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

Исходя из вышеизложенного для более детального изучения процесса торцевого выпуска рудной массы при этажной выемке в диссертации были поставлены и решены задачи, связанные с:

· определением степени влияния гранулометрического состава рудной массы на ее сыпучие свойства и показатели извлечения;

· обоснованием диапазона рационального изменения толщины отбиваемого слоя;

· установлением уровня показателей извлечения в зависимости от расстояния между смежными пунктами выпуска;

· обоснованием рациональной величины заглубления выработки нижнего яруса при двухъярусном торцевом выпуске руды;

· обоснованием рационального режима выпуска рудной массы для снижения потерь и разубоживания в процессе добычи;

В качестве основных инструментов, позволяющих решить поставленные задачи, автором выбраны аналитические методы исследования, опытно-экспериментальные исследования на физических и компьютерных моделях, в процессе которых соблюдались общие положения теории моделирования выпуска рудной массы с учетом данных, полученных на рудниках.

Планирование и определение необходимого числа независимых экспериментов осуществлялись по общепринятой методике с допустимым отклонением не более 10%.

Для получения корректных результатов в процессе физического моделирования этажного торцевого выпуска было обеспеченно функциональное (геометрическое, кинематическое и динамическое) подобие модели и натуры. При соблюдении равенства определяющих констант, входящих в их дифференциальные уравнения.

Физическое моделирование осуществлялось с учетом основных характеристик функциональности, указывающих на подобие систем модели и натуры: параметров фигуры выпуска, площади и количества зависаний, высоты выпускного слоя, прогиба и диаметра воронки провала, включая требования к эквивалентному материалу.

Для сверки результатов физического моделирования с аналитическими расчетами предварительно определялись физико-механические свойства эквивалентного материала на вспомогательных лабораторных стендах. С помощью экспериментов установлен коэффициент m=0,49 м^-1, характеризующий его сыпучие свойства и параметры фигуры выпуска при используемой кусковатости материала.

Основная физическая модель, имитирующая этажный торцевой выпуск рудной массы, выполнена в масштабе 1:100 (рис.1). Размеры модели: 73 см х 30 см х 110 см (соответственно длина, ширина, высота). Буродоставочные выработки расположены в два яруса, расстояние по осям между выработками верхнего яруса - 15 см, заглубление нижнего яруса - 20 см. Выбран центрально-фланговый порядок отработки. Выпуск руды равномерно-последовательный.

Рис.1. Общий вид физической модели этажного торцевого выпуска

Результаты физического моделирования этажного торцевого выпуска руды при двухъярусном расположении буродоставочных выработок представлены в табл.1. На рис. 2 приведены графики зависимости выхода рудной массы от потерь и разубоживания.

Таблица 1

Результаты выпуска рудной массы при физическом моделировании

Рис.2. Графики, характеризующие выход рудной массы в зависимости от уровня потерь и разубоживания

Полученные в результате физического моделирования статические данные сопоставляли с данными, полученными на аналогичной компьютерной модели (рис.3). Для этого в программном продукте MINECAD задавались такие же параметры системы, как и при физическом моделировании.

В основу работы программы заложены принципы стохастического моделирования различных технологических процессов горного производства, в том числе выпуска рудной массы, которые обоснованно доказаны рядом ученых: В.В.Куликовым, В.А.Горбуновым, Е.В.Кузьминым, С.М.Чурсиным, Т.А.Гагиевым.

Рис. 3. Компьютерная модель этажного торцевого выпуска

Результаты компьютерного моделирования этажного торцевого выпуска руды при двухъярусном расположении буродоставочных выработок представлены в табл.2. На рис. 4 приведены графики зависимости выхода рудной массы от потерь и разубоживания.

Таблица 2

Результаты выпуска рудной массы при компьютерном моделировании

Рис.4. Графики, характеризующие выход рудной массы в зависимости от уровня потерь и разубоживания (компьютерная модель)

Сопоставление результатов физического и компьютерного моделирования для определения статической связи между полученными случайными величинами показало тесную корреляционную связь. По результатам расчетов линейный коэффициент корреляции r_xy =0,9999.

Таким образом, полученные при различных видах моделирования результаты говорят о практически полной их сходимости, что дает основание в дальнейших исследованиях опираться на компьютерную модель.

При определении гранулометрического состава рудной массы использовался прямой метод измерения по фотоматериалам, предоставленным действующими предприятиями, применяющими системы с массовым принудительным обрушением руды (результаты представлены на рис. 5).

Рис. 5. Гистограмма средневзвешенного грансостава рудной массы на рудниках

Исследования на компьютерной модели проводились в полученном диапазоне гранулометрического состава рудной массы 150ч250 мм.

Для определения рациональной толщины выпускаемого слоя была проведена серия экспериментов на компьютерной модели. Как известно, средний размер куска рудной массы существенно влияет на ее сыпучие свойства и, как следствие, на параметры формируемой фигуры выпуска.

Результаты моделирования представлены в табл. 3.

Таблица 3

Влияние гранулометрического состава на сыпучие свойства рудной массы

Анализ данных, приведенных в таблице, показал, что чем мельче фракционный состав руды, получаемый в результате отбойки, тем больше вытянутость эллипсоида в вертикальном направлении при одной и той же высоте отбиваемого слоя.

В табл. 4 представлены результаты исследований по влиянию изменения толщины отбиваемого слоя на уровень потерь при фиксированном критическом уровне разубоживания руды, равным 25%.

Таблица 4

Показатели извлечения руды при изменении толщины отбиваемого слоя

На рис. 6 представлена зависимость уровня потерь руды от толщины отбиваемого слоя при высоте 60 м.

Установлено, что минимальные потери руды при одинаковом уровне ее разубоживания могут быть достигнуты, если толщина отбиваемых слоев составляет 6 ч7 м.

Анализ проведенных исследований позволяет сделать вывод о том, что толщину отбиваемого слоя не следует определять, базируясь на ранних теоретических посылах, как половину меньшей оси формируемой фигуры выпуска.

Нами установлено, что диапазон изменения толщины отбиваемого слоя по отношению к малому диаметру фигуры выпуска следует определять, используя коэффициент 0,75ч0,88, который в пересчете на высоту этажа составляет 0,1ч0,12.

Рис. 6. Зависимость показателей извлечения от толщины отбиваемых слоев

Это позволило сформулировать второе научное положение, - при этажном торцевом выпуске минимальный уровень потерь и разубоживания достигается при условии, что толщина отбиваемого слоя при изменении средневзвешенного размера куска в диапазоне 150ч250 мм составляет 0,1ч0,12 высоты этажа - d_т=(0,1ч0,12)·Н_эт.

Дальнейшие исследования проводились в части обоснования рационального расстояния между буродоставочными выработками. При этом, как известно, следует учитывать взаимовлияние формируемых в процессе выпуска фигур. Не всегда это взаимодействие возможно, поскольку чаще всего по геомеханическим условиям разработки смежные выпускные выработки приходится разносить на расстояние, превышающее максимальный диаметр фигуры выпуска.

Для определения расстояния между выработками, при котором происходит взаимодействие фигур, рассматривались варианты этажного торцевого выпуска руды с буродоставочными выработками, расположенными сначала в одном, а затем в двух ярусах (рис.7). В результате было установлено, при каком удалении выработок друг от друга отсутствует пересечение фигур выпуска. Расстояние между выработками изменялось в диапазоне 12ч20 м, высота отбиваемого слоя составляла - 80 м, средний размер куска установливался в исследуемом диапазоне, толщина отбиваемого слоя составляла 6,5ч7,5 м.