Повышение полноты и качества отработки запасов пологопадающих залежей системами с обрушением руды и налегающих пород на примере рудника «Заполярный»

Успешное развитие горнодобывающих предприятий в условиях рыночной экономики неразрывно связано с решением комплекса задач по максимально эффективному использованию имеющихся в их распоряжении минерально-сырьевых ресурсов. Повышение полноты и качества отработки запасов полезных ископаемых имеет огромное значение, поскольку является одним из главных резервов улучшения показателей экономической эффективности деятельности горных предприятий в целом.

Накопленный опыт эксплуатации подземных рудников и шахт свидетельствует, что особенно остро комплекс задач по обеспечению полноты и качества использования минеральных ресурсов проявляется в том случае, когда предприятием эксплуатируются месторождения полезного ископаемого пологого и наклонного залегания, составляющие значительную часть запасов руд черных и цветных металлов. Отработка таких участков требует применения специальных инженерных решений по подготовке блоков к очистной выемке, отбойке, выпуску и доставке отбитой руды, управлению горным давлением, перемещению людей и оборудования в пределах выемочных единиц и управлению качеством продукции.

При отработке таких месторождений уровень полноты и качества использования запасов определяется эффективностью очистной выемки, которая должна обеспечивать требуемое содержание полезных компонентов в добываемой руде и стабильность их качественного состава.

Одно из возможных решений комплекса указанных научно-практических задач — применение высокопроизводительных и безопасных систем разработки с обрушением. Процесс регулирования параметрами отбойки и режимами выпуска может быть одним из эффективных технологических методов управления качеством отработки запасов руд.

Опыт применения систем разработки с обрушением в сложных горногеологических условиях отработки наклонных залежей свидетельствует о необходимости повышения практического уровня показателей извлечения руды, который все еще остается достаточно низким (потери руды в пределах 15−20%, разубоживание 25−30% и более).

Геотехнологические особенности, отработки наклонных залежей обусловлены значительной изменчивостью мощности рудных тел, углов ^ залегания и качественного состава руд. Отработка таких месторождений требует применения оригинальных инженерных решений по подготовке блоков к очистной выемке, отбойке, выпуску и доставке отбитой руды, управлению горным давлением, перемещению людей и оборудования в пределах выемочных единиц и управлению качеством продукции.

Все вышеизложенное представляет тему актуального исследования, в результате которого предложены научно обоснованные технологические разработки по повышению полноты и качества выемки пологопадающих залежей системами с обрушением руды и налегающих пород, обеспечивающих решение важной прикладной задачи, в частности, на примере представительного рудника «Заполярный». цель исследований состоит в повышении полноты и качества использования недр при разработке пологопадающих рудных залежей системами с обрушением руды и вмещающих пород. идея работы: Компромиссное адаптирование высокой геотехнологии к пониженным потерям и разубоживанию руды. задачи исследования.

1. Исследовать условия образования потерь и разубоживания при отработке пологопадающих залежей системами с обрушением руды и вмещающих пород на примере представительного рудника «Заполярный» и.

Л определить зависимости показателей извлечения от выявленных факторов.

2. Разработать методические рекомендации по определению нормативных показателей извлечения, учитывающие особенности формирования потерь и разубоживания руды на участках рудных тел с наклонными контактами между рудой и вмещающими породами.

3. Определить направления совершенствования существующих вариантов системы с обрушением и разработать новые варианты подготовки блоков, обеспечивающих снижение потерь и разубоживания.

4. Провести апробацию и внедрение разработанных методик по повышению полноты и качества извлечения руды в условиях действующего предприятия.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ включают анализ и обобщение научно-технической информации, аналитические и лабораторные исследования, физическое и математическое моделирование, конструкторские проработки, эксперименты в производственных условиях, технико-экономический анализ.

ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

— Разработке пологопадающих залежей присущи специфические и вполне определенные условия формирования и величины потерь и разубоживания руды, оценка которых служит первоосновой их нормирования и сокращения по отдельности.

— Дифференциация участков месторождений по потенциальной эффективности их отработки позволяет выбрать научно обоснованный вариант геотехнологии с наибольшей полнотой и качеством извлечения запасов.

— При системе разработки с обрушением руды и вмещающих пород наиболее значительное повышение полноты и качества извлечения руды достигается оптимизацией параметров, пространственного положения и типа выпускных выработок днища относительно нижнего геологического контакта руды и подстилающих пород.

ДОСТОВЕРНОСТЬ НАУЧНЫХ ПОЛОЖЕНИЙ, ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ обеспечена обоснованностью принятых исходных предпосылок, решением цикла аналитических задач с последующей проверкой их на моделях и в производственных условиях, достаточно высокой сходимостью результатов прогнозирования с данными экспериментальных исследований.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА.

