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

Перед описанием опытов по выпуску руды следует заметить, что до сих пор нет единого мнения о соотношении высоты заполнения блока рудой и породой.

Г. М. Малахов отмечает, что высота слоя пород должна при­ ниматься в два раза больше высоты обрушенной руды [2]. Однако в работе не приводятся доказательства для этого утверждения. Если исходить из признаков системы разработки, то налегающие породы могут обрушаться сразу вместе с обрушением блока, по­ степенно и по мере выпуска руды из блока. Кроме того, такую высоту пустых пород в производственных условиях трудно опре­ делить. Обрушение налегающих пород указанной высоты потре­ бует принудительной их посадки еще до окончания отработки бло­ ка, что связано с дополнительными затратами средств. На практи­ ке чаще имеют место случаи, когда толщина налегающих обру­ шенных пород составляет 25—30% высоты обрушенного блока.

Это имело место при отработке верхних горизонтов рудников Лениногорского, Зыряновского п Алмалыкского комбинатов. При этом потери и разубоживание руды не превышали показателей блоков нижних горизонтов. Известно также, что при значительной высоте блока, когда эллипсоиды выпуска пересекаются, контакт руды с породой некоторое время опускается горизонтально, а за­ тем, начиная с критической высоты обрушенного слоя руды, начи­ нает прогибаться, образуя воронки над каждой выпускной выра­ боткой [27]. Прогиб плоскости контакта руды будет иметь место независимо от высоты слоя породы. При большой высоте налегаю­ щей породы линия прогиба не будет заметна.

Иными словами: независимо от высоты слоя породы при рав­ номерно-последовательном выпуске поверхность контакта, опу­ скаясь, будет сохранять горизонтальное положение, пока не при­ близится к выпускным отверстиям настолько, что взаимное влия­ ние их не будет проявляться. Проникновение пустых пород зави­ сит также от расстояния между выпускными оѵвсрсіиямп и их диаметра. Разубоживание начинается при выпуске руды, коіда поверхность контакта руды и породы достигнет плоскости выпуск­ ного отверстия. Отсюда следует, что не обязательно, чтобы высота слоя породы была равной двукратной высоте слоя обрушенной

РУДЫ.

Н. Г. Дубынин отмечает, что высота, начиная с которой по­ верхность контакта из горизонтальной превращается в волнистую, при неизменных параметрах зон потока, а также при постоянном расстоянии между осями выпускных отверстий и их размере не прямо пропорционально зависит от первоначальной высоты вы­ пускаемого слоя руды над выпускным отверстием. Высота, с кото­ рой каждое отверстие начинает действовать обособленно, зависит от расстояния между осями отверстий и первоначальной высоты слоя обрушенной руды над отверстием [13]. С другой стороны, «вы­ сота опускания поверхности контакта выпускаемого слоя с покры­ вающими породами без существенной деформации не зависит от

30

размеров отверстия, а также от ширимы зоны потока и ширины фи­ гуры выпуска». Относительная величина критической высоты при выпуске слоя руды с переменном высотой практически постоянна и равна 0,75 высоты выпускаемого слоя.

Для исследования влияния основных параметров систем разра­ ботки на результаты выпуска и проверки полученных данных ис­ следований нами были проведены опыты по Еыпуску руды из мо­ дели в масштабе 1: 100. Длина модели была ПО см, высота 80 см и ширина 60 см. Высота слоя руды в модели 42 см, сверху руды насыпали слой породы толщиной 30 см [13]. Опытами была уста­ новлена возможность регулирования положения контакта руды с покрывающими породами путем изменения дозы выпуска.

В. Р. Именитов [28] при выпуске руды из модели с активной высотой блока 50 м толщину слоя налегающих пород принял рав­ ной 50 м. При исследовании порядка выпуска эта величина также была принята равной высоте этажа — 50 м.

Г. М. Малахов [29], освещая закономерность сводообразования, установил, что оно протекает равномерно по мере подсечки блока. При рудах средней устойчивости обрушения кровли подсеченной камеры, по мере выполнения подсечки, начинается не сразу, а спустя некоторое время. Следовательно, обрушение налегающих пород будет происходить не сразу, а постепенно, по мере ослабле­ ния напряжений подсеченных налегающих пустых пород.

