Технические науки / 10.
Горное дело
К.т.н. Романько Е.А.
ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический
университет им. Г.И. Носова», Россия
К вопросу обеспечения рационального
использования недр при отработке запасов месторождений подземной геотехнологией
с этажным обрушением и донным выпуском руды
Правилами охраны недр при разработке
месторождений полезных ископаемых предписывается отражать в годовых планах развития
горных работ оптимальные показатели нормативов эксплуатационных потерь и
разубоживания, установленные по всем выемочным единицам (блокам). А также
мероприятия по обеспечению планируемого уровня извлечения полезных ископаемых
при их добыче, предотвращению образования сверхнормативных потерь в результате
неправильного ведения горных работ, рациональному и комплексному использованию
недр.
Для определения
оптимального (нормативного) уровня потерь и разубоживания руды используется
критерий экономической эффективности, который достаточно полно учитывает
различие применяемых систем разработки блоков по эксплуатационным и капитальным
затратам – прибыль в расчете на 1 т
балансовых запасов. В общем случае нормирование эксплуатационных потерь и
разубоживания должно основываться на сравнительной оценке вариантов каждой
применяемой на руднике системы разработки. Причем принимаемые по каждому
варианту показатели использования запасов должны быть наилучшими (оптимальными)
с учетом контуров выемки, параметров конструктивных элементов системы
разработки, режима выпуска и т.д.
Определение прогнозных показателей извлечения
руды при выпуске может осуществляться по методикам Малахова Г.М., Куликова
В.В., Именитова В.Р., Дубынина Н.Г, Пепелева Р.Г., Слащилина И.Т. В целом,
перечисленным методикам присущи следующие недостатки: расчет показателей
извлечения ведется на одно выпускное отверстие, а не на выемочную единицу в
целом; разубоживание руды учитывается недостаточно; сложность расчетов и
необходимость графических построений; не учитываются методиками взаимное
пересечение эллипсоидов в процессе ведения выпуска, размеры кусков руды и
налегающих пород. Конечные величины потерь и
разубоживания определяются исходя из промышленного минимума качества руды, что
не позволяет использовать методики для оптимизации показателей извлечения.
Определение значений потерь и разубоживания в процессе выпуска осуществляется
путем графических построений, на основе рассчитанных согласно аналитическим
зависимостям в трех характерных моментах выпуска, что с одной стороны усложняет
методику и не обеспечивает точности промежуточных, не подтвержденных
аналитически, значений.
Разработана методика оптимизации показателей
извлечения руды, учитывающая физико-механические свойства руды и вмещающих
пород, параметры конструктивных элементов системы разработки, различную
крупность руды и вмещающих пород, возможность формирования наклонного основания
блока при выемке участков блока со сложной, изменчивой морфологией. В
результате расчета по данной методике для различных значений параметров
конструктивных элементов системы разработки, таких как расстояние между
выпускными выработками, высота блока и другие, определяются значения потерь и
разубоживания при извлечении рудной массы 100% и их оптимальные соотношения,
обеспечивающие максимальную прибыль.
Результаты определения показателей
извлечения согласно разработанной методике
На рисунке представлен график изменения потерь и
разубоживания руды в процессе ведения выпуска для следующих условий: площадь
блока 2500 м2, высота этажа 80 м, расстояние между выпускными
отверстиями 10 м, содержание полезного компонента в руде 4 %, себестоимость
добычи 1 т руды 400 руб./т, средний размер куска руды 0,4м, породы 0,7 м.
Согласно результатов экономико-математического
моделирования по предложенной методике оптимальные показатели извлечения
составили: потери П= 8,3%; разубоживание Рбл= 2,5%; прибыль
Приб=239,5руб/т.
С помощью данной методики возможно установить
оптимальный уровень потерь и разубоживания руды для заданных
горно-геологических условий разработки, так и наоборот, уточнить значения
параметров конструктивных элементов применяемой системы разработки,
обеспечивающих оптимальные значения показателей извлечения руды.
Для разработки мероприятий, обеспечивающих
оптимальные показатели потерь и разубоживания и установления причин их
сверхнормативных значений необходимо выделить основные факторы, влияющие на
уровень показателей извлечения при выпуске отбитой руды под обрушенными
породами. На основании многочисленных исследований по моделированию выпуска
руды под обрушенными породами и практики применения систем разработки с
обрушением руды и вмещающих пород установлены основные факторы, влияющие на
показатели извлечения руды, и сведены в следующие группы:
×
параметры
рудного тела;
×
параметры
технологии обрушения, включая конструктивное оформление выемочной единицы (блока);
×
организация
выпуска руды;
×
физико-механические
свойства руды и покрывающих (вмещающих) пород.
Так, к основным параметрам рудного тела,
влияющим на показатели извлечения руды из недр, можно отнести: угол падения
менее 600 при котором происходит образование «мертвых зон» со
стороны висячего и лежачего бока, представляющих собой потери отбитой руды в
массиве; глубина ведения очистных работ, при ее увеличении возрастает давление
на основание блока, что вызывает уменьшение показателя сыпучести руды и увеличению
ее потерь, для предотвращения необходимо с увеличением глубины работ уменьшать
ширину блока.
