первого и последующего слоёв объясняется наличием боковых вмещающих пород и их проникновением в зону потока выпуска.

Для моделей с параметрами Нпод = 15 м, В = 8 м показатели извлечения составили: для первого слоя - потери 7,8-8,3 %, разубоживание 12,7-13,4 %; для последующих слоёв соответственно - потери 8,0-8,6 %, общее разубоживание 13,5-14,2 %.

Исследование торцового выпуска руды, главным образом, было направлено на определение оптимальных параметров отбиваемого слоя с привязкой его к площадно-торцовой схеме. Эксперименты проводились на выше описанных моделях с толщиной слоя В = 3,5, 4,0, 4,5, и 5,0м. Наилучшие показатели извлечения были достигнуты при толщине слоя В = 4,0-4,5 м, - потери руды составили 12,5-13,0 %, разубоживание - 22,7-23,5 % (табл. 1).

Общее количество опытов с параметрами технологии Нпод = 15, 20 м и В = 8,10 м составило 14, по средним значениям которых (попавшим в доверительные интервалы) (табл. 1)

построены графики зависимости потерь Р и разубоживания Я от предельного разубоживания в последней дозе выпуска (рис. 3).

50 -

140 ОА

-£ 20 I *0

о -о

Рис. 3. Графики зависимостей показателей извлечения руды от предельного разубожи-вания в последней дозе выпуска: а) при высоте подэтажа Нпод = 15 м б) при высоте подэтажа Нпод = 20 м; Рь Р2 и Яь Я2 - соответственно потери и разу-боживание руды при площадно-торцовой и торцовой технологии выпуска

Площадно-торцовой технологии присущ свой особый режим выпуска, сущность которого была исследована в процессе моделирования. Анализируя результаты исследования различных вариантов равномерно-последовательного режима выпуска можно отметить следующее:

1. Существенно важным результатом здесь явилось не только нахождения эффективного режима выпуска, но и экспериментальное доказательство того, что режим выпуска оказывает значительное влияние на показатели извлечения, что требует строгого выполнения, соблюдения и осуществления новой технологии;

2. Выпуск руды в вариантах одинаковыми дозами из торца и со стороны заезда и в соотношении 2:1 является равноценным обеспечивающим наилучшие показатели извлечения;

3. В условиях данных вариантов режима выпуска существует возможность быстро и гибко реагировать на изменения условий разработки, переходя от одного к другому, создавая благоприятные предпосылки управления качеством добываемого сырья.

К основным параметрам системы разработки с площадноторцовым выпуском руды относятся следующие размеры панели: толщина отбиваемых (выпускаемых) слоёв и расстояния между бу-ро-доставочными выработками и погрузочными заездами. Толщина отбиваемого слоя и ширина панели должна приниматься из условия получения минимальных потерь и разубоживания руды.

Теоретически, наилучшие показатели извлечения будут достигнуты только в том случае, если фигура выпуска максимально вписывается в параметры конфигурации слоя по его толщине и ширине [4]. На параметры зон потоков, для каждого конкретного случая, определяющее значение оказывают: показатель сыпучести рудной массы (величина постоянная) и ширина выработки выпуска.

Для определения оптимальных параметров технологии были проведены эксперименты с вариацией толщины отбиваемого слоя. В моделях с высотой подэтажа Нпод = 20 м (ширина панели А = 10 м) толщина выпускаемого слоя составляла В = 8, 10, 12 и 15 м и при высоте подэтажа Нпод = 15 м (ширина панели А = 8 м) соответственно - В = 6, 8, 10 и 12 м. Ширина выработки выпуска принималась равной Ав = 4м. Результаты исследований представлены в табл. 2.

Как видно из результатов табл. 2, минимальные потери и разубо-живание руды достигнуты при толщине слоя В = 8 м и В = 10 м соответственно для высоты подэтажа Нпод = 15 м и 20 м.

В целом, обобщая результаты лабораторных экспериментов технологии площадно-торцового выпуска руды, отметим следующее:

1. Как видно из табл. 1 показатели извлечения площадноторцового выпуска относительно торцовой системы улучшились, потери руды снизились на 15-20 %, общее разубоживание - на 3035 %;

2. Количество извлечённой чистой руды при площадноторцовой технологии выпуска в 1,5-1,6 раза превышает количество выпущенной чистой руды по торцовой схеме;

3. Процесс разубоживания наступает более интенсивно со стороны заезда (выпуск по площади), что обусловлено контактом обрушенного слоя руды с боковыми вмещающими породами;

4. При выпуске рудной массы со стороны заезда предельное разубоживание в дозах выпуска нарастает постепенно в отличии от выпуска из торцовой выработки;

5. Количество извлечённой руды из заезда превышает количество извлечённой руды со стороны торца и составляет, соответственно, 60-65 % и 35-40 % от общего объёма выпущенной рудной массы;

Рис. 4. Остатки отбитой руды в панели при площадно-тор-цовой технологии выпуска

6. Толщина слоя выпускаемой руды в 2,0-2,5 раза превышает толщину отбиваемого слоя при торцовом выпуске. Расстояние между погрузочными заездами при этом составляет 12,5-14,5 м;

7. Общие показатели извлечения по панели (рис. 4), которая включает в себя чередующиеся слои выпущенные по площадно-торцовой и торцовой схемам, составили: потери руды - 9,4-10,6, общее разубоживание - 15,617,1.

Авторы выражают признательность и благодарность «Фонду содействия отечественной науке» за финансовую поддержку комплекса выполненных и выполняемых в настоящее время работ в данном направлении.

--------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Патент РФ № 2208162. Способ разработки рудных месторождений подэтажным обрушением / Фрейдин А.М., Кореньков Э.Н., Филиппов П.А. и др. / Опубл. в БИ, 2003, №19.

2. Фрейдин А.М., Филиппов П.А., Гайдин С.П., Кореньков Э.Н., Неверов С.А. Перспективы технического перевооружения подземных рудников ЗападноСибирского металлургического комплекса //ФТПРПИ. - 2004. - №3.

3. Крамаджян А.А., Стажевский С.Б., Хан Г.Н. Моделирование выпуска сыпучих материалов из ёмкостей // ФТПРПИ. - 1999. - №4.

4. КуликовВ.В. Выпуск руды. - М.: Недра, 1980.

— Коротко об авторах --------------------------------------------------

Фрейдин А.М. - доктор технических наук, профессор, заведующий лабораторией,

Неверов С.А. - кандидат технических наук,

Институт горного дела СО РАН.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.