Из изложенного следует, что в опытах Н. Г. Дубынпна высота слоя пород составляла 71,5% высоты слоя руды, а по исследова­ ниям В. Р. Именитова это отношение равно единице. В наших опытах первоначальная высота (до досыпки породы после начала выпуска) составляла 71,5%. Следовательно, если бы даже досыпку породы не производили, то для нормального выпуска' руды из блока принятая высота породы была вполне достаточной.

Исходя из основного признака системы этажного принудитель­ ного обрушения, обрушение налегающих пород может происходить в период выпуска руды. Поэтому принимать высоту налегающих пород равной двукратной высоте блока необязательно. Опа может колебаться от 30 до 50—100% и результаты выпуска от этого не изменятся.

Рассмотрим результаты выпуска на геометрически подобной модели, воспроизводившей натуру в масштабе 1: 100. Горизонталь­ ные размеры модели 24X66 см; высота 60 см; размеры воронок 6x6 см; диаметр выпускного отверстия 2 см; число рядов выпуск­ ных воронок в модели И; число воронок в ряду 4; расстояние между ними 6 см.

Нами учитывалось, что при взрывных работах выход руды по крупности колеблется в широких пределах и обусловлен рядом факторов. Одним из главных является соотношение между вели­ чиной линии наименьшего сопротивления (л. н. с.) и диаметром скважин. На практике при диаметре скважин 110 мм величина л. и. с. колеблется от 3 до 3,5 м, а коэффициент сближения зарядов

31

находится в пределах I —1,2; число одновременно взрываемых ря­ дов скважин доходит до 7—10. При этих условиях выход руды по крупности колеблется от 1—100 до 700 мм. Объем доплонительного измельчения руды достигает 20—40%, а удельный расход ВВ составляет около 30—50% от расхода на первичное дробление.

В соответствии с этими данными для опытных работ мы при­ няли руду с постоянным содержанием металла. Фракция раздроб­ ленной и отсеянной руды была 1—9 мм, налегающей (разубожнвающей) породы 5—9' мм. Содержание влаги не превышало 6%, пылеватых и глинистых частиц — 6%. Заметим, что при моделиро­ вании выпуска материал того же объемного веса, что и в натуре, не оказывает существенного влияния иа подобие процесса. Проф. П. И. Городецкий и канд. техм. наук Н. 3. Галаев [30] указывают, что при подборе гранулометрического состава мате­ риала важен масштаб модели, но соблюдение подобия крупности для самой мелкой фракции не всегда целесообразно.

Выпуск руды осуществлялся равномерными дозами из выпуск­ ных отверстий, соблюдая горизонтальную поверхность выпускае мого слоя горной массы. По мере выпуска из каждой дозы брали пробу для анализа и подвергали ее измельчению на валковой мелы-шце в металлических стаканах до крупности 100 меш. После этого производили квартование и отбор проб весом 50 г. Пробу растирали в агатовой ступке до крупности 200 меш. Содержание металла в руде определяли с точностью до сотых долей процента.

Разубоживание руды определялось по известной формуле

горной массы в модели или обрушенные запасы блока; а — содер­ жание металла в исходной руде, %; а '— то же, в выпущенной

РУДе, %.

Проф. П. И. Городецкий преобразовал уравнение в следующий

32

тиях. Вместе с тем они допускают большие расхождения в пока­ зателях потерь и разубожнвания.

С другой стороны, определять потери и разубоживание руды при системе этажного принудительного обрушения прямым мето­ дом весьма затруднительно.

По полученным на рудниках данным выход кусковатой руды и коэффициент разрыхления /Ср колеблются в следующих пределах:

Средний объемный вес руды составил 2,15 т/м3. Коэффициент разрыхления составляет 3:2,15 = 1,4 [31].

