Обоснование режимов стадийной отработки очистных блоков системами с самообрушением руды тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.22, кандидат технических наук Баранов, Александр Владимирович

• Баранов, Александр Владимирович
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Баранов, Александр Владимирович

Введение.

1 Обзор и анализ практики и научных исследований в области использования систем разработки с самообрушением руды.

1.1 Анализ отечественного опыта применения систем разработки с самообрушением руды на подземных рудниках.

1.2 Обзор зарубежной практики применения систем с самообрушением руды.

1.3 Постановка задач исследований.

2 Исследование и анализ факторов, влияющих на формирование свода самообрушения.

2.1 Анализ методов определения размеров подсечки для развития процесса самообрушения.

2.2 Анализ влияния формы свода на фрагментацию руды при обрушении.

2.3 Установление соотношения между шириной подсечки и высотой свода обрушения методом физического моделирования.

2.3.1' Основные положения моделирования формирования свода обрушения и выпуска руды.'.

2.3.2 Выбор критерия подобия при моделировании свода обрушения и выпуска уплотненных руд.

2.3.3 Подготовка и проведение экспериментов по-установлению факторов, влияющих на форму свода обрушения.

Выводы по главе.

3 Разработка методов.контроля и управления процессом развития самообрушения руды при добыче.

3.1 Анализ методов, управления процессом самообрушения руды в очистном блоке.

3.2 Разработка технологических мер по формированию свода обрушения

3.3 Разработка методов управления выпуском руды и контроля развития свода обрушения.

Выводы по главе.

4. Обоснование показателей извлечения и составление планограммы выпуска руды при полной отработке запасов блоков.

4.1 Анализ показателей выпуска руды для систем с обрушением

4.2 Обоснование показателей извлечения при отработке блоков системами с самообрушением.

4.3 Построение планограммы выпуска руды при отработке блоков системами с самообрушением.

4.4 Технико-экономическая оценка применения систем разработки с самообрушением руды.

4.5 3 адачи дальнейших исследований.

Выводы по главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обоснование режимов стадийной отработки очистных блоков системами с самообрушением руды»

При выборе технологии подземной разработки рудных месторождений требования состоят в обеспечении высокой производительности рудников на очистной выемке при низких издержках на ведение горных работ.

Этим требованиям отвечают системы разработки с массовым обрушением руды и вмещающих пород. Из них наиболее дешевой является группа систем с самообрушением руды, в которых из технологической цепочки выведены дорогостоящие производственные процессы по массовой отбойке руды, включающие дополнительные подготовительно-нарезные выработки, бурение скважин, использование ВВ, бурового оборудования, расходы на поддержание выработок. В различных условиях удельный вес отбойки составляет от 25 до 60% себестоимости подземной добычи. Для сравнения, при системах с закладкой затраты на поддержание рабочего пространства составляют 30-50% себестоимости добычи.

Ввиду относительно низких затрат данная технология может конкурировать по себестоимости и производительности. с открытыми горными работами и подземным выщелачиванием.

Самообрушение руды — это процесс отделения кусков руды от массива в кровле подсечного пространства определенной площади. Обрушение руды происходит под действием собственного веса отдельностей рудного массива и веса налегающих пород. По условиям применения системы разработки с самообрушением руды приемлемы при отработке мощных залежей, рудных тел средней мощности с крутым падением, при добыче различных типов руд, обладающих развитой трещиноватостью.

Функционально связанные стадии очистной выемки определяют весь комплекс процессов добычи, контроля и управления отработкой блоков, начиная от этапа подготовки и нарезки блока, создания подсечки, включая стадии формирования, развития свода обрушения, и массового выпуска руды при полной выемке запасов.

Работа направлена на изыскание путей реализации преимуществ данных систем, преодоление сложностей использования систем с самообрушением, таких, 4 как обрушение в крупных кусках, неуправляемость развития обрушения, опасность воздушных ударов, сдерживающих их широкое распространение.

Технологический комплекс процессов при разработке месторождений системами с самообрушением должен состоять из функционально связанных стадий ведения очистных работ, с наличием оперативной связи между данными мониторинга параметров обрушения и контролем объемов выпуска руды из воронок на горизонте доставки.

Проведенный анализ показал, что обоснование режимов стадийной отработки очистных блоков в технологии подземной разработки мощных месторождений системами с самообрушением руды, обеспечивающей высокую производительность горных предприятий при низкой себестоимости добычи, является актуальной научной и практической задачей.

