На правах рукописи
СовЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫЕМКИ МАЛОМОЩНЫХ КРУТОПАДАЮЩИХ ЖИЛ НА ОСНОВЕ МАЛОГАБАРИТНЫХ САМОХОДНЫХ МАШИН
(на примере Дарасунского золоторудного месторождения)
Специальность 25.00.22 - Геотехнология (подземная, открытая и строительная)
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата
технических наук
Чита 2010
Работа выполнена на кафедре
«Подземной разработки месторождений полезных ископаемых»
ГОУ ВПО «Читинский государственный университет»
Научный руководитель доктор технических наук, доцент
Официальные оппоненты: доктор технических наук
кандидат технических наук
Ведущая организация ОАО “Приаргунское производственное горно-химическое объединение” (ОАО “ППГХО”)
Защита состоится «__» _________ 2010 года в _____ часов на заседании диссертационного совета Д 212.299.01 при Читинском государственном университете г. Чита, , зал заседаний ученого совета
Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направить г. Чита, , ЧитГУ, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.299.01
Факс: (302; E-mail: *****@***ru
С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ГОУ ВПО «Читинский государственный университет»
Автореферат разослан «___» _________ 2010 г.
Ученый секретарь диссертационного совета
канд. геол.-минерал. наук
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Технология разработки маломощных крутопадающих жил в настоящее время базируется в основном на системе разработки с магазинированием руды блоками и мелкошпуровой отбойкой, характеризуется низкой производительностью труда забойного рабочего и высокой долей работ, выполняемых вручную. Значительные затраты связаны с проходкой блоковых восстающих; фронт очистных работ ограничен 20…50 м; невозможно осуществлять раздельную выдачу породы из породных включений, а также разрабатывать руды, склонные к слеживанию и самовозгоранию. После полного выпуска замагазинированной руды остается открытое выработанное пространство. По мере понижения горных работ образуются большие площади подработанных вмещающих пород, что обусловливает формирование значительных концентраций напряжений в краевых частях рудного массива.
В последние десятилетия XX в. разрабатывались технологии выемки маломощных крутопадающих жил на основе комплексов ПКЖ, КМЖ и КОВ-25, но они не получили дальнейшего развития по разным причинам, преимущественно финансовым.
В последние десятилетия в мировой горнорудной практике появились малогабаритные самоходные машины для выполнения основных и вспомогательных производственных процессов. Однако при разработке маломощных крутопадающих жил они применяются в недостаточной мере вследствие отсутствия соответствующих технологий.
Целью работы является создание эффективной технологии разработки маломощных крутопадающих жил комплексами самоходных машин.
Идея работы состоит в создании и научном обосновании технологии разработки маломощных крутопадающих жил слабонаклонными слоями с закладкой выработанного пространства гранулированными хвостами обогащения и применением комплекса малогабаритных самоходных машин.
Объект исследований: технология выемки маломощных крутопадающих жил.
Предмет исследований: горнотехнический комплекс, включающий производственные процессы очистной выемки, закладочные смеси и комплексы самоходных машин.
Основные задачи исследований:
1. Выполнить критический анализ современного состояния технологии отработки маломощных крутопадающих жил в мировой и отечественной горнорудной практике и обосновать перспективные направления ее совершенствования.
2. Разработать эффективную технологию выемки маломощных крутопадающих жил на выявленных тенденциях.
3. Исследовать гранулометрический состав хвостов современного обогащения, физико-механические свойства закладки и обосновать рациональную закладочную смесь на основе тонкодиспергированных хвостов обогащения.
4. Выполнить экономическую сравнительную оценку предлагаемой технологии разработки крутопадающих маломощных жил и установить область ее применения.
Методы исследований. Поставленные задачи решены с использованием комплекса методов исследований: анализ и обобщение литературных источников, технико-экономический анализ технологий и систем разработки, сравнительные экономические расчеты, метод оптимизации, лабораторные исследования, метод корреляционного и регрессионного анализа при обработке экспериментальных данных, математическое планирование эксперимента.
Достоверность результатов исследований подтверждается использованием фактических горно-геологических материалов, апробацией результатов исследований в печати, отсутствием противоречий между полученными данными и известными из публикаций, патентом на способ разработки маломощных крутопадающих жил, достаточным и представительным объемом лабораторных исследований.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Повышение эффективности разработки маломощных крутопадающих жил достигается технологией валовой выемки слабонаклонными слоями с закладкой выработанного пространства на основе хвостов обогащения и применением комплекса малогабаритных самоходных машин.
2. Поддержание выработанного пространства при разработке крутопадающих жил, снижение накопления на земной поверхности вредных и токсичных веществ достигаются применением гидравлической гранулированной закладки на основе тонкодиспергированных хвостов обогащения.
