Рис.7. Взаимовлияние фигур выпуска при регулировании расстояния между
буродоставочными выработками: а) вариант с одним горизонтом выпуска;
б) двухъярусное расположение выработок
Как видно, традиционный вариант этажного торцевого выпуска руды не позволяет формируемым фигурам выпуска иметь контакт друг с другом, если расстояние между смежными выработками по осям составляет 14 и более метров. Из этого следует, что рудный гребень, образовавшийся между ними, может достигать высоты отбиваемого слоя, что ведет к большим потерям руды. Таким образом, для достижения наибольшей полноты извлечения полезного ископаемого необходимо либо сближать буродоставочные выработки, что зачастую невозможно по геомеханическим соображениям, либо переходить на двухъярусное исполнение.
Исследования показали, что при двухъярусном торцевом выпуске достигаются наилучшие показатели извлечения по сравнению с традиционным вариантом. Обеспечивается снижение уровня потерь на 43ч48%.
При обосновании рационального пространственного расположения буродоставочной выработки нижнего яруса по отношению к выработкам верхнего диапазон изменения величины заглубления составлял 3ч17 м с шагом в 1 м. Межосевое расстояние менялось от 12 до 20 м. При этом величина заглубления не превышала установленного межосевого расстояния с учетом высоты выработки.
Минимальное заглубление определяли с условием, что вредное взаимовлияние выработок друг на друга исключено. При расчете устойчивости потолочины между ярусами учитывали глубину разработки и величину ее нагружения массой обрушенных вышележащих пород.
В результате исследований определено, что величина заглубления выработки нижнего яруса, обеспечивающая минимальный уровень потерь и разубоживания, зависит от межосевого расстояния выработок верхнего яруса с учетом угла истечения руды.
Это позволило сформулировать третье научное положение, которое определяет, что при двухъярусном торцевом выпуске рациональное расстояние между буродоставочными выработками в обоих ярусах одинаково и для обеспечения взаимодействия между ними не должно превышать величину, определяемую из выражения Lмо=(0,85ч0,9)·(Dн+Dв), где: Dн и Dв - максимальные диаметры формируемых фигур выпуска соответственно из нижнего и верхнего яруса - при этом рациональное заглубление кровли выработок нижнего яруса может изменяться в диапазоне hЗ=(0,63ч0,65)•Lмо, м.
Предлагаемый к реализации вариант системы разработки этажного обрушения с торцевым выпуском руды представлен на рис. 8.
Рис. 8. Принципиальная схема системы этажного обрушения с торцевым выпуском при двухъярусном расположении буродоставочных выработок: 1 - рудное тело;
2 - вмещающие обрушенные породы; 3 - отбитая руда; 4 - спиральный съезд;
5 -транспортный штрек; 6 - штрек нижнего яруса;7 - рудоспуск; 8 - транспортный орт; 9 - штреки верхнего яруса; 10 - взрывные скважины; 11 - вентиляционно-ходовой восстающий; 12 - вентиляционный горизонт
Отработку запасов месторождения ведут в нисходящем порядке с отбойкой и выпуском рудной массы на буродоставочные штреки (орты). Подготовительно-нарезные работы начинают с проходки полевых панельных штреков, которые с помощью заездов сбиваются со спиральным съездом, после чего проходят отрезные орты в зоне контакта руды и вмещающих пород. Далее на определенном расстоянии друг от друга производят нарезку блока буродоставочными выработками. Выработки нижнего яруса располагают посередине между смежными выработками вышележащего яруса, а величину их заглубления определяют с учетом представленной зависимости.
Установлено, что при параллельном выпуске в двух ярусах уровень потерь руды может быть снижен на 4ч5% по сравнению с равномерно-последовательным режимом выпуска из каждого яруса по отдельности. Однако в этом случае на 3ч3,5% увеличивается общее разубоживание. Опускание линии контакта руда - налегающие породы протекает с меньшим провисанием.
Экономическое сравнения конкурентоспособных вариантов было произведено по критерию максимизации удельной, приведенной прибыли от разработки участка месторождения с аналогичной горнотехнической и горно-геологической ситуацией.
В качестве конкурирующих вариантов системы разработки рассмотрены:
· этажное принудительное обрушение с торцевым выпуском руды (вариант с одним ярусом выработок);
· этажное принудительное обрушение с торцевым выпуском руды (вариант с двухъярусным расположением буродоставочных выработок).
Проведенные расчеты показали экономию от 50 до 700 руб./т за счет применения предлагаемого к реализации варианта с двухъярусным исполнением.
Это позволило сформулировать результирующее (первое) научное положение, которое утверждает, что 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
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Диссертация является законченной научно-квалификационной работой, в которой изложены основные принципы проектирования системы подземной разработки с этажным обрушением и торцевым выпуском руды при двухъярусном расположении буродоставочных выработок, научно обоснован диапазон регулирования ее пространственно-конструктивных параметров в зависимости от условий разработки и нормативных показателей извлечения для обеспечения высокой экономической эффективности освоения ресурсного потенциала рудных и нерудных месторождений России.
