книги из ГПНТБ / Хетагуров, Г. Д. Эффективность систем разработки этажного и подэтажного обрушения

Наиболее равномерное изменение отношения показателен про­ изводительности наблюдается на руднике 2 предприятия 1. Здесь производительность забойного рабочего возрастала быстрее, чем подземного.

В период с 1966 по 1971 гг. производительность труда рабоче­ го на руднике 1 предприятия 2 возросла на 113%, а на рудниках предприятия 1 не изменилась. На предприятиях, применяющих си­ стемы с закладкой выработанного пространства, за указанный период она возросла: на предприятии 6 до 152%, а на предприя­ тии 3 до 151 %.

Изменение производительности труда рабочего по руднику от­

применяющих закладку выработанного пространства, различная. Наиболее высокие показатели достигнуты на предприятии 3 при разработке более мощного рудного тела. Производительность труда здесь выше, чем на предприятии 4, где добыча руды осу­ ществляется подэтажным обрушением. Вместе с тем она уступает предприятиям Рудного Алтая, где широко применяются системы этажного и подэтажного принудительного обрушения. Из приве­ денных данных также видно, что производительность труда при системе с закладкой выработанного пространства на предприятии 6 значительно ниже, чем при этажном принудительном обрушении на предприятиях 1 и 2.

Анализ основных технико-экономических показателей показы­ вает, что на рудниках снижение себестоимости добычи опережало уменьшение содержания металла в руде, поэтому себестоимость условного концентрата снижалась. Начиная с 1962 г. на руднике предприятия 1 количество получаемого концентрата с 1 т руды оставалось почти на одном уровне, а ее себестоимость уменьша­ лась, но медленнее, чем в период I. Аналогичное изменение про­ исходило на руднике 2 предприятия 1. В период III качественные

20

иколичественные показатели предприятий оставались высокими. Цеховая себестоимость добычи руды на рудниках относительно

рудника 1 предприятия 2 характеризуется данными, приведенными в табл. 11 (в %).

Таблица 11

Приведенные данные показывают, что при системах разра­ ботки с закладкой выработанного пространства себестоимость добычи руды выше, чем при системах с обрушением вмещающих пород.

Себестоимость переработки руды на обогатительных фабриках относительно предприятия 2 приведена в табл. 12 (в %).

Из табл. 12 видно, что себестоимость переработки не зависит от системы разработки. Себестоимость переработки при системе с закладкой близка к себестоимости переработки при системе под­ этажного обрушения. Себестоимость конечного продукта на этих

Содержание металла в добытой руде при системах с заклад­ кой выработанного пространства выше в 1,2 — 2 раза, чем при системе этажного принудительного обрушения, а себестоимость конечного продукта на предприятии 3 ниже на 9—12%. На пред-

21

Т а б л и ц а 13

приятии 6 содержание металла в добытой руде выше от 25 до 44%, а себестоимость концентрата в 1,5—1,87 раза.

Впоследние годы на ряде предприятий внедрены наиболее рациональные варианты системы подэтажного принудительного обрушения. Так, на Шерегешском руднике проведена промышлен­ ная проверка варианта системы разработки с использованием самоходного оборудования. Результаты испытаний показали, что при объеме годовой добычи из блока 120 тыс. т экономическая эффективность применения самоходного оборудования на доставке

ипогрузке составила 60 тыс. руб [96]. При этом для доставки руды был применен разработанный институтом погрузочно-доставочный комплекс ЦДКН для торцового выпуска руды.

В1971 г. на рудниках Кузбасса, Урала, Кривого Рога и Даль­ него Востока внедрена система этажного принудительного обру­ шения с вибровыпуском руды. Очистная выемка производилась непрерывно с помощью новой высокопроизводительной технологии отбойки, доставки и погрузки руды, основанной на использовании вибрации, обеспечивающей минимальные потерн и разубоживание. В результате внедрения варианта системы па Таштагольском руднике производительность участка повысилась в 4 раза, а рабо­ чего на выпуске в 10 раз. Руда грузится в двух ортах вместо 12, что упрощает схему ее транспортирования. Сменная производи­ тельность одного рабочего по выпуску, погрузке и вторичному дроблению увеличивается в 10—15 раз, а себестоимость добычи

руды снижается в два раза [96].

Внедрение некоторых типов вибропитателей (ВЛЖ-1м; ВЛР-3; ВЛ-2 и других )для выпуска и погрузки руды из очистного забоя позволило довести их производительность от 170 до 400 т/ч (т. е. увеличить в 2—4 раза) и получить экономический эффект на

1 т добычи от 0,17 до 0,35 руб. [96].