Научная новизна работы:
1. Разработана технология валовой выемки руды слабонаклонными слоями с применением комплекса малогабаритных самоходных машин и заполнением выработанного пространства гидравлической гранулированной закладкой из хвостов обогащения (Патент РФ № 2371579. Способ разработки маломощных крутопадающих жил).
2. Установлены зависимости изменения производительности труда, трудоемкости и себестоимости добычи от выемочной мощности жил при валовой и селективной способах выемки в новой технологии разработки жил.
3. Обоснован рациональный состав комплексов малогабаритного самоходного оборудования применительно к определенным горно-геологическим условиям с установлением для каждого комплекса оптимальной длины доставки руды.
4. Определен гранулометрический состав хвостов переработки руд Бугдаинского, Орловского и Шерловогорского месторождений и обоснована возможность их применения в качестве гидравлической гранулированной закладки.
5. Установлены зависимости прочности закладки из хвостов обогащения от расхода цемента, объемного соотношения размеров фракций и сроков твердения.
Практическое значение работы. Предложенная технология разработки маломощных крутопадающих жил с валовой выемкой и применением самоходных машин, рекомендованные комплексы малогабаритных самоходных машин, гидравлическая гранулированная закладка из хвостов обогащения позволяют улучшить технико-экономические показатели работы горнорудных предприятий и могут быть использованы при проектировании и отработке аналогичных месторождений.
Личный вклад автора заключается в анализе и обобщении существующего опыта и основных направлений совершенствования технологии разработки маломощных крутопадающих жил, создании и научном обосновании новой технологии, исследовании и теоретическом обосновании параметров новой технологии выемки жил и проведении лабораторных исследований.
Реализация результатов исследования. Рекомендуемая технология и ее параметры приняты ОАО “ППГХО”, ОАО “ЗабайкалцветметНИИ-проект” для проектирования новых рудников с ожидаемым экономическим эффектом 20,8 млн руб/год при производительности рудника 100 тыс. т/год и используются в учебном процессе на кафедре “Подземная разработка месторождений полезных ископаемых” ЧитГУ при подготовке горных инженеров.
Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались на XIII Международной молодежной научно-практической конференции «Молодежь Забайкалья: мир человека и человек мира» (Чита, 2009), VIII Всероссийской научно-практической конференции «Кулагинские чтения» (Чита, 2008), научно-технических конференциях Горного института ЧитГУ (Чита, 2003, 2004, 2005) и заседаниях НТС ОАО “ППГХО”.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в т. ч. 1 – статья в издании, рекомендованном ВАК РФ, получен 1 патент РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы из 79 наименований, 8 приложений и включает 138 страниц машинописного текста, в т. ч. 22 таблицы, 38 рисунков.
Автор выражает благодарность научному руководителю д-ру техн. наук, профессору кафедры “Подземной разработки месторождений полезных ископаемых” ЧитГУ , а также заведующему кафедрой “Подземной разработки месторождений полезных ископаемых” ЧитГУ, д-ру техн. наук, профессору за ценные замечания.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Большой вклад в теорию и практику разработки крутопадающих маломощных жильных месторождений внесли ИПКОН РАН, , Иргиредмет, ИрГТУ и другие организации, советские и российские ученые , , , , , , , и многие другие.
Несмотря на достигнутые положительные результаты (применение эффективных способов, средств бурения шпуров и отбойки, шпуров малого диаметра, породной и твердеющей закладки на основе ПГС, самоходного оборудования, комплексов КОВ-25, ПКЖ, КМЖ, способов, средств выпуска руды из узких магазинов и ликвидации зависаний) в связи с изменением экономических отношений, ухудшением экологической обстановки, горно-геологических и горнотехнических условий, вовлечением в отработку бедных месторождений в отдаленных районах страны возникает необходимость создания новых технологий. При этом перспективным направлением является использование современных малогабаритных буровых и погрузочно-доставочных машин, а также накопившихся в большом количестве хвостов обогащения, что позволит существенно повысить производительность труда, уменьшить потери и разубоживание, сократить затраты на закладочные работы, улучшить качество окружающей среды в районах разработки месторождений.
В качестве базового месторождения в диссертации нами принято крупнейшее в Забайкалье Дарасунское золоторудное месторождение, для разработки которого на глубоких горизонтах известный ученый и специалист предложил систему разработки с закладкой на основе использования хвостов Дарасунской обогатительной фабрики. Дарасунское месторождение по горно-геологическим условиям относится к весьма сложным: изменчивые мощность и угол падения, наличие мелких апофиз, зальбанда, породных включений, неравномерное распределение золота, проявление признаков горных ударов и др. Крупные жилы по простиранию достигают 1,5…2 км и по глубине до 1 км и более. Мощность жил варьирует в пределах 0,6…1.3 м, редко достигая 2…2,5 м. Основной системой разработки месторождения является система с магазинированием руды. Вследствие возрастания на нижних горизонтах горного давления отработку ведут короткими блоками (20…30 м) с сооружением иногда надштрековых и наштрековых железобетонных целиков. Очистные работы ведутся на глубине 600…700 м.
