Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Обоснование параметров технологии и системы разработки с магазинированием руды на базе изучения закономерностей частичного выпуска

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

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Рамкулов, Александр Владимирович

Введение

ГЛАВА 1. Опыт применения системы с магазинированием руды, изученность вопроса , цели и задачи исследования

1.1. Системы с магазинированием руды - сущность, основные производственные процессы и параметры

1.2. Изученность частичного выпуска руды из магазиновИ

1.3. Цели и задачи исследования

ГЛАВА 2. Изучение параметров зон истечения по воронке прогиба при выпуске из одного выпускного отверстия

2.1. Выпуск руды через одно выпускное отверстие под углом 90°

2.2. Выпуск руды через одно выпускное отверстие под углом 90° с механическим воздействием на поверхность отбитой руды

2.3. Исследование параметров зоны истечения при выпуске через одно отверстие под углом 70 ° воздействия на отбитую руду

2.4. Выводы по главе

ГЛАВА 3. Изучение параметров зон истечения по воронке прогиба при выпуске из серии отверстий 4<

3.1. Выводы по главе

ГЛАВА 4. Рекомендуемые параметры системы разработкиЯ

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Обоснование параметров технологии и системы разработки с магазинированием руды на базе изучения закономерностей частичного выпуска"

Значительная часть руд цветных, редких и благородных металлов представлена месторождениями жильного типа. При разработке крутопадающих жил наибольшее распространение получила система с магазинированием руды.

Как известно при системе с магазинированием руды весь технологический процесс добычи руды в блоке включает в себя только две операции: отбойку и выпуск руды.

В практике рудников, разрабатывающих жильные месторождения, при всех системах разработки основной наиболее трудоемкой операцией является отбойка руды. Но при использовании системы с магазинированием руды во многих случаях основной процесс по затратам труда - выпуск руды.

Выпуск руды при системе с магазинированием - один из самых трудоемких процессов, на который приходится до 30-60% общих затрат труда на очистную выемку.

Выпуск руды из магазинов производится по мере отработки блоков-частичный выпуск, и после отбойки руды в пределах всего блока - основной выпуск.

Частичный выпуск - это процесс, который обеспечивает эффективность данной системы разработки. После отбойки очередного участка блока следует выпустить такой объем, чтобы обеспечить высоту рабочего пространства в блоке в пределах 1,8-2,0 м.

Недостаточное знание процесса частичного выпуска приводит к тому, что в действующем забое величина очистного пространства или меньше необходимой, или больше. Соответственно, в первом случае создаются крайне сложные условия для работы бурильщиков. В последнем случае возникает необходимость сооружения полков, которые после взрывания разрушаются и препятствуют нормальному истечению руды, что часто приводит к зависаниям, а это, в свою очередь, приводит к увеличению величин потерь и разубоживания руды.

Исследование особенностей частичного выпуска руды из магазинов тонких жил представляет особый интерес, так как по вопросам частичного выпуска существуют противоположные мнения и на их основе различные рекомендации для определения параметров и технологии системы с отбойкой руды из магазина. Вероятно установление закономерностей частичного выпуска руды позволит, повысить эффективность процесса частичного выпуска и соответственно повысить эффективность системы разработки с магазинированием руды.

Таким образом изучение закономерностей частичного выпуска является актуальной задачей.

В связи с вышеизложенным, поставлена следующая цель работы: установление закономерностей частичного выпуска руды для обоснования параметров и технологии системы разработки с магазинированием руды, позволяющих снизить потери и затраты на выпуск руды.

Цель работы реализуется посредством проведения опытных работ на физической модели. При изучении закономерностей истечения руды при частичном выпуске учитываются небольшая ширина очистного пространства и чередование процесса отбойки и выпуска руды при отработке блока.

Объектом исследования в работе является процесс истечения руды при частичном выпуске. Предметом исследования является изучение закономерностей данного процесса (параметры воронок прогиба, изменение' объемов частичного выпуска, изменение коэффициента разрыхления руды и т. д.).