Применение самоходного оборудования на Джезказганском и Миргалимсайском рудниках позволило увеличить производитель­ ность труда рабочих на подготовительных и очистных работах в

1,5—2 раза [97].

Система подэтажного обрушения получила широкое применение на шахтах рудоуправления им. К. Либкнехта. Руды слабой и средней крепости отбиваются на зажатую среду. Установлено, что извлечение при этом варианте не выше, чем при отбойке на ком-

22

пеисациоииые камеры. Опыт отработки нескольких блоков под­ этажным обрушением с одностадийной выемкой руды па шахте им. 50-летия газеты «Правда» показал, что наименьшие потери (15—16%) и разубоживание (11—12%) достигаются при высоте подэтажа 20—22 м [98].

Сравнение различных вариантов систем, в том числе с обру­ шением налегающих пород и торцовым выпуском, а также с от­ крытым забоем показало, что наиболее выгодным из них является последний [99]. Для повышения интенсивности отработки камер­ ных запасов блоков на Текелийском руднике был применен комплекс вибромеханизмов КВНМ-1 конструкции ВНИИЦветмета. Производительность блока по сравнению со скреперной доставкой повысилась в 3—4 раза [100].

Для повышения производительности труда на руднике «КокСу» было применено этажное принудительное обрушение с тор­ цовым вибрационным выпуском руды. Предложенный вариант системы позволил сократить объем подготовительно-нарезных ра­ бот в 1,5 раза. Для выпуска и доставки руды в блоке смонтиро­ вали комплекс вибромеханизмов КВВ-2 с виброконвейером ВР-80 длиной 26 м. По сравнению с обычной схемой подготовки со скре­ перной доставкой руды производительность труда рабочих на очистных работах повысилась в 2 раза, интенсивность выпуска и доставки в 4 раза, производительность блока в 3,1 раза, потери

Отработка запасов в опытном блоке на Тырны-Аузском место­ рождении производилась этажно-камерной системой с вибровы­ пуском руды непосредственно в рудоспуски и погрузкой ее вибро­ питателями в вагонетки. Производительность вибропитателя ВДПУ-4ТМ была выше скреперной в 2,5 раза, а рабочего на вы­ пуске руды из блока в рудоспуск, погрузке в вагонетки и транс­ портировании до рудничного двора в 3—4 раза, чем при скрепер­ ной доставке [102].

Таким образом, система этажного принудительного обрушения при разработке мощных крутых и пологих месторождений поли­ металлических руд получила широкое применение; в зону отработ­ ки вовлекаются значительные запасы бедных руд. При этом рост добычи и снижение себестоимости 1 т руды, а также стоимость переработки опережали уменьшение содержания металла в руде. Благодаря этому снижалась и себестоимость конечного про­ дукта.

Весьма важным фактором дальнейшего улучшения технико­ экономических показателей является уменьшение количества вспомогательной рабочей силы. По данным рудников следует, что производительность труда забойных рабочих выше чем подземных рабочих только в 1,5—2,2 раза. Увеличение разрыва здесь может быть достигнуто путем резкого увеличения производительности

23

забойного рабочего, механизации производственных процессов и сокращения вспомогательной рабочей силы.

В целом из анализа следует, что применение системы разра­ ботки этажного принудительного обрушения явилось оправданным и подтверждает правильность технической политики.

На предприятиях цветной металлургии получены высокие тех­ нико-экономические показатели благодаря внедрению комплекса эффективных технологических мероприятий и самоходного обору­ дования, например на Ачисайском и Джезказганском комбинатах.

На 1971—1975 гг. намечены мероприятия по повышению тех­ нического уровня отрасли, которые позволят повысить произво­ дительность труда не менее чем в 1,4 раза при среднегодовых темпах 6—7%. Для этого предусмотрено внедрить новые техно­ логические процессы и оборудование [94].

В данной работе не рассмотрена экономическая эффективность капитальных вложений, так как этот вопрос является самостоя­ тельным. Кроме того, затраты средств на капитальное строитель­ ство и на приобретение оборудования в той или иной форме от­ ражаются в себестоимости продукции. Запаздывание отдачи от вложенных средств (лаг) неразрывно связано с капитальными вложениями. В равной степени в работе не дается анализ при­ были. Она также неполностью характеризует эффективность про­ изводства. Поэтому, помимо прибыли, предприятиям устанавли­ вается рентабельность [93]. Она исчисляется как отношение при­ были к сумме основных фондов и нормируемых оборотных средств. Это позволяет более полно оценить эффективность производства, в частности использование производственных фондов, и в опреде­ ленной мере ограждает предприятия от излишних капитальных вложений.