Модель размерами 24x66x60 см засыпали рудой на высоту 36 см и сверху породой на высоту 25 см. Содержание цинка в руде 6,56%, а в породе 0,009%. Руда была следующей крупности: 1—3 мм — 10%; 3—5 мм — 30%; 5—7 мм — 40%; 7—9 мм — 20%,

в разубоживающей породе: 5—7 мм — 50%; 7—9 мм — 50%■ Угол падения лежачего бока модели 85°, висячего бока 80°. Диаметр выпускного отверстия 2 см.

Произведя соответствующую обработку результатов выпуска, мы получили следующие показатели потерь и разубожнвания при диаметре выпускного отверстия 2 см (табл. 14).

Таблица 14

Из табл. 14 видно, что при выпуске горной массы, равной объему засыпанной руды в модели, показатели потерь и разубоживания равны между собой [32]. При дальнейшем выпуске рйзубоживание возрастает, а потери уменьшаются. С ростом высоты этажа оба показателя снижаются. Результаты исследований были

проверены практическими данными, которые подтвердили npâ^ вилы-юсть проведенных исследований. Так, по данным предприя­ тия 1 при выпуске руды из блока в количестве, равном запасам блоков, показатели потерь при активной высоте блока 12 м со­ ставили 24%, разубоживание 23%; при высоте 15—16 м соответ­ ственно 19 и 22%; при 19—20 м — 16 и 18%; 24—26 м — 14 и 14%; 32—33 м — 11 —13%.

Процент чисто выпущенной руды прямо пропорционален от­ ношению объема эллипсоидов вращения к объему выпускаемой руды. Отсюда вытекает, что с уменьшением высоты заполнения блока сокращаются размеры эллипсоидов (малая и большая по­ луоси), а следовательно, и объем чисто выпущенной руды.

Таким образом, приходим к выводу, что с уменьшением высоты заполнения увеличивается процент разубоживания выпускаемой из блока руды.

Наши опыты показали, что в зависимости от высоты этажа объем чисто выпущенной руды характеризуется следующими дан­ ными (табл. 15)..

Из табл. 15 видно, что высота этажа растет быстрее, чем ко­ личество руды, выпущенной без разубоживания.

После выпуска этой части руды начинается интенсивное разу­ боживание, достигающее 60—74% при выпушке 110% запасов блока высотой от 10 до 60 м. При выпуске 100% запасов блока эти пределы составляют 52—71%.

Если разность в высоте этажей равна 5 см, то увеличение ра­ зубоживания достигает 2%, а при разности 10, 20, 30 см этот по­ казатель приобретает следующие значения (табл. 16).

34

Таким образом, разность в высоте этажей растет быстрее, чем разность показателей разубоживання. При этом с увеличением объема выпущенной горной массы этот показатель уменьшается.

Каналогичным выводам пришли Е. С. Белиловский и др. [104]. Для установления влияния размеров кусков на разубоживание

нами были проведены опыты на модели размерами 40Х29.2Х Х45 см с диаметром выпускного отверстия 2 см (масштаб 1: 100). Фракция сульфидной руды была: 1—3; 3—5; 5—7; 7—9; 9—12 мм, а разубоживающей породы 5—7 мм. Для каждой фракции руды проводились отдельные опыты. Модель засыпалась на высоту 30 см и сверху породой на высоту 15 см. По мере выпуска порода досыпалась.

Проведенные опыты показали, что с увеличением объема вы­ пущенной рудной массы степень разубоживання растет для каж­ дой фракции руды. При этом в первой стадии выпуска разубожи­ вание в более мелкой фракции руды выше, чем в крупной. Во второй стадии разубоживание руды более крупных фракций ста­ новится выше, чем при мелких фракциях. Аналогично этому ра­ зубоживание во всей выпущенной рудной массе для мелких фрак­ ций больше, чем в крупных, и в дальнейшем за счет более быст­ рого проникновения пустых пород в выпускаемую среду разубожи­ вание крупнокусковатой руды увеличивается быстрее. Вместе с этим разубоживание растет медленнее, чем размер кусков руды [103].

Результаты выпуска всей горной массы показывают, что при фракции руды 1—3 мм разубоживание составляет 29,7%, а при фракции 3—5 мм — 30,7%; 5—7 мм — 30,8%; 7—9 мм — 31,5%; 9—12 мм — 32,4%.