1. Выявлены факторы и установлено их количественное и качественное влияние на классифицированные источники образования потерь и разубоживания руды при отработке пологопадающих залежей системами с обрушением руды и вмещающих пород.

2. Определены зависимости объемов выпуска чистой и разубоженной руды от угла наклона геологического контакта залежи с налегающими породами.

3. Разработана экономико-математическая модель оптимизации пространственного положения выпускных выработок днища относительно нижнего геологического контакта залежи и предложен новый способ подготовки днища блоков, защищенный патентом на изобретение (№ 2 168 019), позволяющий снизить потери при добыче.

4. Разработан методический подход к дифференциации участков месторождения по потенциальной эффективности их отработки, учитывающий дополнительно оптимизацию потерь и разубоживания руды.

5. Уточнена методика нормирования потерь и разубоживания для условий отработки пологих и наклонных залежей средней мощности системами с обрушением руды и вмещающих пород.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РАБОТЫ состоит в разработке:

— методики автоматизированного расчета объемов плановых потерь и разубоживания при выпуске отбитой руды из одиночного отверстия и блока в целом, учитывающей совокупное влияние углов наклона контактов рудного тела, вертикальной мощности залежи и качество рудной массы на показатели извлечения;

— рациональных режимов истечения руды при изменении формы и размеров рудоприемной части выпускных выработок и установлении зависимостей, определяющих необходимые соотношения извлекаемых объемов рудной массы на различных стадиях процесса;

— новых конструкций днищ очистных блоков, обеспечивающих снижение потерь при выпуске, а также большую производительность и безопасность горнорабочих при проходке выработок днища и при выпуске отбитой руды. личный вклад автора состоит :

— в исследовании условий образования потерь и разубоживания с уточнением их частной классификации для различных вариантов системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород, применяемых на руднике «Заполярный» ;

— в разработке методических рекомендаций по определению потерь и разубоживания при отработке наклонных рудных залежей средней мощности системами с обрушением;

— в проведении экспериментальных исследований на аналитических и физических моделях, а также в промышленных условиях эффективности нового способа подготовки днища блока;

— разработке рекомендаций для конструирования днищ блоков в I зависимости от положения плоскости геологического контакта рудного тела с подстилающими породамиреализация работы. Основные положения диссертационной работы отражены в технологическом регламенте института Норильскпроект при определении прогнозных показателей извлечения для отработки нижних горизонтов поля «Прирезки» и южного участка рудника «Заполярный» .

На основе выполненных исследований разработано и внедрено «Руководство по нормированию и планированию показателей извлечения вкрапленной руды системами с траншейной подготовкой для рудника «Заполярный». Часть XV, по которому определяются нормативы потерь и разубоживания на очередной календарный период. ^ Фактический экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы составил: снижение потерь руды на один процент дает эффект за счет дополнительной прибыли 78 000 у.е./год при годовой производительности 1 300 000 т.

Ожидаемый годовой экономический эффект от внедрения результатов исследования в условиях отработки запасов рудника «Заполярный» составит более 1 млн руб.

Теоретические и практические результаты исследований использовались в учебном процессе на кафедре подземной разработки месторождений полезных ископаемых Государственного университета цветных металлов и золота при подготовке горных инженеров. апробация работы. Основные результаты работы, а также отдельные се положения докладывались и обсуждались на научно-практических конференциях ученых и специалистов ГАЦМиЗ (1983;1995), на научно-технических совещаниях института «Норильскпроект» (1983;1996), на технических совещаниях ГРУ НГМК (1982;1995). Выполненные по диссертации исследования являлись составной частью межотраслевой научно-технической программы «Недра», утвержденной приказом Минцветмета СССР. публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ. Новизна технологических решений защищена патентом Российской Федерации. объем работы — Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения и приложения, изложенных на стр. машинописного текста, в том числе рисунков, таблиц. Список использованной литературы из 81 наименования.

3.5. Выводы.

Геотехнологические особенности, отработки наклонных залежей обусловлены значительной изменчивостью мощности рудных тел, углов залегания и качественного состава руд. Отработка таких месторождений требует применения оригинальных инженерных решений по подготовке блоков к очистной выемке, отбойке, выпуску и доставке отбитой руды, управлению горным давлением, перемещению людей и оборудования в пределах выемочных единиц и управлению качеством продукции.

В результате исследования предложены научно обоснованные технологические разработки по повышению полноты и качества выемки пологопадающих залежей системами с обрушением руды и налегающих пород, обеспечивающих решение важной прикладной задачи, в частности, на примере представительного рудника «Заполярный» :

1. Предложена методика решения сложной научно-практической задачи определения момента принудительного прекращения выпуска отбитой руды из выпускного отверстия с учетом технологических свойств руды и разубоживающей массы, что позволяет более обоснованно определять рациональный уровень потерь и разубоживания по блоку в целом.