Прибыль определяется как разница между плановой себестои­ мостью реализуемой продукции в оптовых ценах предприятия и себестоимостью этой продукции. При прямом методе расчета прибыль определяется исходя из планируемого товарного выпуска изделий в натурном выражении, оптовых цен и себестоимости единицы продукции с учетом изменения остатков продукции на начало и конец года [92, 93].

В основе определения внутризаводских расчетных цен для оп­ ределения коэффициента рентабельности используются оптовая цена и плановая себестоимость продукции [94].

24

РАЗДЕЛ II

ПОТЕРИ И РАЗУБОЖИВАНИЕ РУДЫ ПРИ ВЫПУСКЕ И ОЦЕНКА СИСТЕМ ЭТАЖНОГО И ПОДЭТАЖНОГО ПРИНУДИТЕЛЬНОГО ОБРУШЕНИЯ

Опыт работы ряда предприятий показывает, что эффективность систем этажного и подэтажного принудительного обрушений зави­ сит от механизации основных производственных операций: бурения

идоставки отбитой руды. Интенсивность отработки блоков во вто­ ром периоде выше на 20—30%, чем в первом. Вместе с тем по­ казатели потерь и разубоживания все еще значительны. Это вы­ двигает необходимость оценки систем с учетом потерь и разубо­ живания и определения их влияния на область применения систем по содержанию металла в руде. Поэтому для всесторонней оценки систем необходимо комплексное исследование с учетом обогаще­ ния руды,

Вданном разделе рассматривается характер изменения потерь

иразубоживания при одностадийной и двухстадийной выемке за­ пасов блока с учетом переменных параметров блоков, угла на­ клона отбиваемых слоев руды при послойном выпуске через вы­ пускные воронки. Особое внимание уделяется вопросу выбора таких конструктивных элементов, при которых обеспечиваются минимальные показатели потерь и разубоживания независимо от стадийности ведения очистных работ. Большое внимание уделено сравнительной оценке одностадийного и двухстадийного вариантов системы, влиянию конструкции днища блока, форме нарезки и

порядку выпуска руды из блоков.

Для определения потерь и разубоживания руды в практике горнорудных предприятий применяется косвенный (расчетный) и прямой методы учета. Первый метод основан на разности содер­ жания металла в геологической и товарной руде, а второй — на определении запасов руды, оставленной в очистном забое, путем замеров.

При подсчете потерь и разубоживания все еще нет единого мнения у специалистов. Так, М. И. Агошков и В. А. Симаков [5], П. П. Бастак и П. А. Самоцветов, С. А. Федоров, А. А. Сергеев [6] и другие отмечают о неточности косвенного метода учета потерь и разубоживания. Здесь чаще всего превышают значения потерь и разубоживания из-за больших ошибок в исходных данных. Ос­ новная причина таких колебаний—-сложные условия залегания рудных тел, в особенности месторождений руд цветных металлов.

25

Применяемые па практике методы опробования содержания ме­ талла в геологической и товарных рудах допускают большие не­ точности'. Каждый рудник ведет учет потерь и разубоживания руды по своим методам [7].

В большинстве случаев системы с обрушением покрывающих пород применяются при разработке месторождений большой мощ­ ности с более или менее равномерным распределением металла. Поэтому здесь может получить применение как косвенный, так и прямой методы определения потерь и разубоживания. Вместе с тем расчетный (косвенный) метод определения потерь и разубо­ живания позволяет наиболее правильно устанавливать качествен­ ные и количественные показатели при большой мощности и одно­ родности рудного тела. Так, при этажном обрушении в зависи­ мости от конструктивных элементов блоков легко могут быть определены объемы чистой выпущенной руды, показатели потерь и разубоживания. А. Н. Омельченко [7] правильно отмечает, что косвенный метод определения потерь и разубоживания руды в благоприятных условиях обеспечивает достаточную точность ре­ зультатов.

