CC BY
63
УДК 504.55.054:622(470.6)
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВЫПУСКА РУД ПРИ ПОДЭТАЖНОМ ОБРУШЕНИИ С ТОРЦОВЫМ ВЫПУСКОМ
В.И. Голик, А.А. Белодедов, А.В. Логачев, Д.Н. Шурыгин
Изложены результаты моделирования поведения руд и пород в лабораторных условиях на моделях из эквивалентных материалов. Подтверждена коррелятивная зависимость между параметрами выпуска руд и их качеством. Показано, что эффективность технологий с обрушением увеличивается при увеличении размеров участвующих в процессе массивов. Показано, что при добыче руд вариантами с подэтажным обрушением с торцовым выпуском ее параметры: ширина фигуры выпуска, глубина фигуры выпуска и объем руды, выпущенный до начала разубоживания, корректно увязаны между собой, что предполагает возможность управления качеством добываемой руды.
Ключевые слова: месторождение, руда, разработка, отбойка, выпуск, качество, слой.
Металлодобывающий комплекс России относится к числу базовых отраслей промышленности, которые обеспечивают национальную безопасность страны. В условиях вхождения России в мировой рынок проблемы повышения качества продукции приобретают особую актуальность [1].
В условиях растущего спроса на продукцию металлодобывающих предприятий становится необходимым увеличение объемов производства. Препятствием на пути повышения конкурентоспособности продукции горно-обогатительных комбинатов являются и неблагоприятные горно-геологические и горнотехнические условия разработки месторождений. Повышение конкурентоспособности продукции предприятий осуществляется путем диверсификации производства, повышения качества, снижения затрат и комплексного использования железорудного сырья [2 - 4].
В настоящее время конкурентоспособность предприятий должна оцениваться на основе системы показателей, характеризующих не только возможность комплексного использования минерального сырья, но и упущенную выгоду от потерь руды в недрах и затрат на компенсацию разубоживания.
Причинами высокого уровня затрат на производство являются сложность условий отработки месторождений, увеличение глубины горных работ и изношенность основных фондов.
В настоящее время при добыче основного объема металлического сырья доминирует открытый способ разработки, но сформировалась устойчивая тенденция перехода к шахтному методу добычи [5].
Среди систем подземной разработки металлических месторождений наиболее распространены технологии с обрушением, среди которых важную роль играют варианты с подэтажным обрушением. Основным параметром этих технологий является эффективность выпуска руд, определяющая их качество. Показатели выпуска в немалой мере зависят от механизма истечения руды [6].
Подэтажное обрушение с торцовым выпуском характеризуется отбойкой руды в подэтажах и её выпуском под обрушенными налегающими породами в подэтажные выработки через их торцы.Для вариантов характерно совмещение горизонтов бурения, выпуска и доставки руды и высокая степень механизации подготовительных и добычных работ. При высокой производительности добычи и сравнительно небольшом объёме подготовительно-нарезных работ, возможности комплексной механизации работ вариантам присущи относительно высокие потери и разубоживание руды.
Подэтажи отбивают вертикальными или наклонными слоями из подэтажных выработок и подвигают вместе с обрушением слоя. Выпуск и погрузку руды ведут по всей площади подэтажа. По сравнению с другими вариантами улучшаются показатели извлечения и уменьшается объём подготовительно-нарезных работ, но возникают сложности совмещения технологических операций, в том числе процесса погрузки при работе под углом к навалу породы.
Подэтажное обрушение с торцовым выпуском руды нередко используют с дополнительным буровым горизонтом, располагаемым выше горизонта доставки. Образуемый таким образом рудный массив обрушается с отставанием по отношению к обрушаемому массиву подэтажа.
Наряду с неоспоримыми достоинствами варианта: независимое ведение буровых и добычных работ, сокращение объёма подготовительно -нарезных выработок при увеличенной высоте подэтажа, вариант характеризуется высокими значениями потерь и разубоживания [7].
В выпускаемой обрушенной руде наблюдается эффект вторичного разрыхления, что влияет на величину потерь и разубоживания при отработке запасов. Расчетные методы определения параметров выпуска допускают расхождения в определении показателей качества, а определение величины потерь и разубоживания руды прямым методом затруднительно.
При проектировании технологий величина показателей качества может быть определена моделированием [8 - 10].При этом соблюдение геометрических условий играет более важную роль, чемсоблюдение подобия между объемными силами и напряжениями для натуры и модели.
