Научная статья на тему 'Проблемы применения систем с принудительным обрушением при подземной разработке рудных месторождений'

Проблемы применения систем с принудительным обрушением при подземной разработке рудных месторождений Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
387
58
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
CAVING SYSTEMS / КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ / COMPUTER SIMULATION / OR LOSSES / РАЗУБОЖИВАНИЕ РУДЫ / ORE DILUTION / FACE DRAWING / ФИГУРА ВЫПУСКА / THE FIGURE IS DRAW / СИСТЕМЫ С ОБРУШЕНИЕМ РУДЫ И ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД / ПОТЕРИ РУДЫ / ТОРЦЕВОЙ ВЫПУСК

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Савич Игорь Николаевич

Широкое распространение в зарубежной н отечественной практике получил послойно-торцевой способ с подэтажным выпуском руды. Анализ российского и зарубежного опыта применения в горной промышленности технологии с подэтажным обрушением при торцевом выпуске рудной массы, показывает, что, на ряду, с обеспечением высокой производительности, существуют и широкие возможности в управлении количественными и качественными показателями извлечения руды.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Савич Игорь Николаевич

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

WIDESPREAD IN FOREIGN AND DOMESTIC PRACTICE WAS LAYERED-END WAY TO RELEASE SUBLEVEL ORE

Analysis of the Russian and foreign experience in the application of mining technology with sublevel caving in face of the ore mass release shows that, along with the features and performance, there are ample opportunities in the management of quantitative and qualitative indicators of ore extraction.

Текст научной работы на тему «Проблемы применения систем с принудительным обрушением при подземной разработке рудных месторождений»

- © И.Н. Савич, 2014

УДК 622.646

И.Н. Савич

ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ОБРУШЕНИЕМ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Широкое распространение в зарубежной и отечественной практике получил послойно-торцевой способ с подэтажным выпуском рулы. Анализ российского и зарубежного опыта применения в горной промышленности технологии с подэтажным обрушением при торцевом выпуске рудной массы, показывает, что, на ряду, с обеспечением высокой производительности, существуют и широкие возможности в управлении количественными и качественными показателями извлечения руды.

Ключевые слова: системы с обрушением руды и вмещающих пород, компьютерное моделирование, потери руды, разубоживание руды, торцевой выпуск, фигура выпуска.

Системы с принудительным обрушением получили широкое распространение в России и за рубежом. Эти технологии позволяют достичь высокой концентрации и производительности горных работ по сравнению с другими технологиями в идентичных горнотехнических условиях при низкой себестоимости добычи, но требуют определенной тщательности в подходе к обоснованию их параметров, неверный выбор которых для конкретных условий отрицательно сказывается на показателях извлечения.

На разных этапах развития технологий с принудительным обрушением и самообрушением руды применяли: блочное принудительное обрушение; подэтажное обрушение при торцевом выпуске руды; кратерную выемку; блоковое принудительное или самообрушение.

Наиболее широкое распространение в зарубежной и отечественной практике получил послойно-торцевой способ с подэтажным выпуском руды.

Анализ российского и зарубежного опыта применения в горной промышленности технологии с подэтажным обрушением при торце-

366

вом выпуске рудной массы, показывает, что, на ряду, с обеспечением высокой производительности, существуют и широкие возможности в управлении количественными и качественными показателями извлечения руды. То есть если при применении технологий с подэтажным обрушением за выпуском рудной массы соблюдать четкий контроль, то можно избежать больших потерь и разубоживания руды.

Как известно, показатели извлечения рудной массы при торцевом выпуске зависят с высотой и шириной забоя, толщиной слоя и количеством отбиваемой за один прием руды. Имеет значение направление фронта отработки по горизонтали и вертикали, а также некоторые другие менее значимые факторы.

Увеличение толщины отбиваемого слоя ухудшает показатели выпуска, однако при одновременном увеличении высоты подэтажа — показатели выпуска улучшаются. Так, на ряде горных предприятий оптимальное значение толщины отбиваемого слоя, при высоте подэтажа 15 м составляет 3 м, а при высоте 30 м — 5 м.

В процессе анализа выпуска руды на подземных рудниках установлено, что решающее влияние на потери руды оказывает угол наклона слоя, а на разубоживание его высота.