Теоретическими и методологическими основами исследований послужили научные труды по проблемам выпуска руды таких институтов как: НИГРИ, ИГД им. А.А.Скочинского, МГГУ, МГОУ, С-ПбГИ и др., представленных ведущими учеными: Вольфсоном П. М., Гордоном Б. Е., Покровским Г. И., Орефьевым А. И., Агошковым М. И., Назарчиком А. Ф., Малаховым Г. М., Куликовым В. В., Бароном Л. И., Рафиенко Д, И., Каплуновым Р. П., Абрамовым В. Ф., Дубининым Н. Г., Яковлевым О. А. Олейниковым И. А., и др. [2 - 6, 8 - 16, 22 - 25, 33, 35, 38-40, 44, 49- 51].

В работе использованы материалы научно-практических конференций, семинаров, специальных периодических изданий, научно-методической литературы.

Научные положения, разработанные автором, и их новизна:

- при частичном выпуске руды из магазинов тонких жил, в отличии от выпуска под обрушенными породами, с увеличением высоты слоя руды в блоке фигура разрыхления периодически изменяет свою форму от усеченного эллипсоида вращения до усеченного конуса, в результате чего воронки прогиба изменяются с высотой;

- коэффициент вторичного разрыхления руды при частичном выпуске из магазинов тонких жил при равномерно последовательном выпуске не постоянен, а достигнув максимального критического значения - резко уменьшается, что приводит к необходимости увеличения объема частичного выпуска;

- объем частичного выпуска - величина не постоянная, в результате чего объем руды, подлежащий основному выпуску, меньше на 6-10% , чем объем оставшейся в блоке руды при расчетах с условием постоянства объема частичного выпуска.

Научное значение работы состоит в установлении зависимостей изменения фигуры разрыхления и необходимого объема частичного выпуска от высоты слоя руды в магазине при ограниченной мощности магазина.

Практическое значение работы заключается в разработке рекомендаций по обоснованию параметров технологии и системы при отбойке руды и частичном выпуске из магазина.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендации подтверждаются: достаточным объемом экспериментальных работ на физической модели при соблюдении геометрического и функционального подобий; незначительным разбросом экспериментальных данных (отклонение составляет 10%); опытом работы горнодобывающих предприятий, использующих систему разработки с магазинированием руды.

Методом исследования является физическое моделирование изучаемых процессов.

Реализация работы. Разработанные положения для определения объемов частичного выпуска и метод расчета расстояния между выпускными отверстиями рекомендованы к использованию при составлении проектов на отработку месторождений, использующих систему с магазинированием руды в государственном научно-исследовательском и проектном институте редкометаллической промышленности "ГИРЕДМЕТ".

Автор выражает благодарность профессору, к.т.н. Абрамову В.Ф. за помощь в подготовке диссертации.

1. Опыт применения системы с магазинироваиием руды, изученность вопроса, цели и задачи исследования.

Заключение Диссертация по теме "Геотехнология(подземная, открытая и строительная)", Рамкулов, Александр Владимирович

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

При системе с магазинированием руды весь технологический процесс добычи руды в блоке включает в себя только две операции : отбойку и выпуск руды.

Как известно, частичный выпуск - это процесс, при котором после отбойки очередного участка блока, необходимо выпустить такой объем отбитой руды, который обеспечит высоту рабочего пространства в блоке в пределах 1,8-2,0 м. В практике рудников зачастую в действующем забое величина очистного пространства или меньше необходимой, или больше. Соответственно, в первом случае создаются крайне сложные условия для работы бурильщиков, в последнем случае возникает необходимость сооружать полки, которые после взрывания разрушаются и препятствуют нормальному истечению руды, что часто приводит к зависаниям, а это в свою очередь приводит к увеличению величины потерь и разубоживания руды и снижет эффективность системы разработки с магазинированием руды.

Цель работы реализуется посредством решения актуальной задачи теоретического и экспериментального обоснования параметров технологии и системы разработки с магазинированием на базе изучения закономерностей частичного выпуска руды.

Основой для проведения исследований послужили исследования и научные работы: Рафиенко Д. И., Гордона Б. Е., Куликова В. В., Дубынина Н. Г., Абрамова В. Ф. и других.