Основные результаты проведенных исследований отражены в обоснованиях следующих защищаемых научных положениях.
1. Повышение эффективности разработки маломощных крутопадающих жил достигается технологией валовой выемки слабонаклонными слоями с закладкой выработанного пространства на основе хвостов обогащения и применением комплекса малогабаритных самоходных машин.
Нами установлены расчетные напряжения в горных массивах в районе ведения горных работ на Дарасунском месторождении (табл. 1)
Таблица 1
Расчетные значения напряжений в массиве на сжатие и растяжение
Глубина разработки, м | 250 | 500 | 750 | 1000 |
Напряжения пород на сжатие, МПа | 8,75 | 12,5 | 16,25 | 20 |
Напряжения пород на растяжение, МПа | 0,44 | 0,63 | 0,81 | 1,0 |
Напряжения, вызывающие конвергенцию стенок блока, МПа | 0,45 | 0,73 | 1,01 | 1,29 |
Примечание: данные табл. 1 сходятся со значениями напряжений, приведенными в указаниях по безопасному ведению горных работ на Дарасунском месторождении, склонному к горным ударам.
Данные табл. 1 показывают, что на глубине 750 м напряжения в массиве достигают значительных величин, что затрудняет применение системы разработки с магазинированием руды в блоках. С учетом этого и на основе выявленных тенденций нами предложена технология разработки маломощных крутопадающих жил с валовой выемкой слабонаклонными слоями, закладкой выработанного пространства и применением комплекса малогабаритных самоходных машин (рис. 1), основанная на запатентованном способе разработки (патент РФ № 2371579).
Рис. 1. Технологическая схема валовой выемки маломощных крутопадающих жил слабонаклонными слоями с закладкой выработанного пространства и применением комплекса малогабаритных самоходных машин:
1 – вентиляционный штрек; 2 – гранулированная закладочная смесь; 3 – диагональный слой; 4 – рудный штрек; 5 – погрузочно-транспортная сбойка; 6 – ленточный перегружатель; 7 – полевой откаточный штрек
Технология исключает блоковую подготовку, проведение рудоприемных и выпускных выработок. Подготовительно-нарезные работы включают проходку верхнего штрека 1 с оставлением надштрекового целика – потолочины (для вентиляции, подачи закладочной смеси) и двух нижних: рудного 4 - для подачи свежего воздуха и доставки рудной массы и полевого откаточного штрека 7. Штреки 4 и 7 периодически соединяют между собой погрузочно-транспортными сбойками 5, в которых устанавливают ленточные перегружаОчистную выемку руды осуществляют диагональными слабонаклонными слоями 3 с углом наклона слоя, равным минимальному преодолеваемому уклону машин, входящих в очистной комплекс. Комплекс малогабаритных машин включает самоходную бурильную установку (СБУ), погрузочно-доставочную машину (ПДМ) и кровлеоборщик. Ленточный перегружатель используют для транспортировки руды до полевого откаточного штрека 7 и ее загрузки в шахтные вагоны электровозной откатки. В выработанном пространстве слоя 3 размещают гранулированную закладочную смесь из хвостов обогащения, доставляемую от закладочного комплекса (рис. 2), расположенного на земной поверхности. В закладочный комплекс входит серийно выпускаемый промышленностью гранулятор.
Рис. 2. Схема закладочного комплекса:
1 – бункер лежалых хвостов; 2 – привод регулируемой подачи хвостов на питатель; 3 – ленточный питатель; 4 – гранулятор; 5 – гидросмеситель; 6 - трубопровод подачи воды; 7 – вертикальный став закладочного трубопровода; 8 – закладочный массив; 9 – перемычка
Очистные работы развиваются от фланга жилы, на котором пройден рудный восстающий, служащий для отвода загрязненного воздуха и подачи закладочной смеси (рис. 3).
Рис. 3. Разработка жилы в пределах этажа:
1- фланговый рудный восстающий; 2 – вентиляционный штрек; 3- породные включения; 4 – упрочненный верхний слой гидрозакладки; 5 – гранулированная закладочная смесь
Длина очистных слоев увеличивается по мере развития очистной выемки от минимальной до проектной. При высоте этажа 50м и угле наклона 100 проектная длина слоя достигает 248м (учтены толщина потолочины 4м и высота вентиляционного слоя 3м), что нецелесообразно, особенно при коротких жилах. Рациональной является подэтажная выемка, что будет рассмотрено далее. Для предлагаемой технологии была произведена технико-экономическая сравнительная оценка применения валовой и селективной выемки; двух комплексов малогабаритных самоходных машин, состоящих из СБУ “микро-Пантофор” (Франция), погрузочно-доставочной машины “Microscoop - 100 E” (Франция) и СБУ “микро-Пантофор”, погрузочно-доставочной машины “Toro-151 E” (Финляндия). Для каждого комплекса при различной выемочной мощности определена оптимальная длина доставки руды.