2. Определены зависимости, позволяющие аналитическим путем определять объем разубоживания при выпуске.

3. Установлено количественное влияние угла наклона контакта рудного тела с подстилающими породами на потери неотбитой руды в почве залежи при трех различных схемах подготовки блоков и разработаны рекомендации по определению оптимального расположения выпускных выработок в породах почвы.

4. Предложен новый критерий выбора варианта геотехнологии пологих и наклонных залежей на основе дифференциации участков месторождения по их потенциальной эффективности, учитывающей вертикальную мощность рудного тела, угол наклона геологического контакта залежи с вмещающими породами, содержание полезных компонентов, балансовую ценность руды, уровень потерь и разубоживания и затраты на добычу и переработку.

4. Реализация результатов исследования и их экономическая эффективность. 4.1. Методические рекомендации по нормированию потерь и разубоживания.

4.1. Согласно руководящим документам [1,2] за нормативные принимаются такие значения эксплуатационных потерь и разубоживания, которые соответствуют наиболее эффективному варианту отработки в целом рудного тела или его части.

4.2. Ввиду кратковременности отработки отдельных выемочных единиц (менее 3-х лет) величина прибыли оценивается без учета фактора времени.

4.3. Потери неотбитой руды в кровле рудного тела (П*) отдельно не учитывается, т.к. налегающие породы обрушаются вместе с запасами блока.

4.4. Потери неотбитой руды в почве рудного тела (П") зависят от точности установления положения геологического контакта и фактического положения траншей, и определяется на основе статистической обработки опытных данных.

•ч «у.

67] и составляет 0,034 м на 1 м площади днища блока. Ввиду малой величины (/ТЦ) не выделяются и включены в общие потери при выпуске.

4.5. Потери отбитой руды в гребнях на почве траншейного штрека вне зоны влияния выпускных отверстий (я£) зависят от расстояния между отверстиями угла откоса гребней, доли руды, содержащейся в гребне, и коэффициента разрыхления. Потери отбитой руды в гребнях определялись с помощью физического и математического моделирования и численное значение потерь устанавливается по предлагаемой зависимости в пересчете на 1 м² площади днища (Рис. 4.1).

4.6. Потери отбитой руды при выпуске (Я®-) зависят от объема выпущенной руды до момента прекращения выпуска по критерию предельного разубоживания, определяемого согласно рекомендациям, приведенным в разделе 3.1.

4.7. Разубоживание породами с кровли и бортов (В*, В", В*) зависит от высоты отбиваемого слоя руды, параметров эллипсоида выпуска, сыпучих свойств и гранулометрического состава руды и породы и определяется аналогично пункту 4.6.

4.8. Разубоживание породами с почвы (ВЦ) определяется аналогично пункту 4.3.

4.9. Разубоживание подстилающими породами при разделке выпускных траншей (Втп) зависит от конструктивных размеров траншей, возможности селективной выдачи части породы после взрывания скважин и определяется экспериментально.

4.10. Нормативные величины потерь руды и разубоживания вмещающими породами сведены в номограммы (рис. 4.2 — 4.4).

4.11. При отработке участков месторождения с разбивкой на два горизонта выпуска (мощность более 50 м) нормативные величины потерь и разубоживания устанавливаются аналогичным выше приведенному способу. При этом на верхнем подэтаже должно списываться до 30% от общего объема нормативных потерь руды для данного блока.

4.2. Типовой расчет нормативов потерь и разубоживания. При расчете нормативных показателей извлечения учитывается принятая схема очистных работ и характерные для нее источники и места образования потерь и разубоживания руды.

Для удобства пользования определение нормативных показателей производится по номограммам, отражающим зависимость изменения потерь и разубоживания от горно-геологических и технико-экономических параметров. Предварительно необходимо установить значение предельного разубоживания (РПРЕД), соответствующее данным условиям рис. 4.1),(табл.4.1.).

2,5.

2,0 * о я с я сч л ш о 5 ю 01 а> 5 х я * а. а> Ч о и.

1,5 .

1.0.

0,5 -I.

0,5.

1.0.

1.5.

— 2,0.

2,5 о.

А С Я 14.

X л ш о о X л ю ш а> ^ X я X а. а> Ч о и.

Рис. 4.1. Номограмма для определения Рпред.

Доля чистой руды, руды, д.ед. 0,2 0,4 0,6 0,8.

Щ).

Рис. 4.2. Номограмма для определения потерь руды в гребнях и> и>

43 р ы О я тз.

П) 1=1 о й о я к о я о н.

П) тз.

СП тз о X я го р я я «я чз я со сг ин я о я о прдельное разубоживание в дозе, %.

7 6 5 4 потери отбитой руды, м. куб/м.кв разубоживание породой при выпуске, м. куб/м.кв.

