автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Обоснование вариантов и параметров систем разработки медноколчеданных месторождений Урала

о 1 ^ ^

* Российская аяадзыи.ч наук-.

Ордена Ленина Сибирское отдела низ

Институт горного дала

Специализированный совах Д 003.17.01

На правах рукописи ЭШОВ ЮриЗ Владимирович

ОБОСНОВАНИИ ВАРИАНТОВ И ПА РАСТРОВ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ МЗДШОШДАННЫХ МЕСТОРОЩШ УРАЛА

Специальность: 05.I5.0ii - Подззьная разработ лЭ ¡лЭСТОрО^—

дзний полезных ископаемых

Автореферат

диссертации «а соисдзниз ученой степени додтора тахаичес<«их нале

ЙОВОСЯбЯр&(-1992

Работа выполнен^ в Уральском ордена Трудового красного Знамени научно-исследовательслоы и проз^тно*» институте "Унипр! кедь"."

Официальное оппоненты: доктор технических яаул, профессор . Дубинин Николай Григорьевич

доктор технических науи, профессор каплунов Давид Радиояович

доктор техничесйих наук Славиковский Олег Валерьянович

Ведущее предприятие Уральский горный институт

Защита состоится " 24 " 1932 г. в 1(9 часов на

заседании специализированного совете Д 003.17.01 при института горного дела СО РАН (630091, Новосибирск, красный Проспе 54).

С диссертацией ыожно ознакомиться в библиотеке .Института горного дзла СО РАН.

Автореферат разослан "/В " (Л/1992 г.

Учений секретарь , специализированного совета,

доктор технических наук, СЛ^г^

прсфессср ^ / Э.Г.Чайиовсний

ОБЩАЯ ХАРАШРИСТИйА РАБОТЫ

О

с.PY'A'jiдуальность проблемы« Совращенный уровень и перспективное развйтиь народного хозяйства России требует сдорейшей разработки и освоения интенсивных технологий, обеспечивающих повышение эффективности горнодобывающей промышленности, рациональное использование недр и охрану окружающей среда.

Рядом постановлений директивных и планирующих предусматри-зается дальнейшее совершенствование горных работ и развитие сырьевой базы цветной металлургии, в той числе медной промышленности, где сосредоточено 04оло 40 % запасов ьедных руд РФ, или 55 месторождений.

Отличительная особенность медно^олче данных месторождений Урала - пожароопасность, вызывающая необходимость отработки их с профилактическим заиливанием или за^лад^ой. Последнее сопряжено резким сокращением рудной площади горизонтов, длительной ¿онсерваци^й части запасов и снижением интенсивности отработки месторождений. Продолжительность выпуска обрученной руды не должна превышать 18, а в ряде случаев и 6 месяцев. Это предопределяет небольшие размеры очистных блоков со значительными затратами на подготовительно-нарезные работы. Взрывооцаснйсть сульфидной пыли ис^лсчзет применение ВВ на вторичное дробление в течение мены. Низшая производительность труда на проходле выработок (1,5-3 ы3/чел-саену) й выпуске руды (80-180 т/чел-смену) явились основной причиной высокой трудоемкости добычи руды (до 50-60 % от общих затрат на производство металла). В та^их условиях отработка большинства медное олче да иных месторождений (65 %) оказывается нерентабельной. Это имеет негативное значение в ас-пенте развития минерально-сырьевой базы страны и взаимодействия ряда социально-экономических факторов.

3

Интенсификация технологических процессов и снижение трудоемкости систем разработай является важнейшей составной частью научно-технического прогресса подземной разработки мощных покаро-опасных медноколчеданных месторождений. Поэтому создание высокоэффективных вариантов систем разработки на основе новых более совершенных технологий представляет собой комплекс технических -и технологических научно- обоснованных решений, который вносит существенный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области подземной разработки рудных месторождений.

Цедь работы заключается в научно-методическом обосновании эффективных вариантов аястэм разработки и их оптимальных параметров на основе изыскания путай интенсификации технологических процессов, обеспечивающих экономическую эффективность и технологическое совершенство отработки пожароопасных меднололчеданных месторождений Урала.