Цельюдиссертации является обоснование режимов функционально связанных стадий очистной выемки с самообрушением руды для отработки блоков с высокой интенсивностью, получения необходимой кусковатости руды на выпуске, обеспечивающих полноту извлечения и низкую себестоимость добычи полезных ископаемых.

Идея работы: эффективность технологии с самообрушением руды может быть обеспечена выполнениём технологических процессов в соответствии, со стадиями отработки очистных блоков при заданных режимах в пространстве всего выемочного участка.

Научные положения, выносимые на-защиту:

1. Отработка блоков* системами с самообрушением руды состоит из трех функционально связанных стадий: формирования кровли камер подсечки, развития процесса обрушения до поверхности и массового выпуска руды; изучение стадий очистной выемки возможно с помощью моделирования параметров обрушения и выпуска руды.

2. При моделировании технологических параметров процесса самообрушения с увеличением времени виброуплотнения коэффициент разрыхления руды уменьшается по гиперболической зависимости; отношение полупролета камеры 5 подсечки к высоте кровли находится в экспоненциальной зависимости от времени виброуплотнения.

3. Повышение эффективности очистной выемки достигается < путем управления процессом самообрушения на основе получаемой информации о размерах полости между кровлей и навалом руды без проведения отсечных выработок; этим исключается опасность воздушных ударов, оседания рудного массива по всей площади блока.

Научная новизна работы состоит в,следующем:

• установлено, что технологический процесс отработки блока системами с самообрушением руды состоит из трех стадий: формирования кровли камер подсечки, развития, обрушения-до поверхности и массового выпуска руды;

•1 установлена целесообразность использования метода физического моделирования параметров выпуска руды и формирования кровли камер подсечки: коэффициент разрыхления руды в модели находится в гиперболической зависимости, а отношение предельного полупролета кровли подсечки к высоте. — в экспоненциальной зависимости от времени виброуплотнения материала;

• разработана методика расчета режимов неравномерного выпуска руды в. стадии формирования, кровли при самообрушении, основанная на необходимости создания свода обрушения определенной формы, для обрушения руды в мелких кусках, в соответствии с требованиями технологии ведения подземных горных работ;

• разработана методика* определения размеров полости между кровлей1 свода и навалом руды, в зоне обрушения на основе скважинных измерений, позволяющая интенсивно вести очистную выемку, предотвращать опасность воздушных ударов и задержек процесса самообрушения.

Методы исследований включают анализ и обобщение ранее выполненных исследований и данных практики подземной разработки месторождений системами с самообрушением руды, физическое моделирование, сравнительный технико-экономический анализ, синтез технических решений по формированию системы оперативного управления режимами самообрушения руды в очистном блоке на всех стадиях отработки.

Обоснованность> и достоверность результатов подтверждаются анализом опыта ведущих горнодобывающих компаний по подземной разработке месторождений с самообрушением руды, результатами моделирования выпуска уплотненных руд, удовлетворительной сходимостью (80%) результатов экспериментов с производственными данными подземных рудников, отрабатывающих месторождения с аналогичными свойствами руд.

Научное значение работы состоит в новом представлении модели технологического процесса очистной выемки при самообрушении, состоящей из трех функционально связанных стадий отработки блока: формирования кровли t камеры подсечки, развития обрушения до поверхности и массового выпуска руды; установлении» целесообразности использования физического моделирования выпуска уплотненной руды, для определения параметров кровли зоны обрушения на базе полученных зависимостей коэффициента разрыхления материала модели, отношения полупролета камеры подсечки к высоте сводчатой кровли от времени виброуплотнения.

Практическое значение диссертации состоит в разработке технических рекомендаций по стадийной отработке блоков в определенных режимах для обеспечения полноты извлечения при добыче руды системами с самообрушением, оперативного управления и контроля параметров обрушения руды в очистном блоке на основе скважинных измерений размеров полости между кровлей и навалом руды, предотвращения опасности воздушных ударов при развитии свода обрушения.

Реализация выводов и рекомендации работы.-Разработанные в диссертации технологические решения по режимам стадийной отработки очистных блоков при самообрушении переданы, акционерной компании "АЛРОСА" для реализации при составлении проекта подземной разработки кимберлитовой трубки "Удачная".