В качестве критерия оптимизации приняты суммарные затраты.
Целевая функция имеет вид:
N
F = ΣCi → min, (1)
i = 1
система равенств:
З1 = С1∙ L/l, (2)
З2 = С2∙ Тсм∙кисп.∙G / (tз + l/Vгр. + l/Vпор. + tразгр.), (3)
где ΣCi - суммарные затраты, связанные с доставкой руды, руб.; i = 1,2,3…N - виды затрат; З1, З2 – соответственно затраты на сооружение погрузочно-транспортных пунктов и доставку руды, руб.; С1, С2 – соответственно себестоимость сооружения погрузочно-транспортных сбоек и доставки руды, руб/т; L - максимальная длина доставки руды, м; l – переменная длина доставки руды, м; Тсм – продолжительность смены, мин.; Кисп. - коэффициент использования ПДМ, Кисп.= 0,7; G - грузоподъемность ПДМ, т; tз., tразгр. – соответственно время загрузки и разгрузки ПДМ (рассчитано по известной методике), мин.; Vгр., Vпор. – соответственно время движения груженой и порожней ПДМ, мин. Граничные условия: расстояние между перегрузочными пунктами R ≤ 200 м и грузоподъемность погрузочно-доставочных машин G ≤ 3 т, шаг изменения длины доставки ∆l равен 50 м.
На рис. 4 приведены зависимости изменения затрат от длины доставки руды для ПДМ “Microscoop - 100 E” (а) и ПДМ “Toro-151 Е” (б), из которых следует, что для первой ПДМ оптимальная длина доставки руды равна 100 м, а для второй - 130 м.
Экономическими сравнительными расчетами вариантов валовой и селективной выемки в предложенной технологии разработки крутопадающей жилы мощностью 1,2 м получены зависимости себестоимости добычи, трудоемкости и производительности труда от выемочной мощности (рис. 5…7), которую изменяли в пределах 2…3 м с интервалом 0,5 м.
а) б)
Рис. 4. Зависимости затрат от длины доставки руды:
1 – затраты на сооружение перегрузочных пунктов; 2 – затраты на доставку руды ПДМ “Microscoop - 100 E” (а) и ПДМ “Toro-151 Е” (б); 3 – суммарные затраты
Рис. 5. Зависимости себестоимости добычи руды при новой технологии разработки от выемочной мощности жилы:
1 – валовая выемка; 2 – селективная выемка
Анализ установленных зависимостей показал, что при предлагаемой технологии разработки жил себестоимость добычи и трудоемкость в случае валовой выемки меньше, чем при селективной, а производительность труда выше.
Рис. 6. Зависимости трудоемкости при новой технологии разработки от выемочной мощности жилы:
1, 2, 3 – трудоемкость заряжания, бурения и погрузки при селективной выемке; 4, 5, 6 - трудоемкость заряжания, бурения и погрузки при валовой выемке
Рис. 7. Зависимости производительности труда руды при новой технологии разработки от выемочной мощности жилы:
1, 3, 4 – производительность труда при погрузке, бурении и заряжании при селективной выемке; 2, 5, 6 – производительность труда при погрузке, бурении и заряжании при валовой выемке
В предлагаемой технологии разработки с закладкой и валовой выемкой рациональная выемочная мощность составляет 2,0 м при мощности жилы 1,2 м. В диссертации обоснованы потери и разубоживание руды. Они соответственно равны 9 % и 35 %. Источниками потерь установлены потолочина, толщина которой принята 4,0 м, и оставляемая рудная мелочь на поверхности упрочненного слоя закладки.
Потери руды в потолочине могут быть сокращены последующей ее отработкой подэтажным обрушением и торцевым выпуском. Разубоживание вызывается прихватом боковых пород до проектной выемочной мощности (2,0 м).
2. Поддержание выработанного пространства при разработке крутопадающих жил, снижение накопления на земной поверхности вредных и токсичных веществ достигаются применением гидравлической гранулированной закладки на основе тонкодиспергированных хвостов обогащения.
В мировой горнорудной практике хвосты обогащения широко применяются для закладки подземных выработанных пространств. Это осуществляется либо подачей их непосредственно в камеру (традиционная) после обезвоживания, либо производят из нее пастовую закладку.
Недостатками традиционной закладочной смеси являются необходимость удаления тонкоизмельченных частиц из хвостов, а также ее низкая фильтрационная способность.
Пастовая закладочная смесь позволяет использовать тонкоизмельченные хвосты полностью, однако для образования пасты необходимо добавлять цемент (до 100 кг на 1м3), что существенно удорожает закладочную смесь. Она недостаточно эффективна при гидротранспортировании.
