Автореферат: Обоснование параметров этажного торцевого выпуска руды при двухъярусном расположении буродоставочных выработок

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ЭТАЖНОГО ТОРЦЕВОГО ВЫПУСКА РУДЫ ПРИ ДВУХъярусном РАСПОЛОЖЕНИИ БУРОДОСТАВОЧНЫХ ВЫРАБОТОК

Специальность 25.00.21 - «Теоретические основы

проектирования горнотехнических систем»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертация на соискание ученой степени

кандидата технических наук

МУСТАФИН Вадим Игоревич

Москва 2015

Работа выполнена в Федеральном государственном автономном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»»

Защита диссертации состоится 17 июня 2015 г. в 14 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 002.074.02 при Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук по адресу: 111020, г. Москва, Е-20, Крюковский тупик, д.4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПКОН РАН и на сайте www.ipkonran.ru.

Автореферат разослан «___» __________ 2015 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

доктор технических наук И.Ф.Жариков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

руда отбойка выпуск торцевой

Актуальность работы. В настоящее время большинство месторождений богатых руд истощили свои запасы. Несмотря на это мировая потребность в минеральных ресурсах постоянно увеличивается, в связи с чем становится целесообразным вовлечение в разработку руд убогих, с низким содержанием полезных компонентов на новых или действующих рудниках с соответствующим снижением бортового содержания. Таким образом, приоритетное значение имеет реализация технологических решений, обеспечивающих низкую себестоимость добычи руды.

При подземном способе наименьшими затратами на добычу руды отличаются системы с массовым обрушением, позволяющие сокращать трудовые и материальные затраты горнодобывающего предприятия, повышая при этом конкурентоспособность выпускаемого товарного продукта на рынке ресурсов. Помимо низкой себестоимости добычи системы с обрушением обеспечивают высокую концентрацию и производительность горных работ. Недостатком технологий с обрушением является относительно высокий уровень потерь и разубоживания руды, что несколько сужает область их применения.

Современное состояние горных работ на подземных рудниках и многоаспектность проблем, возникающих в процессе добычи, обусловливают развитие теории проектирования в части разработки и совершенствования ресурсосберегающих технологий и их адаптацию к конкретным условиям месторождений. В этом свете система с этажным торцевым выпуском является весьма перспективным технологическим решением.

Недостаточный практический опыт при проектировании и эксплуатации этажного торцевого выпуска на отечественных подземных рудниках влечет за собой высокие потери полезного ископаемого, снижение качества добываемой руды, дополнительные расходы на обогащение, ухудшение экологической обстановки и, как следствие, нерациональное использование недр. В связи с этим обоснование параметров системы с этажным торцевым выпуском, является актуальной научной задачей, решение которой позволит улучшить качественные и количественные показатели извлечения полезного ископаемого и повысить эффективность разработки мощных рудных и нерудных месторождений России.

Цель работы состоит в обосновании конструктивных и технологических параметров системы этажного обрушения, обеспечивающих снижение потерь и разубоживания руды при подземной разработке месторождений полезных ископаемых.

Идея работы заключается в том, что повышение качественных характеристик рудной массы при этажном обрушении с торцевым выпуском достигается при расположении выпускных выработок в два яруса.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. В системах с этажным обрушением снижение объема подготовительно-нарезных работ и повышение устойчивости буровыпускных выработок достигается при двухъярусном их расположении на расстояниях, обеспечивающих наличие контакта между фигурами, развивающимися при торцевом выпуске из верхнего и нижнего ярусов на всю высоту этажа.

2. При принудительном этажном обрушении с торцевым выпуском минимальный уровень разубоживания, достигается при толщине отбиваемого слоя 0,1ч0,12 высоты этажа.

3. Минимальный уровень потерь обеспечивается при условии, что межосевое расстояние L_мо между буровыпускными выработками при их двухъярусном расположении одинаково и не превышает (0,85ч0,9)•(D_н+D_в), где: D_н и D_в - максимальные диаметры формируемых фигур выпуска соответственно из нижнего и верхнего яруса, при этом заглубление кровли выработок нижнего яруса по отношению к верхнему должно составлять (0,63ч0,65)·L_мо, м.

Научная новизна работы заключаются в следующем:

Разработан вариант системы разработки с этажным торцевым выпуском руды, включающий двухъярусное расположение буродоставочных выработок на горизонте выпуска, обеспечивающее снижение объемов подготовительно-нарезных работ и повышение качества добываемой руды.

Выявлены зависимости показателей извлечения от изменения конструктивных параметров системы с двухъярусным этажным торцевым выпуском с учетом гранулометрического состава рудной массы получаемого в результате отбойки.

Обоснованы параметры системы: толщина, ширина и высота отбиваемого слоя, величина заглубления выработок нижнего яруса при двухъярусной конструкции горизонта выпуска.

Установлены коэффициенты пропорциональности между толщиной отбиваемого слоя и высотой этажа, расстоянием между буродоставочными выработками и величиной заглубления с учетом минимизации потерь и разубоживания при последовательном и одновременном выпуске из выработок верхнего и нижнего ярусов.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются: надежностью и представительностью исходных данных, достаточной степенью сходимости результатов физического и компьютерного моделирования и теоретических расчетов по апробированным методикам.

Научное значение работы заключается в установлении зависимостей, определяющих влияние параметров выпуска рудной массы в системе этажного обрушения с двухъярусным торцевым выпуском руды на количественные и качественные показатели извлечения полезного компонента из недр.

Практическое значение работы заключается в совершенствовании конструктивных параметров системы этажного принудительного обрушения с торцевым выпуском руды для наиболее эффективной отработки мощных рудных залежей.