Основная идея состоит в том, что обоснование вариантов пожароопасных «едноколчедэнных месторождений долено осуществляться путем комплексного подхода к интенсификации технологических процессов с учетом фактора времени.

Основные задачи исследований:

- разработка методических основ обоснования вариантов и параметров систем разработки и создание имитационной модели;

- исследование влияния технологических процессов и параметров систем разработки на интенсивность отработки месторождения;

- исследования взаимодействия между высотой выпускного отверстия, величиной внедрения, интенсивностью выпуска, и величиной возмущающей силы вибропитателя;

- создание рациональной конструкции передвижной оградительной (<рапи;

- разработка эф^лтивных технологий отработди кеднодолче-данных месторовдзний с использованием вибропитателей тяжелого типа и передвикяых оградительных крзпей;

- определение рациональных параметров системы разработки этажного принудительного обрушения с отбойкой руда на закату» среду, представленную обрушенными и проиленными породами;

- исследование влияния конструктивных элементов этажно-камерной системы разрабо^и с торцовым выпуском яа потери руда и изысканна основных направлений интенсификации выпуска и доставил при саыоходаом оборудовании;

- исследование закономерностей проникновения вяжущего раствора снизу вверх в сухую закладку приэтажно-камерной системе разработки;

- вабор эффективных вариантов и оптимальных параметров систем разработки при отработка новых иедноколчеданных месторождений или нижних горизонтов действующих рудников.

Методы исследования включают,научные обобщения, теоретические и экспериментальные исследования в лабораторных и производственных условиях с привлечением методов физического и экономико-математического моделирования изучаемых процессов, широкие промышленные испытания и технико-экономический анализ результатов исследований.

Основные запиваемые положения:

- принципы оценки эффективности вариантов систем разработки, включающие методические основы выбора систем разработки, методики определения показателей как по технологическим процессам, так и по системе разработки в целом, отличающиеся оптими-

ззциэй параметров систем, исходя из применяемого типа оборудования, с учетов щакюра времени выпуске обруаенной руды и ущерба по экологии о^р^яаодей сроды;

- принципы интенсификации отрзбохпи пожароопасных медво-¿олчаданных месторождений, предполагающие повышение производительности на выпуске и доставке за счет принудительного вибровы-.пус^а, пвредвишшх оградительных ¿репей и рационального сочетания ьаиин в ¿оаплелсз логруечад-автоса^оевал;

- раз^льгаты исследований по создании и одэаде новых вариантов систем разработки, основанные на промышленном испытании вибропитателя тяжелого типа, передвикных оградительных зрелей, ¿адпле«<сов са^оходвого оборудования, обеспечивающих возможность формирования васодаинтенсигных технологических схем при подземной разработке иощных пожароопасных медноеолчеданямх месторождений;

- новое направление развития эаологичзеди чистой технологии, заключающееся в использовании для за^ладыи ^вмер порода с проходческих рабог с последующий укреплением ее вякущим раствором методом иньеации снизу вверх.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается результатами анализа большого объзыъ стохастического материала, на основе которого получеаи зависимости, оцененные приемами математической статистики, подтверждающими устойчивую связь, апробацией в проыыаленных условиях, и принятием результатов исследований в основу технической политики по развитии подземных медяоколчедаа-ных рудников Урала; использованием в пра-ктике проектирован® на-учно-ыетодичесдих основ обоснования эффективных вариантов систем разработки и их оптимальных параметров.