Геометрический масштаб моделирования оказывает влияние на механику выпуска в той мере, в какой он влияет на свободу истечения материала из отверстия. Из отверстия модели вначале выходят более
мелкие фракции, а после достижения телом выпуска поверхности материала, - более крупные фракции, которые движутся медленнее мелких частиц.
Эффективность систем разработки подэтажного обрушения определяется моделированием. Модель блока имела размеры 800х700х 700 мм. В качестве руды использовали дробленые породы размерами до 5 мм. Порода была представлена более крупными частицами (6...25 мм). Масштаб моделирования 1:50.
Руду в модель засыпали слоями: толщина первого слоя 20 см, а последующих 10 см с разделением прослойками песка. После засыпки каждого слоя устанавливались реперы. Шаг выпуска составлял 5 см в модели или 2,5 м в натуре. Конструкция модели позволяла менять толщину слоя в зависимости от его высоты.
Руду удаляли с глубиной внедрения в модели 1,5 см или 0,75 м в натуре. Выпускали руду дозами по 1000 г последовательно из пяти ортов. Выпуск заканчивали, когда разубоживание в дозе достигало 50 %. Максимальная толщина фигуры выпуска наблюдалась на высоте от почвы орта 20.30 см в модели или 10.15 м в натуре (рис.1).
По вышедшим маркам рисовали фигуру выпуска и положение контакта руды и покрывающей породы площадь выпуска на горизонтах.
Потери составляет оставшаяся в "мертвой" зоне между выпускными выработками руда. Истечение руды носит неустойчивый струйный характер, на что указывает измененная форма поверхности фигур выпуска. Поверхность фигуры деформирована из-за неодинаковой плотности сыпучего материала выпускаемого слоя, причем ширина фигуры выпуска значительно превышает толщину.
При выпуске руды на одиночную выработку изучались закономерности движения руды при торцовом выпуске и взаимосвязь фигур выпуска: ширины, глубины выпуска и высоты слоя руды.
После обработки результатов экспериментов получены зависимости
2Ь = 0,2к + 4,3; С = 0,12Н +1,0; ( = 0,0187^,
где к - высота слоя выпуска руды; 2Ь - ширина фигуры выпуска руды; С - глубина фигуры выпуска руды; ( - объем руды, выпущенный до
начала разубоживания.
При выпуске руды на 3 орта с общей линией очистного забоя, отстоящих друг от друга на расстоянии 8 м ширина межортового целика принималась 4 м из условия его устойчивости. Выпуск из модели вели последовательно по 50 см3 из каждого отверстия.
Рис. 1. Схема торцового выпуска руды: 1 - 5 - слои выпускаемой руды
Материал, представляющий породу, обладал магнитными свойствами и отличался от материала, представляющего руду, что позволило при осуществлении эксперимента отделить породу от "руды" и корректно оценить уровень потерь и разубоживания:
Р
П = Р • 100 • Р '
м
Р = ■ 100,%,
V + V
п р
где П - потери руды, %;Р - разубоживание руды, %; Ре - масса выпущенной из модели руды, кг; Рж - масса засыпанной в модель руды, кг; Уп -объем выпущенной из модели породы, см ;У - объем выпущенной из
3
модели руды, см .
Экспериментально подтверждено, что с увеличением высоты слоя выпуска извлечение чистой руды увеличивается, а потери и разубоживание уменьшаются (рис. 2).
о;
к
I
I
а
80 70 60 50 40 30 20 10 0
Ряд1 Ряд2 Ряд3
8
28
13 18 23 Параметры выпуска, И, м Рис. 2. Зависимость параметров выпуска при варианте подэтажного
обрушения
Возможности существенного улучшения показателей извлечения предоставляет схема с шахматным расположением выпускных отверстий при увеличенной до 25 м высоте выпускаемого слоя для расстояния между ортами 8 м.
При выпуске руды с изменяющимися параметрами (высота слоя 10, 15, 20 м) влияние угла наклона плоскости выпускного забоя на показатели выпуска оцениваются неоднозначно. Одни исследователи считают, что при изменении плоскости забоя от 80 до 100° показатели извлечения практически не изменяются. Другие утверждают, что они могут существенно изменяться. Моделированием подтверждено, что показатели качества в модели при угле наклона асп= 80° отличаются от аналогичных показателей при аси=90° (рис. 3).
Улучшение показателей выпуска руды объясняется более полным согласованием фигуры выпуска с геометрией движения массивов при увеличении объема рабочего очистного пространства. Для дальнейшего улучшения показателей целесообразно сопрягать фигуры выпуска из соседних выработок.