Перспективной является закладочная смесь из гранулированных хвостов, впервые предложенная , , и другими, состоящая из гранул диаметром 10…30 мм, образуемых с применением механических установок - грануляторов. Достоинствами смеси являются высокая эффективность гидротранспортирования, возможность применения как с цементом, так и без него, а также, что особенно важно в настоящее время, возможность повторной переработки методами подземного выщелачивания.
Для предварительной оценки возможности применения хвостов обогащения в качестве закладочного материала-заполнителя нами впервые предложена их систематизация (табл. 2).
Таблица 2
Систематизация хвостов обогащения,
используемых в качестве закладочного материала - заполнителя
Индекс | Классификационные признаки | Типы хвостов | Рекомендации по применению хвостов |
А | Ценность хвостов | Повышенной ценности | Гранулированная закладочная смесь с перспективой повторной переработки |
Бедные | Пастообразная (пастовая) закладочная смесь |
Окончание табл. 2
В | Токсичность хвостов | Высокотоксичные | Тщательная изоляция выработанного пространства от окружающей геологической среды |
Умеренно токсичные | То же | ||
Малотоксичные | То же | ||
С | Крупность зерен хвостов | Крупнозернистые (свыше 1 мм) | Традиционная закладочная смесь при условии содержания частиц крупностью 71∙10-3 мм не менее 30 % |
Среднезернистые (71*10-3 мм …1 мм) | Гранулированная закладочная смесь | ||
Мелкозернистые (<71*10-3 мм) | Пастовая закладочная смесь, гранулированная закладочная смесь | ||
D | Влажность хвостов | Мокрые | Обезвоживание хвостов |
Влажные | Добавление воды до требуемой консистенции | ||
Сухие | То же | ||
E | Комплексность хвостов | Мономинеральные хвосты | Возможность повторной переработки в подземных условиях устанавливается специальным проектом |
Полиминеральные хвосты | |||
F | Физическое состояние хвостов | Отвальные (лежалые) хвосты | Подготовка хвостов включает погрузочно-разгрузочные и транспортные работы |
Текущие хвосты | Гидротранспортирование хвостов в состоянии пульпы. Особенно эффективно при расположении обогатительной фабрики на промплощадке рудника (в подземном пространстве) |
Нами исследованы гранулометрические составы хвостов флотационной переработки руд Бугдаинского, Орловского и Шерловогорского месторождений, которые определяли рассеиванием на ситах с размерами отверстий 2…0,071 мм (пробы 1 и 3 кг). Результаты исследований показаны на рис. 8…10. Из графиков видно, что во всех случаях в хвостах обогащения до 45 % составляют фракции с размерами 0,63…0,071 мм и доля крупных фракций уменьшается по логарифмическому закону. Практически фракционные составы незначительно отличаются друг от друга. Для определения ориентировочного состава твердеющей закладки были проведены лабораторные исследования на одноосное сжатие образцов размерами 70х70х70 мм, приготовленных из хвостов переработки руд Бугдаинского месторождения, с помощью гидравлического пресса ПСУ-10. В связи с известными событиями на Дарасунском руднике, возникли трудности взятия Дарасунских хвостов обогащения руд методом флотации.
В разработанной нами в диссертации методике проведения лабораторных исследований использован известный метод планирования эксперимента, позволяющий уменьшить количество выполняемых экспериментов с обеспечением достаточной достоверности выводов.
|
|
|
Y:= 10,35789 + -9,38906 ∙ log(X) + 40,53714 ∙ log(X)2
Коэффициент корреляции по Стьюденту составляет 0,94, а погрешность аппроксимации - 13,23 %.
|
|
|
Y:= 10,25967 + -9,55431 ∙ log(X) + 41,52380 ∙ log(X)2
Коэффициент корреляции по Стьюденту составляет 0,95, а погрешность аппроксимациии - 11,38 %.
|
|
|
Y:= 13,70678 + -15,07581∙ log(X) + 36,97759 ∙ log(X)2
Коэффициент корреляции по Стьюденту составляет 0,84, а погрешность аппроксимации - 17,49 %.
Исследуемые факторы, уровни их варьирования, а также матрица планирования эксперимента (составлена по методу комбинационных квадратов) приведены соответственно в табл. 3 и 4.