В диссертации составлена методика проведения исследований процесса частичного выпуска на действующих рудниках, содержащая последовательность проведения эксперимента в реальных условиях с указанием необходимых для этого параметров. Также в диссертации разработана методика проведения экспериментов в лабораторных условиях на физической модели с соблюдением функционального, геометрического, кинематического подобия. В качестве критерия подобия использовался критерий подобия Фруда.

По составленной методике проводилась экспериментальная часть работы, в которой изучались параметры зон истечения руды по воронке прогиба в различных условиях (при выпуске из одного выпускного отверстия под углом 90°, под углом 70°, под углом 90° с механическим воздействием на поверхность отбитой руды, при равномерно-последовательном выпуске из серии отверстий, под углом 90° при мощности 1 м и 2,5 м и под углом 70° при мощности 1 м). Закономерности, установленные в экспериментах первой серии, при выпуске через одно выпускное отверстие, подтвердились опытами второй серии, когда частичный выпуск производился равномерно-последовательно из серии отверстий. При проведении экспериментов основное внимание уделялось изменениям параметров фигуры разрыхления в зависимости от изменения высоты слоя, так как эти изменения фигуры разрыхления обуславливают резкие изменения воронок прогиба на поверхности магазина, и существенно влияют на высоту очистного пространства.

На основании анализа результатов проведенных экспериментов сделаны следующие научные и практические выводы и рекомендации:

1. Установлено, что мнения относительно закономерностей частичного выпуска и его параметров (размеров воронок, фигур разрыхления, объема выпуска и др.) противоречивы. Это приводит к использованию невернообоснованных параметров данной системы, таких как расстояние между выпускными отверстиями, уступная форма забоя, объем частичного выпуска и других .

2. В ходе исследования на физической модели установлено, что при частичном выпуске из магазинов тонких жил (до 1,5 метров) фигура разрыхления изменяется от усеченного эллипсоида вращения до усеченного конуса в зависимости от высоты слоя, эти изменения носят периодический характер.

3. Коэффициент вторичного разрыхления руды при частичном выпуске из магазинов тонких жил при равномерно последовательном выпуске не постоянен, а достигнув максимального критического значения резко уменьшается. Значение коэффициента вторичного разрыхления руды изменяется от 1,02 до 1,14 в зависимости от высоты слоя и влияет на необходимый объем выпуска.

4. Установлено, что с увеличением мощности рудного тела коэффициент вторичного разрыхления руды в блоке меняется в пределах от 1,02 до 1,07, а фигура разрыхления изменяется при большей высоте слоя.

5. Доказано, что изменение размера воронки с высотой слоя делает неоправданным применение уступной формы забоя, в связи с чем рекомендуется отбивать руду по всей длине блока; при ухудшении условий вентиляции разделять на два подуступа, но не более.

6. Объем частичного выпуска величина не постоянная в результате чего, объем оставшейся в блоке руды после частичного выпуска меньше на 610%, чем объем оставшейся в блоке руды при расчетах с условием постоянства объема частичного выпуска.

7. На основании установленных закономерностей истечения руды из магазинов тонких жил при частичном выпуске скорректирован метод расчета расстояния между выпускными отверстиями, и на его основе рассчитано расстояние для жил мощностью 1-1,5м, составляющее 3,2-3,7м.

8. Разработанные положения для определения объемов частичного выпуска и метод расчета расстояния между выпускными отверстиями будут использованы в составлении проектов на отработку месторождений, использующих систему с магазинированием руды, в государственном научно-исследовательском и проектном институте редкометаллической промышленности ТИРЕДМЕТ", что позволит снизить потери на 3-5%.

С увеличением высоты слоя область влияния выпускного отверстия гораздо больше принятой длины уступа (5-10м) и соответственно происходит опускание слоя и под соседними уступами, что приводит к необходимости сооружать полки. Сооружение полков в свою очередь ведет к уменьшению производительности забойного рабочего. После отбойки, как правило, полки разбиваются взрывом. Остатки от полков зачастую попадают в магазин, что приводит к зависаниям и потерям. В связи с изменениями параметров воронок прогиба, при работе системой с магазинированием руды рекомендуется отказаться от уступной формы забоя и перейти на отработку горизонтальными слоями, когда обуривается и взрывается слой на всю длину магазина.