Моделирование выпуска при этом варианте подтверждает устойчивость выпускных выработок и межортовых целиков. Так, при 20-метровой высоте подэтажа межортовые целики шириной 4 м сохраняли несущую способность в наиболее неустойчивой зоне месторождения в течение 2 - 2,5 месяцев после начала очистных работ, в то время как при высоте подэтажа 10 м выработки нарушались вскоре после их проведения.
Вариант с повышенной высотой подэтажа по сравнению с базовым вариантом обеспечивает экономический эффект за счет сокращения объема нарезных работ до двух раз, позволяет повысить концентрацию
горных работ и коэффициент использования погрузочно-доставочной техники [11 - 14].
-\
Выпуск чистой руды
11=1 Ом 36% 11=15м 58%
11=2 5м 60% _/
-\
Разубоживание:
11=1 Ом 19% 11=15м 20% 11=2 5м 12%
-N
Потери:
11=1 Ом 64% 11=15м 42%
11=2 5м 40% _/
Рис. 3. Показатели выпуска руды при изменении угла наклона и сохранении прочих условий
При добыче руд вариантами с подэтажным обрушением с торцовым выпуском существенно повышается возможность управления качеством добываемой руды за счет более полного согласования компонентов технологического процесса.
Экспериментально определено, что для повышения показателей извлечения руды из недр целесообразно увеличение высоты выпускаемого слоя до 20.25 м, уменьшение межортовых целиков до 4 м, опережающее бурение скважин и угол наклона плоскости очистного забоя менее 90 %.
Полученные результаты вписываются в рамки представлений по существу рассматриваемой проблемы российских и зарубежных исследователей.
Таким образом, основными факторами улучшения показателей извлечения руды из недр являются увеличение высоты подэтажа и шахматное расположение выпускных отверстий при сопряжении фигур выпуска. Эффективность извлечения руды из недр при увеличенной высоте выпускаемого слоя обеспечивается путем сокращения объема нарезных работ, уменьшения числа действующих очистных забоев за счет
увеличения объемов руды в рабочем пространстве, концентрации горных работ и коэффициента использования погрузочно-доставочной техники.
Список литературы
1. Golik V. I., Hasheva Z. M., Galachieva S. V. Diversification of the Economic Foundations of Depressive Mining Region // The Social Sciences: Medwell Journals. 2015. 10 (5). Р.678-681.
2. Ляшенко В.И. Природоохранные технологии освоения сложно-структурных месторождений полезных ископаемых // Маркшейдерский вестник. 2015. № 1. C.10-15.
3. Голик В.И., Комащенко В.И., Качурин Н.М. Концепция комбинирования технологий разработки рудных месторождений // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2015. Вып. 4. С.76-88.
4. Matthews T. Dilution and ore loss projections: Strategies and considerations // SME Annual Conference and Expo and CMA 117th National Western Mining Conference - Mining: Navigating the Global Waters. Denver, United States. 15- 18 February 2015. P. 529-532.
5. Parker H. M. Reconciliation principles for the mining industry // Mining Techn. 2012. Vol. 121(3). P. 160-176.
6. Шестаков В.А., Версилов С.О., Дулин Р.А. Оптимизация производственной мощности рудника и порядка отработки запасов // ГИ-АБ. 2000. № 9. С. 64.
7.Филиппов, П.А. Разработка и научное обоснование геотехнологий добычи железных руд при освоении природных и техногенных месторождений Западной Сибири: дис....д-ра техн. наук. Новосибирск. 2012.
8. Белодедов А.А. Обоснование эффективности технологии проведения выработок с разгрузочными полостями при установлении устойчивых параметров угольных целиков // ГИАБ. 2010. №4. С. 197-201.
9. Логачев А.В. Оптимизация параметров дробления руд при поэтапной разработке месторождений // Цветная металлургия. 2011. № 12. С. 28-30.
10. Бабец А. М., Лейзерович С. Г., Тиганова Ю. В. Вклад ОАО «НИИКМА» в решение проблем Курской магнитной аномалии // Горный журнал. 2014. №8. С.78-84.
11. Логачев А.В. К вопросу о геотехнологических вариантах поэтапной разработки месторождений // Цветная металлургия. 2013. №4. С.46-50.
12. Рундквист Д. В. Новые типы месторождений и новые технологии разработки полезных ископаемых - решение минерально-сырьевых проблем XXI века // Современные методы минералого-геохимических
исследований как основа выявления новых типов руд и технологии их комплексного освоения. СПб., 2006.