Таблица 3
Исследуемые факторы и уровни их варьирования
Фактор | Уровень | |||||
Индекс | Обозначение | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
X1 | цемент, г | 100 | 150 | 200 | 250 | 300 |
X2 | хвосты обогащения (-0,071 мм), % от общей массы заполнителя | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
X3 | вода, мл | 320 | 340 | 360 | 380 | 400 |
X4 | гранулометрический состав, мм | 10 | 15 | 20 | 25 | 30 |
X5 | период, сут | 7 | 14 | 28 | 60 | 90 |
Таблица 4
Матрица планирования
Номера опытов | Уровни концентраций | ||||
X1 | X2 | X3 | X4 | X5 | |
1 | 4 | 2 | 1 | 2 | 1 |
2 | 2 | 2 | 4 | 2 | 4 |
3 | 1 | 3 | 4 | 3 | 5 |
4 | 5 | 4 | 3 | 4 | 3 |
5 | 3 | 5 | 5 | 5 | 2 |
6 | 5 | 1 | 4 | 5 | 4 |
7 | 3 | 2 | 2 | 3 | 3 |
8 | 2 | 3 | 5 | 4 | 1 |
9 | 1 | 4 | 1 | 1 | 2 |
10 | 4 | 5 | 3 | 2 | 5 |
11 | 1 | 1 | 5 | 2 | 3 |
12 | 4 | 2 | 4 | 4 | 2 |
13 | 3 | 3 | 3 | 1 | 4 |
14 | 2 | 4 | 2 | 5 | 5 |
Номера опытов | Уровни концентраций | ||||
X1 | X2 | X3 | X4 | X5 | |
15 | 5 | 5 | 1 | 3 | 1 |
16 | 2 | 1 | 3 | 3 | 2 |
17 | 5 | 2 | 5 | 1 | 5 |
18 | 4 | 3 | 1 | 5 | 3 |
19 | 3 | 4 | 4 | 2 | 1 |
20 | 1 | 5 | 2 | 4 | 4 |
21 | 3 | 1 | 1 | 4 | 5 |
22 | 1 | 2 | 3 | 5 | 1 |
23 | 5 | 3 | 2 | 2 | 2 |
24 | 4 | 4 | 5 | 3 | 4 |
25 | 2 | 5 | 4 | 1 | 3 |
26 | 3 | 5 | 3 | 2 | 1 |
27 | 2 | 1 | 2 | 4 | 2 |
По данным табл. 3 и 4 определены парные зависимости, коэффициент множественной корреляции, значимость зависимостей от исследуемых факторов и выведено обобщенное уравнение по методу , которое имеет следующий вид:
Yп = [(0,23 + 0,0072 ∙ X1) ∙ (0,49 + 0,032 ∙ X2) ∙ (-9,98 + 0,045 ∙ X3) ∙
(-0,83 + 0,28 ∙ X4) ∙ (4,45 + 0,05 ∙ X5)] / (4,36)4 , (4)
где Yп – прочность закладки;
Х1, Х2, Х3, Х4, Х5 - уровни концентрации.
Ошибка обобщенного уравнения составляет 19,4 %, что позволяет сделать вывод об адекватности выполненных экспериментов.
Приведенные в диссертации зависимости прочности на одноосное сжатие образцов от сроков твердения, расхода цемента и содержания частиц различных классов крупности в хвостах показывают закономерные изменения прочности твердеющей закладки. При малых значениях цемента прочность отличается незначительно. Существенное изменение прочности достигается при расходе цемента 250…300 г, что значительно удорожает работы по возведению закладочного массива.
В связи с тем, что прочность гранулированной закладки без цемента (0,15…0,18 МПа) незначительно отличается от прочности твердеющей закладки с небольшим расходом цемента, нами рекомендуется применение гидравлической гранулированной закладки без цемента. Эта прочность достаточна для поддержания выработанного пространства при восходящей выемке слабонаклонных слоев на глубинах до 600…800 м при отсутствии существенного проявления тектонических сил в горных массивах. Для сохранения закладки от разрушения колесными машинами, уменьшения сопротивления их движению и снижения потерь рудной мелочи на поверхности закладки верхний слой с учетом массы малогабаритных машин упрочняют инъекцией цементно-песчаного раствора после окончания фильтрации воды. Нами установлено, что при эксплуатационной массе малогабаритных машин, равной 5…7 т, толщина несущего слоя составляет 44 мм. Давление машины на поверхность закладки равно 0,109 МПа. Толщина упрочненного слоя с учетом запаса прочности 1,6 принята равной 70 мм.
В диссертации нами обоснованы состав, последовательность и продолжительность закладочных работ, их взаимосвязь с очистными работами. Установлено, что рациональная взаимосвязь закладочных и очистных работ достигается при подэтажной выемке: на верхнем подэтаже осуществляется закладка выработанного пространства, на нижнем – выемка руды с общей равной продолжительностью (рис. 11). Схема возведения закладочного массива в выработанном пространстве отработанного слабонаклонного слоя приведена на рис. 12.