Научные результаты и практические рекомендации, изложенные в диссертации, могут быть рекомендованы при проектировании горнодобывающих предприятий разрабатывающих мощные железорудные месторождения, при разработке кимберлитовых трубок и горнохимического сырья, а также использованы в учебном процессе при подготовке горных инженеров.

Апробация работы. Основное содержание работы и ее отдельные положения докладывались и получили одобрение на научных симпозиумах МГГУ «Неделя горняка» (Москва, 2011-2015 гг.), на научных семинарах кафедры ТПР Горного института НИТУ «МИСИС» (2011-2015 гг.), на заседаниях международной молодежной научной школы «Проблемы освоения недр в ХХI веке глазами молодых» ИПКОН РАН (2011-2015гг.).

Публикации. По результатам выполненной работы опубликовано 9 статей, в том числе 5 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения, содержит 53 рисунка, 27 таблиц, список литературы из 108 наименования.

Автор выражает благодарность научному руководителю - проф., д.т.н. И.Н.Савичу, чл.-корр. РАН, проф., д.т.н. Д.Р.Каплунову, проф., д.т.н. М.В.Рыльниковой, доц., к.т.н. А.А.Павлову, преп., к.т.н. А.А.Девятеню за помощь в работе над диссертацией и консультации, а также м.н.с. В.А.Романову и м.н.с. Д.И.Сухову за помощь в проведении лабораторных исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИТЕ РАБОТЫ

Проведенный анализ опыта освоения запасов мощных месторождений системами с массовым обрушением руды и вмещающих пород в России и странах СНГ показал, что довольно широкое распространение на отечественных и зарубежных горнодобывающих предприятиях получила система этажного принудительного обрушения с донным выпуском руды, долгое время отвечающая динамике развития российской горной промышленности.

В последнее десятилетие повсеместно прослеживается тенденция перехода от морально устаревших систем разработки к более гибким, современным системам с комплексной механизацией и автоматизацией всех основных производственных процессов. Все чаще технологию с этажным принудительным обрушением и донным выпуском заменяют систему подэтажного обрушения с торцевым выпуском, которая хорошо зарекомендовала себя при подземной разработке мощных месторождений. Основанием для этого перехода послужили трудоемкость подготовки горизонта выпуска, сложности с поддержанием горных выработок в связи с усугубляющейся геомеханической обстановкой от ежегодного понижения горных работ и т.п. Однако переход с этажной отбойки на подэтажную связан с увеличением затрат на подготовительно-нарезные работы. Кроме того, в силу ограниченности подэтажа по вертикали формируемая фигура выпуска не всегда развивается в ширину до размеров, соответствующих расстоянию между буродоставочными выработками, установленному по геомеханическим условиям, что ведет к ухудшению показателей извлечения из-за образования гребней невыпущенной рудной массы.

Таким образом, путем развития теоретических основ в части обоснования рациональных конструктивных и технологических параметров при проектировании горнотехнических систем можно добиться повышения эффективности освоения запасов мощных месторождений и на базе этого - расширения области применения этажного торцевого выпуска руды.

Установлению рациональных параметров систем с обрушением и закономерностей истечения сыпучих сред на разных этапах развития теории проектирования горнотехнических систем посвящены труды: М.И.Агошкова, В.Ф.Абрамова, Л.И.Барона, П.М.Вольфсона, В.Р.Глотова, В.А.Горбунова, Н.Г.Дубынина, В.Р.Именитова, Д.Р.Каплунова, Р.П.Каплунова, Е.В.Кузьмина, В.В.Куликова, Г.М.Малахова, С.С.Минаева, Р.Г.Пепелева, И.Н.Савича, З.А.Терпогосова, А.М.Фрейдина, В.Л.Щербакова, В.А.Шестакова и других ученых. В их трудах основное уделено влиянию ряда конструктивных и технологических параметров этих систем разработки на количественные и качественные показатели извлечения руды. В результате были выделены наиболее существенные из них, такие как: толщина и высота отбиваемого слоя; ширина и угол наклона отбиваемых слоев; физико-механические свойства и гранулометрический состав руды и обрушенных пород; организация выпуска руды; геометрические параметры и положение смежных забоев относительно друг друга и др.

В известных работах при этажной выемке рассматриваются проблемы, связанные с традиционными системами при донном выпуске руды, а также торцевом выпуске подэтажами. Говорится о преимуществах торцевого выпуска и перспективах его дальнейшего применения. Кроме того, указывается на перспективность увеличения высоты отбиваемого слоя для сокращения подготовительно-нарезных работ и улучшения показателей извлечения за счет сокращения потерь в рудных гребнях между буродоставочными выработками.

Вопросы обоснования параметров этажного торцевого выпуска руды в литературе практически отсутствуют.

В процессе исследований в этой области знаний сотрудниками института

ВНИИцветмет (Усть-Каменогорск) была разработана методика определения рациональной толщины отбиваемого слоя в процессе физического моделирования на эквивалентных материалах. Попытки компьютерного моделированием выпуска рудной массы, выполненные в соответствии с методикой переноса масс проф. Куликова В.В., были сделаны в Норильском индустриальном институте.

Практическое апробирование выпуска на всю высоту этажа осуществили: в Казахстане на рудниках им. XXII съезда КПСС и Салаирском; на Юкспорском руднике ПО «Апатит»; на Южном участке «Прирезки» рудника Заполярный ГМК «Норильский Никель», где система на опытных участках показала хорошие результаты, однако дальнейшего развития не получила.