Логачёв Е. И., Перетятько Н. В.

Криворожский технический университет, Кривой Рог, Украина

Интенсивность снижения количества выпускаемой руды при её засорении налегающими породами

На ряде горнодобывающих предприятий Криворожского железорудного бассейна, ведущих добычу полезного ископаемого подземным способом на глубинах свыше 1000 м, наметилась негативная тенденция, заключающаяся в снижении качества выпускаемой рудной массы из блоков. Причиной этого неблагоприятного явления могут быть как несоответствие гранулометрического состава обрушенной буровзрывным способом руды, размерам кусков налегающих пород, так и сравнительно малая высота обрушаемого слоя руды при увеличенном расстоянии между центрами выпускных отверстий. В первом случае если налегающие породы имеют меньший диаметр чем руды, возникает процесс фильтрации, который снижает объём извлекаемой чистой руды из выпускного отверстия до начала засорения. Во втором случае диспропорция между высотой обрушенной руды и сеткой расположения выработок приводит к пересечению фигур выпуска и дополнительному боковому засорению руды пустыми породами со стороны смежных выпускных отверстий, что в конечном счёте приводит к уменьшению объёма чистой руды добытой из блока.

Снижение качества рудной массы добытой из очистного блока существенно снижает для ряда шахт вероятность реализации своей продукции, на внутреннем и внешнем рынках, по ценам позволяющим оправданно отрабатывать залежи полезного ископаемого на сверхглубоких горизонтах.

В связи с вышесказанным обоснование технических параметров очистных работ которые позволят увеличить объём чистой руды, добываемой до начала засорения, в системах разработки с массовым обрушением руды и вмещающих пород, является весьма актуальным.

Эффективность управления качеством выпускаемой руды при системах разработки с массовым обрушением в значительной степени зависит от учёта степени изменения содержания железа на различных стадиях процесса выпуска в зависимости от конструктивных особенностей и технологических параметров систем.

К основным элементам систем разработки с обрушением прежде всего относятся: высота подэтажа, расстояние между осями выпускных отверстий и их диаметр [1, 2, 3, 4]. Согласно исследованиям [1] для обособленно действующего выпускного отверстия (рис. 1) извлечение чистой руды до начала засорения определяется как отношение объёма эллипсоида выпуска к объёму параллелепипеда, приходящегося на данное выпускное отверстие, доли ед.

где: h – высота слоя обрушенной руды, м;

l – расстояние между осями выпускных отверстий, м;

r – радиус выпускного отверстия, м;

ε – эксцентриситет эллипсоида выпуска.

Анализируя вышеприведенную зависимость легко заметить, что для увеличения извлечения чистой руды из блока необходимо либо увеличить слой обрушенной руды или уменьшить расстояние между осями выпускных отверстий. В случае постоянной высоты слоя, находящегося выше горизонта воронок, имеет смысл увеличивать отношения и , при этом естественно уменьшая величину l и увеличивая r.

В случае же пересечения областей влияния смежных выпускных отверстий величина извлечения чистой руды до начала засорения определяется из выражения, доли ед.

В данном выражении увеличение величины также приводит к росту объёма добытой чистой руды.

Представляет интерес, установить степень снижения качества добываемой руды в зависимости от изменения для систем разработок используемых при добыче руд в Криворожском железорудном бассейн.

Общеизвестно, что в зависимости от высоты h подэтажа и расстояния l между координатами выпускных выработок, выпуск может протекать обособленно над каждым выпускным отверстием, когда высота обрушенного слоя руды меньше критической высоты и при взаимном пересечении областей влияния выпускных отверстий. Статистическая обработка результатов выпуска руды осуществлялась, прежде всего, для панелей (участков), блоков мощных залежей, имеющих вертикальный контакт с отрабатываемой смежной панелью. При этом высота обрушаемого рудного массива (высота подэтажа) составляла 30–40 м, а расстояние между смежными центрами выпускных отверстий изменялось от 5 до 7 м. Высота обрушенного слоя исследуемых панелей превышала критическую высоту. В таких условиях извлечение чистой руды до начала разубоживания, характер и интенсивность разубоживания зависят от отношения высоты обрушаемого слоя к расстоянию между выпускными отверстиями, кусковатости руды и засоряющих пород.

На рис. 2–4 приведена установленная нами динамика изменения содержания железа в рудной массе в процессе выпуска при соотношении высоты подэтажа к расстоянию между центрами выпускных отверстий соответственно 5–6, 6–7, 7–8 при содержании железа в рудном массиве в засоряющих породах 53–54% и 30–32%.

Анализ полученных результатов показывает, что при выпуске руды до начала засорения происходит колебание содержания железа по сравнению со средним в целом по массиву панели в пределах 0,4–2,4%, это обусловлено наличием в рудном массиве некоторых панелей включений пустых пород и преждевременным началом засорения руды в отдельных дучках в результате неравномерного выпуска руды.