При увеличении плотности руды, фигуры разрыхления и выпуска приобретают вытянутую форму, а угол выпуска становится более крутым. В этом случае процесс истечения материала из выпускного отверстия происходит с нарушением состояния равновесия. Силы трения и сцепления между частицами оказывают сопротивление первоначальному сдвигу частиц с места и их дальнейшему движению.

Нарушение условий равновесия внешним воздействием (взрыванием зарядов ВВ в производственных условиях или сотрясением модели при лабораторных испытаниях) приводят к образованию пустот эллипсоидальной формы. Увеличение размеров пустот сопровождается обрушением руды с образованием так называемых «труб», через которые прорываются налегающие породы, приводя к значительным потерям и разубоживанию.

К настоящему времени недостаточно изучен вопрос влияния гранулометрического состава на показатели извлечения при торцевом выпуске руды. В тоже время как показывают исследования по определению просачивания налегающих пустых пород сквозь руду, выполненные применительно к торцевому выпуску это влияние весьма значительно.

367

В процессе очистной выемки системами с обрушением отбитая руда может иметь один, два и три контакта с боковыми породами. Выпуск руды должен быть равномерно-последовательным, а верхний контакт с налегающими вмещающими породами может быть горизонтальным или наклонным.

Выпуск руды в системах с массовым обрушением характеризуется режимом и дозой. Под режимом выпуска понимается очередность обхода выпускных выработок и количество выпускаемой из них руды, а под дозой — количество рудной массы, которое выпускается из одной выработки непрерывно или с перерывами до того как перейти к следующей. При этом следующая доза из данной выработки выпускается после выпуска руды из смежных с ней буро-доставочных выработок.

Наиболее эффективным, характеризующимся высокими показателями извлечения полезного ископаемого, является равномерно-последовательный режим выпуска. Эффективность равномерно-последовательного режима не вызывает сомнений, но рекомендуемая при этом доза выпуска по минимуму составляет 20-30 тонн, а ее максимум не ограничивается. Главное заключается в том, чтобы контакт между рудой и породой опускался без значительных прогибов. Для этого необходимо установить допустимую разность между объемами руды, выпускаемой из смежных выработок, при которой обеспечивается минимальное изменение конфигурации контакта между рудой и обрушенными породами. При этом сохраняется основной признак равномерно-последовательного режима выпуска — близкое к горизонтальному положение контакта между рудой и обрушенной породой, что считается главным условием, определяющим высокие показатели извлечения полезного ископаемого по сравнению с другими режимами выпуска.

Обоснование параметров систем подэтажного обрушения базируется в основном на определении конфигурации фигур выпуска и соответствующих ей уровнях потерь и разубоживания. Однако, в большинстве случаев, применение классических схем подэтажного обрушения, которые создавались на основе этой теории, приводило к неудовлетворительным результатам. Системы отличались ранним разубоживанием при выпуске, низким извлечением руды и сравнительно большим расходом подготовительно-нарезных выработок.

На практике разубоживание проявлялось после выпуска 20+30% руды и достигало 20+40% с потерями до 40%. Характеристики рудной

368

массы, получаемые после взрыва (подвижка контакта руды и породы, различная форма и размеры кусков руды) в значительной степени зависят от схемы расположения выработок и параметров отбойки.

Немаловажное влияние на показатели извлечения оказывают разрыхление руды и уплотнение пустых пород.

Регулируя ширину пунктов выпуска и расстояние между ними можно регулировать показатели извлечения, исходя из того, что чем меньше расстояние между буровыпускными выработками, тем ниже высота взаимодействия фигур выпуска и больше их взаимное влияние. В совокупности это позволяет снизить уровень потерь и разубоживания руды.

