Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование эффективной технологии выпуска глиносодержащих руд при разработке жильных месторождений системами с магазинированием

ВАК РФ 25.00.22, Геотехнология(подземная, открытая и строительная)

Автореферат диссертации по теме "Обоснование эффективной технологии выпуска глиносодержащих руд при разработке жильных месторождений системами с магазинированием"

На правах рукописи

¿¿ши-^^г Кужиков Алексей Александрович

Обоснование эффективной технологии выпуска глиносо-держащих руд при разработке жильных месторождений системами с магазинированием (на примере Гарсонуйского флюоритового месторождения)

Специальность 25.00.22 Геотехнология подземная, открытая и строительная

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Чита 2005

Работа выполнена на кафедре экономики горного производства и геологоразведки Читинского государственного университета

Научный руководитель

кандидат технических наук, доцент Глотов Валерий Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

Тюпин Владимир Николаевич

кандидат технических наук Галинов Юрий Николаевич

Ведущая организация

Иркутский государственный технический университет

Защита состоится 24 июня 2005 г. в 10 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.299.01 при Читинском государственном университете по адресу: 672039, г. Чита, ул. Александрово-Заводская, 30, зал заседаний Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Читинского государственного университета.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью организации, просим направлять в адрес совета.

Факс (3022) 26-14-59,26-43-93.

E-mail: root@chitgu.ru Ученому секретарю совета Н.П. Котовой

Автореферат разослан 23 мая 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

канд. геол.-мин. наук

Н.ПКотова

Чоцз

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Становление и развитие горнорудной промышленности России непосредственно связано с добычей руд цветных, редких и благородных металлов, неметаллических полезных ископаемых, большинство которых добывается из жильных месторождений. При разработке крутопадающих жил наибольшее распространение получили производительные, экономичные системы разработки с магазинированием руды. Однако область их применения ограничивается условием склонности руды к слеживанию по причине присутствия в жильной массе глинистого материала.

В значительных количествах (20-30 %) глинистые минералы - каолинит, монтмориллонит, галлуазит, гидрослюды и др. присутствуют на месторождениях флюорита. Они образуют различной формы и размеров включения в жильных минералах всех стадий минерализации, заполняют и цементируют пострудные полости и трещины.

Под влиянием влаги, образующейся в процессе бурения шпуров, гидрообеспыливания, естественной влажности воздуха, шахтного водопритока и пр. глина переходит в качественно другое состояние - возрастает вязкость и липкость, уменьшается пористость. Все это затрудняет процесс выпуска руды из магазина, на долю которого приходится до 50 % от всех трудозатрат связанных с очистными работами и приводит к дополнительным потерям руды,.

Переходу на другие системы разработки не всегда позволяют горногеологические условия, а если это технически возможно, то резко ухудшаются технико-экономические показатели очистных работ.

Широко используемые современные способы и средства ликвидации зависаний - механический, взрывной, в т.ч. с применением реактивных снарядов положительного эффекта не дают, напротив, приводит к переуплотнению руды, не ликвидируя зависаний.

Научные исследования по повышению эффективности выпуска глинистых руд из узких магазинов не проводились, что определяет их актуальность.

Работы выполнялись при непосредственном участии и под руководством автора на Гарсонуйском руднике при выполнении хозяйственного договора № 559, заключенного с ООО артелью старателей «Кварц».

Объект исследований - выемочный блок при разработке крутопадающего жильного месторождения системой с магазинированием руды.

Предмет исследования - флюоритовая руда содержащей глинистый материал.

Цель работы - обосновать и разработать эффективный способ выпуска глиносодержащей руды из узких магазинов с максимальной интенсивностью и минимальными потерями руды.

Для достижения поставленной цели решены следующие основные задачи:

1. Установить основные закономерности процесса выпуска глиносодержащей руды из узких магазинов.

2. Разработать рациональный способ и технологические параметры выпуска глинистых руд.

3. Испытать в промышленных условиях и дать технико-экономическое обоснование эффективности применения нового способа выпуска глинистой руды, позволяющего повысить производительность труда и сократить потери руды.

Методы исследований - обобщение и анализ практики разработки руд склонных к слеживанию и способов ликвидации зависаний, физическое моделирование, опытно-промышленные эксперименты, аналитические исследования, математическое моделирование, методы математической статистики и теории вероятности, а также технико-экономическая оценка внедрения результатов исследований.

Основная идея работы - заключается в доведении глинистой составляющей рудного массива до состояния текучести путем подачи в него воды для

повышения интенсивности выпуска и сокращения потерь замагазинированной руды.

Защищаемые научные положения:

1. Эффективность выпуска глиносодержащей руды из узких магазинов можно повысить путем орошения рудного массива и доведения глинистой составляющей до состояния текучести.

2. Основные показатели фильтрации орошаемой жидкости в рудном массиве следует определять по разработанной математической модели в зависимости от гранулометрического состава руды.

3. Методика расчета системы орошения позволяет определить необходимый объем воды, подаваемой в рудный массив, и оценивает вероятные потери в блоке.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: всесторонним проведенным анализом и обобщением предшествующих научных исследований, удовлетворительной сходимостью результатов лабораторных и аналитических исследований с результатами производственных испытаний, достаточным и представительным объемом полученных экспериментальных и опытно-производственных данных.

