4 Четверть. Занятие №4(2)

Тема занятия: Определение параметров технологии разработки рудных месторождений. Основные закономерности выпуска руды под обрушенными породами.

Цель занятия: Научить

Выпуск отбитой руды осуществляется при двух существенно различающихся условиях. Во-первых, отбитая руда может заключаться в пределах некоторой полости – камеры. Из камеры руду выпускают через дучки. В таких условиях выпуск руды подобен выпуску любого сыпучего материала из емкости-бункера. Выпуск руд можно производить с любой интенсивностью в любой последовательности.

Во втором случае отбитая руда покрыта обрушившимися породами, т.е. есть как бы две сыпучие среды, причем одна из них расположена непосредственно над другой и никаких настилов между ними нет. Отбитую руду, расположенную ниже обрушившихся пород, необходимо выпустить через отверстия (дучки) так, чтобы она не перемешалась с вышележащими породами. Кроме того, нужно добиться минимальных потерь руды.

Подобная ситуация возникает при системах подэтажного и этажного обрушения, когда отбитая руда непосредственно контактирует с обрушившимися породами. Вмещающиеся породы обрушаются сами, естественно, в силу обнажения их на большой площади после отбойки руды. К взрывным работам для обрушения вмещающих пород обычно не прибегают, и в результате, как правило, породы оказываются обрушенными в кусках большего размера, чем руда, отбитая взрывными работами.

С началом применения систем с обрушением пород возникла необходимость в изучении закономерностей выпуска руды под обрушившимися породами. Проследить эти закономерности в натуре невозможно, поскольку нельзя попасть в толщу отбитой руды и породы. Для исследования ситуации применяли моделирование. Модель представляла собой ящик с одной стеклянной стенкой, в который насыпана мелкодробленная руда, покрытая дробленной породой. У стеклянной стенки в днище ящика сделаны отверстия для выпуска руды, имитирующие дучки. Руда и порода насыпаны слоями и у стеклянной стенки пересыпанные полосками мела, которые позволяют наблюдать движе­ние руды и пород и фотографировать фигуры, в пределах которых происходит сдвижение и истечение дробленной руды.

В 30-х годах впервые закономерности выпуска руды начал изучать С.И. Минаев, эти исследования продолжили профессора Г.М. Малахов, В.В. Куликов, Н.Г. Дубынин.

Фотография модели, на которой показаны различные стадии выпуска руды, приведена на рис. 1. Рассмотрим основные закономерности выпуска руды, установленные путем моделирования. Истечение отбитой руды через выпускные отверстия происходит из объемов, имеющих форму эллипсоидов. Эти эллипсоиды названы эллипсоидами выпуска. Все частицы, расположенные на их поверхности, приходят к выходному отверстию одновременно. Это было доказано с помощью нумерованных жетонов, заложенных в модель до выпуска руды.

Руда движется и разрыхляется в объеме значительно большем, чем эллипсоид выпуска, а именно, в объеме эллипсоида разрыхления. Обрушенная порода начинает смещаться, когда эллипсоид разрыхления достигает контакта между рудой и породой. По мере выпуска руды поверхность контакта приобретает форму воронки. Когда воронка достигает выпускного отверстия, происходит выпуск отбитой руды совместно с обрушенными породами. Начинается засорение руды. До этого выпускали чистую руду.

Когда эллипсоид разрыхления достигает поверхности земли, начинается ее сдвижение и образуется провал.

Для правильного конструирования системы разработки важно установить зависимость потерь и засорения от расстояния между выпускными отверстиями и высоты толщи обрушенной руды, поскольку эти величины определяют размер потерь и засорения руды. Теряется руда, оставшаяся на днище блока, между выпускными отверстиями.

Определение прогнозных показателей извлечения руды сводится к подсчету объемов эллипсоидов выпуска.

Рассмотрим два случая. Первый случай, когда расстояние между дучками значительно и выпуск ведут из одной обособленной дучки. Второй, когда расстояние между дучками невелико, и эллипсоиды выпуска руды пересекаются. Расчетная схема показана на рис. 2, а. Приняты обозначения: Q – объем эллипсоида выпуска; B – объем пустых пород, попавших в руду; H – высота эллипсоида выпуска; h – высота слоя руды.

Рис. 1. Модель для изучения закономерностей выпуска руды: 1 – воронка выпуска, 2 – эллипсоид разрыхления, 3 – потерянная руда (по В.В. Куликову).

Рис. 2. Расчетная схема к определению прогнозных показателей извлечения руды: а – при выпуске из обособленной дучки, б – при выпуске из серии дучек.

Объемное засорение K_зас равно отношению объема пустых пород, попавших в руду B, к объему эллипсоида выпуска Q, т.е. объему рудной массы.

Рассмотрим, каким образом можно определить данные, необходимые для расчета. Объем эллипсоида выпуска

, (1)

где P – константа, определяющая сыпучие свойства среды.

Численно величина P равна радиусу кривизны вершины эллипсоида выпуска. Эта константа определена экспериментально для ряда месторождений. Для условий железных рудников Кривого Рога P = 0,45-0,55 при крупнокусковой руде, P = 0,35-0,4 при руде средней крепости и P = 0,3 для руд, склонных к слеживанию.

Для апатитовой руды среднее значение P = 0,55, для медно-никелевых руд P = от 0,8 до 1.

