*111989*

УДК 622.441

ОБОСНОВАНИЕ РАЦИОНАЛЬНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ДОБЫЧИ МЕРГЕЛЯ ПРИ ПОДГОТОВКЕ ЗАПАСОВ НАГОРНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

(На примере Новороссийского месторождения мергеля)

М.А. Земляной

к.т.н., Южно-Российского государственного

технического университета (НПИ)

Ю.И. Разоренов

д.т.н., профессор, зав. каф. «Горное дело» Южно-Российского государственного технического университета (НПИ)

На примере Новороссийского месторождения мергелей проведено исследование влияния параметров горных выработок на качество добываемого минерального сырья и интенсивность горных работ. В результате представляется возможным повышать интенсивность горных работ на технологически благоприятных участках отработки запасов для производства цемента.

Новороссийское месторождение мергелей представлено крутопадающими телами полезного ископаемого общей мощностью свыше 450 метров с изменяющимся содержанием основных породообразующих элементов (СаСО₃, Аl₂O₃, SiO₂). Крепость пород слагающих массив варьируется от 3 до 8 по проф. М.М. Протодьяконову.

Отработка запасов мергеля находится в тесной взаимосвязи с заданными параметрами цементным заводом по добываемому сырью и колебания состава корректируются минеральными добавками, увеличивая себестоимость цемента. В результате такой взаимосвязи отрабатываются запасы «высоких», «натуралов» и «низких» мергелей в пропорции 4 : 1 соответственно. Мергели условно подразделяются на виды в зависимости от содержания СаСО₃.

Для обоснования рациональных параметров (высота уступа крайнего горизонта, длина штольни) в условиях отработки мергеля по фланговым направлениям при помощи штолен с учетом управления интенсивностью горных работ и пространственным распределением содержания полезных компонентов в мергеле необходимо обосновать высоту уступа и ширину добычного блока с учетом содержания примешиваемых пород.

Так как добычной блок включает в себя несколько горизонтов рабочей зоны карьера, то главным условием при обосновании высоты уступа крайнего нижнего горизонта и длины штольни в примешиваемых породах со стороны висячего бока (рис. 1) является величина примешиваемых пород.

Содержание в исходной горной массе примешиваемых пород μ является главным условием при обосновании длины штольни, включающей ширину добычного блока и высоту уступа крайнего нижнего горизонта, которое принимаем μ ≤ 0,2 по массе добытого минерального сырья.

Рис. 1. Схема к обоснованию высоты уступа крайнего горизонта и длины штольни: где S_п1 и S_п2 – площадь сечения примешиваемого полезного ископаемого по длине штольни соответственно со стороны лежачего и висячего боков при базовом варианте, м²; S’_п1 и S’_п2 - площадь сечения примешиваемых пород по длине штольни соответственно со стороны лежачего и висячего боков при новом варианте, м²; γ – угол падения залежи мергеля, град; α_у – угол откоса рабочего уступа крайнего (нижнего) горизонта, град.; А₂, А₃, А^’₂, А^’₃ – значение длины штольни в примешиваемых породах соответственно со стороны висячего и лежачего боков при базовом и новом варианте, м., А₁ и А^’₁ – первоначальное значение длины штольни при базовом и новом вариантах, М_Д– ширина блока отработки по дну штольни, м; H и H^’ – высота горизонта при базовом и новом варианте, м., М_п – горизонтальная мощность пласта мергеля, м.

Максимальное значение А₂ и А₃ определяется в соответствии с допустимым содержанием примешиваемых пород в комплексе породообразующих элементов добытого сырья. При расчете значения А₃ в условиях отработки запасов по фланговым направлениям показатель μ не оказывает существенного влияния.

А₂ = 2μ · h / ψ_,

.