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научных симпозиумах "Неделя горняка" - (Москва, 2008-2010гг.), 10-й международной 7 конференции "Экология и развитие общества", (Санкт - Петербург, 2007 г.), 1-м Уральском международном экологическом конгрессе "Экологическая безопасность горнопромышленных регионов", (Екатеринбург, 2007г.), семинарах кафедры ТПР МГГУ (2008-2010 гг.)

Публикации. Основные результаты выполненных исследований опубликованы в 11 научных работах.

Заключение диссертации по теме «Геотехнология(подземная, открытая и строительная)», Баранов, Александр Владимирович

Выводы по главе.

1. Третья стадия отработки очистных блоков характеризуется массовым выпуском руды из всех пунктов выпуска, в по определенной планограмме, обеспечивающей максимальное извлечение руды, минимальные потери и*разубоживание.

2. В работе установлено три функционально связанные между собой стадии очистной выемки: формирования свода обрушения, развития свода до поверхности и стадия массового выпуска руды.

3. Эксперименты по моделированию выпуска руды показали; что угол истечения руды при выпуске более пологий, чем при системах этажного принудительного обрушения. Гребни отбитой руды между воронками ниже, потери руды в основании блока меньше, за счет раздавливания гребней между воронками столбом выпускаемой руды.

4. Планограмма отработки блоков составляется для каждого пункта выпуска, предельное разубоживание в последней дозе выпуска определяется расположением выпускных воронок, типом контакта (с массивом руды или пород, с обрушенными породами соседнего блока).

5. Сопоставление характера и величины разубоживания в блоках с самообрушением и в блоках с этажным принудительным обрушением показало , что точка начала разубоживания, нарастание уровня разубоживания по мере выпуска в блоках с самообрушением ниже, что свидетельствует о более чистом извлечении руды по мере выпуска при данной технологии.

6. Экономическая эффективность применения систем с самоорушением устанавливалась по величине ставки дохода, превышающей на 21,4% (относительных), что обеспечивает прибыль на вложенные инвестиции в предлагаемом варианте, в сравнении с системой этажного принудительного обрушения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертация является научной квалификационной работой, в которой содержится решение задачи обоснования режимов стадийной отработки очистных блоков системами с самообрушением руды, выполненной на основе моделирования параметров процесса самообрушения, имеющей важное научное и практическое значение для повышения эффективности подземной разработки рудных месторождений.

Основные научные и практические результаты, полученные лично^ автором:

1. Технологический процесс отработки очистных блоков состоит из трех функционально связанных стадий с присущими им режимами выпуска руды:

• формирование сводчатого контура самообрушения, которое обеспечивается специальным режимом выпуска различных объемов руды из воронок в первой стадии отработки блока;

• развитие процесса самообрушения с осуществлением контроля и управления размерами полости в зоне обрушения, позволяющих поддерживать интенсивность обрушения, предотвращать- опасность воздушных ударов- и замедления процесса обрушения;

• полная отработка запасов блока, на основе разработанной планограммы выпуска руды, из траншей и воронок, обеспечивающей- высокое извлечение руды и минимальное разубоживание.

2. При моделировании выпуска уплотненных руд установлено, что применение виброуплотнения позволяет рассматривать дробленую» руду как аналог трещиноватого массива в исследованиях технологических параметров, систем разработки с самообрушением руды.

3. В результате моделирования установлено, что коэффициент разрыхления руды находится в гиперболической зависимости, а величина отношения полупролета подсечки к высоте сводчатой кровли зоны обрушения - в экспоненциальной зависимости от времени виброуплотнения.

4. Разработана номограмма по определению необходимого соотношения между полупролетом подсечки и высотой сводчатой кровли обрушения для нескольких иб типов кусковатых руд, чем обеспечивается требуемая мелкая фрагментация обрушающихся руд.

5. Разработана методика расчета режимов неравномерно - последовательного выпуска руды из траншей и воронок основания блока в первой стадии отработки при формировании сводчатой кровли для получения необходимого отношения величины полупролета подсечки к его высоте.

6. Разработана методика контроля и управления размерами полости между кровлей свода и навалом руды, обеспечивающая режимы выпуска руды из траншей и воронок, интенсивность и полноту извлечения запасов, предотвращение опасности воздушных ударов и замедления процесса самообрушения.