Научная новизна:

- дано научное обоснованна совокупности технических и технологических решений по обеспечению интенсивности отработки пожароопасных медноколчеданных месторождений, наиболее полно отвечающих технологическим требования« подготовки, отбойки, выпуска

и доставки руда, значительно повышающих эффективность подземной добычи, при этой установлено, что обоснование вариантов и параметров систем разработки должно вестись с учетом комплексной интенсификации технологических процессов, фактора времени и влияния горногеологических условий;

- установлвна количественная зависимость между высотой выпускного отверстия, активной величиной внедрения, интенсивностью выпуска и величиной возмущающей силы вибропита теля;

- установлена количественная зависимость влияния формы оградительной передвижной крепи на усилия ее передвижения;

- выявлены условия рационального сочетания машин в комплексе погрузчик-автосаыосвал и определено их количество с учетом длины доставки и выхода негабарита;

- впервые ввявлены закономерности проникновения вяжущего раствора в сухую закладку снизу вверх при этаяно^.аыеряой системе разработки, на основе которых розданы условия для структу-, рообразования искусственного закладочного массива;

- разработана имитационная модель для обоснования эффективных вариантов и параметров систем разработки, позволяющая подойти к оптимальному проектированию горных работ и представляющая горное предприятие в виде многообразия взаимодействия технологических процессов и внешней среды.

Личный вклад автора заключается:

- в выборе задач, путей их решения, формулировке и обосновании научных положений;

- в разработке методики обоснования эффективных вариантов систем разработки и их оптимальных параметров;

- в разработке оборудования, методик, постановке лабораторных и натурных экспериментов, непосредственном участии в

\

исследованиях, обработке опытных данных и их обобщении;

- в разработке высокопроизводительного оборудования, создании интенсивных технологий их исвитэвяй и внедрении яри отработке мощных ыедноколчеданных месторождений*

Практическое значение работы. Выполненные исследования позволили осуществить интенсификацию технологических процессов добычи руды путем применения принудительного вибровыпуска руды, передвижных оградительных крепей, отбойки руды на зажатую среду, комплексов погрузчик-автосамосвал.

Разработаны и внедрены следующие прогрессивные технологические решения, обеспечившие повышение производительности труда рабочего по блоку в 1,5-2,3 раза, улучшение условий труда рабочих и показателей извлечения руды из недр;

- система разработки подэтакного обрушения с торцовым принудительным вибровыпуском руда;

- система разработки подэтакного обрушения с использованием передвижных оградительных крепей;

- система разработки этажного принудительного обрушения с отбойкой р^ды на зажатую среду;

- этажно-камерная система разработки с торцовым выпуском руды и применением самоходного оборудования;

- этажно-камерная система разработки с упрочненной закладкой.

Разработаны методики расчета показателей, как по отдельным технологическим процессам, так и по системе разработки в целом для использования при проработке вопросов обоснования технологии и вариантов систем разработки.

Результаты работы реализованы' при выполнении по тематике мцм СССР соответствующих разделов комплексной программы МП-9Г "Создать и освоить высокоэффективную технологию подземной разработки.мощных и средней мощности месторождений на основе самоходного оборудования, конвеВерного транспорта" и использованы при составлении "Норм технологического проектирования рудников цветной металлургии с подземным способом разработки", "Норм технологического проектирования подземного способа разработки месторождений руд цветных металлов с применением самоходного оборудования',' а также на уровне директивных и планирующих органов при определении технической политики в области развития подземных рудников. Рекомендуемая технология и варианты систем разработай внедрены на уральских рудниках и заложены в проекты отработки Гайсаого, Узельгивского, Нозо-Шайтан-ского, Подольского, Сибайского и Учалинского месторождений.

Фактический экономический эффект от использования результатов исследований при внедрении составил 4-781,1 тыс.руб.

Научно-технические разработки:

- разработка и внедрение передвижных оградительных крепей;

- разработка и внедрение варианта этажно-камерной системы с применением самоходного оборудования;

- создание и внедрение комплекса вибрационных машин для торцового выпуска руды

" демонстрировались аа ВДНХ СССР и отмечены золотой, серебряной и бронзовой медалями.