Мы склонны считать, что в соответствующих условиях могут быть применены как косвенный, так и прямой методы учета по­ терь и разубоживания. При этажном обрушении возможно исполь­ зовать результаты лабораторных исследований по выпуску руды применительно к конкретным условиям. Ошибки при этом будут значительно ниже, чем при любом другом методе. Полученные нами результаты выпуска вполне соответствуют практическим данным рудников. В этом случае, если в рудном теле имеются включения пустых пород, то, зная их объемы, общие показатели разубоживания могут быть легко определены.

Анализируя существующие методы учета потерь и разубожи­ вания, М. И. Агошков и В. П. Рыжов отмечают недостатки косвен­ ного метода и рекомендуют применять прямой метод учета потерь и разубоживания в системах с обрушением руды [8].

Г л а в а I.

ВЫПУСК РУДЫ

Работ по исследованию выпуска руды в настоящее время мно­ го. Первые опыты по выпуску руды были проведены на моделях С. С. Минаевым [9] и Д. Л. Тартаковским [10].

Д. Л. Тартаковский определил, что истечение частиц происхо­ дит из конусообразной зоны, вершина которой находится у вы­ пускного отверстия, а основание — на контакте руды и породы.

Другие исследователи [11, 12, 13] установили зависимость ве­ личины выпускного отверстия от размеров кусков выпускаемого материала. С.С. Минаев на основе опытов с введением в массу руды нумерованных жетонов пришел к выводу, что истечение ма­

2G

териала происходит от объемов, имеющих форму эллипсоидов вращения.

Г. М. Малахов экспериментальным путем определил характер явлений в массе сыпучего материала при выпуске его из отверстий и количественную зависимость, существующую между извлечением руды, конструктивными элементами системы разработки и режи­ мом выпуска.

Потери и разубожнвание уменьшаются с возрастанием высоты

•заполнения блока и увеличением диаметра выпускного отверстия; при увеличении расстояния между выпускными отверстиями и ухудшении сыпучих свойств обрушаемой руды они увеличиваются.

С. Е. Никулин рекомендует формулы, по которым величина разубоживания ставится в зависимости от объема чисто выпущен­ ной руды из блока [14; 15].

По справедливому замечанию эти формулы дают решение за­ дачи в упрощенном виде и имеют ограниченное применение для разновидностей подэтажного и этажного обрушения в Криворож­

ском бассейне [16].

Аналогичные работы были проведены несколько позже В. В. Ку­ ликовым [17].

В. А. Шестаков считает, что при разработке месторождений системы этажного и подэтажного обрушения поток выпускаемой руды отклоняется в сторону скреперных, грохотных и погрузочных выработок к месту, где осуществляется погрузка руды. Поэтому живое сечение выпускных «дучек», окон и щелей имеет форму пря­ моугольника, а тело выпуска — форму трехосного эллипсоида [18].

Г. Н. Дубынин [13] считает, что все исследователи по выпуску руды ограничивались изучением фигуры выпуска, а поток в целом оставался неисследованным.

При исследовании влияния переменных факторов автор пришел к выводу, что размер выпускаемого отверстия, высота выпускае­ мого слоя, гранулометрический состав частиц, объемный вес сыпу­ чей среды не оказывают влияния на критическую высоту. При площадном выпуске изучалось влияние порядка выпуска на пока­ затели потерь и разубоживания. При этом установлено, что наи­ лучшие показатели достигаются при равномерно-последовательном выпуске, наихудшие — при хаотичном порядке. При выпуске руды с наклонным контактом потери и разубоживания получаются большими, поэтому его не рекомендуют к широкому применению.

Ктакому выводу пришли также Л. И. Барон, М. Д. Фугзан [19]. За рубежом обычно придерживаются мнения, что результаты

выпуска руды при этажном обрушении зависят только от практи­ ческих навыков и руководства процессом.

Анализируя отечественные литературные источники по вопро­ сам выпуска руды из обрушенных блоков, можно сделать следую­ щие выводы:

1) выпуск руды из обрушенных блоков определяет эффектив­ ность систем этажного естественного и принудительного обру­ шения;

27

2) вопросы теории выпуска руды из обрушенных блоков иссле­ дованы далеко недостаточно, чтобы ими руководствоваться в прак­ тических целях. Некоторые из них нуждаются в дополнительном, глубоком изучении и проверке. В частности, форма тел истечения требует обоснования физико-механической ее причинности, а имен­ но: почему образуется та или иная форма тел истечения и какие факторы оказывают на это влияние. По этому вопросу некоторые попытки сделаны Б. С. Фиалковым [20], который считает, что при небольшом возрастании коэффициента внутреннего трения значи­ тельно увеличиваются размеры сводообразующего отверстия. Н. Г. Дубынин [13] провел серию опытов по определению зон по­ тока различных сыпучих тел и пришел к выводу, что кривая, об­ разующая зоны потока, ближе соответствует параболе с вершиной