Основные научные и практические результаты работы заключаются в следующем:
1. Определено, что повышение эффективности очистной выемки за счет снижения объема подготовительно-нарезных работ и улучшения качественных характеристик рудной массы в системах с этажным обрушением и торцевым выпуском руды достигаются 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. Установлено, что на отечественных горнодобывающих предприятиях, осуществляющих добычу руды системами с массовым обрушением руд и вмещающих пород, средневзвешенный размер кусков, составляющих рудную массу, в натурных условиях находится в диапазоне 150ч250 мм, что препятствует развитию фигуры выпуска в ширину, приводит к «трубообразованию» и, как следствие раннему разубоживанию с существенным увеличением потерь руды.
3. Обоснованы параметры системы этажного обрушения с торцевым выпуском руды для подземной разработки рудных и нерудных залежей, предусматривающей двухъярусную конструкцию горизонта выпуска, позволяющую увеличивать расстояние между смежными буродоставочными выработками при одновременном снижении уровня конструктивных потерь на 43ч48%.
4. Установлено, что минимальный уровень потерь и разубоживания при средневзвешенном размере куска в рудной массе, изменяющемся в диапазоне 150ч250мм, достигается при условии, что толщина отбиваемого слоя изменяется в зависимости от высоты этажа в диапазоне dт=(0,095ч0,12)·Нэт.
5. Выявлено, что уровень потерь руды зависит от ее пространственного расположения в блоке по высоте отбитого слоя до начала выпуска, условно разделенного на верхнюю, среднюю и нижнюю части. Так, при развитии фигуры выпуска на 2/3 высоты слоя для объемов руды, находившейся в средней его части, уровень потерь на 32ч35% ниже по отношению к нижней, при этом чем крупнее средний размер куска, тем существеннее это снижение. В дальнейшем при выпуске всего отбитого слоя уровень потерь руды из верхней его части (1/3 от общего объема) возрастает на 7,5ч12%, но в этом случае больший уровень потерь руды соответствует большему фракционному составу отбитой рудной массы.
6. Установлено, что рациональный диапазон изменения заглубления hЗ кровли буродоставочных выработок нижнего яруса по отношению к верхнему зависит от расстояния между буродоставочными выработками по осям, определенного в соответствии с геомеханическими условиями разработки и углу истечения отбитой руды, при обеспечении минимального уровня потерь руды, и составляет (0,63ч0,65)·Lмо.
7. При двухъярусном расположении буродоставочных выработок следует применять параллельный режим выпуска одновременно из верхнего и нижего ярусов. Параллельный режим обеспечивает практически горизонтальный контакт руда - налегающие породы по сравнению с равномерно-последовательным выпуском и позволяет снизить уровень потерь руды на 4ч5% при минимальном увеличении общего разубоживания на 3ч3,5%.
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В СЛЕДУЮЩИХ НАУЧНЫХ РАБОТАХ
В изданиях, рекомендованных ВАК России:
1. Савич И.Н., Мустафин В.И. Обоснование параметров этажного торцевого выпуска при разработке мощных рудных залежей // ГИАБ. - 2013. - №06. - С.23-28. - М.: Горная книга;
2. Ищенко В.Л., Павлов А.А., Мустафин В.И. Рациональный режим выпуска руды // Геотехнологии при разработке рудных месторождений, ГИАБ. Отдельные статьи (специальный выпуск). - 2013. - №04. - 28с. - М.: Горная книга;
3. Павлов А.А., Мустафин В.И., Романов В. А., Сухов Д. И. Влияние гранулометрического состава рудной массы на параметры торцевого выпуска при изменяющейся высоте подэтажа // Геотехнологии при разработке рудных месторождений. ГИАБ. Отдельные статьи (специальный выпуск). - 2013. - №04. - 28 с. - М.: Горная книга;
4. Зенько Д.К. Павлов А.А. Мустафин В.И. Обоснование глубины заложения выпускных выработок при разработке наклонных рудных тел системами подэтажного обрушения // Проблемы проектирования технологии подземной и комбинированной разработки рудных месторождений. ГИАБ. Отдельные статьи (специальный выпуск). - 2013. - №05. - С.117-121. - М.: Горная книга;
5. Савич И.Н., Мустафин В.И. Перспективы применения и обоснование проектных решений при этажном и подэтажном торцевом выпуске руды // ГИАБ. - 2015. - ОВ-1. - С.419-429. - М.: Горная книга.
В прочих изданиях:
6. Мустафин В.И. Анализ опыта применения систем с принудительным обрушением руды и вмещающих пород на территории РФ // Научный вестник МГГУ. - 2012. - № 3 (24). - C. 77-84;
7. Мустафин В.И., Смирнов И.А. Анализ применения различных вариантов системы с принудительным обрушением руды и вмещающих пород на примере апатит-нефелиновых месторождений Кольского полуострова // 9 Международная научная школа «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых». - Изд. ИПКОН РАН. - 2012. № 2. - С. 250-255;
8. Сухов Д.И., Романов В.А., Мустафин В.И., Зенько Д.К. Влияние крупнофракционной зоны дробления на параметры фигуры выпуска // Научный вестник МГГУ. - 2013. - № 7 (40). - C. 29-32;
9. Зенько Д.К., Мустафин В.И., Романов В.А., Сухов Д.И., Смирнов И.А. Закономерности движения руды при выпуске под обрушенными породами // 10 Международная научная школа «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых». - Изд. ИПКОН РАН. -2013. № 1. - С. 237-240.