Высота эллипсоида выпуска неизвестна. Расчетом и экспериментально установлена определенная зависимость между высотой эллипсоида выпуска, высотой слоя руды и предельным объемным засорением в последней дозе выпуска:

Kзас. пред , %	85	60	30	15
H : h	2,0	1,35	1,25	1,2

Заметим, что предельное объемное и массовое засорения могут быть определены по следующим формулам: предельное массовое засорение, %,

; (2)

предельное объемное засорение, %,

, (3)

где a_руд – содержание металла в руде; a_пор – содержание металла в породах; a_р.м – минимальное промышленное содержание металла в рудной массе; γ_р.м – плотность рудной массы; γ'_п.п – плотность пород.

Пользуясь указанными выше зависимостями, можно определить объем эллипсоида выпуска Q.

Объем пород, попавших в руду, подсчитывают из выражения

. (4)

Коэффициент K определяют по формуле

. (5)

Таким путем в рассматриваемых условиях определяют объемное засорение K_зас и выход рудной массы, равный объему эллипсоида выпуска Q.

Второй случай, когда расстояние между дучками невелико, и эллипсоиды выпуска пересекаются.

Расчетная схема показана на рис. 2, б. Приняты обозначения; L – расстояние между дучками; H' – объем руды, выпускаемой в период плавного спускания контакта между рудой и породой до начала засорения; h_кр – критическая высота блока, т.е. высота, до которой контакт опускается плавно и засорение руды еще не началось. В первый период выпуска из каждой дучки будет извлечено чистой руды

, (6)

Во второй период, т.е. после опускания контакта ниже h_кр, извлечение руды определяют как при выпуске из одиночной дучки, но вместо высоты слоя руды h принимают h_кр. Для определения этой величины пользуются следующим эмпирическим выражением:

. (7)

Во второй период извлечение руды будет равно:

, (8)

где Q – объем эллипсоида выпуска при высоте слоя руды h_кр; V'_П – количество пустых пород, попавших в руду в этих условиях; V_сег – объемы сегментов при пересечении соседних эллипсоидов выпуска. Объем сегмента в процентах от объема эллипсоидов выпуска можно определить по следующей зависимости:

L : 2b	0,7	0,5	0,3	0,2	0,1
Vсег, %	6	15	27	35	42

Здесь 2b – малая полуось эллипсоида выпуска, величину которой определяют по выражению

.

Пример. Исходные данные:

1. Высота блока над горизонтом подсечки, м h = 40

2. Высота столба руды над дучкой с учетом глубины воронки

(активная высота блока), м h_б = 42

3. Расстояние между дучками, м L = 5,65

4. Количество боковых контактов руды с пустыми породами 1

5. Плотность руды в массиве, т/м³: γ_м = 3,6

обрушенной руды γ_обр = 2,6

обрушенной пустой породы γ_п.п = 2,0

засоряющих пород γ'_п.п = 2,18

5. Содержание железа, %:

в массиве a_руд=58,6

во вмещающих пустых породах a_пор =35

в засоряющих породах a'_пор = 42

7. Нижний предел кондиции по содержанию металла в рудной

массе, % a_р.м = 46

8. Коэффициент сыпучести P = 0,435

9. Коэффициент разрыхления K_раз = 1,38

Решение:

1. Запасы руды, приходящиеся на одну дучку,

т.

2. Количество руды, извлеченное из компенсационного пространства,

т.

3. Критическая высота блока

м.

4. Количество руды, извлеченное за первый период выпуска,

т.

5. Предельное массовое засорение:

%.

6. Плотность рудной массы:

т/м³.

7. Предельное объемное засорение:

%.

8. По таблице находим, что предельному засорению 79,5 % соответствует отношение H : h = 1,7. Отсюда находим высоту эллипсоида выпуска:

м.

Определяем коэффициент:

.

9. Объем эллипсоида выпуска

м³.

10. Объем пустых пород, попавших в руду,

123 м³ или 268 т.

11. Ширина эллипсоида выпуска

м.

12. Количество руды, извлеченное во втором периоде. Ширина эллипсоида выпуска меньше расстояния между дучками:

(5,2 < 5,65), поэтому V_ceг = 0 и м³ или 837 т.

13. Всего извлечено чистой руды:

т.

Получено рудной массы:

т.

14. Извлечение руды:

%.

15. Засорение:

%.

Задача 1. Определить основные параметры выпуска руды, согласно вышеприведенному примеру, для условий, заданных в табл. 1.

Таблица 1

Номер примера	Высота блока над горизонтом подсечки, м	Высота столба руды над дучкой с учетом глубины воронки	Расстояние между дучками, м	Количество боковых контактов руды с пустыми породами	Плотность руды в массиве, т/м3	Плотность обрушенной руды, т/м3	Плотность обрушенной пустой породы, т/м3	Плотность засоряющих пород, т/м3
1	30	34	4,5	1	3,5	2,5	2,1	2,2
2	35	40	4,75	1	3,6	2,6	2,2	2,3
3	47	50	5,8	1	3,5	2,5	2,0	2,2
4	45	50	5,7	1	3,3	2,3	2,2	2,3
5	50	55	6,5	1	3,7	2,7	2,1	2,15
6	42	45	5,5	1	3,5	2,5	2,0	2,1

Продолжение табл. 2

Номер примера	Содержание железа в массиве, %	Содержание железа во вмещающих пустых породах, %	Содержание железа в засоряющих породах, %	Нижний предел кондиции по содержанию металла в рудной массе, %	Коэффициент сыпучести	Коэффициент разрыхления
1	60	37	45	48	0,415	1,38
2	58	34	41	46	0,420	1,38
3	57	35	43	45	0,410	1,38
4	55	30	40	44	0,435	1,38
5	62	40	45	50	0,400	1,38
6	59	38	46	49	0,425	1,38