Научная новизна:

1. Разработан способ выпуска глиносодержащей руды при эксплуатации жильных месторождений системами с магазинированием руды.

2. Установлена зависимость определения потребного количества воды, подаваемой в рудный массив, от исходной влажности и процента глинистой составляющей для перевода её в состояние текучести.

3. Получены математические выражения для расчета времени орошения глиносодержащего рудного массива и количества оросительных труб в системе.

4. Разработана вероятностная модель определения угла наклона растекания воды в рудном массиве и скорости фильтрации в зависимости от гранулометрического состава.

Практическая ценность:

1. Разработана методика расчета системы орошения глиносодержащего рудного массива при выпуске руды из узких магазинов.

2. Разработаны практические рекомендации по изготовлению и монтажу оросительной системы в очистном блоке, ее защиты от действия взрыва.

3. Конструкция системы орошения позволяет интенсифицировать процесс выпуска замагазинированной руды, снизить потери и может быть использована при составлении проектов и разработки месторождений с глинистыми рудами.

Реализация работы - способ выпуска глиносодержащей руды прошел приемочные испытания и рекомендован к включению в проекты на отработку Гарсонуйского, Зимовейского и Майского участков Гарсонуйского рудного поля, с ожидаемым экономическим эффектом 30131 тыс.р.

Личный вклад автора-, проанализирован и обобщен отечественный и зарубежный опыт разработки месторождений представленных рудами склонными к слеживанию, а также практика применения различных средств и способов ликвидации зависания руды; проведены лабораторные исследования и опытно-промышленные испытания; выполнены аналитические исследования процесса орошения рудного массива; разработан техническая документация на изготовление и эксплуатацию системы орошения.

Апробация работы - Основные разделы диссертационной работы докладывались на Научном симпозиуме «Неделя горняка-2003» (г. Москва, МГГУ, 2003 г.), Восьмой Международной Молодежной научно-практической конференции (г. Чита, 2004 г.), Четвертой и пятой научно-технических конференциях Горного института ЧитГУ (г. Чита, 2003-2004 гг.).

Публикации - по теме диссертации опубликованы 4 статьи и получен патент на изобретение.

Объем и структура работы - диссертация изложена на 198 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, заключения. Со-

держит 99 рисунков, 26 таблиц, список литературы из 69 наименований, 3 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Вопросам совершенствования технологии выпуска руды посвящены работы ведущих ученых: М.И. Агошкова, В.В. Куликова, Г.М. Малахова, А.Ф. Назарчика, Л.И. Барона, Р.П. Каплунова, Н.Г. Дубынина, Д.И. Рафиенко, И.Ф. Медведева, А.И. Ляхова, В.Ф. Абрамова, В.М. Лизункина и др. Однако, несмотря на большое количество работ, посвященных выпуску руды из узких магазинов, под обрушенными породами, остаются не исследованными вопросы выпуска глиносодержащих руд.

Статистические данные, хронометражные наблюдения на Гарсонуйском руднике свидетельствуют о том, что присутствие в руде глинистого материала существенно осложняет процесс выпуска.

Производительность труда на выпуске не превышает 23,6 т/чел*см, потери руды в среднем по руднику составляют 9,7 %. Две третьих от общего числа зависаний (14,4шт/100т) приходится на слеживание уплотненной руды. Попытки ликвидации зависания взрывным способом на 40% увеличили расход взрывчатых материалов. По жиле Романовская Олимпийского участка в пяти блоках из 40882 т отбитой руды не смогли выпустить 12264 т руды и 3678 т минерала. Это требует разработки отдельных мероприятий, дополнительных денежных затрат.

Эффективность выпуска глиносодержащей руды из узких магазинов можно повысить путем орошения рудного массива и доведения глинистой составляющей до состояния текучести.

Степень влияние глинистого материала на процесс выпуска руды из магазинов была определена в лабораторных условиях на физической модели с со-

блюдением всех физико-механических свойств исследуемой руды (угол внутреннего трения, силы сцепления, гранулометрический состав и др.). Модель, предназначенная для изучения процесса выпуска руды из узких магазинов, была изготовлена в виде лабораторного стенда имитирующего выпуск руды из блока размером 40x40м в масштабе 1:25. Передняя стенка модели подвижная, выполнена из оргстекла и может фиксироваться в разных положениях, что позволяет моделировать выпуск руды при различных ширине очистного пространства и углах наклона рудного тела (рис. 1).

Рис. 1. Лабораторный стенд для моделирования выпуска руды из узких магазинов

Лабораторные исследования выпуска замагазинированной руды, содержащей глинистый материал, проводились в два этапа:

1 этап - моделирование ситуаций выпуска глиносодержащей руды, соответствующих фактическому состоянию ведения очистных работ на Гарсонуй-ском руднике при соблюдении геометрического подобия всех параметров блока, с подбором требуемого гранулометрического состава руды и процентного содержания глинистого материала.