11. Пучков Л.А. Жежелевский Ю.А. Подземная разработка месторождений. М.: Изд-во МГГУ, 2006. 562 с.
12. Голик В.И., Мартынов В.Г. Комащенко В.И. Экологические, экономические и правовые аспекты недропользования: учеб. пособие. М.: РГУ НГ, 2012. 79 с.
13. Сергеев С. В., Лябах А. И., Зайцев Д. А. Опыт разработки богатых железных руд Яковлевского месторождения КМА // Научные ведомости БелГУ. 2011. № 3. С.123-129.
14. Gattinoni P., Pizzarotti E. M., Scesi L. Engineering Geology for Underground Works// Springer. 2014. 312 p.
Голик Владимир Иванович, д-р техн. наук, проф., v. i. golik@,mail. ru, Россия, Владикавказ, Северо-Кавказский государственный технологический университет,
Белодедов Андрей Алексеевич, канд. техн. наук, доц, декан, a. a. belodedov@,mail. ru, Россия, Новочеркасск, Ростовской области, Южно-Российский государственный технический университет,
Логачев Александр Владимирович, канд. техн. наук, доц., 132.log.a@,bk.ru, Россия, Новочеркасск, Ростовской области, Южно-российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова,
Шурыгин Дмитрий Николаевич, канд. техн. наук, доц., shurygind@,mail.ru, Россия, Новочеркасск, Ростовской области, Южно-российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова
IMPROVEMENT OF PARAMETERS OF PRODUCTION OF ORES AT THE SUBFLOOR
COLLAPSE WITH FACE RELEASE
V.I. Golik, A.A. Belodedov, A. V. Logachev, D.N. Shurygin
The results of modeling the behavior of ores and rocks in laboratory conditions on models of equivalent materials are presented. Confirmed correlation between the parameters of ore output and their quality is discussed. It is shown that the effectiveness of technologies with caving increases with increasing sizes of the involved arrays. It is shown that when ore is mined with variants with a sub-floor collapse with an end outlet, its parameters: the width of the release figure, the depth of the release figure and the volume of ore released before the dilution begins, are correctly linked, which implies the possibility of controlling the quality of the ore mined.
Key words: deposit, ore, development, breaking, release, quality, layer.
Golik Vladimir Ivanovich, doctor of technical sciences, professor, v. i. golik@,mail. ru, Russia, Vladikavkaz, North-Caucasian State Technological University,
Belodedov Андрей Алексеевич, candidate of technical sciences, docent, dean, a. a. belodedov@,mail. ru, Russia, Novocherkassk, Rostov Region, South-Russian State Technical University,
Logachev Alexander Vladimirovich, candidate of technical sciences, docent, 132. [email protected], Russia, Novocherkassk, Rostov Region, South-Russian State Technical University,
Shurygin Dimitryi Nikolaevich, candidate of technical sciences, docent, shur-ygind@mail. ru, Russia, Novocherkassk, Rostov Region, South-Russian State Technical University
Reference
1. Golik V. I., Hasheva Z. M., Galachieva S. V. Diversification of the Economic Foundations of Depressive Mining Region// TheSocialSciences 10 (5): MedwellJournals, 2015. R.678-681.
2. Ljashenko V.I. Prirodoohrannye tehnologii osvoenija slozhno-strukturnyh mes-torozhdenij poleznyh iskopaemyh// FGUP «GIPROCVETMET». Markshejderskij vestnik, 2015. № 1. C.10-15.
3. Golik V.I., Komashhenko V.I., Kachurin N.M. Koncepcija kombinirovanija tehnologij razrabotki rudnyh mestorozhdenij// Izvestija Tul'skogo gosudarstvennogo universi-teta. Nauki o Zemle. 2015. Vyp. 4. S.76-88.
4. Matthews T. Dilution and ore loss projections: Strategies and considerations // SME Annual Conference and Expo and CMA 117th National Western Mining Conference -Mining: Navigating the Global Waters. Denver, United States. 15- 18 February 2015. P. 529532.
5. Parker H. M. Reconciliation principles for the mining industry // Mining Techn. 2012. Vol. 121(3). P. 160-176.
6. Shestakov V.A., Versilov S.O., Dulin R.A. Optimizacija proizvodstvennoj moshhnosti rudnika i porjadka otrabotki zapasov // GIAB, 2000. № 9. S. 64.