Вышеперечисленные рекомендации, по мнению автора, позволят снизить потери руды , повысить устойчивость днища блока, в целом повысить эффективность системы разработки.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Рамкулов, Александр Владимирович, Москва

1. Михеев О. В., Малышев Ю. Н., Фрумкин Р. А. Основы научных исследований /учебное пособие. М.: МГГУ, 1994, - 185 с.

2. Абрамов В. Ф. Условия выпуска руды из магазинов тонких жил. Бюллетень ЦИИ цветной металлургии, 1962, № 23.

3. Покровский Г. И., Орефьев А. И. Об истечении сыпучих тел. М. : Журнал технической физики, т.7, вып. 4, 1937.

4. Рафиенко Д. И. Системы с магазинированием руды при разработке жильных месторождений. М.: "Недра", 1967.-191 с.

5. Эффективные системы разработки крутопадающих жил / Агошков М. И., Назарчик А. Ф., Мухин М. Е. М.: Центральный институт информации цветной металлургии, 1958.- 104 с.

6. Назарчик А. Ф. Исследование эффективности разработки жильных месторождений. М.: "Наука", 1972. - 265 с.

7. Кабисов X. Г. Система разработки с магазинированием руды на жильных месторождениях / Учебное пособие. Орджоникидзе: Североосетинский госуниверситет, 1986. - 86 с.

8. Теория и практика выпуска руды. / Малахов Г. М., Безух Р. В., Петренко П. Д. М.: "Недра", 1968. - 311 с.

9. Вольфсон П. М., Гордон Б. Е. Исследования потерь и разубоживания руды в зависимости от механики выпуска при системах с обрушением и разработка мероприятий по снижению потерь / Отчет НИГРИ (рукопись). Фонды ЦНТБ М., 1951. - 310 с.

10. Куликов В. В Выпуск руды. М., 1980.

11. Куликов В. В. Совместная и повторная разработка рудных месторождений. М.; "Недра", 1965. - 292 с.

12. Дубынин Н. Г. Выпуск руды при подземной разработке. М.: "Недра", 1965.-268с.

13. Малахов Г. М. Выпуск руды из обрушенных блоков. М. :"Недра", 1962.

14. Агошков М. И. Совершенствование разработки жильных месторождений. М.

15. Дубынин М. Г. Совершенствование технологий выемки тонких жил. -М.: "Недра", 1974.

16. Дубынин М. Г. Выпуск сыпучих тел из отверстий. Труды ИГД СО АН СССР, вып. 4, Госгортехиздат, 1961.

17. Пепелев Р. Г. Выпуск руды под обрушенными породами / Учебное пособие. М.: МГИ, 1982. - 26 с.

18. Барон Л. И. Вторичное дробление и выпуск руды. М.: Металлургиздат, 1950.

19. Покровский Г. И., Федоров И. С., Алиев Г. А. Теория и практикацентробежного моделирования в горном деле. М.: "Недра", 1979. - 247 с.

20. Именитов В. Р. , Ковалев И. А., Уралов В. С. Моделирование обрушения и выпуска руды. М.: МГИ, 1961.

21. Исследования выпуска руды на физических моделях / Инструкция и методические указания по лабораторным занятиям. -М.: МГИ, 1984. 25 с.

22. Каплунов Р. П. Анализ систем разработки маломощных месторождений. /Автореф. канд. дисс. М.: МГИ, 1939. - 25 с.

23. Каплунов Р. П. , Сребный И. И. Выпуск руды из магазинов при разработке тонких крутопадающих жил. М.: "Цветные металлы", 1949. -№5.

24. Агошков М. И., Рафиенко Д. И. Исследования технологии выпуска руды при разработке жил системами с магазинированием. Научные сообщения ИГД им. А. А. Скачинского, вып. XI, Госгортехиздат, 1961.

25. Рафиенко Д. И. Об эффективной технологии очистной выемке при системах с магазинированием руды. Горный журнал, 1964. - №12.

26. Веников В. А. Теория подобия и моделирования. М.: Высшая школа, 1976.