2 этап - моделирование процесса выпуска глиносодержащей руды, в соответствии со способом защищенным патентом, предусматривающим установку в выработанном пространстве перфорированных оросительных труб, через которые перед выпуском руды подают воду в объеме достаточном для доведения глинистого материала до состояния текучести. В процессе моделирования (1 этап) изменяли исходные характеристики рудной массы: содержание глины, и ее начальную влажность. Раздельно исследовались технологические процессы частичного и генерального выпусков. В журнале наблюдений фиксировались следующие параметры: время выпуска, объем выпущенной руды, возникающие зависания рудной массы в блоке. На 2-м этапе в блоке устанавливали оросительные трубы, через которые в процессе как частичного, так и генерального выпуска подавали определенное количество воды и выполняли те же самые наблюдения (рис. 2).

Рис. 2. Лабораторный стенд с оросительными трубами

Для определения той влажности глины, при которой начинают происходить зависания руды в эксплуатационном блоке, было выполнено 88 экспериментов с шириной очистного пространства 1м и 82 с шириной 2м. Начальная влажность руды изменялась от 5% до значения соответствующего началу зави-

сания руды. Содержание глинистой составляющей в рудной массе изменялось в пределах 3-Н5%.

По результатам лабораторных экспериментов и аналитических исследований получены зависимости значения граничной влажности, при которой появляется зависание руды в магазине, от процентного содержания глинистой составляющей (рис.3). Кроме этого, для определения границы начала зависаний руды и трудоемкости выпуска, получены уравнения связи между влажностью глинистой фракции на границе зависания, и ее содержанием в рудной массе (1), а также продолжительности генерального выпуска в зависимости от процентного содержания глины в руде и ее влажности (2), %.

Время генерального выпуска, мин

3 4 5 6 7 8 9 Ю 11 12 13 14 15

Содержания глины, %

100 - 300 время генерального выпуска Рис. 3. Изолинии времени генерального выпуска в зависимости от содержания глины и ее влажности

ГГгз =19,912-0,725-Г%, (1)

где IVг.з - влажность на границе залипания, %;

Г% - содержания глинистой составляющей в руде, %.

Т-_1__

0,02198 + 0,00064 • Г% - 0,00011 ■

■ ехр^О,00562 + 0,0022• Г% -0,00014- Г?/а) ■ ]¥, (2)

где Т- время, затрачиваемое на генеральный выпуск, мин; Г% - процентное содержание глины в отбитой руде; IV- влажность глинистой фракции

Оба выражения имеют высокие коэффициенты корреляции, свыше 0,97 и малые погрешности аппроксимации по Стьюденту (<т = ±0,667 при вероятности Р = 0,95).

Результаты экспериментов проведенных на модели эксплуатационного блока по 2-му этапу показали, что интенсивность выпуска повышается в среднем в 1,6 раза (рис. 4).

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 Влажность глинистой фракции в рудной массе, %

-*- 3% глины -•- 7% глины 15% глины

Рис. 4. Интенсивность генерального выпуска на модели в зависимости от процентного содержания глины в руде и ее влажности

Необходимое количество воды для перевода глинистой составляющей в текучее состояние можно определить исходя из понятия влажности. Горные породы, и в частности глинистая составляющая, имеют начальную влажность, которая может изменяться в зависимости от горно- и гидро-геологических условий разрабатываемого месторождения. Количество воды для доведения руды до требуемой влажности, когда глинистая составляющая переходит в состояние текучести можно определить как

Уд = Ут — Уц , ИЛИ

= О)

где Уд- объем воды, необходимый для доведения глинистой составляющей рудного массива до состояния текучести, м3;

УР - объем замагазинированной рудной массы, м3;

Ун- фактический объем воды присутствующий в рудном массиве, м3;

- начальная влажность глинистой составляющей, %;

РУгг~ влажность на границе текучести глинистой составляющей (требуемая влажность), %;

Г% - процент глинистой составляющей в рудной массе, %;

Ув,Уг~ плотность воды и плотность скелета глинистой составляющей, т/м3

По результатам лабораторных исследований для условий Олимпийского участка Гарсонуйского рудного поля установлены тесные корреляционные связи: плотности скелета глинистой составляющей уг и ее начальной влажностью 1Ун, а также влажностью на границе раскатывания №Гт и плотностью глинистой фракции у.

Гг=№„), ^г.т=/(Г).

Для практической реализации с учетом установленных зависимостей получено выражение (4) и построена соответствующая номограмма (рис. 5.)

_ УР • -у/2,05494 + 0,03887 • 1УН - 0,00149 • ¡УЦ

1 \ (4)

■ г%,

- 0,00875 + 0,01954 -х Предварительные расчеты показали ограниченные возможности шахтного трубопровода для нормального функционирования системы орошения. По-

этому орошение рекомендуется проводить последовательным включением во-доподающих труб, а в случае необходимости использовать эффект эрлифта путем подключения в оросительную систему магистрали сжатого воздуха. Применение эрлифта для шахтного трубопровода, установленного на Олимпийском участке Гарсонуйского рудного поля, позволяет увеличить гидростатический напор на 20м, что существенно увеличивает производительность системы подачи воды при орошении верхних слоев замагазинированной руды.