Как свидетельствуют данные рис. 2–4 последний вариант условий выпуска наиболее предпочтительный, так как реализуемый объём чистой руды обеспечит шахте большую прибыль. В техническом плане соблюдение условия 7–8 достигается, при фиксированной высоте подэтажа 30–40 м, формированием расстояния между координатами заложения выпускных выработок в пределах 4–5 м. В случае, если скажем, по условиям устойчивости приёмных выработок днища, расстояние между выпускными выработками принято 6 м, следует высоту подэтажа (высоту обрушаемого слоя руды) увеличить на стадии проектных работ до 40–45 м.

Как известно дополнительным процессом засорения руды является фильтрация налегающих пород сквозь пустоты, образующиеся между кусками обрушенной руды. При высокой кусковатости руды и мелких засоряющих породах мелкие частицы породы при выпуске проникают в зазоры между кусками руды и быстрее их достигают выпускного отверстия, обуславливая преждевременное засорение. Таким образом, чем мельче порода и крупнее руда, тем раньше наступает засорение, а извлечение чистой руды уменьшается. Проникновение пустых пород в руду называют фильтрацией пород, а его интенсивность характеризуют коэффициентом фильтрации (k_ф) [5]. В общем случае величина коэффициента фильтрации определяется из выражения, уд. ед.

где: Q – объём (количество) чистой руды, выпущенный из выпускного отверстия до начала засорения в условиях отсутствия фильтрации;

Q_п – объём (количество) чистой руды, выпущенный из выпускного отверстия до начала засорения при протекании процесса фильтрации.

В свою очередь критерием протекания процесса фильтрации является величина коэффициента k кусковатости (крупности) налегающих пород который, в общем случае равен где d_п и d_р – соответственно средний диаметр кусков налегающих пород и средний диаметр куска руды. В случае k>1 процесс фильтрации исключён, при k<1 — наблюдается фильтрация пород.

Изменяя гранулометрический состав обрушенной руды и налегающих пород в лабораторных условиях была получена эмпирическая зависимость величины k_ф=f(k). Обработка статистических данных позволила получить зависимость величины коэффициента фильтрации

При этом величина корреляционного отношения составляла R=0,92 , что свидетельствует о достойной тесноте связи исследуемых параметров. На рис. 5 представлена зависимость k_ф=f(k).

Воспользовавшись лабораторными данными был установлен характер изменения величины извлечения чистой руды при увеличении расстояния между выпускными отверстиями l и изменением высоты слоя обрушенной руды h при коэффициентах фильтрации 0,95–1,0 (кусковатость засоряющих пород и руды примерно одинакова) и 0,75–0,8 (отношение среднего диаметра куска породы к среднему диаметру куска руды около 0,4) (рис. 6). Сопоставление данных графиков рис. 6 а и б показывает, что изменение коэффициента фильтрации k_ф с 0,95 до 0,80 приводит к уменьшению извлечения руды до начала засорения с 0,49 до 0,43 уд. ед. при отношении и с 0,69 до 0,56 при отношении .

Для рассмотренных условий лабораторных исследований была получена эмпирическая зависимость (R»0,94) величины изменения чистой руды И_ч до начала засорения от определяющих факторов в виде, уд. ед.

Анализируя полученную зависимость видно, что определяющим фактором, влияющим на величину извлечения чистой руды в условиях процесса фильтрации является прежде всего расстояние между смежными центрами выпускных отверстий и коэффициент фильтрации.

Проведённые исследования позволили установить ряд условий, позволяющих повысить эффективность очистных работ. В случае необходимости обеспечения извлечения руды, из блока в системах разработки с обрушением руды и вмещающих пород, в количестве 60–70% от обрушенного объёма руды буровзрывным способом, необходимо чтобы выбранные параметры очистных работ обеспечивали отношение между высотой h обрушенной (расположенной) рудой над выпускными отверстиями и расстоянием l между их центрами в пределах 7–8. Это соотношение достигается либо изменением высоты обрушаемого слоя руды буровзрывным способом в конечной стадии отработки блока на стадии очистных работ, либо выбором рациональной высоты отрабатываемого подэтажа и расстоянием между центрами выпускных выработок на стадии проектных работ.

Обеспечение плановых качественных и количественных показателей добытой руды достигается за счёт создания в верхней части обрушенного массива блока, граничащего с налегающими породами, условий отбойки при которых средний диаметр куска руды будет меньше или равен среднему куску налегающих пустых пород. В этом случае будет выполняться условие при котором процесс фильтрации исключается. Если же процесс фильтрации неизбежен (по технологическим условиям), то количество чистой руды, добытой до начала засорения, будет пропорционально коэффициенту фильтрации и расстоянию между центрами выпускных отверстий и обратно пропорционально высоте обрушенного массива, расположенного над приёмными выработками днища.

Список использованной литературы

1. Малахов Г.М., Безух В.Р., Петренко П.Д. Теория и практика выпуска руды. — М.: Недра, 1968. – 308 с.

2. Дубынин Н.Г. Выпуск руды при подземной разработке. — М.: Недра, 1965. – 367 с.

3. Терпогосов З.А. Основание блоков и механизация выпуска руды. — М.: Недра, 1977. – 182 с.

4. Кунин И.К. Выпуск и доставка руды при подземной добыче. — М.: Недра, 1964. – 198 с.

5. Куликов В.В. Выпуск руды. — М.: Недра, 1980. – 303 с.