Файл: Хетагуров, Г. Д. Эффективность систем разработки этажного и подэтажного обрушения.pdf

2) вопросы теории выпуска руды из обрушенных блоков иссле­ дованы далеко недостаточно, чтобы ими руководствоваться в прак­ тических целях. Некоторые из них нуждаются в дополнительном, глубоком изучении и проверке. В частности, форма тел истечения требует обоснования физико-механической ее причинности, а имен­ но: почему образуется та или иная форма тел истечения и какие факторы оказывают на это влияние. По этому вопросу некоторые попытки сделаны Б. С. Фиалковым [20], который считает, что при небольшом возрастании коэффициента внутреннего трения значи­ тельно увеличиваются размеры сводообразующего отверстия. Н. Г. Дубынин [13] провел серию опытов по определению зон по­ тока различных сыпучих тел и пришел к выводу, что кривая, об­ разующая зоны потока, ближе соответствует параболе с вершиной

увыпускного отверстия и напоминает параболоид;

3)недостаточно освещено влияние потерь и разубоживания руды на эффективность системы в условиях полиметаллических руд с учетом обогащения и металлургического передела. По этой проблеме опубликованы некоторые работы для железорудных месторождений [21, 22]. Однако ввиду различия между отпускными ценами и себестоимостью конечного продукта руд цветных метал­ лов аналогичные исследования должны быть проведены и в этом направлении.

Наши исследования, результаты которых приведены в данной работе, были посвящены этим вопросам [23]. При экспериментиро­ вании выпуска руды существенно важным вопросом является воз­ можность и достоверность моделирования. Так как выявление наи­ более важных факторов выпуска руды в промышленных условиях представляет собой исключительно трудную задачу, связанную с большими расходами, то большинство исследователей для опре­ деления основных закономерностей выпуска пользовались моде­ лями различных масштабов с соблюдением геометрического по­ добия.

Чтобы проверить влияние отступления от подобия между объ­ емными силами и напряжениями для натуры и для модели на ре­ зультаты выпуска, в лаборатории НИГРИ были проведены спе­ циальные опыты [25], позволяющие сделать вывод о том, что не­ соблюдение динамического подобия не имеет практического значе­ ния, а также геометрический масштаб моделирования (в изученных пределах 1:10; 1:100) оказывает влияние на механику выпуска только в той мере, в какой он отражается на свободе истечения материала из отверстий.

Руды полиметаллических и других месторождений, где приме­ няются системы этажного принудительного обрушения, весьма крепкие и склонностью к слеживанию не обладают. Поэтому мо­ дели, в основу которых положено соответствие масштабов, вполне пригодны для проведения опытов с данной рудой.

Масштабы моделей, судя по результатам исследований, почти не влияют на показатели выпуска. Следовательно, при выборе

28

масштаба модели следует руководствоваться данными конкретной задачи, которую необходимо решить с помощью данной модели [25]. Наиболее целесообразными по условиям обслуживания следует считать масштабы 1: 50 и 1: 100, обеспечивающие требуемую для практических целей точность и достоверность результатов. При выполнении опытов мы пользовались моделями различных раз­ меров.

В последнее время на практике рудников широкое распростра­ нение получила система этажного обрушения с одностадийной выемкой руды. В некоторых вариантах схема выпуска позволяет совмещать горизонт выпуска и доставку руды. При этом упро­ щается конструкция системы путем полной ликвидации подсечки, воронок и выпускных выработок. Отбитая руда располагается слоем, ограниченным с одной стороны очистным забоем, с боков — стенками соседней панели или же обрушенными породами отра­ ботанных участков. С четвертой стороны она ограничивается об­ рушенными породами кровли. Проведенные исследования показа­ ли, что при выпуске объем чисто выпущенной руды достигает 61% [13]. Высота этажа (подэтажа) колеблется от 10 до 30 м.

Для определения показателей потерь и разубоживания руды нами были проведены специальные исследования для различных вариантов системы этажного и подэтажного обрушения, методику

ирезультаты которых излагаем ниже.

Вопытах перед нами стояли задачи:

1)определить объем чисто выпущенной руды в зависимости оі высоты этажа, диаметра выпускного отверстия и расположения поверхности контакта руды и породы (горизонтальный и наклон­ ный контакт);

2)установить характер изменения потерь и разубоживания руды в зависимости от высоты этажа, диаметра выпускного отвер­

стия, объема выпущенной горной массы и угла наклона поверхно­ сти контакта руды и породы;

3) определить относительную эффективность выпуска с наклон­ ным и горизонтальным контактами руды и породы.

Отметим, что в современной практике добычи руды встречаются условия выпуска, когда поверхность контакта с покрывающими породами сохраняется горизонтальной и наклонной с утлом от 70 до 100°, а также ромбоидальная схема выпуска.

Рассмотрим результаты этих вариантов выпуска.

§ 1. Выпуск руды с горизонтальной поверхностью контакта руды и породы

Опыты по выпуску руды проводились при равномерно-последо­ вательном выпуске, когда поверхность контакта при опускании сохраняет горизонтальное положение.

29

Перед описанием опытов по выпуску руды следует заметить, что до сих пор нет единого мнения о соотношении высоты заполнения блока рудой и породой.