Таким образом, при выборе параметров систем подэтажного обрушения с торцевым выпуском рудной массы необходимо исходить из следующих основных положений:

• устойчивость породы определяется степенью трещиноватости и их характеристиками. В устойчивом массиве можно увеличивать ширину выпускных выработок, в неустойчивых — их сечение ограничено, а направление по возможности должно соответствовать основным направлениям систем трещин;

• уменьшение сечения буровыпускных выработок и увеличение расстояния между ними (по горизонтали и вертикали) для снижения объема подготовительно-нарезных работ приводит к низкому извлечению руды;

• расположение выработок с небольшим интервалом и увеличение сечения выработок для более полного извлечения руды из недр приведет к дополнительным расходам на их проходку и крепление;

• схемы вкрест или по простиранию рудного тела (ортовая или штрековая подготовка) выбираются исходя из числа факторов, таких как: основное направление действующих напряжений в массиве, угол падения и склонение рудного тела, его размеры и наличие основных систем трещин и в нем, нарушения, контакты с вмещающими породами. Если условия на разных участках изменяются в большом диапазоне, то необходимо корректировать параметры системы в соответствии с этими изменениями;

• расстояние между смежными выработками зависит от их формы, размеров и нагрузки на целики и должно обеспечивать взаимодействие фигур выпуска;

• при крутом падении рудных тел, пустые породы могут поступать в основном от контактов с вмещающими породами, следовательно,

369

чем больше мощность рудного тела, тем меньший объем разубоживания. Наличие полезного компонента в разубоживающей массе снижает негативный эффект разубоживания;

• налегающие породы должны свободно обрушаться при продвижении фронта работ с созданием определенной площади обнажения.

Учесть все указанные нюансы и установить параметры систем с обрушением в каждом конкретном случае возможно только при моделировании процессов очистной выемки рудной массы. Для этого в Московском государственном горном университете разработана компьютерная модель, позволяющая имитировать практически любые горнотехнические условия разработки, включая распределение полезных компонентов в рудном теле. В качестве целевой операционной системы была выбрана Microsoft Windows XP, в связи с большей ее распространённостью.

МГГУ - MineCAD

Рис. 1. Внешний вид разработанного приложения (показан разрез выпускаемого блока)

370

При разработке методики принятия проектных решений в условиях неопределённости технологических параметров основными требованиями являлись:

• достаточно высокая точность и скорость расчётов;

• предоставление большого набора изменяемых параметров и наглядность расчётов;

• удобство настройки модели при соответствии большинству требований и условий;

Разработанная компьютерная модель позволяет учитывать разнообразные параметры выпуска:

• параметры объёма рудного тела;

• расположение и размеры вмещающих пород;

• параметры и расположение выработок;

• интервалы задержек и последовательности выпуска из выработок;

• изменение содержания полезного компонента в руде по мощности;

а б в

Рис. 2. Виды визуализации процесса выпуска: а — содержание полезного компонента в руде; б — динамическое формирование фигур выпуска и разрыхления; в — внедрение породы в руду и отображение траекторий движения кусков

371

• различные экономические факторы;

• свойства сыпучести руды;

• влияние выпускаемых выработок друг на друга и др.

Было подтверждено соответствие между показателями физического моделирования, результатами математических расчётов и практическими данными предприятий, что доказывает состоятельность полученной компьютерной модели как методики.

Полученный программный комплекс позволяет буквально за считанные минуты определить параметры и показатели выпуска, при этом по результатам многочисленных экспериментов удалось достичь отклонения не превышающего 5%.

Визуализация процесса выпуска, также является важным элементом для понимания процессов происходящих внутри выпускаемого

Рис. 3. Ведение подробной статистики выпуска по каждой из выработок и формирование графиков потерь, разубоживания и экономического эффекта

372

блока (отслеживание движения кусков руды, перекрытие фигур выпуска, рост уровня разубоживания и т.п.), так как проследив зависимость, можно понять какой из параметров в схеме выпуска следует менять.

Использование возможностей современных многоядерных процессоров и технологий вывода больших скоплений частиц, с изрядной долей оптимизации, позволило отображать ход выпуска в реальном времени.

Ведение подробной статистики по каждой из выработок, позволяет своевременно корректировать их расположение, размер, последовательность выпуска и прочие параметры для наиболее полного извлечения руды в итоге. Вывод данных в файлы электронных таблиц Excel, даёт возможность дополнительной их обработки и формировании отчётов в последствии.

С текущей и экспериментально одобренной базой, появилась возможность её программной адаптации для любых горнотехнических условий при разработке рудных месторождений системами с принудительным обрушением и выпуском под обрушенными породами для обоснования нормативов потерь и разубоживания. ДШЗ

КОРОТКО ОБ АВТОРЕ -

Савич Игорь Николаевич — доктор технических наук, профессор, Московский государственный горный университет, [email protected]

373

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.