Из параметров технологии обрушения, включая
конструктивное оформление выемочной единицы (блока) наибольшее влияние на
показатели извлечения руды оказывают: параметры буровзрывных работ,
обеспечивающие минимальные размеры кусков рудной массы и максимальные размеры
кусков обрушенных вмещающих пород, поскольку при небольшом отношении размеров
кусков породы к размерам кусков руды (0,4-1) наблюдается резкое увеличение
потерь и разубоживания руды (в 1,5-5 раз), а при увеличении этого отношения
показатели потерь и разубоживания руды уменьшаются до минимальных; высота
блока, расстояние между выпускными отверстиями и размеры их поперечного
сечения, так при постоянном расстоянии между осями выпускных отверстий
увеличение высоты блока приводит к уменьшению высоты гребней руды на днище
блока, сохраняя при этом устойчивость днища блока, т.е. эффективнее уменьшать
расстояние между выпускными отверстиями до минимально возможного по условиям
устойчивости днища, чем увеличивать их диаметр; угол наклона основания блока
(горизонтальное, комбинированное (горизонтальное + полевые дучки), наклонное).
Комбинированное основание блока формируется при недостаточно крутом угле
падения рудного тела с целью извлечения руды остающейся в «мертвых зонах»,
однако, имеет ряд недостатков: непостоянную высоту выпуска при формировании
дополнительных дучек в лежачем боку залежи, вынужденное оставление рудного целика
и подработка породного треугольника, что приводит к повышенным потерям и
разубоживанию руды. При формировании горизонтального и наклонного основания
блока по контакту руда-порода наблюдаются минимальные потери и разубоживание
руды, поскольку обеспечивается постоянная высота выпуска.
С точки зрения организации выпуска основными
факторами являются: влияние очередности выпуска, необходимо применять либо
одновременный выпуск руды из всех выпускных отверстий, либо
равномерно-последовательный; дозы выпуска - в
начальный период должен производиться небольшими дозами по 30—50 т для
равномерного разрыхления обрушенной руды по всей площади блока, после чего,
доза выпуска может быть увеличена до 100- 200 т.
Таким образом, «идеальными» условиями для
обеспечения максимального извлечения руды при ее выпуске под обрушенными
породами являются: минимальное расстояние между выпускными отверстиями;
максимально возможная высота выпуска и соответствующая ей ширина блока;
применение наклонного основания блока при любом угле наклона рудного тела
(горизонтальное основание блока – частный случай и применяется при
пологопадающем и горизонтальном залегании рудного тела); размер кусков руды
должен быть минимально возможным и определяться по условиям взрывной отбойки, а
породы, как минимум, в 0,4-1 раз больше; необходимо избегать наличия мелких
кусков породы; применять одновременный режим выпуска руды из блока; доза
выпуска вначале должна быть небольшой для разрыхления рудной массы, затем может
быть увеличена в 4-5 раз.
В качестве основных мероприятий по обеспечению оптимального
уровня извлечения полезных ископаемых при их добыче и предотвращению
образования сверхнормативных потерь в результате неправильного ведения горных
работ применяется установление параметров технологии обрушения, включая
конструктивное оформление выемочной единицы (блока): расстояние между выпускными отверстиями по условию устойчивости
основания блока; максимально возможная высота выпуска и соответствующая ей
ширина блока может быть обеспечена при формировании наклонного основания блока
по контакту залежи с вмещающими породами, учитывая широкое применение
самоходной буровой и погрузочно-доставочной техники, фактически при любом угле
падения рудного тела (горизонтальное основание блока – частный случай и применяется
при горизонтальном залегании рудного тела); параметров буровзрывных работ при
очистной выемке: отдельно определяются и применяются для отбойки рудной массы и
погашения вмещающих пород, такие как тип и положение в скважине применяемого
ВВ, более и менее работоспособного, диаметр заряда ВВ, расстояние между
скважинами; применение одновременного режима выпуска руды из блока с небольшой
дозой выпуска на первоначальном этапе ведения выпуска, до достижения
необходимого разрыхления рудной массы в забое, затем доза может быть увеличена
в 4-5 раз.
При разработке данных мероприятий необходимо
учитывать возможное изменение затрат на их реализацию и оптимизировать
применяемые мероприятия с извлекаемой ценностью от достигнутого уровня
показателей извлечения.
Литература:
1.
Обоснование параметров технологии отработки
приконтурных запасов системами с обрушением руды и вмещающих пород / Е.А.
Романько - Горный
информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 2007, №4. – С. 25-34
2.
Обоснование
параметров пригрузки при комбинированной отработке приконтурных запасов
системами разработки с обрушением руды и вмещающих пород / И.И. Айнбиндер, В.Н. Калмыков, Е.А. Романько - Горный информационно-аналитический бюллетень.
М.: МГГУ, 2007, №4. – С. 34-39
3.
Пути снижения потерь и
разубоживания руды при отработке приконтурных запасов системами разработки с
обрушением руды и вмещающих пород / И.И.
Айнбиндер, В.Н. Калмыков, Е.А. Романько
- Вестник МГТУ им. Г.И. Носова.
2007. № 1(17). - С. 14-18
4.
«Идеальные» условия для выпуска руды под
обрушенными породами на основе анализа опытов по моделированию выпуска руды /
Е.А. Романько, В.Н. Кобелькова, И.В. Гулишова - Актуальные проблемы современной
науки, техники и образования: материалы 68-й межрегиональной научно-технической
конференции. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2010. Т1. – С.228-231
5.
К вопросу обеспечения
оптимальных показателей извлечения руды из недр при освоении запасов
месторождения технологиями с обрушением и донным выпуском руды //
Маркшейдерское и геологическое обеспечение горных работ: Сборник научных трудов
по материалам международной конференции – Магнитогорск: Издат-во Магнитогорск.
гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2013 – 175-180С.