CC BY
41
УДК 672.272 Г.Г. Пирогов
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ЗАКЛАДОЧНЫХ РАБОТ ПРИ РАЗРАБОТКЕ КРУТОПАДАЮЩИХ МОЩНЫХ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СЛОЕВОЙ ВЫЕМКОЙ НАКЛОННЫХ ПРИРЕЗОК
Семинар № 17
Одной из перспективных технологий разработки сложноструктурных мощных и средней мощности крутопадающих рудных тел может быть сплошная слоевая выемка блоков наклонными прирезками с закладкой выработанных пространств отработанных слоев [1], особенно в случае освоения месторождений на базе подземных горно-обогатитель-ных комплексов. В этом случае текущие хвосты, образующиеся при подземном обогащении, размещают в выработанных пространствах, что позволяет использовать их в качестве эффективного средства управления горным давлением, а также исключить образование хвостохранилищ на земной поверхности. Но при этом возникает проблема промежуточного размещения хвостов в накопительных камерах, расположенных непосредственно при подземном обогатительном комплексе или включенных в структуру закладочного комплекса. Объем накопительных камер определяется порядком ведения закладочных работ. Как известно, закладка выработанных пространств может быть последующей или одновременной, что обусловливается соответствующей системой разработки: при камерной выемке производят последующую закладку, при слоевой - одновременную. Одновременная закладка существенно уменьшает объемы разового накопления. На рис.
1 приведена зависимость объемов накопительных камер от суточной производительности подземных обогатительных комплексов при слоевой выемке. В случае камерной выемки требуемый объем накопительных камер для текущих хвостов возрастает многократно. Простой пример: очистная камера размерами 50x24x40 м имеет объем 60 тыс. м3. При суточной производительности 1500 т (500 м3) объем накопительной камеры составляет 450 м3. Очистная камера отрабатывается с указанной суточной производительностью в течение 120 суток, следовательно, общий объем накопления хвостов для последующей закладки камеры составляет 54 тыс. м3, что влечет сооружение накопительной камеры стоимостью примерно 40 млн. р.
Из теории и практики подземной добычи руд известны три вида закладочных смесей на основе хвостов обогащения: традиционная, гранулированная и пастовая.
Традиционная закладочная смесь применяется в двух основных вариантах: гидравлическая (бесцементная) и твердеющая смеси и является наиболее изученной. Существенным ее недостатком является большое содержание илистых частиц, что обусловливает необходимость подготовки, включающей обезвоживание, классификацию и удаление тонкодиспергиро-ванных частиц.
Зависимость объема накопительной камеры от суточной производительности подз.ОК, т
400 600 800 1000 1200
Суточная производительность подз.ОК, т
Рис. 1
В последние годы в практике закладочных работ развитие получает пастовая закладочная смесь, основанная на использовании тиксотропных свойств. Важной особенностью смеси является включение в состав фракции мельчайших частиц классом крупности (-) 0,043 мм, поскольку на современных обогатительных фабриках с целью повышения извлечения полезных компонентов тонина помола достигает 90 % частиц класса (-) 0,043 мм. При необходимости полной утилизации текущих хвостов в закладочных работах отмеченное свойство является определяющим особенно в случае разработки рудных месторождений на базе подземных горнообогатительных комплексов.
Существенными недостатками пас-товой закладочной смеси являются
трудности трубопроводного транспортирования, а также ^ приготовление смеси только
с применением цемента.
______ Пастовая закладка является
перспективной, но требуются производственные мас-—160--^00 штабные испытания.
Известными специалистами [2] предложено гранулировать предварительно обезвоженные хвосты. Применение закладки в гранулированном состоянии имеет достоинства: высокая производительность возведения закладочных массивов; возможность подачи смеси по трубам и скважинам, высокая ее фильтрационная способность.
Промышленность выпускает грану-ляторы различных типов с производительностью до 100 т/ч и более. Гранулы имеют диаметр 10-30 мм.
Гранулированная бесцементная закладка снижает затраты на закладочные работы, но при выемке очистного слоя ее невозможно удержать в границах смежного уже отработанного и заложенного слоя соседней наклонной прирезки. Нами предложена конструкция, включающая гранулированную закладку и удерживающую бетонную стенку толщиной t со стороны смежного слоя. Таким образом, границами среднего слоя являются бетонные стенки (рис. 2).