Рис. 5. Номограмма вычисления объема добавляемой воды на один отбиваемый слой в зависимости от начальной влажности руды и количества глинистых включений

Основные показатели фильтрации орошаемой жидкости в рудном массиве следует определять по разработанной математической модели в зависимости от гранулометрического состава руды.

Фильтрация воды через рудный массив является одним из важных вопросов в определении параметров оросительной системы. При орошении крупнообломочного рудного массива, орошающая жидкость (вода) движется вниз под действием гравитационных сил, а растекание в стороны, происходит по причине попадания ее на наклонные поверхности кусков руды. Получить основные параметры движения жидкости через рудный массив в натурных условиях практически не возможно, поэтому решение задачи выполнялось с помощью имитационного моделирования на математической модели, путем численного

эксперимента - методом Монте-Карло. Основным исходным параметром в задаче фильтрации воды через крупнообломочную массу руды является ее гранулометрический состав. Для проведения численного эксперимента необходимо построить его математическую модель, используя обратную функцию. Гранулометрический состав обычно представляют в табличном виде, математическое выражение обратной функции распределения гранулометрического состава проще получить, определив корреляционную зависимость между размером рудного куска и плотностью распределения.

~ 0,21346 + 3,26408-Р-2,76425 Р2 ' ^

где - размер (диаметр) рудного куска, м; накопленная частость, отн. ед.

Данное уравнение имеет высокую степень надежности (аппроксимации): коэффициент корреляции г = 0,99 и стандартное отклонение а = ±0,067 при вероятности Р = 0,95. Выражение (5) позволяет моделировать размеры рудных кусков путем подстановки вместо параметра Г - накопленной частости, значения от датчика случайных чисел с равномерным законом распределения. В этом случае полученное распределение полностью будет соответствовать распределению гранулометрического состава руд на исследуемом месторождении.

Предположив, что орошаемая жидкость может свободно падать с высоты, равной размеру рудного куска, набирая при этом скорость свободного падения, или стекать по наклонной поверхности куска со скоростью, зависящей от наклона поверхности рудного куска и его шероховатости. Введя дополнительные ограничения на скорость движения жидкости от положения поверхности рудного куска в пространстве и используя известные формулы гидравлики и законы движения жидкости в открытых руслах, можно определить скорость движения жидкости по поверхности куска из выражения

ДА

. ДА

2 '

V 2 .

где V-скорость движения жидкости, м/с;

АН- шероховатость поверхности куска, м;

/ - гидравлический уклон, отн. ед.

Выражение (6) является вектором, положение которого в пространстве и его численное значение однозначно определяется размером рудного куска и ориентацией его поверхности в пространстве.

Полученные формулы: - гранулометрического состава (5) и - скорости водного потока по поверхности рудного куска (6), позволяют построить математическую модель движения воды через крупнообломочный массив замагази-нированной руды. Средние значения скорости движения воды и ее направление получают суммированием всех возможных векторов движения орошаемой жидкости по отношению к затраченному времени на ее перемещение.

Результаты моделирования, которое было выполнено с помощью математического процессора "МаЛСаё" (всего было выполнено 100000 циклов расчета), позволили рассчитать основные статистические параметры, характеризующие водный поток через рудную массу:

- Средняя скорость потока воды через рудную массу УСр = 1,306 м/с;

- Стандартное отклонение средней скорости а ±0,680 с вероятностью

- Угол падения (растекания) водного потока по рудной массе р = 57,2°;

- Средняя скорость потока воды через рудную массу в горизонтальном направлении Уг ~ 0,707 м/с;

- Средняя скорость потока воды через рудную массу в вертикальном направлении Уд = 1,098 м/с.

Р = 0,95;

В результате моделирования получены зависимости применительно к условиям руд Гарсонуйского месторождения:

- угла растекания водного потока от среднего размера рудного куска

Р = 59,02164 + 2,32905 -1п(£>), (7)

- средней скорости водного потока от среднего размера рудного куска

1,41783+ 0,16262-1п(/Э), (8)

где р - угол падения (растекания) водного потока через замагазинированную

рудную массу, град.;

И - среднестатистический диаметр рудного куска, м;

Уср - средняя скорость водного потока, м/с.

Среднее значение угла растекания водного потока по рудной массе полученное в результате моделирования на физической модели составило /? = 51° (рис. 6).

Рис. 6. Определение углов растекания оросительной жидкости на модели

Это указывает на удовлетворительную сходимость результатов физического и математического моделирования. Более пологое значение угла растекания водного потока, полученное при физическом моделировании, объясняется тем, что орошаемая жидкость в физической модели протекает через мелко-

кусковатую фракцию, а это приводит к ее более пологому растеканию. Это в точности подтверждает выражение (7).

Система из оросительных труб, проложенных в блоке с замагазинирован-ной рудой, представляет собой достаточно сложную систему и требует проведения расчетов по отдельным ее элементам с учетом возможностей шахтного трубопровода.

Методика расчета системы орошения позволяет определить необходимый объем воды, подаваемой в рудный массив, и оценивает вероятные потери в блоке.