Таким образом, с увеличением размеров кусков руды разубо­ живание увеличивается за счет проникновения породных частиц, но растет медленнее, чем кусковатость. Исследования М. Д. Фугзана показывают, что с ростом коэффициента разрыхления потери уменьшаются, а разубоживание возрастает [38].

§ 2. Выпуск руды с наклонной поверхностью контакта руды и породы

При наклонной плоскости контакта руды и обрушенной нале­ гающей породы выпуск руды производится двумя вариантами:

а) через выпускные воронки; б) через торец выработки.

Под термином «торцовая схема выпуска» понимается вариант выпуска обрушенной руды на вертикальную компенсационную щель или на обрушенную породу с последующей погрузкой ее из почвы выработки погрузочными машинами. В этом варианте от­ битую в зажатой среде руду выпускают полностью после взрыва очередного слоя или маганизируют.

При послойном выпуске сфера влияния выпускного отверстия ограничивается с одной стороны плоскостью обрушенного массива,

3 35

вдоль которой и происходит истечение обрушенной руды. Угол наклона обрушаемого слоя является одним из важнейших фак­ торов, определяющих величину потерь и разубоживания. Анало­ гичная закономерность истечения сыпучей среды наблюдается при отбойке узкими наклонными слоями и выпуске руды через во­ ронки и «дучки» [34].

Опыты, проведенные рядом исследователей показывают, что характер изменения потерь и разубоживания при торцовом вы­ пуске подчиняется определенному закону: по мере увеличения высоты подэтажа от 10 до 30 м потери и разубоживания умень­ шаются, а при высоте 30—40 м и более — возрастают. Оптималь­ ная высота подэтажа, в зависимости от величины шага обруше­ ния при глубине забора руды 0,5—1,1 м, оказалось в пределах

20—30 м.

В некоторых работах [35] оптимальный угол наклона слоя ре­ комендуется принимать равным 75—78°, а оптимальную толщину слоя увеличивать пропорционально их высоте. Причем потери руды растут, а разубоживание уменьшается. Аналогичные исследования проводились при подэтажном обрушении с послойным торцовым вибрационным выпуском руды [36]. В результате проведенных опытов было установлено, что наилучшее извлечение обеспечи­ вается при высоте слоя 20—30 м.

Исследования торцового выпуска, проведенные П. Э. Зурковым и другими [37], также показали, что при наклоне слоя от 65 до 85° и высоте от 10 до 30 м наиболее высокие показатели извлече­ ния достигаются в том случае, если эллипсоид выпуска вписы­ вается в толщину выпускаемого слоя. Этими же исследованиями установлено, что наибольшее извлечение чистой руды было полу­ чено при угле наклона 95°.

М. Д. Фугзан и О. А. Яковлев [38] провели опыты выпуска руды и установили, что наилучшие результаты выпуска слоями через воронки достигаются при угле наклона 80°. Максимальный выход чистой руды — при выпуске вертикальными слоями с углом накло­ на 90°. При толщине слоя менее 18—25 м наиболее целесообразно выпускать руду слоями с утлом наклона 80°. Оптимальная толщи­ на слоя равна 15 м.

Аналогичные работы проводились другими исследователями, которые пришли к подобным выводам.

Н. X. Загиров и другие [39] установили, что при выпуске через воронки наиболее целесообразным контактом является крутоиаклонный с углом 75—80°.

С. Г. Мезжегоров [40] установил, что при увеличении толщины слоя выпускаемой руды показатели извлечения растут. Наиболее рациональной толщиной является 15—20 м. При последовательном режиме выпуска показатели извлечения ниже, чем при равно­ мерном.

Из изложенного следует, что общие закономерности истечения сыпучей среды и показатели потерь и разубоживания мало чем

36

отличаются друг от друга. Однако имеются различные точки зре­ ния по оптимальному углу наклона плоскости контакта руды и породы. Поэтому нами были проведены дополнительные иссле­

опыты при торцовом выпуске руды. Модели имели масштаб соот­ ветственно 1 : 100 и 1 : 50 [23].

