CC BY
28
СЕМИНАР 15
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 2001” МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
© А.В. Рамкулов, 2001
УДК 622.34
А.В. Рамкулов
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ЧАСТИЧНОГО ВЫПУСКА РУДЫ ИЗ МАГАЗИНОВ ТОНКИХ ЖИЛ
З
начительная часть руд цветных, редких и благородных металлов представлена месторождениями жильного типа. При разработке крутопадающих жил наибольшее распространение получила система с магазинированием руды.
В практике рудников, разрабатывающих жильные месторождения, принято считать, что при всех системах разработки основной наиболее трудоемкой операцией является отбойка руды. Но при использовании системы с магазинированием руды во многих случаях основная операция по затратам труда - выпуск руды.
Выпуск руды из магазинов при системе с магазинированием руды -один из самых трудоемких процес-сов,на который приходится до 30-60 % общих затрат труда на очистную выемку.
Выпуск руды из магазинов производится по мере отработки блоков- частичный выпуск и после отбойки руды в пределах всего блока -основной выпуск.
Следует отметить, что частичный выпуск - это процесс, который обеспечивает эффективность данной системы разработки, так как после отбойки очередного участка блока, необходимо выпустить такой объем, который обеспечит высоту рабочего пространства в блоке в пределах 1,8-2,0 м.
Исследование особенностей частичного выпуска руды из магазинов
тонких жил представляет особый интерес, так как по вопросам частичного выпуска существуют противоположные мнения.
По этому вопросу до 50-х годов имелись единичные высказывания в периодических изданиях суть которых сводилась к тому, что после частичного выпуска на поверхности замагазинированной руды образуется воронка прогиба шириной 3-3,5 м, глубиной 1,5 м независимо от высоты слоя руды в магазине, объем выпускаемой руды после отбойки должен составлять 33 %. (М.И. Агошков, А.Ф. Назарчик, Д.М. Бронников, З.А. Терпогосов Р.П. Каплунов, И.И. Сребный)
В 50-60-е годы закономерности частичного выпуска были более детально изучены проф. В.Ф. Абрамовым и Д.И. Рафиенко.
По многим вопросам частичного выпуска мнения этих специалистов диаметрально противоположны. Частично это можно объяснить тем, что методика изучения этого процесса была различной.
Незнание процесса частичного выпуска приводит к тому, что в действующем забое величина очистного пространства или меньше необходимой, или больше. Соответственно в первом случае создаются крайне сложные условия для работы бурильщиков, в последнем случае возникает необходимость сооружать полки, которые после взрывания разрушаются и препятствуют нормальному истечению руды, что часто приводит к зависаниям, а это в свою очередь приводит к увеличе-
нию величины потерь и разубожи-вания руды.
Следует отметить, что изучение закономерностей выпуска на физических моделях, удовлетворяющих кинематическому и динамическому подобию, можно установить закономерности выпуска руды и использовать их практически, что установлено опытами проведенными в НИГРИ по оценке физического подобия исследований механики выпуска руды на моделях, на неподвижных моделях и в поле центробежных сил. То есть кинематические модели, которые сохраняют только геометрический масштаб моделирования, дают полную картину передвижения руды в случае, если соблюдаются физико-механические свойства исследуемой руды(угол внутреннего трения и силы сцепления). При моделировании эти факторы можно учесть путем подбора необходимой крупности руды. И по результатам опытов определить истинные закономерности частичного выпуска и по возможности, используя эти закономерности, усовершенствовать систему разработки с отбойкой руды из магазинов.
Для определения закономерностей частичного выпуска руды в лабораторных условиях была изготовлена модель.
Модель, представляет собой блок размерами 0,4x0,500x0,035 м, (масштаб 1:100), передняя стенка которого изготовлена из органического стекла; задняя - из досок (которые переставляются по мере необходимости); в днище проделаны выпускные отверстия(люки), перекрытые металлическими затворами; расстояние между осями люков -
3,5 м. Передняя стенка переставляется, что позволяет проводить опыты при ширине очистного пространства 1,0 м; 2,5 м; . Модель также позволяет менять угол падения рудного тела. Для опытов - 90°; 70°;
При подборе сыпучего материала для опытов использован принцип физического подобия, то есть такие наиболее важные факторы как угол внутреннего трения, угол естественного откоса и сила сцепления( для обеспечения этих условий существенно уменьшено содержание фракций 0,5-0,005 мм в сыпучем мате-риале).Стадийность выпуска заключается в насыпании новых слоев руды после опускания слоя замагази-нированной руды, копируя процесс, происходящий при отработке системой с магазинированием руды. Учитывая коэффициент разрыхления руды при отбойке Кр = 1,5 и при высоте отбиваемого слоя руды 2 м, получим необходимый для насыпа-ния слой руды 2*1,5 = 3 м (в модели
- 3 см). Рассчитывается объем частичного выпуска, исходя из положения, что частичный выпуск должен составлять 30 % от объема отбитого слоя руды. Далее соответственно рассчитывается объем частичного выпуска, приходящийся на одно выпускное отверстие. После частичного выпуска в указанном объеме фиксируются размеры воронки прогиба. При неопускании поверхности до нужной высоты очистного пространства (2 м) фиксируется высота и объем недовыпущенного слоя и объем руды который нужно довы-пустить для опускания поверхности на нужную высоту.