Апробация работа. Основные положения работы и. результаты исследований докладывались и получили одобрение на ученых советах, научно-технических совещаниях,, республиканских и всесоюзных конференциях и совещаниях, в том числе; "Уральской конференции по системам подземной разработки'руд цветных металлах"

(г.Свердловск, 1973, 197?, 1985, 1989 гг.); Всесоюзной научно-техническом совещании "СозериенсгвсваииЗ параметров буровзрывных работ при отбойке руды с использованием гранулированных взрывчатых веществ на рудниках МЦМ СССР (г.Свердловск, 1975 г.); Всесоюзном научно-технической семинаре "Механизация выпуска рудо из блоков на рудниках цветной металлургии" (Москва, 1976 г.); Всесоюзной научно-техническом семинаре "Опыт применения систем с "закладкой выработанного пространства на подземных горных предприятиях цветной металлургии" (Москва*' 1977); Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение эффективности разработки месторождений цветных металлов с применением новых схем подготовки, мощного горвого оборудования и вентиляции (Москва, 1978 г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Рудник будущего при механизированной разработке мощных месторождений креших^руд" (Иоиовсаий горный институт, Москва, 1979 г.); Республиканской научно-технической конференции "САПР" горнодобывающих предприятий" (г.Таюкент, 1984 г.); Всесоюзной научно-, технической конференции "Совершенствование подземной разработки руд черных и цветных металлов" (г.Алма-Ата, 1987 г.); Всесоюзном семинаре Красноярвдого филиала СО АН СССР "Урпавление развитием горных работ при подземной разработке рудных месторождений" (г.Красноярск, Академгородок, 1987 г.); Всесоюзной научно-технической конференции "Теория и практика проектирования, строительства и эксплуатации высокопроизводительных подземных рудников" (Москва, 1990 г.); Всесоюзной конференции "Эффективные технологии, способы и средства, обеспечивающие современные требования к экологии при разработке месторождений полезных ископаемых (Москва, 1990 г.).

Публикация. Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 36 печатных трудах, в т.ч. брошюрах.

Объем и структура работы. Диссертация с.остоит из введения, 7 глав и заключения, изложенных на 340 страницах текста, содвр-аит 71 рисунок» 60 таблиц, список литературы из 154 наименований и 2 приложений.

Автор выражает искреннюю признательность ученым ВДОН РАН и ИГД СО РАН за ценные замечания при выполнении и обсуждении результатов исследований, а. также сотрудникам института "Уяипро-медь", учебных ВУЗов, работникам производства за советы и оказанную при выполнении работы помощь.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОЙ

Обширные крутопадающие и пологопадаощие медноеолчеданные за лежи большой и средней мощности являются основным источником сырья на Урала для получения меди, цинка, золота, серебра, а также играют существенную роль в получении редкоземельных элементов. & ним относятся месторождения Деггярадое, Левихинскоэ, |£а-рабашское, Гайское и др., а также вновь проектируемые для подземной разработки Узельгинское, Ново-Шайтанскоа, Учалинское, Сибайское. Местороядения залегают.на глубине 300-2000 и. Длина 250 м, иногда достигает 1300-2000 м. Мощность изменяется от метров до десятков метров, увеличиваясь до 40-60 м, иногда достигая 250 м.

Все месторождения ложно разделить на три класса: крутопадаюцие средней мощности; крутопадающие мощные;пологие мощные.

Для рассматриваемых месторождений характерна пожароопас-ность, поэтому их отрабатывают системами разработки с'закладкой или профилактическим заиливанием. В.зависимости от структуры руды и ее минералогического .состава выпуск руды из блоков при системах с обрушением на должен превышать 6-12 мес. Это предопределило отработку блоков небольших объемов со значительными затратами. Запасы руда, приходящиеся на одну дучку, при подэтаж-

ном обрушении на .превышают 3-8 тьс.т, при этажном приаудительном обрушении и этакно-камерных системах разработки 20-85 тыс.т. Кроме того, сульфидная пыль является взрывоопасной, что исключило применение ВВ на вторичное дробление в течение сиены и увеличило время выпуска руды.