Рис. 11 Схема развития очистных работ при подэтажной выемке:
1 – надштрековый целик; 2 – подэтажи; 3 – рудоспуск; 4 – бурильная установка; 5 – шпуры; 6 – фильтрующая перемычка; 7 – намыв закладочного массива; 8 – закладочная труба
На сопряжении закладываемого слоя с рудным штреком устанавливают усиленную фильтрующую перемычку для отвода воды, наращивают закладочный трубопровод и осуществляют намыв закладки снизу вверх слоя, начиная от перемычки. Продолжительность отвода воды из массива со скоростью фильтрации 200 мм/ч составляет 20 ч. После окончания фильтрации воды в направлении сверху вниз производят инъекцию в закладку цементно-песчаного раствора. Ускорение твердения упрочняющего слоя достигается добавлением в цементно-песчаный раствор хлорида кальция или иных гигроскопических химических соединений.
Максимальное обнажение вмещающих пород составляет 5,5 м и включает толщину закладываемого слоя 2,0 м (длина уходки очистного забоя за цикл) и высоту свободного пространства между забоем и поверхностью закладки 3,0 м для перемещения машин комплекса. В расчетах подэтажной выемки этаж делился на три подэтажа с длиной подэтажного слоя 77 м. В верхнем подэтаже производится закладка выработанного пространства отработанного слоя, продолжительность закладки 7,5 суток; в нижележащем подэтаже осуществляется очистная выемка с продолжительностью выемки запасов 9 суток. Установленной взаимосвязью закладочных и очистных работ с коэффициентом резерва 1,2 достигается взаимозаменяемость работ на подэтажах. В целях стабилизации очистных работ в одновременной отработке должно быть не менее двух жил.
Рис. 12. Схема намыва закладочного массива в выработанном пространстве слоя:
1 – намыв закладочного массива; 2 – линия очистного забоя; 3 – рудный штрек; 4 – водосточная канава; 5 – фильтрующая перемычка; 6 – гибкий шланг; 7 – упрочненный верхний слой закладки
Нами выполнена сравнительная экономическая оценка предлагаемой новой технологии разработки маломощных крутопадающих жил слабонаклонными слоями с гидравлической гранулированной закладкой выработанного пространства и применением малогабаритных самоходных машин и базовой технологии с применением системы разработки с магазинированием руды блоками и мелкошпуровой отбойкой для условий Дарасунского золоторудного месторождения (данные до 2006 г.). В качестве критерия экономической эффективности принят максимум суммарного дисконтированного эффекта, предложенный и , который позволяет учитывать в сравнительной оценке фактор времени, капиталовложения и издержки производства, ущерб от потерь руды и экономический ущерб от техногенных воздействий на окружающую среду.
T
Э = Σ (Zt – [(kt + ct) + Ytп + Сtэ]) ∙ Bt, (5)
t=1
где Zt – извлекаемая ценность в t-ом году, руб.;
kt, ct – годовые инвестиции в горное производство и его годовые издержки, руб.;
Ytп – ущерб от потерь руды, руб.;
Сtэ – ущерб от техногенных нарушений окружающей среды, руб.;
Bt – коэффициент дисконтирования;
T – период времени, принят равным 20 годам – период, за который происходят существенные изменения горной техники и технологии.
По предлагаемой технологии в капиталовложениях нами учтены затраты на закладочный комплекс производительностью 30 м3/ч и приобретение двух комплексов малогабаритных машин; в годовых издержках учтены затраты, связанные с возведением закладочных массивов и подготовительно-нарезными работами.
Годовая дисконтированная экономическая эффективность новой технологии составляет 20,8 млн руб/год. Полные расчеты приведены в диссертации.
Выполненный нами анализ результатов исследований позволяет рекомендовать область применения предлагаемой технологии, включающую месторождения России, в составе которых есть маломощные крутопадающие жилы с устойчивыми рудами, в т. ч. склонными к слеживанию и самовозгоранию, залегающими в устойчивых и недостаточно устойчивых вмещающих породах на глубине до 600…800 м. Коэффициент рудоносности может быть равным 0,7…0,85, что устанавливается при разработке ТЭО кондиций.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертационной работе предложено новое решение актуальной научно-практической задачи создания эффективной технологии разработки маломощных крутопадающих жил слабонаклонными слоями с закладкой выработанного пространства на основе хвостов обогащения и применением комплекса малогабаритных самоходных машин, способствующей переходу разработки жильных месторождений на более высокий современный уровень.
Основные научные и практические результаты заключаются в следующем:
1. Доказано, что применяемые в настоящее время технологии разработки маломощных крутопадающих жил характеризуются низкими технико-экономическими показателями и недостаточным уровнем механизации.
2. Предложена технология разработки маломощных крутопадающих жил с применением комплекса малогабаритных самоходных машин слабонаклонными слоями с углом наклона, равным минимальному преодолеваемому уклону машин комплекса, с закладкой выработанного пространства и валовой выемкой. При этом потери руды составляют 9 %, разубоживание - 35 %, а производительность труда в 5 раз выше, чем при системе с магазинированием руды блоками и мелкошпуровой отбойкой. Областью применения предложенной запатентованной технологии являются жильные месторождения России, включающие маломощные крутопадающие жилы с устойчивыми рудами, в т. ч. склонными к слеживанию и самовозгоранию. Вмещающие породы могут быть неустойчивыми, т. к. максимальное обнажение составляет 5,5 м. Горное давление может быть повышенным. Глубина разработки до 600…800 м в условиях слабой тектонической нарушенности горных массивов.