27. Именитов В. Р. Технология, механизация и организация производственных процессов при подземной разработке рудных месторождений. М.: "Недра", 1973. - 466 с.

28. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных, и рассыпных месторождений подземным способом.- М.:"Недра", 1977. 223с.

29. Толковый горногеологический словарь/Анистратов Ю. И., Милановский Е. Е., Фельдман Л. Г. М. :Издат. "Русский язык", 1993. -448 с.

30. Выгодский М. Я. Справочник по математики. -М. : АПП "Джангар", 1972.-416 с.

31. Яворский Б. М., Детлаф А. А. Справочник по физике для инженеров. -М.: "Наука", 1974. 944с.

32. Кунин И. К. Выпуск и доставка руды при подземной добычи. М.: "Недра", 1964.

33. Гордон Б. Е. Оценка физического подобия при исследовании механики выпуска руды на моделях. М.: Горный журнал, 1954. -№6.

34. Стоян Ю. Г., Яковлев С. В. Математические модели и оптимизационные методы геометрического проектирования.- Киев.: Наук думка, 1986. 268 с.

35. Дубынин Н. Г. , Щекотихин Б. Н. Динамика процесса выпуска сыпучих тел. "Новое в теории и технологии разработки рудных месторождений". М.: "Недра", 1964.

36. Рейзнер В. Процессы движения в сыпучем материале при истечении из бункеара. Беркбаутехник, том 4,1962.

37. Добровольский Н. Д., Зайцев Г. Г., Быбин Ф. Ф., Шилов П. Г. Новый вариант системы с магазинированием руды при разработке рудных жил в неустойчивых породах. М.:Горный журнал, 1957. - №2

38. Барон Л. И. Кусковатость и методы ее измерения. АН СССР, 1960.

39. Барон Л. И., Семонян Е. А. Люковая погрузка при подземной добыче руд. М.: Металлугиздат, 1951.

40. Яковлев О. А. Влияние коэффициента разрыхления сыпучего материала на его механические свойства и закономерности выпуска. М. :. Горный журнал, 1964. - 34910

41. Трушков Н. И. Разработка рудных месторождений. М.: Металлургиздат, том 2, 1947.

42. Фиалков Б. С., Грузинов В. К. О скорости выхода сыпучих материалов из отверстия и форме зоны разыхления. М.: Горный журнал, 1961. -№2

43. Безух В. Р., Петренсо П. Д., Кудрявцев М. И., Руденко А. И. О фигурах выпуска сыпучих материалов. Сборник научных трудов КГРИ, вып. ХХП1, Госгортехиздат, 1963.

44. Агошков М. И., Мухин М. Е., Назарчик А. Ф., Мамсуров JI. А., Рафиенко Д. И. Системы разработки жильных месторождений. -Госгортехиздат, 1960.

45. Технико-экономический горнорудный справочник.-Киев, 1969.

46. Баранов А. О. Проектирование технологических схем и процессов подземной добычи руд / Справочное пособие. М.: "Недра", 1963.

47. Справочник по горному делу / Под ред. Гребенюка В. А. и др. М.: "Недра", 1983.

48. Кабисов Х.Г. Комбинированная система с магазинированием руды и слоевого обрушения. В кн.: Подземная разработка жильных месторождений, вып. 3, 1983.

49. Назарчик А. Ф., Олейников И. А, Богданов В. И. Разработка жильных месторождений.-М.: Недра ,1977.

50. Куликов В. В. Закономерности истечения сыпучих тел. Научные доклады высшей школы МВО СССР. "Горное дело". М., 1958. - №2

51. Рафиенко Д. И. Анализ системы с магазинированием руды и штанговой крепью, Горный журнал, 1958.- №5.

52. Макаров В. Д. Наиболее производительные варианты системы разработки тонких жил с магазинированием руд, Горный журнал, 1963. №5.

53. Абрамов В.Ф., Рамкулов A.B. Особенности частичного выпуска руды из магазинов тонких жил. М., ГИАБ МГГУ №1 ,2000г.

54. Рамкулов A.B. Исследование закономерностей частичного выпуска руды при использовании системы с магазинированием руды: М., ГИАБ МГГУ, 2001., № 6 депонирована № 462 от 24.05.01