Вся серия опытов на кинематической модели разбита на два раздела: выпуск руды через одну воронку и выпуск руды через серию воронок. Каждый раздел разбит на отдельные эксперименты.
Так эксперимент по выпуску руды через одно отверстие проводится
• через одно выпускное отвер-
Рис. 1. Зависимость длины воронки от высоты слоя при выпуске из одного выпускного отверстия с соблюдением функционального подобия
Рис. 2 Зависимость объема выпуска от мощности рудного тела
стие под углом 90 °
• через одно отверстие под углом 70 °.
Эксперимент по выпуску руды из серии отверстий проводится :
• при угле падения 90° и равномерном выпуске;
• при угле падения 90° и равномерном выпуске при мощности
2,5 см;
• при угле падения 70° и равномерном выпуске.
По результатам измерений и расчетам объемов строятся графики соответствующих зависимостей.
В процессе проведения опытов через одно выпускное отверстие с соблюдение функционального подобия зафиксированы резкие изменения длин и объемов воронки прогиба на разной высоте слоя повторяющиеся через 10-13 м (на высоте слоя 17, 29 м, 41 м)(рис. 1). Можно утверждать, что при соблюдении функционального подобия максимальный размер воронки получается через каждые шесть слоев.
При насыпании следующего слоя на образовавшуюся максимальную воронку и частичном выпуске образуется воронка гораздо меньшей длины. Дальнейшее насы-пание слоев и частичный выпуск ведут к увеличению с высотой слоя вновь образующихся воронок. Этот рост прекращается на 6-ом
слое(через 12 м) и процесс начинается снова .
Динамика процесса частичного выпуска таким образом отлична от динамики выпуска под обрушенными породами. Различие в первую очередь заключается в следующем:
- очередной отбитый слой руды подлежащий выпуску находится на фигуре разрыхления образованной предыдущими дозами выпуска; -доза выпуска в экспериментах всегда одинакова и составляет 30 % от объема отбитого слоя. Очевидно что отбитый слой руды имеет меньший коэффициент разрыхления( более плотный), чем область разрыхления образованная под ним, так как обра-
зование воронки возможно только при достижении фигурой разрыхления поверхности.
Если происходит изменение размеров воронки очевидно происходит изменение размеров фигуры разрыхления. Соответственно изменяется коэффициент вторичного разрыхления. Расчеты коэффициента вторичного разрыхления, при проведении опытов с функциональным подобием частичного выпуска, производился по формуле предложенной Г.М. Малаховым: Кр.в= Q/Q-q, где Q- объем фигуры разрыхления м3, q- объем выпуска м3.
Положение об изменении значений коэффициента вторичного разрыхления подтверждается опытами проведенными проф. Абрамовым В.Ф., но следует отметить, что эти опыты были проведены лишь до высоты 20 м и дальнейшие изменения фигур разрыхления зафиксированы не были.
Одновременно с увеличением коэффициента вторичного разрыхления происходит увеличение объема фигуры разрыхления так как высота слоя замагазинированной руды в магазине все время растет. Этот процесс не может продолжаться постоянно как установлено М.Г. Фуг-заном и О.Я. Яковлевым величина
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
предельного разрыхления руды при выпуске равна произведению коэффициента разрыхления руды на вторичный коэффициент разрыхления. В совокупности с увеличением высоты слоя замагазинированной руды достижение максимального разрыхления руды приводит к ее самоуплотнению, в результате чего и изменяются размеры воронок. Этот процесс подтверждается как опытами проведенными через одно выпускное отверстие (изменение размеров воронки), так и опытами проведенными из серии выпускных отверстий необходимость увеличивать объем выпуска для опускания слоев).
После самоуплотнения зоны разрыхления приходится увеличивать объем выпуска для опускания следующего засыпанного слоя для получения постоянной высоты очистного пространства (1,8-2 м). Для опытной модели максимальный необходимый объем выпуска составляет 42,56 % - на высоте слоя 11 м, 44,24 %- на высоте слоя 21 м, 49,68 % - на высоте слоя 33 м (рис. 2).
Так как объем выпускаемой руды для опускания очередного отбитого слоя на необходимую высоту увеличивается, то суммарный объем отбитой руды после завершения
процесса частичного выпуска будет меньше по экспериментальным данным на 6-10 %.
В связи с резкими изменениями воронок прогиба при работе системой с магазинированием руды уступная форма забоя ведет к снижению производительности труда бурильщика. Так, при уступной форме забоя на рудниках практически не удается опустить слой замагазини-рованной руды на нужную высоту под уступом . А с увеличением высоты слоя область влияния выпускного отверстия гораздо больше принятой длины уступа (5-10 м) и соответственно происходит опускание слоя и под соседними уступами, что приводит к необходимости сооружать полки. Сооружение полков в свою очередь ведет к уменьшению производительности бурильщика, а после отбойки как правило полки разбиваются взрывом. Остатки от полков зачастую попадают в магазин, что приводит к зависаниям и потерям. По этой причине автор рекомендует отказаться от уступной формы забоя, в крайнем случае при значительном ухудшении условий вентиляции разделять забой на два уступа.
Рамкулов Алексадр Владимирович - аспирант, кафедра «Технология, механизация и организация подземной разработки руд», Московский государственный горный университет.