Проведен анализ работы рудников системами с закладкой и . с обрушением вмещающих пород. При системах разработки с закладкой на Райском руднике' срол заполнения камер твердеющей смесью достигает в среднем 2'мес., продолжительность твердения - о иес. Таким образом, происходит консервация квмер, расположенных как по простиранию, так и по падению до 8 мес. Активная величина рудной площади резко снижается и составляет при трехста-дийной выемке 33, при двухстадийной - 50 Стадийность вызмки камер зависит от управления горным давлением. При трехстадийной выемке каждый этаж делится на секции, в которой расположены три камеры. Добыча руды в нижнем этаже не может быть начата прежде, чем будет отработана хотя бы одна секция верхнего этажа, за исключением участков, не зависящих от очистных работ на верхних этажах и не влияющих на отработку нижних этажей. То же самое ыокно сказать и о системах разработки этажного принудительного и подэтакного обрушения с профилактическим заиливанием.

На Дегтярском руднике при системах разработки с обрушением вмещающих пород и с профилактическим заиливанием s соседних блоках и нижележащих нельзя вести очистную выемку, активная рудная площадь этажа снижается до 50 Бремя на подготовку блока 4 заиловке (установка перемычек, прокладка трубопровода), сам процесс заиливания, дренах и расконсервация изменяется от 8 до 12 мес. Из-за низкой интенсивности горных работ, связанной с необходимостью консервации части месторождения, ряд уральских рудников так и не достиг проектной производительности. Так, иак-

сиыально достигнутая производительность нахты "йапитальная-2" Дегтярского рудоуправления составила 89,4 %, Левихинского - 82,7 % и Карабашского рудников - 68,7 % от проектной.

Единственно реальный путь увеличения интенсивности отработки медноколчеданных месторождений - это повнивние интенсивности отработки камер и блоков.

В семидесятые годы наибольшее распространение получили системы разработки подэтажного обрушения слоевого

обрушения (16,1 /о), подэтаяных штреков (12,8 %), этакного принудительного обрушения (9,7 %), этакно-*(америая с твердеющей закладкой (В,6 %).

Однако применение переносного оборудования обусловилошз-кув производительность труда при проведении горных выработок, отбойке и выпуске, что соответственно' привело к низкой производительности труда забойного рабочего по система разработки (14-17 т/чел-смену при подэтажном обрушении, 20-26 т/чел-смену при камерной выемке и этажном принудительном обрушении), а, следовательно, и низкой интенсивности отработки месторождений.

Трудоемкость добычи руды достигала 50-60 % от общих затрат на производство металла. На горные работы - проведение выработок, отбойку, выпуск и доставку руды - приходится 50-60 % от общих затрат на добычу руда, а с учетом затрат на заклада у 75-85 %. Следовательно, повышение производительности труда на этих процессах мокет резко повысить интенсивность отработки блоков и . мастороздения в целом и оказать существеннее влияние на выбор технологии и варианта системы разработки.

Значительная трудоемкость добычи руды привела к нерентабельной отработке следующих месторождений: Карабашского, Леви-хинского, Вадимо-Александровского, Ломо,вского, йово-Ековского, им. Ш Интернационала, Румешзвского.

В ближайпие годы часть рудников дорабатывайся*, и для восполнения сырьевой базы были намечены реконструкция Гайского подземного и строительство новых рудников: Узельгинского, Подольского, Сибайского (подземный). Учалинского (подземный), Ново-Шайтансного, Юбилейного и др.

Повысить эффективность отработки медноколчеданных месторождений Урала, вывести их в рентабельные, является важной народнохозяйственной проблемой, так как от правильно выбранной применительно к конкретным условиям технологии, системы разработки и . ее оптимальных параметров зависят в значительной степени техник о -эк он омические показатели работы горно-рудного предприятия.

Анализ отработки медноколчеданных месторождений за рубежом показал, что одним из главных направлений для достижения рентабельности предприятий является интенсификация производства ва базе его модернизации.