3. Обоснован рациональный состав комплексов малогабаритного самоходного оборудования, и для каждого из них установлена оптимальная длина доставки рудной массы, соответственно, для ПДМ “Microscoop - 100 E” (Франция) 100 м, для ПДМ “TORO - 151 E” (Финляндия) 130 м.
4. Впервые предложена систематизация хвостов обогащения, используемых в качестве закладочного материала-заполнителя, определен гранулометрический состав хвостов переработки руд Шерловогорского, Орловского и Бугдаинского месторождений и обосновано их применение в гидравлической гранулированной закладке.
5. Установленные зависимости прочности твердеющей закладки из хвостов обогащения на одноосное сжатие от расхода цемента, объемного соотношения размера фракций и срока твердения позволяют сделать вывод об определяющем влиянии на низкую прочность закладки доли в ней тонкодиспергированных частиц.
6. Установлено, что прочность твердеющей закладки с небольшим добавлением цемента незначительно отличается от прочности гранулированной закладки без цемента (0,15…0,18 МПа). Рекомендуется, с целью снижения затрат, применять последнюю.
7. Ожидаемый экономический эффект от применения предлагаемой технологии при разработке Дарасунского золоторудного месторождения составляет 20,8 млн руб/год. По способу разработки маломощных крутопадающих жил, положенному в основу предложенной технологии, получен патент РФ № 2371579. Технология разработки маломощных крутопадающих жил слабонаклонными слоями с гидравлической гранулированной закладкой и применением комплексов малогабаритных самоходных машин внедрена в учебный процесс подготовки специалистов по специальности 130404 – Подземная разработка месторождений полезных ископаемых в ЧитГУ.
Задачами дальнейших исследований являются обоснование параметров гранулированной закладки, применяемой не только для поддержания выработанного пространства, но и использования ее в качестве техногенного сырья для извлечения металла методами выщелачивания.
Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:
1. Пирогов оценка новой технологии разработки маломощных крутопадающих жил / , // Вестник Читинского государственного университета. – Чита: ЧитГУ, 2009. - № 6 (57). – С. 45 – 48.
2. Пат. 2371579 Российская Федерация, МПК E 21C 41/16, E 21 F 15/00. Способ разработки маломощных крутопадающих жил / , ; заявл. 21.05.2008 г.; опубл. 27.10.2009 г. Бюл. № с.
3. Пакулов подземной разработки тонких крутопадающих жил // Молодежь Забайкалья: мир человека и человек мира (материалы ХIII международной молодежной научно-практической конференции, г. Чита, 16-17 апреля 2009 г.).– Чита: ЗабГГПУ, 2009. – Ч. I. – С. 249 – 252.
4. Пакулов длины доставки рудной массы при разработке тонких жил наклонными слоями с применением ковшовых ПТМ / , // VIII Всероссийская научно-практическая конференция «Кулагинские чтения». – Чита: ЧитГУ, 2008. – Ч.1 – С. 94 – 97.
5. Пакулов показателей раздельной и валовой выемки тонких крутопадающих жил / , // VIII Всероссийская научно-практическая конференция «Кулагинские чтения». – Чита: ЧитГУ, 2008. – Ч.1. – С. 97 – 101.
6. Пирогов применения хвостов обогащения в мировой и отечественной практике малоотходных технологий с закладкой / , // Материалы IV научно-технической конференции Горного института Читинского государственного технического университета. – Чита: ЧитГТУ, 2003. – Ч.3. – С. 106 – 109.
7. Пирогов хвостов обогащения, используемых в технологиях очистной выемки с закладкой / , // Материалы V научно-практической конференции, посвященной 30-летию Горного института Читинского государственного университета. – Чита: ЧитГУ, 2004. – С. 166 – 169.
8. Пакулов закладочные смеси на основе хвостов обогащения / , // Вестник Читинского государственного университета. – Чита: ЧитГУ, 2004. - № 33. – С. 131 – 134.
9. Пакулов и структура современных закладочных смесей / , // Вестник Читинского государственного университета. – Чита: ЧитГУ, 2005. - № 2 (39) – С. 19 – 21.
10. Пакулов ведения горных работ в удароопасных условиях. Вестник Читинского государственного университета. – Чита: ЧитГУ, 2007. - № 1 (42). – С. 5 – 9.
Лицензия ЛР № 020525 от 02.06.1997 г.
Подписано в печать ___.05.2010 г. Формат 60*84 1/16
Усл. печ. л. 1,1 Тираж 100 экз. Заказ №
Читинский государственный университет
, Чита, 672039
