Версилов С.О.,
Игнатов В.Н., Игнатов М.В., Семенов
А. В., Шестак С. Г.
ООО Научно-исследовательский и проектный институт «Недра», Россия
Принцип формирования рудопотоков при
отработке запасов системой разработки с обрушением и торцовым выпуском руды
С ухудшением условий разработки многих месторождений в связи с увеличением глубины ведения горных работ в горнорудной промышленности страны усилился интерес к всестороннему изучению и широкому внедрению систем разработок с обрушением и торцовым выпуском руды. При применении таких технологий, в начальной стадии формирования рудопотока (при выпуске обрушенной руды из блока), серьезную опасность может представлять момент окончания выпуска. В этом случае, для определения предельно допустимого разубоживания, когда дальнейшее извлечение руды экономически нецелесообразно, работники предприятия вынуждены брать пробы для определения содержания полезных компонентов непосредственно вблизи выпускного отверстия.
Можно
предположить, что метод определения окончания выпуска руды будет более
безопасным, если мы будем заранее знать, какой объем горной массы нам
необходимо выпустить. Для этого люди не будут находиться в зоне повышенного
риска непосредственно у выпускного отверстия, а смогут определять выпускаемые
объемы руды, считая скреперные ковши или наполняемые вагонетки. Для определения
объемов руды, которые необходимо извлечь из выпускных отверстий, необходимо определить
рациональные соотношения параметров тел выпуска и отбиваемых слоев руды на
основе оптимизации их геометрических объемов. В
принципе, рациональные объемы извлечения руд из выпускных отверстий можно
определять, пользуясь следующими рациональными соотношениями сторон
отбиваемого слоя и осей тел выпуска, которые дают максимальное приближение
формы тела выпуска (трехосного эллипсоида) и отбиваемого слоя руды
(прямоугольной призмы) [1]:
, 
, 
,
где x, y, z – соответственно, высота, ширина и толщина отбиваемого слоя руды; a , b, c – оси эллипсоида выпуска.
Однако в этом случае
геометрическому оптимуму параметров очистных блоков соответствует одно
определенное значение потерь и разубоживание, которое может и не соответствовать их оптимальным значениям при ином
содержании в руде полезных компонентов. Например, в большинстве случаев при
отработке участка шахтного поля с богатыми рудами наибольшая прибыль будет
достигнута при минимальных потерях, когда разубоживание будет больше, а при
бедных рудах наоборот. Поэтому геометрический оптимум, когда показатели
извлечения минимизируются только по критерию оптимального соответствия формы
тела выпуска и отбиваемого слоя не будет одинаково эффективен при отработке
участков и бедных и богатых руд.
Для
определения рациональных пропорций между параметрами тел выпуска и обрушаемых
слоев при различных вариантах экономически целесообразных соотношениях потерь и
разубоживания был исследован процесс изолированного выпуска сыпучего из
одиночного выпускного отверстия путем математического моделирования.
В основу вычислительных алгоритмов была положена
методика определения потерь и разубоживания при управляемом выпуске
железобетонным питателем [2].
Моделирование
производилось методом статистических испытаний [3]. В каждый момент выпуска, который
задавался шагом изменения высоты тела истечения при определенных параметрах
отбиваемого слоя, определялись значения потерь и разубоживания, а также их
объемные соотношения. При соотношениях Р/П = 1, 2, 3 и 4 фиксировались значения
потерь и разубоживания, а также параметры тела выпуска и отбиваемого слоя.
Ширина отбиваемого слоя руды изменялась в пределах от 5 м до 6,5 м. (интервал
изменения 0,5 м), высота – от 16 м до 24 м. Коэффициент сыпучести р был принят равным единице. Выпускаемый
(отбиваемый) слой руды представлял собой прямоугольную призму с четырьмя
боковыми и одним верхним контактом с обрушенными пустыми породами. Содержание
полезных компонентов в обрушенных породах принималось равным нулю.
Для каждого фиксированного соотношения разубоживания и потерь были получены следующие минимальные значения:
-
для
соотношения 1:1 – Р = П = 17,5, 18,0 %;
-
для
соотношения 2:1 – Р = 28 %, П = 14 %;
-
для
соотношения 3:1 – Р = 33 %, П = 11 %;
-
для
соотношения 4:1 – Р = 40 %, П = 10 %.
Следует
отметить, что приведенные выше показатели извлечения руды при выпуске под
налегающими породами не являются предельными. Более того, данные показатели
могут быть значительно улучшены при применении технологических методов,
повышающих качество выпускаемой руды [4,5].
Рациональные соотношения сторон отбиваемого слоя и полуосей тела выпуска, при которых показатели потерь и разубоживания будут минимальные, равны:
-
для
соотношения Р/П = I
,
-
для
соотношения Р/П =2:1
,
-
для
соотношения Р/П =3:1
,
-
для
соотношения Р/П =4:1
.
Соответствующие аппроксимирующие функции имеют вид:
, 
,
где К1I – рациональное соотношение высоты тела выпуска и высоты отбиваемого слоя, при I-том рациональном отношении (в пределах от 1:1 до 4:1) разубоживания и потерь, дающее минимальные потери и разубоживание;
К2I – рациональное соотношение малой оси тела выпуска и ширины отбиваемого слоя при I-том рациональном отношении (в пределах от 1:1 до 4:1) разубоживания и потерь, дающее минимальные потери и разубоживание;
Таким
образом, задаваясь рациональными соотношениями разубоживания и потерь, находим
коэффициенты К1 и К2, с помощью которых
можно определить:
–
необходимый объем руды, извлекаемый из выпускного отверстия для получения
минимальных потерь и разубоживания;
–
параметры отбиваемого слоя, из которого извлекается необходимый объем руды.
С
учетом предложенного соотношения 
, и принимая объем тела выпуска как эллипсоид вращения,
необходимый объем руды, извлекаемый из выпускного отверстия для получения
минимальных потерь и разубоживания определится следующим образом:
,
где h – высота
отбиваемого слоя руды; p-показатель сыпучести руды по методике проф. В.В. Куликова [6].
Необходимая
ширина отбиваемого слоя определится следующим
образом:
Таким образом, безопасность формирования рудопотоков при отработке
наклонных рудных залежей может быть обеспечена за счет замены опасных процедур
определения качественных показателей окончания выпуска руды (взятия проб для определения предельно
допустимого разубоживания) количественными. Для этого необходимо заранее
определять, какой объем полезного ископаемого необходимо извлечь и
контролировать его в процессе выпуска руды из обрушенного блока.
Литература
1.
Версилов
С.О. Обоснование рациональных технологий с
обрушением для комплексного использования запасов наклонных рудных залежей:
автореферат дис. доктора технических наук: 05.15.02. Новочеркасский техн.
университет. - Новочеркасск, 1996. - 32 с..
3. Ермаков С.М., Михайлов Г.А. Курс статистического моделирования. М.: Наука, 1976.
4. С.О.
Версилов, В.В. Сергеев, А.Р. Ефимов. Методика определения потерь и
разубоживания при выпуске руды железобетонными питателями. (Статья) Сб. Вестник
МАНЭБ № 3, Том 12, Санкт-Петербург, 2007, с. 121…124.
5. С.О. Версилов, В.В. Сергеев, А.Р.Ефимов. Методика определения потерь и разубоживания при выпуске руды железобетонными питателями. (Статья) Сб.: Труды СКГМИ (ГТУ), вып.15. Владикавказ, 2008. С. 245…248.