Толщина бетонной стенки, сооружаемой из твердеющей смеси, определяется из уравнения прочности, составленного для напряжений, действующих в гравитационном поле гранулированной закладки и бетонной стенки (рис. 3).
Рис. 2. Сплошная слоевая выемка блоков наклонными прирезками: 1 - бетонные удерживающие стойки; 2 - выработанные пространства слоев, наполненные гранулированной закладкой; 3 - наклонные прирезки
400
300
200
где [аизг] - предел прочности бетонной стенки на изгиб, МПа; S6. ст - поперечное сечение бетонной стенки. Сечение равно S6. ст = Ьсл hCл = t Sin a hCл, где a - угол падения рудного тела; Ьсл - ширина слоя, м; hra - высота свободного пространства слоя, м.
В правой части (1) Кобщ - нормальные напряжения, воздействующие на бетонную стенку и вызывающие в ней
изгибающие напряжения:
Кобщ = N1 + N2, (2)
Рис. 3. Схема гравитационных сил, действующих в закладке и бетонной стенке
где N1 - нормальные напряжения в гранулированной закладке, обусловленные ее весом, МПа. С учетом пригрузки от веса закладки вышерасположенных слоев N1 равны:
N1 = G1Cosa = Ьсл hCT угз Cosa(n - m),
(3)
где G1 - вес гранулированной закладки; угз - плотность гранулированной закладки; n - общее количество слоев в отработанной и заложенной наклонной прирезке; m - число отработанных и заложенных слоев до отрабатываемого слоя смежной прирезки (рис. 2).
В (2) N2 - нормальные напряжения, действующие в бетонной стенке и обусловленные ее весом:
N2 = G2 Cos a = t / Sin a hCT Cos a уг з
(4)
Уравнение прочности после соответствующих подстановок имеет следующий вид:
Рис. 4 302
[^изг] t/Sin a h сл = t/Sinah^Cosay^CT +
+ Ьсл hCT y г. з (n - m) Cos a (5)
Из (5) устанавливаем зависимость для расчета толщины бетонной стенки t = кз Ьсл угз (n - m) Cos a Sina/
/( [^изг] - уб.ст Cos aX (6)
где кз - коэффициент запаса прочности.
Из зависимости (6) следует, что при a = 90 0 нормальные напряжения равны нулю, и напротив, касательные напряжения, действующие в бетонной стенке, принимают максимальное значение, равное весу стенки. Они направлены вертикально и вызывают разрушительные воздействия на стенку только через силы бокового распора, имеющие, однако незначительные величины.
Пример расчета толщины удерживающей бетонной стенки.
1. Пирогов Г.Г. Подземная разработка
мощных крутопадающих сложноструктурных рудных тел в условиях повышенного горного давления. - М.: Издательство МГГУ, Горный
информационно - аналитический бюллетень, -2006, - № 4, - С.185 - 187.
Принимаем угол падения а = 60 0, плотность гранулированной закладки уг. з =1,4 т/м 3, плотность твердеющей смеси для образования бетонной стенки убст = 2,25 т/м 3, ширину очистного слоя Ь сл = 8,0 м, высоту свободного пространства слоя Исл = 3,0 м, [а изг] = 1 МПа, общее количество очистных слоев в наклонной прирезке п = 20 при высоте этажа, равной 60 м, число слоев до расчетного т =
2 (для условий максимальной пригруз-ки). Расчетная толщина удерживающей стенки составляет 2,61 м. С учетом буровзрывных может быть принята для всех очистных слоев наклонной прирезки.
На рис. 4 приведена зависимость толщины стенки от угла падения рудного тела при ширине очистного слоя 8 м.
--------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Безотходное горно-обогатительное производство на базе подземных комплексов / Ю.Д. Шварц, Р.И. Семигин, И.С. Зицер и др. // Горный журнал. - 1992. - №5. - С. 42 - 45.
— Коротко об авторе -------------------------------------------------------------------
Пирогов Г.Г. - кандидат технических наук, доцент, профессор кафедры подземной разработки месторождений полезных ископаемых Читинского государственного университета.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 17 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. Е.В. Кузьмин.