При послойном выпуске через воронки размеры модели были: высота 100 см; длина 86 см, ширина 26 см. Размеры воронок 6X6 см; диаметр выпускного отверстия 2 см; число рядов выпус­ каемых воронок в модели 14; число воронок в ряду 4; расстоя­ ние между ними 6 см. Каждый ряд воронок имел задвижку для выпуска руды. Одна из длинных сторон ящика была изготовлена из оргстекла, остальные — из фанеры.

Аналогично предыдущим опытам фракция раздробленной и от­ сеянной руды была: 1—3 мм —10%; 3—5 мм — 30%; 5—7 мм —

из модели производился слоями толщиной (t) 6; 12; 18 см. Угол наклона выпускаемого слоя в опытах принимался 70, 80, 90, 100°. Для каждого слоя с указанными углами проводились по два опыта. Высота слоя принималась 20, 30, 40, 60 см. Выпуск руды производился в последовательном порядке равномерными дозами весом 600—800 г с соблюдением выбранного угла наклона плоскости контакта руды и породы. В каждом опыте опреде­ лялся объем чисто выпущенной руды, а затем разубоженной при объеме выпуска 100, ПО, 120%. Выпущенную рудную массу разделяли вручную на руду и породу и определяли весовое разубоживанне и потери.

Ряд исследователей [8, 18] отмечают недостатки косвенного метода определения потерь и разубоживания. Поэтому в наших опытах величины потерь и разубоживания определяли по форму­ лам прямого метода:

37

выпущенной породы при выпуске 1-ой дозы из блока (после чисто

твердых полезных ископаемых.

Рассмотрим результаты выпуска слоя толщиной 12 см. Модель была засыпана рудой на высоту 30 см. Сверху и сбоку засыпан­ ная руда была ограничена породой так, что плоскость контакта между ними имела угол падения 80°. Высота засыпанной пустой породы достигала 30 см. Руда от породы отделялась тонкой до­ щечкой, которая перед началом выпуска вытаскивалась. Выпуск руды осуществлялся равномерно через два ряда выпускных воро­ нок вначале из первого ряда, а затем из второго так, чтобы со­ хранять принятый первоначальный контакт руды и породы на пло­ щади двух рядов воронок. По мере выпуска порода досыпалась, Выпущенную разубоженную руду вручную разделяли на руду и

опыт повторяли 2—3 раза. Результаты выпуска руды характе­ ризуются данными табл. 17.

38

5,6-100 = 23 3

13,8+ 10,2

(11)

Рассмотрим результаты расчетов потерь руды по прямому и косвенному методам. Для косвенного метода воспользуемся фор­ мулой, приведенной нами выше:

друг от друга весьма незначительно.

Как видно из сравнения, при косвенном методе показатели по­ терь изменяются в зависимости от объема выпущенной горной массы. При прямом методе в приведенных расчетах этот показа­ тель не выделяется. В формуле он показан в скрытой форме в ко­ личестве разубоженной рудной массы. Таким образом, обе формулы дают одинаковые результаты. Заметим, что при косвен­ ном методе незначительное изменение содержания металла в руде дает большое отклонение в показателях потерь и разубоживания.

Следует заметить, что М. И. Агошков правильно отмечает «о невозможности проведения прямых замеров потерь и количества разубоживающих пород при разработке системами с обрушением» [33]. Правда, Г. М. Малахов рекомендуемый им метод [2] под­ тверждает практическими данными, несмотря на то что на руд­ никах Криворожского бассейна учет потерь и разубоживания осуществляется также косвенным методом [33].

Несмотря на простоту изложения обоих методов определения потерь и разубоживания, они страдают общим недостатком: неиз­ бежностью проведения химических анализов для определения со­ держания металла в руде и при ее разубоживании. Следователь­ но, при химанализах и при определении потерь и разубоживания сохраняется тот же недостаток, что и при косвенном методе. .

Результаты наших исследований показывают:

1) при выпуске объема горной массы, равного объему выпус­ каемого слоя, показатели потерь и разубоживания равны между

39