Предлагаемая методика расчета включает:

- расчет диаметра и количества оросительных отверстий, в зависимости от гидростатического напора (возможности шахтного трубопровода);

- расчет расходных характеристик оросительной системы и выбор диаметра оросительных труб, в том числе с использованием эффекта эрлифта;

- вы^ор конструкции оросительных секций и расчет расходных характеристик по каждой секции и для каждого отбиваемого слоя руды;

- моделирование движения жидкости в замагазинированной рудной массе с определением углов ее растекания и скорости ее фильтрации;

- определение времени орошения рудной массы, для доведения глинистой составляющей до текучего состояния;

- определение количества оросительных труб на один эксплуатационный

блок.

Количество оросительных труб определяют из учета полноты орошения рудной массы в очистном блоке. Участки руды, не подвергшиеся орошению, склонны к слеживаемости и зависанию, а это, как следствие, приводит к потере (не извлечению) запасов отбитой руды. Поэтому основным критерием для оп-ределениАоличества оросительных труб являются вероятные потери полезного ископаемого в очистном блоке, которые предлагается вычислять из выражения (9).

п =

18

1-ЪР

•100 %,

(9)

4-п-Нк

где П- вероятные потери рудной массы вне зоны орошения, %; Ь - длина эксплуатационного блока, м; Р - угол растекания (падения) воды при орошении, град.; к - коэффициент разрыхления, отн.ед.; Н - высота эксплуатационного блока, м; п - количество установленных труб, шт.

Для известных значений Ь = 50м, Н = 40м, /? = 57°, к = 1,5 и я по данному выражению может быть построена зависимость относительного запаса рудной массы, не подвергшейся орошению, от количества труб в оросительной системе (рис. 7).

34 32

зо

и 28 26

о. 24 £ 22 5 20 5 18 5 18 Е 14 к 12

8. ю

V 8

6 ; —— 4 ^^ 2 0

0 1 2 3 4 5 8 7 8 9 10 11 12 13 14 15 18 17 18 19 20 Количество труб

Рис. 7. Вероятные потери рудной массы в магазине, вызванные недостаточным ее орошением, в зависимости от количества труб в оросительной системе

Производственные испытания подтвердили техническую возможность и экономическую эффективность применения способа выпуска с орошением отбитого рудного массива при отработке жил системами с магазинированием руды содержащей глинистый материал в количестве свыше 10 %. Новая технология выпуска позволила повысить производительность труда на выпуске в 1,5 раза, сократить потери руды в блоке в 1,6 раза.

Испытания также показали, что поток руды становится более управляемый, зависания руды в блоке отсутствовали, прекратились налипания глины на

кузова вагонеток, стенки приемного бункера и конвейерную ленту на обогатительной фабрике, выходная щель щековых дробилок не забивалась глинистым материалом, в очистном блоке не наблюдалось перепуска руды, надёжно функционировала вся оросительная система, доказана эффективность использования эрлифта.

Заключение

В диссертации решена актуальная для горной промышленности задача -разработан эффективный способ выпуска глиносодержащей руды при системах с магазинированием, обеспечивающий высокую производительность труда и минимальные потери руды в выемочном блоке.

Основные результаты и выводы работы заключаются в следующем:

1. Установлено, что при разработке жильных месторождений, представленных глинистыми рудами производительность труда на выпуске в 1,5-1,7 раза ниже, чем на прочих жильных месторождениях, причиной тому служат частые зависания руды - 14-18 шт/100 т, а существующие средства и способы их ликвидации не приемлемы для данного типа руд.

2. Доказана возможность интенсификации процесса выпуска замагазини-рованной руды из очистного пространства и сокращения потерь за счет водона-сьпцения рудного массива до состояния текучести глинистой составляющей.

3. Разработан и запатентован способ выпуска отбитой руды содержащей глинистый материал, позволяющий увеличить производительность труда на выпуске в 1,6 раза и в 1,5 раза снизить потери руды в блоке.

4. Разработана методика расчета системы орошения глиносодержащего рудного массива при выпуске руды из узких магазинов.

5. Теоретические разработки, проведенные авторами позволили получить:

- математические зависимости определения потребного количества воды,

подаваемой в рудный массив, для перевода глины в текучее состояние;

- формулы для расчета времени орошения глинистого рудного массива и количества оросительных труб в системе;

- вероятностную модель определения угла наклона растекания воды в рудном массиве и скорости фильтрации в зависимости от гранулометрического состава.

6. Производственные испытания показали, что применение способа выпуска с орошением рудного массива позволяет значительно сократить расход взрывчатых материалов, исключить налипание глины на кузов вагонеток, приемные бункера, конвейерные ленты, выходные отверстия дробильных установок.

7. Результаты диссертационной работы рекомендованы для включения в технический проект на отработку Гарсонуйского, Зимовейского и Манского участков Гарсонуйского рудного поля.

Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения результатов исследования на Гарсонуйском руднике составит 30131тыс. р.

Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Кужиков A.A. К вопросу выпуска глинистых руд из магазинов при отработке крутопадающих жил //Горный информационно-аналитический бюллетень. - Москва: МГГУ, 2003 - С. 105-107

2. Кужиков A.A. Анализ показателей производительности труда на выпуске руды из магазинов // Четвертая научно-техническая конференция Горного института. - Чита. - 2003г. - часть 2. - С. 173-175

3. Кужиков А.А.Лабораторные исследования выпуска замагазинирован-ной руды, содержащей глинистый материал // Молодежь Забайкалья: творчество и прогресс: сб. научных трудов. - Чита, 2004. - С. 5-9.

4. Глотов В.В., Кужиков A.A. Технико-экономическое обоснование рациональной технологии выпуска глиносодержащих руд из магазинов //Вестник

№35 ЧитГУ: спец. выпуск, посвященный 30-летию Горного института. - Чита, 2004.-С. 215-219.

5. Патент 2232273 Россия, С1 7 Е 21 С 41/22. Способ выпуска отбитой руды, содержащей глинистый материал (соавтор Глотов В.В.) - Опубл. 10.07.2004. бюл. №19.

Лицензия ЛР № 020525 от 02.06.97

Подписано в печать_

Форм. бум. 60x84 1/16 Бум. Тип. №2

Уч. изд. л. 1.2 Усл.печл. 1.1 Тираж 100 экз._Заказ № 72

Читинский государственный университет Ул. Александрово-Заводская. 30. г.Чита. 672039

РИК ЧитГУ

РНБ Русский фонд

2006-4 7049

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Кужиков, Алексей Александрович

Введение

1. ГОРНОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ И ГОРНОТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ФЛЮОРИТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ВОСТОЧНОГО ЗАБАЙКАЛЬЯ

1.1. Общая характеристика флюоритовых месторождений содержащих глинистый материал

1.2. Анализ практики ведения очистных работ на месторождениях, содержащих в рудах глинистый материал

1.3. Критический анализ современных средств и способов ликвидации зависаний при выпуске замагазинированной руды

1.4. Состояние процесса выпуска руды на Гарсонуйском руднике

1.5. Цель, задачи и методы исследований

2. ЛАБОРАТОРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫПУСКА ЗАМАГАЗИНИРОВАННОЙ РУДЫ, СОДЕРЖАЩИЙ 64 ГЛИНИСТЫЙ МАТЕРИАЛ

2.1. Моделирование процесса выпуска руды из магазинов

2.2. Методика проведения лабораторных исследований

2.3. Проведение лабораторных исследований

2.4. Анализ результатов лабораторных исследований процесса выпуска замагазинированной руды Выводы по главе

3. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССА ВЫПУСКА ГЛИНИСТЫХ РУД ИЗ УЗКИХ МАГАЗИНОВ

3.1. Исследование физических характеристик глинистой фракции

3.2. Расчет необходимого количества воды для перевода глинистой фракции в состояние текучести

3.3. Исследование возможностей шахтного водопровода

3.4. Использование эффекта эрлифта

3.5. Исследование фильтрации воды через замагазинированную руду

3.5.1. Моделирование гранулометрического состава рудной массы

3.5.2. Моделирование фильтрационных свойств массива не содержащего глинистых включении

3.6. Обоснование параметров оросительной системы 138 3.6.1 Вытекание жидкости через совершенное малое отверстие

3.6.2. Схемы орошения рудной массы в блоке

3.6.3. Определение времени орошения отбитой рудной массы

3.6.4. Определение необходимого количества оросительных труб 160 Выводы по главе

4. ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ ИСПЫТАНИЯ СПОСОБА ВЫПУСКА

ГЛИНИСТОЙ РУДЫ ИЗ МАГАЗИНА

4.1. Цель, основные технические решения, задачи производственных испытании

4.2. Методика производственных испытаний

4.3. Промышленные испытания способа выпуска руды

4.4. Рекомендации по применению технологии выпуска 181 замагазинированной руды с орошением рудной массы

4.5. Технико-экономическая оценка результатов испытания способа выпуска с орошением рудного массива

Выводы по главе

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование эффективной технологии выпуска глиносодержащих руд при разработке жильных месторождений системами с магазинированием"

Становление и развитие горнорудной промышленности России непосредственно связано с добычей руд цветных, редких и благородных металлов, неметаллических полезных ископаемых, большинство которых добывается из жильных месторождений [2]. При разработке крутопадающих жил наибольшее распространение получили производительные, экономичные системы разработки с магазинированием руды. Однако область их применения ограничивается условием склонности руды к слеживанию по причине присутствия в жильной массе глинистого материала.

В значительных количествах (20-30 %) глинистые минералы - каолинит, монтмориллонит, галлуазит, гидрослюды и др. присутствуют на месторождениях флюорита. Они образуют различной формы и размеров включения в жильных минералах всех стадий минерализации, заполняют и цементируют пострудные полости и трещины.

Под влиянием влаги, образующейся в процессе бурения шпуров, гидрообеспыливания, естественной влажности воздуха, шахтного водопритока и пр. глина переходит в качественно другое состояние - возрастает вязкость и липкость, уменьшается пористость. Все это затрудняет процесс выпуска руды из магазина, на долю которого приходится до 50 % от всех трудозатрат связанных с очистными работами и приводит к дополнительным потерям руды.