Показатель качественного изменения добываемого полезного ископаемого для рассматриваемого варианта разработки мергеля при определении параметров технологической схемы добычи представлен зависимостью содержания пустых пород в добываемом полезном ископаемом от высоты крайнего нижнего добычного уступа, ширины добычного блока при базовом и новом вариантах рис. 2. Традиционный вариант принят за базовый.

Проведенный анализ полученных зависимостей выявил логарифмическую и прямолинейные зависимости содержания примешиваемых пустых пород в теле полезного ископаемого от высоты крайнего нижнего уступа при различных вариантах ширины добычного блока при отработке фланговых запасов мергеля. В результате полученных зависимостей представляется возможность управлять качественными показателями добываемого полезного ископаемого посредством изменения параметров технологической схемы добычи мергеля в условиях подготовки запасов штольнями по фланговым направлениям.

Рис.2. Зависимость содержания примешиваемых пород от высоты крайнего нижнего добычного уступа, ширины добычного блока при базовом и новом вариантах при фланговом развитии фронта горных работ.

Отработка запасов в центральном направлении развития горных работ определяет применение группы штолен для подготовки запасов к выемке. Применение штолен вкрест простирания тел полезного ископаемого позволяет производить раздельную выемку мергеля по величине содержания полезных компонентов посредством изменения длины штольни определяя граничные контуры добычного блока в трех направлениях. Границы добычного блока по флангам определяются длиной штольни, а в центральном направлении количеством одновременно находящихся в эксплуатации штолен.

На рисунке 3 представлена схема расположения штольни в крест простирания тел полезного ископаемого, в результате чего появляется возможность обосновать крайние контуры добычного блока и высоту крайнего нижнего добычного уступа.

Рис. 3. Схема к обоснованию высоты уступа крайнего нижнего добычного уступа и длины штольни при отработке запасов в центральном направлении развития горных работ: где S_п1 и S_п2 – площадь сечения примешиваемого полезного ископаемого по длине штольни соответственно со стороны лежачего и висячего боков при базовом варианте, м²; S’_п1 и S’_п2 - площадь сечения примешиваемых пород по длине штольни соответственно со стороны лежачего и висячего боков при новом варианте, м²; γ – угол падения залежи мергеля, град; α_у – угол откоса рабочего уступа крайнего (нижнего) горизонта, град.; А₂, А₃, А^’₂, А^’₃ – значение длины штольни в примешиваемых породах соответственно со стороны висячего и лежачего боков при базовом и новом варианте, м., А₁ и А^’₁ – первоначальное значение длины штольни при базовом и новом вариантах, М_Д– ширина блока отработки по дну штольни, м; H и H^’ – высота горизонта при базовом и новом варианте, м., М_п – горизонтальная мощность пласта мергеля, м.

Отработка запасов мергеля по центральному направлению предполагает проведение вскрывающей штольни и проведение штолен вкрест простирания тел полезного ископаемого для разупрочнения массива горных пород. Группа штолен проводится в границах добычного блока (рис.4).

Параметры штолен, проведенных вкрест простирания тел полезного ископаемого, определяются исходя из контура добычного блока ограниченного длиной штольни и высотой крайнего нижнего добычного уступа.

Рис.4. Схема расположения штолен в добычных блоках с учетом развития горных работ в центральном и фланговых направлениях.

Для определения длины штольни необходимо определить максимальные значения A₂ и А₃ по показателю μ.

А₂ = 2μ · h / ψ₂,

.

Длина штольни определится из следующего выражения.

,

где А₂ и А₃ - значение длины штольни в примешиваемых породах соответственно со стороны висячего и лежачего боков, м.; L_б – длина штольни равная блоку отработки по полезному ископаемому с заданным содержанием полезного компонента, м.

Для обоснования рациональных параметров (высота уступа крайнего нижнего горизонта, длина штольни) в условиях отработки мергеля в центральном направлении при помощи штолен с учетом управления интенсивностью горных работ и пространственным распределением содержания полезных компонентов в мергеле необходимо установить зависимости высоты уступа от содержания примешиваемых пород при различной вариации шириной блока (рис.5).