увыпускного отверстия и напоминает параболоид;

3)недостаточно освещено влияние потерь и разубоживания руды на эффективность системы в условиях полиметаллических руд с учетом обогащения и металлургического передела. По этой проблеме опубликованы некоторые работы для железорудных месторождений [21, 22]. Однако ввиду различия между отпускными ценами и себестоимостью конечного продукта руд цветных метал­ лов аналогичные исследования должны быть проведены и в этом направлении.

Наши исследования, результаты которых приведены в данной работе, были посвящены этим вопросам [23]. При экспериментиро­ вании выпуска руды существенно важным вопросом является воз­ можность и достоверность моделирования. Так как выявление наи­ более важных факторов выпуска руды в промышленных условиях представляет собой исключительно трудную задачу, связанную с большими расходами, то большинство исследователей для опре­ деления основных закономерностей выпуска пользовались моде­ лями различных масштабов с соблюдением геометрического по­ добия.

Чтобы проверить влияние отступления от подобия между объ­ емными силами и напряжениями для натуры и для модели на ре­ зультаты выпуска, в лаборатории НИГРИ были проведены спе­ циальные опыты [25], позволяющие сделать вывод о том, что не­ соблюдение динамического подобия не имеет практического значе­ ния, а также геометрический масштаб моделирования (в изученных пределах 1:10; 1:100) оказывает влияние на механику выпуска только в той мере, в какой он отражается на свободе истечения материала из отверстий.

Руды полиметаллических и других месторождений, где приме­ няются системы этажного принудительного обрушения, весьма крепкие и склонностью к слеживанию не обладают. Поэтому мо­ дели, в основу которых положено соответствие масштабов, вполне пригодны для проведения опытов с данной рудой.

Масштабы моделей, судя по результатам исследований, почти не влияют на показатели выпуска. Следовательно, при выборе

28

масштаба модели следует руководствоваться данными конкретной задачи, которую необходимо решить с помощью данной модели [25]. Наиболее целесообразными по условиям обслуживания следует считать масштабы 1: 50 и 1: 100, обеспечивающие требуемую для практических целей точность и достоверность результатов. При выполнении опытов мы пользовались моделями различных раз­ меров.

В последнее время на практике рудников широкое распростра­ нение получила система этажного обрушения с одностадийной выемкой руды. В некоторых вариантах схема выпуска позволяет совмещать горизонт выпуска и доставку руды. При этом упро­ щается конструкция системы путем полной ликвидации подсечки, воронок и выпускных выработок. Отбитая руда располагается слоем, ограниченным с одной стороны очистным забоем, с боков — стенками соседней панели или же обрушенными породами отра­ ботанных участков. С четвертой стороны она ограничивается об­ рушенными породами кровли. Проведенные исследования показа­ ли, что при выпуске объем чисто выпущенной руды достигает 61% [13]. Высота этажа (подэтажа) колеблется от 10 до 30 м.

Для определения показателей потерь и разубоживания руды нами были проведены специальные исследования для различных вариантов системы этажного и подэтажного обрушения, методику

ирезультаты которых излагаем ниже.

Вопытах перед нами стояли задачи:

1)определить объем чисто выпущенной руды в зависимости оі высоты этажа, диаметра выпускного отверстия и расположения поверхности контакта руды и породы (горизонтальный и наклон­ ный контакт);

2)установить характер изменения потерь и разубоживания руды в зависимости от высоты этажа, диаметра выпускного отвер­

стия, объема выпущенной горной массы и угла наклона поверхно­ сти контакта руды и породы;

3) определить относительную эффективность выпуска с наклон­ ным и горизонтальным контактами руды и породы.

Отметим, что в современной практике добычи руды встречаются условия выпуска, когда поверхность контакта с покрывающими породами сохраняется горизонтальной и наклонной с утлом от 70 до 100°, а также ромбоидальная схема выпуска.

Рассмотрим результаты этих вариантов выпуска.

§ 1. Выпуск руды с горизонтальной поверхностью контакта руды и породы

Опыты по выпуску руды проводились при равномерно-последо­ вательном выпуске, когда поверхность контакта при опускании сохраняет горизонтальное положение.

29