Переход на другие системы разработки не всегда позволяют горногеологические условия, а если это технически возможно, то резко ухудшаются технико-экономические показатели очистных работ.

Широко используемые современные способы и средство ликвидации зависаний - механический, взрывной, в т.ч. с применением реактивных снарядов положительного эффекта не дают, напротив, приведут к переуплотнению руды, не ликвидируя зависаний.

Научные исследования по повышению эффективности выпуска глинистых руд из узких магазинов не проводились, что определяет их актуальность.

При непосредственном участии и под руководством автора на Гарсонуйском руднике при выполнении хозяйственного договора № 559, заключенного с ООО артель старателей «Кварц».

Объект исследований - выемочный блок при разработке крутопадающего жильного месторождения системой с магазинированием руды.

Предмет исследования - флюоритовая руда содержащая глинистый материал.

Цель работы - обосновать и разработать эффективный способ выпуска глиносодержащей руды из узких магазинов с максимальной интенсивностью и минимальными потерями руды.

Основная идея работы - заключается в доведении глинистой составляющей рудного массива до состояния текучести путем подачи в него воды для повышения интенсивности выпуска и сокращения потерь замагазинированной руды.

Защищаемые научные положения:

1. Эффективность выпуска глинистой руды из узких магазинов можно повысить путем орошения рудного массива и доведения глинистой составляющей до состояния текучести.

2. Основные показатели фильтрации орошаемой жидкости в рудном массиве следует определять по разработанной математической модели в зависимости от гранулометрического состава руды.

3. Методика расчета системы орошения позволяет определить необходимый объем воды, подаваемой в рудный массив, и оценивает вероятные потери в блоке.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается: всесторонним проведенным анализом и обобщением предшествующих научных исследований, удовлетворительной сходимостью результатов лабораторных и аналитических исследований с результатами производственных испытаний, достаточным и представительным объемом полученных экспериментальных и опытно-производственных данных.

Научная новизна:

1. Разработан способ выпуска глиносодержащей руды при эксплуатации жильных месторождений системами с магазинированием руды.

2. Установлена зависимость определения потребного количества воды, подаваемой в рудный массив, от исходной влажности и процента глинистой составляющей для перевода её в состояние текучести.

3. Получены математические выражения для расчета времени орошения глиносодержащего рудного массива и количества оросительных труб в системе.

4. Предложена вероятностная модель определения угла наклона продвижения воды в рудном массиве и скорости фильтрации в зависимости от гранулометрического состава.

Практическая ценность:

1. Разработана методика расчета системы орошения глиносодержащего рудного массива при выпуске руды из узких магазинов.

2. Разработаны практические рекомендации по изготовлению и монтажу оросительной системы в очистном блоке, ее защиты от действия взрыва.

3. Конструкция системы орошения позволяет интенсифицировать процесс выпуска замагазинированной руды, снизить потери и может быть использована при составлении проектов и разработки месторождений с глинистыми рудами.

Реализация работы - способ выпуска глиносодержащей руды прошел приемочные испытания и рекомендован к включению в проекты на отработку

Гарсонуйского, Зимовейского и Майского участков Гарсонуйского рудного поля.

Личный вклад автора - проанализирован и обобщен отечественный и зарубежный опыт разработки месторождений представленных рудами склонными к слеживанию, а также практика применения различных средств и способов ликвидации зависания руды; проведены лабораторные исследования и опытно-промышленные испытания; выполнены аналитические исследования процесса орошения рудного массива; разработан техническая документация на изготовление и эксплуатацию системы орошения.

Апробация работы - Основные разделы диссертационной работы докладывались на Научном симпозиуме «Неделя горняка-2003» (г. Москва, МГГУ, 2003г.), Восьмой Международной Молодежной научно-практической конференции (г. Чита, 2004г.), Четвертой научно-технической конференции Горного института (г. Чита, 2003-2004 гг.).

Публикации - по теме диссертации опубликованы 4 статьи и получен патент на изобретение.

Объем и структура работы - диссертация изложена на 198 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, заключения. Содержит 99 рисунков, 26 таблиц, список литературы из 69 наименований, 3 приложения.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Кужиков, Алексей Александрович

Основные результаты и выводы работы заключаются в следующем:

1. Установлено, что при разработке жильных месторождений, представленных глинистыми рудами производительность труда на выпуске в 1,5-1,7 раза ниже, чем на прочих жильных месторождениях, причиной тому служат частые зависания руды - 14-18 шт/100 т, а существующие средства и способы их ликвидации не приемлемы для данного типа руд.

2. Доказана возможность интенсификации процесса выпуска замагазинированной руды из очистного пространства и сокращения потерь за счет водонасыщения рудного массива до состояния текучести глинистой составляющей.

3. Разработан и запатентован способ выпуска отбитой руды содержащей глинистый материал, позволяющий увеличить производительность труда на выпуске в 1,6 раза и в 1,5 раза снизить потери руды в блоке.

4. Разработана методика расчета системы орошения глиносодержащего рудного массива при выпуске руды из узких магазинов.