Содержание в исходной горной массе примешиваемых пород μ является главным условием при обосновании длины штольни и высоты уступа крайнего нижнего горизонта, которое принимаем μ ≤ 0,2 по массе добытого минерального сырья.

Рис.5. Зависимость содержания примешиваемых пород от высоты крайнего нижнего добычного уступа, ширины добычного блока при базовом и новом вариантах в центральном направлении развития фронта горных работ.

Проведенный анализ полученных зависимостей выявил логарифмическую и прямолинейные зависимости содержания примешиваемых пустых пород в теле полезного ископаемого от высоты крайнего нижнего уступа при различных вариантах ширины добычного блока при отработке запасов мергеля в центральном направлении развития горных работ. Оптимальным вариантом высоты добычного уступа крайнего нижнего горизонта являются значения h = 10 ÷ 25 м.

Для обоснования рациональных параметров (высота уступа, ширина заходки) в примешиваемых породах со стороны висячего бока при отработки запасов при помощи традиционного траншейного способа с учетом понижения фронта горных работ и пространственным распределением содержания полезных компонентов в мергеле необходимо обосновать высоту уступа и ширину заходки в забое мергеля от содержания примешиваемых пород.

Содержание в исходной горной массе примешиваемых пород μ является главным условием при обосновании контуров крайних заходок и высоты добычного уступа. Для условий Новороссийских карьеров мергеля принимаем μ ≤ 0,2 по массе добытого минерального сырья (рис. 6).

Рис. 6. Схема к обоснованию высоты уступа и контура крайних заходок.

S_п1 и S_п2 – площадь сечения примешиваемого полезного ископаемого с высоким содержанием примешиваемых пустых пород в крайних заходках при базовом варианте, м²; S_д – площадь сечения добываемых (промышленных) запасов, м²; S’_п1 и S’_п2 - площадь сечения примешиваемых пород в крайних заходках при новом варианте, м²; γ – угол падения залежи мергеля, град; α – угол откоса лежачего бока рабочего уступа, град.; α’ – угол откоса висячего бока рабочего уступа, град.; А₁, А₂, А₅, А₆ – значение ширины заходок примешиваемых соответственно со стороны лежачего и висячего боков. А₃ и А₇ – значение ширины первых заходок при базовом и новом вариантах, М_Д и М_п – ширина блока отработки по дну и верху заходки, м; H и H₁ – высота уступа при базовом и новом варианте, м.

Максимальное значение А₁ и А₂ определяется в соответствии с допустимым содержанием примешиваемых пород в комплексе элементов добытого сырья.

,

А₅ = 2μ · h / ψ₂.

Обоснование рациональных параметров при траншейном (традиционном) способе отработке запасов необходимо производить согласно установленным зависимостям на рис.7.

Рис. 7. Зависимость содержания примешиваемых пород от высоты добычного уступа, угла падения лежачего и висячего боков уступа, ширины добычного блока.

Анализ результатов показал, что величина примешиваемых пород, мощность тела и угол падения определяют выбор рациональной высоты уступа и ширины заходки, обеспечивающих требуемую интенсивность горных работ и качество добываемого мергеля для производства цемента высокого строительного качества.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Каплунов Д.Р., Юков В.А. Геотехнология перехода от открытых к подземным горным работам: Учебное пособие. – Издательство «Горная книга», 2007. – 267 с.: ил.

2. Казикаев Д.М. Комбинированная разработка месторождений: Учебник для вузов. – М.: Издательство Московского государственного горного университета, Издательство «Горная книга», 2008. – 360 с.

3. Гитис Л.Х. Статистическая классификация и кластерный анализ. – М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2003. – 157 с.: ил.

4. Земляной М.А. Обоснование формирования локальных зон концентрации напряжений на основе кластерной модели//Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2010. №4 – с. 27-29.