7. Разработана планограмма массового выпуска руды из блока на стадии интенсивной отработки, характеризующаяся соблюдением режима равномерно-последовательного выпуска и учетом искривления контакта с обрушенными вмещающими породами при управляющих воздействиях.

8. Экономический эффект для условий разработки трубки «Удачная» АК «АЛРОСА» формируется получением прибыли за счет возможности раннего ввода очистного блока в стадию интенсивной отработки, сокращением издержек за счет снижения коэффициента подготовки пропорционально увеличению высоты блока.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Баранов, Александр Владимирович, 2010 год

1. Агошков М.И. Перспективы применения блокового обрушения на рудниках цветной металлургии. Горный журнал №3, 1949, с. 17-21.

2. Шашурин С.Л., Плакса Н.В., Леднев А.П. Разработка мощных рудных месторождений системами с одностадийной выемкой. Изд. Недра, М., 1971, 201с.

3. Шашурин С.Л. Практика повторной отработки Никитовского месторождения ртути. Сборник статей под ред. Именитова В.Р. МГИ, 1968. с. 133-144.

4. Каплунов Р.П., Черемушенцев. Подземная разработка рудных и россыпных месторождений. Изд. Высшая школа, М.,1966, 544с.

5. Шашурин С.Л. Повторная разработка месторождений руд цветных и редких металлов. Госгортехиздат, М., 1962, 238с.

6. Proceeding of international conference MASSMIN, Brisbane, Australia, 2008. 1450p.

7. Кузьмин E.B., Узбекова A.P. Самообрушение руды при подземной добыче. М., Изд. МГГУ, 238с.

8. Именитов В.Р. Процессы подземных горных работ при разработке рудных месторождений. Изд. Недра, М., 1978, 528с.

9. Wolfgang Paul. Mining Lore. Morris Printing Co. Portland, Oregon, 97201,US A,940p.

10. Узбекова A.P. Обоснование параметров самообрушения кимберлитовых руд при их подземной разработке. Дисс. на соиск. уч.степени канд.техн.наук, , МГГУ, 2004, 172с.

11. Именитов В.Р. Системы разработки мощных рудных месторождений. Металлургиздат, 1955г.

12. Е.В.Кузьмин, А.В.Баранов. Принципы исследования систем разработки месторождений с самообрушением руды методом физического моделирования. М., Горный журнал, 2009г., №12, с. 21 — 23.

13. Каплунов Р.П. Подземная разработка рудных месторождений в зарубежных странах. М.: Недра, 1964.

14. Полищук А. Д., Шостак А.Г. Этажное самообрушение на рудниках Криворожского железнорудного бассейна. -М.: Металлургиздат,1953. — 192 с.

15. Стариков Н.А. Системы разработки месторождений. М.: Металлургиздат, 1967.

16. А.В.Баранов. Разработка планограммы выпуска руды при отработке месторождений системами с самообрушением. М., ГИАБ, № 12, 2009г. с.22-25.

17. Hartley W. К. Changes in Mining Methods in the Kimberly Mines of DeBeers Consolidated Mines, Ltd, RSA Block Caving to Caving, in Design and Operation of Caving and Sublevel Stoping Mines (Ed: D R Stewart) pp 3-16 (SME, AIME: New York), 1981.

18. Именитов В.P. Системы подземной разработки рудных месторождений. М., Изд. МГИ, 1971г.

19. Галаев Н. 3. Управление состоянием массива горных пород при подземной разработке рудных месторождений. М. Недра, 1990

20. Е.В.Кузьмин, А.В.Баранов. Управляемое самообрушение руды при подземной добыче. М., ГИАБ, №6, 2006г, с. 9-15. , ,

21. Справочник по горнорудному делу. Ред. Терпигорев A.M., Каплунов Р.П. Т.2. Подземные работы. Государственное научно-техническое издательство литературы по горному делу, Москва, 1961.

22. Dawson L R, 1995. Developing Australia's First Block Cave Operation at Northparkes Mines Endeavour 26 Deposit, pp 155-164. The Australasian Institute of Mining and Metallurgy.

23. Duffield S. Design of the second block cave at Northparkes E26 Mine. The AusIMM Online Publications, 2000.

24. Rojas, E, Cuevas, J and Barrera, V, 1992. Analysis of the wear in drawpoint at El Teniente Mine. Proceedings Massmin 92.25.