5. Теоретические разработки, проведенные авторами позволили получить:

- математические зависимости определения потребного количества воды, подаваемой в рудный массив, для перевода глины в текучее состояние;

- формулы для расчета времени орошения глинистого рудного массива и количества оросительных труб в системе;

- вероятностную модель определения угла наклона растекания воды в рудном массиве и скорости фильтрации в зависимости от гранулометрического состава.

6. Производственные испытания показали, что применение способа выпуска с орошением рудного массива позволяет значительно сократить расход взрывчатых материалов, исключить налипание глины на кузов вагонеток, приемные бункера, конвейерные ленты, выходные отверстия дробильных установок.

7. Результаты диссертационной работы рекомендованы для включения в технический проект на отработку Гарсонуйского, Зимовейского и Майского участков Гарсонуйского рудного поля.

Ожидаемый годовой экономический эффект, от внедрения результатов исследований на Гарсонуйском руднике составит 30131 тыс. рублей.

Заключение

В диссертации решена актуальная для горной промышленности задача -разработать рациональный способ выпуска глиносодержащей руды при системах с магазинированием, обеспечивающий высокую производительность труда и минимальные потери руды в выемочном блоке.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Кужиков, Алексей Александрович, Чита

1. Абрамов А.Ф., Сафронов А.В., Медведев И.Ф. и др. Опыт применения динамо-реактивных гранатометов для разрушения зависаний крупнокусковой руды в дучках и рудоспусках // Цветная металлургия -1968-№ I.e. 15-18.

2. Агошков М.И., М.И. Мухин, А.Ф, Назарчик и др. Системы разработки жильных месторождений, Госгортехиздат, 1960г. 376с.

3. Альтшуль А.Д., Киселев П.Г. Гидравлика и аэродинамика. (Основы механики жидкости) М.: Стройиздат, 1975. - 328 с.

4. Альтшуль А.Д. Примеры расчетов по гидравлике. М: Стройиздат, 1977. -255 с.

5. Анализ системы с магазинированием руды./Под ред. Д.И. Рафиенко. ИГД АН СССР. 15-18 с.

6. Абрамов В.Ф, Рамкулов А.В. Особенности частичного выпуска руды из магазинов тонких жил. М.: МГГУ, «Неделя горняка-99». - 136-137с.

7. Austin J. Canadian mineral by the year 1999. «Canadian Mining and Metallurgy Bulletin», 1974. - c. 49-56

8. Бер Я., Заславский Д., Ирмей С. Физико-математические основы фильтрации воды. М.: Мир, 1971. - 452 с.

9. Веников В. А., Теория подобия и моделирование (Применительно к задачам электроэнергетики), 2 изд., М.: 1976.

10. Выбор размеров выпускных отверстий./ Под. ред. Г.В. Головской. ИГД АН СССР, Люберцы, 1959г. 72-78с.

11. Гендельман JI.C., Меньшиков Ю.А., Лунин В.В. Вибрационные люки для выпуска руды // Горный журнал. 1974. № 8 - с. 27-32.

12. Грим Р.Е. Минералогия глины. М.: Изд-во иностр. лит., 1956. - 454 с.

13. Глины, их минеральные свойства и практическое значение. М.: Наука, 1970.-272 с.

14. ГОСТ 25100-95, Грунты, "Классификация", М.: ИПК Изд-во стандартов, 1997.-24 с.

15. ГОСТ 30416-96, Грунты, "Лабораторные испытания. Общие положения", -М.: ИПК Изд-во стандартов, 1997. 20 с.

16. ГОСТ 5180-84, Грунты, "Методы лабораторного определения физических характеристик" М.: ИПК Изд-во стандартов, 1985. - 23 с.

17. Грунтоведение. Изд. 3-е./ Под ред. Е.М. Сергеева. М.: Изд-во МГУ, 1971. -596 с.

18. Гидравлика и гидропривод./ В.Г. Гейер, B.C. Дулин, А.Г. Боруменский, А.Н. Заря: М.: Недра, 1981.-295 с.

19. Дьяконов Г.К. Вопросы теории подобия в области физико-механических процессов.-М.: 1956

20. Дубынин Н.Г., Храмцов В.Ф., Шеховцев B.C. Предотвращение прорывов глинистых пород при разработке рудных месторождений. Новосибирск, 1989- 120с.

21. Дузь С .Я., Скворцов А.Т., Гаспарян С.С., В.В. Рыбников. Структура трудоемкости очистной выемки при отработке крутопадающих жил панелями по простиранию. М: ИПКОН АН СССР, 1980. - с. 75-87.

22. Журин Н.Я., Родзевилло И.Т., Вертлейб J1.K. и др. Совершенствование выпуска руды на шахте им. Губкина // Горный журнал 1978 - № 2 с. 3536.

23. Замятченский П.А. Каолинитовые образования Южной России. Тр. о-ва естествоиспытателей при СПб университете, т. 21, 1896, вып. 2, с. 12-26.

24. Зенько Д.К. Формирование рудной массы над выпускной выработкой.- М.: МГГУ, «Неделя горняка-2001». -45-46с.

25. Именитов В.Р. Процессы подземных горных работ при разработке рудных месторождений. М.: Недра, 1984. - 503 с.26