Г. М. Малахов отмечает, что высота слоя пород должна при­ ниматься в два раза больше высоты обрушенной руды [2]. Однако в работе не приводятся доказательства для этого утверждения. Если исходить из признаков системы разработки, то налегающие породы могут обрушаться сразу вместе с обрушением блока, по­ степенно и по мере выпуска руды из блока. Кроме того, такую высоту пустых пород в производственных условиях трудно опре­ делить. Обрушение налегающих пород указанной высоты потре­ бует принудительной их посадки еще до окончания отработки бло­ ка, что связано с дополнительными затратами средств. На практи­ ке чаще имеют место случаи, когда толщина налегающих обру­ шенных пород составляет 25—30% высоты обрушенного блока.

Это имело место при отработке верхних горизонтов рудников Лениногорского, Зыряновского п Алмалыкского комбинатов. При этом потери и разубоживание руды не превышали показателей блоков нижних горизонтов. Известно также, что при значительной высоте блока, когда эллипсоиды выпуска пересекаются, контакт руды с породой некоторое время опускается горизонтально, а за­ тем, начиная с критической высоты обрушенного слоя руды, начи­ нает прогибаться, образуя воронки над каждой выпускной выра­ боткой [27]. Прогиб плоскости контакта руды будет иметь место независимо от высоты слоя породы. При большой высоте налегаю­ щей породы линия прогиба не будет заметна.

Иными словами: независимо от высоты слоя породы при рав­ номерно-последовательном выпуске поверхность контакта, опу­ скаясь, будет сохранять горизонтальное положение, пока не при­ близится к выпускным отверстиям настолько, что взаимное влия­ ние их не будет проявляться. Проникновение пустых пород зави­ сит также от расстояния между выпускными оѵвсрсіиямп и их диаметра. Разубоживание начинается при выпуске руды, коіда поверхность контакта руды и породы достигнет плоскости выпуск­ ного отверстия. Отсюда следует, что не обязательно, чтобы высота слоя породы была равной двукратной высоте слоя обрушенной

РУДЫ.

Н. Г. Дубынин отмечает, что высота, начиная с которой по­ верхность контакта из горизонтальной превращается в волнистую, при неизменных параметрах зон потока, а также при постоянном расстоянии между осями выпускных отверстий и их размере не прямо пропорционально зависит от первоначальной высоты вы­ пускаемого слоя руды над выпускным отверстием. Высота, с кото­ рой каждое отверстие начинает действовать обособленно, зависит от расстояния между осями отверстий и первоначальной высоты слоя обрушенной руды над отверстием [13]. С другой стороны, «вы­ сота опускания поверхности контакта выпускаемого слоя с покры­ вающими породами без существенной деформации не зависит от

30

размеров отверстия, а также от ширимы зоны потока и ширины фи­ гуры выпуска». Относительная величина критической высоты при выпуске слоя руды с переменном высотой практически постоянна и равна 0,75 высоты выпускаемого слоя.

Для исследования влияния основных параметров систем разра­ ботки на результаты выпуска и проверки полученных данных ис­ следований нами были проведены опыты по Еыпуску руды из мо­ дели в масштабе 1: 100. Длина модели была ПО см, высота 80 см и ширина 60 см. Высота слоя руды в модели 42 см, сверху руды насыпали слой породы толщиной 30 см [13]. Опытами была уста­ новлена возможность регулирования положения контакта руды с покрывающими породами путем изменения дозы выпуска.

В. Р. Именитов [28] при выпуске руды из модели с активной высотой блока 50 м толщину слоя налегающих пород принял рав­ ной 50 м. При исследовании порядка выпуска эта величина также была принята равной высоте этажа — 50 м.

Г. М. Малахов [29], освещая закономерность сводообразования, установил, что оно протекает равномерно по мере подсечки блока. При рудах средней устойчивости обрушения кровли подсеченной камеры, по мере выполнения подсечки, начинается не сразу, а спустя некоторое время. Следовательно, обрушение налегающих пород будет происходить не сразу, а постепенно, по мере ослабле­ ния напряжений подсеченных налегающих пустых пород.

Из изложенного следует, что в опытах Н. Г. Дубынпна высота слоя пород составляла 71,5% высоты слоя руды, а по исследова­ ниям В. Р. Именитова это отношение равно единице. В наших опытах первоначальная высота (до досыпки породы после начала выпуска) составляла 71,5%. Следовательно, если бы даже досыпку породы не производили, то для нормального выпуска' руды из блока принятая высота породы была вполне достаточной.

Исходя из основного признака системы этажного принудитель­ ного обрушения, обрушение налегающих пород может происходить в период выпуска руды. Поэтому принимать высоту налегающих пород равной двукратной высоте блока необязательно. Опа может колебаться от 30 до 50—100% и результаты выпуска от этого не изменятся.

Рассмотрим результаты выпуска на геометрически подобной модели, воспроизводившей натуру в масштабе 1: 100. Горизонталь­ ные размеры модели 24X66 см; высота 60 см; размеры воронок 6x6 см; диаметр выпускного отверстия 2 см; число рядов выпуск­ ных воронок в модели И; число воронок в ряду 4; расстояние между ними 6 см.

Нами учитывалось, что при взрывных работах выход руды по крупности колеблется в широких пределах и обусловлен рядом факторов. Одним из главных является соотношение между вели­ чиной линии наименьшего сопротивления (л. н. с.) и диаметром скважин. На практике при диаметре скважин 110 мм величина л. и. с. колеблется от 3 до 3,5 м, а коэффициент сближения зарядов

31