Потери отбитой руды на почве траншейного штрека вне зоны влияния выпускных отверстий (Пг0) определяется по номограмме (5.2.) в следующей последовательности: из точки 1 на шкале «угол наклона контакта» восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с кривой, соответствующей нужному значению коэффициента разрыхления.

Дальше из точки пересечения 2 проводим линию, параллельную оси абсцисс, до пересечения с соответствующей линией доли руды в отбитой рудной массе. Из полученной точки 3 восстанавливаем перпендикуляр до результирующей шкалы «потери отбитой руды» на почве траншеи, в метрах кубических на 1 м² площади днища блока, в пересчете на массив.

Для определения потерь отбитой руды и разубоживания при выпуске под обрушенными породами необходимо воспользоваться численным значением предельного разубоживания, полученным по номограмме 1 (рис. 4.1.).

По номограмме (рис. 4.3.) находим на шкале «предельное разубоживание» в точке 1 соответствующее значение. Из точки 1 восстанавливаем перпендикуляр до пересечения с кривой, соответствующей углу наклона контакта. Из полученной точки 2 восстанавливаем вертикальную прямую вверх и вниз до пересечения с кривыми, соответствующими мощности рудного тела в пределах блока. Из точек 3 и 5 восстанавливаем перпендикуляр до результирующих шкал и в точке 4 получаем численное значение потерь отбитой руды в блоке после.

7 л прекращения выпуска в м /м площади блока, а в точке 6 получаем численное значение разубоживания отбитой и выпущенной руды.

3 2 вмещающими породами, в пересчете м на 1 м площади блока.

Далее по формулам определяются потери руды по блоку н-^-,% где — площадь днища блока.

Разубоживание при выпуске определяется по формуле.

Ив’Гп 1> где ^ В — суммарное разубоживание по блоку, м3, т;

4.2. Пример расчета нормативов потерь и разубоживания вкрапленной руды.

Расчет нормативных показателей извлечения выполнен для условий блока № 18 с траншейной подготовкой днища по проекту № 8958, подготовленному техническим отделом рудника «Заполярный» .

Все горно-геологические и горнотехнические параметры заданы проектом. Технико-экономические показатели для нормирования приведены в табл. 4.1.

Заключение

.

Диссертационная работа является законченной научной квалификационной работой в которой изложены научно-обоснованные технические, экономические и технологические решения, внедрение которых позволяет повысить показатели извлечения при отработке пологопадающих и наклонных рудных тел средней и большей мощности системами с обрушением руды и вмещающих пород.

В результате исследования горно-геологических, горнотехнических, экономических и организационных факторов установлено их количественное и качественное влияние на прогнозируемые показатели извлечения при отработке пологопадающих и наклонных залежей средней мощности системами с обрушением руды и вмещающих пород.

Доказано, что увеличение угла наклона геологического контакта с покрывающими породами приводит к уменьшению объема чистой руды, выпускаемой из одиночного отверстия, что приводит к увеличению потерь при выпуске. Определены зависимости, позволяющие аналитическим путем определять объем разубоживания при выпуске.

Установлено количественное влияние угла наклона контакта рудного тела с подстилающими породами на потери неотбитой руды в почве залежи при трех различных схемах подготовки блоков и разработаны рекомендации по определению оптимального расположения выпускных выработок в породах почвы.

Предложен новый подход к определению момента принудительного прекращения выпуска отбитой руды, при котором конечное положение фигуры выпуска определяется с помощью оценки дифференцированного влияния технологических свойств руды и разубоживающих пород на эффективность применяемого варианта технологии.

Опытным путем определено количественное влияние крупности обрушенных налегающих пород на показатели извлечения при выпуске.

Предложен новый критерий выбора варианта системы разработки пологих и наклонных залежей средней мощности на основе дифференциации участков месторождения по их потенциальной эффективности, учитывающей вертикальную мощность рудного тела, угол наклона геологического контакта залежи с вмещающими породами, содержание полезных компонентов, ' балансовую ценность руды, уровень потерь и разубоживания и затраты на добычу и переработку.

Результаты исследований положены в основу внедренного на руднике «Руководства по нормированию и планированию показателей извлечения вкрапленной руды системами разработки с траншейным выпуском для рудника «Заполярный».

Разработан и испытан в промышленных условиях на руднике «Заполярном» новый способ подготовки днища блока, защищенный патентом Российской Федерации (№ 2 168 019), позволяющий уменьшить V. потери полезного ископаемого.

Все вышеизложенное представляет тему актуального исследования, в результате которого предложены научно обоснованные технологические разработки по повышению полноты и качества выемки пологопадающих залежей системами с обрушением руды и налегающих пород, обеспечивающих решение важной прикладной задачи, в частности, на примере представительного рудника «Заполярный» .