7.Filippov, P.A. Razrabotka i nauchnoe obosnovanie geotehnologij dobychi zheleznyh rud pri osvoenii prirodnyh i tehnogennyh mestorozhdenij Zapadnoj Sibiri: dis. ... d-ra tehn. nauk. Institut gornogo dela. Uchrezhdenie Rossijskoj akademii nauk Sibirskoe otdelenie RAN, Novosibirsk. 2012.
8. Belodedov A.A. Obosnovanie jeffektivnosti tehnologii provedenija vyrabotok s razgruzochnymi polostjami pri ustanovlenii ustojchivyh parametrov ugol'nyh celikov//GIAB. M.: MGGU, 2010. №4. S. 197-201.
9. Logachev A.V. Optimizacija parametrov droblenija rud pri pojetapnoj razrabotke mestorozhdenij// Cvetnaja metallurgija, 2011. № 12. S. 28-30.
10. Babec A. M., Lejzerovich S. G., Tiganova Ju. V. Vklad OAO «NIIKMA» v resh-enie problem Kurskoj magnitnoj anomalii// Gornyj zhurnal, 2014. №8. S.78-84.
11. Logachev A.V. K voprosu o geotehnologicheskih variantah pojetapnoj razrabotki mestorozhdenij// Cvetnaja metallurgija, 2013. №4. S.46-50.
12. Rundkvist D. V. Novye tipy mestorozhdenij i novye tehnologii razrabotki poleznyh iskopaemyh - reshenie mineral'no-syr'evyh problem XXI veka // Sovremennye metody mineralogo-geohimicheskih issledovanij kak osnova vyjavlenija novyh tipov rud i tehnologii ih kompleksnogo osvoenija. SPb. 2006.
11. Puchkov L.A. Zhezhelevskij Ju.A. Podzemnaja razrabotka mestorozhdenij// Izd-vo MGGU, 2006. 562 s.
12. Golik V.I., Martynov V.G. Komashhenko V.I. Jekologicheskie, jekonomicheskie i pravovye aspekty nedropol'zovanija: uch. pos. M.: RGU NG. 2012. 79 s.
13. Sergeev S. V., Ljabah A. I., Zajcev D. A. Opyt razrabotki bogatyh zheleznyh rud Jakovlevskogo mestorozhdenija KMA // Nauchnye vedomosti BelGU, 2011. № 3. S.123-129.
14. Gattinoni P., Pizzarotti E. M., Scesi L. Engineering Geology 6ЭГ Underground Works// Springer. 2014. 312 p.
УДК 622.013: 004.42
РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ В УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ОЧИСТНОГО УЧАСТКА
А.Н. Домрачев, Ю.М. Говорухин
Приведены основные принципы разработки и рекомендации по внедрению в учебный процесс обучающе-тестирующей программы по курсу «Технология отработки пологих пластов» направления подготовки 21.05.04 Горное дело. Рассмотрены принципы создания интерфейсного модуля и структура контента, а также рекомендации по расширению и повышению эффективности использования компьютерных средств обучения при подготовке студентов по направлению подготовки 21.05.04 Горное дело. Особое внимание уделено алгоритму оценивания принятой технологии очистных работ.
Ключевые слова: программа тестирования, компьютерная лабораторная работа, алгоритм, итоговая аттестация, специальные дисциплины, учебный процесс.
На кафедре геотехнологии ФГБОУ ВО «Сибирский государственный индустриальный университет» в 2005 - 2017 гг. была реализована программа разработки тестов для специальных дисциплин [1 - 7], что позволило на практике оценить эффективность такого подхода при итоговой аттестации обучающихся.
В ходе использования наработанных решений для создания компьютерной лабораторной работы по выбору и обоснованию технологической схемы подготовки и отработки пологого пласта выяснились недостатки такого подхода, обусловленные необходимостью проверки принимаемых решений как на соответствие требованиям нормативно-технических документов, так и результатам расчетов технико-экономических показателей для альтернативных вариантов. В связи с вышеизложенным была разработана программа, получившая название «Система поддержки принятия решений при разработке технологической схемы очистного участка» [8 - 10].
В ходе реализации в системе были выделены 4 основных блока:
- ввод исходных данных в соответствии с экзаменационным билетом или заданием на курсовой проект;
- принятие решений по выбору параметров технологии работ в очистном забое и технологической схемы очистного участка (транспорт, вентиляция, дегазация и др.);
- визуализация принимаемых обучаемым решений или пояснений к наиболее грубым ошибкам, допущенным в ходе работы с системой (при-