Вопросу выбора и обоснования систем разработки рудных месторождений посвящены работы:.и.ИДгошкова, Л.И.Барона, П.И.Городецкого, Б.Р.Именитова, Р.П.Каплунова, Г.Н.Попова, В.Н.Семев- . ского, А.А.Сергеева, В.А.Шестакова и других ученых. При обосновании вариантов систем разработки в качестве критерия эффективности в основной использовали коэффициент эффективности, производительность труда, себестоимость, прибыль, приведенные затраты. В условиях хозяйственного расчета работы предприятий ваиболее объективным показателем эффективности производства является показатель прибыли с учетом экономического ущерба от потерь и разубоживания. Получение прибыли - необходимое условие для нормальной деятельности предприятия, создания источников средств на ^развитие и совершенствование производства, материальное стимулирование и т.д. Без прибыли невозможно расширенное воспроизводство. Прибыль является показателем, наиболее полно и всесторонне отражающем ис-

пользование предприятиями всех своих материальных, трудовых и денежных ресурсов. На прибыли сказываются все стороны деятельности предприятий как в сфере производства, тая и в сфере обращения. Поэтому прибыль может быть использована как синтетический стоимостной показатель эффективности производства: экономии затрат и роста объема производства.

Если раньше разработка ыеднодолчеданных месторождений велась в основном в горно-таежных несельскохозяйственных районах, а поверхность не подвергалась рекультивации и экономический ущерб, наносимый народному хозяйству подземными горными работами ае учитывался, те в настоящее время строительство рудгл-¡<ов нзмечено из месторождениях Южного Урала, что сопряжено с отводом плодородных аемзль или связано с, переносом поселнов. Следовательно, при выборе систем разработки долины учитываться затраты по экологии окружающей среда, а также затраты на снос и новое строительство зданий и сооружений.

В качестве критерия эффективности по обоснованию вариантов и параметров систем разработки принят максимум прибыли при минимуме затрат с учетом затрат по экологии окружающей среды.

Для обоснования систем разработки и их оптимальных параметров с учетом вероятностного характера взаимодействуя подсистем и в связи с большим обьеиом вычислений была создана программа на ЭЕИ. Для реализации этой программы были разработаны методики:

- определения затрат и подавателей на подготовительно-нарезных работах, отбойке, выпуске, доставке, транспортировке, вентиляции, закладочным работам, переработке, экологию и в целом по системе разработай;

- расчет потерь и разубоживания руды при этакно-камерной системе и системах с обрушением вмещающих пород.

С использованиеи созданной модели выявлены зависимости влияния отдельных технологических процессов и параметров на интенсивность горных работ при этанно-камерной системе разработки с твердеющей закладкой на Гэлскоы руднике.

■ Расчеты показали: повышение производительности труда на отдельных процессах незначительно увеличивает производительность труда забойного рабочего по системе разработки и прибыль и только при одновременном повышении производительности труда на проходческих работах, отбойке и выпуске резко возрастают производительность труда в целой по системе разработки и прибыль (табл.1).

Таблица I

Изменение производительности труда, т/чел-смену, и прибыли, руб/т, в результате применения самоходного оборудования

Проведение Отбойка Выпуск В целом по" системе при

выработок комплексном изменении

показателей всех процессов

само-пере- само- Производитель- Прибыль ход- нос- ход- ность труда

ное ное ное --------------------------

пере- сэыо- пере- ааио-носное ходное носное ходное

2х2__ 240_120__210_ 23 9 ^ ю г ш 8б

23,9 . 34-,I 23,9 26,7 23,9 28,1

Б числителе - производительность по указанному процессу; в знаменателе - по системе разработки.

Результаты анализа полученных данных свидетельствуют: наибольшее влияние на производительность труда в целом по системе разработки и прибыль оказывает комплексное изменение основных параметров системы.

перено-саыо- пере-сное ход- носное ное

Так, увеличение) высоты блока с 60 до 80 и позволяет повысить производительность труда, в целой по системе разработки в 1,2 раза, а прибыль на 3,8 Увеличение ширины камеры с 15 до 30 м, длины с 30 до 50 м повышает производительность труда по системе разработки в 1,23 и 1,19 раза, прибыль на 4,7 и'ЦТ соответственно. Увеличение одновременно всех параметров приведет к возрастанию производительности труда в 1,62 раза, а прибыли - на 22 %.

Проведены исследования по установлению влияния различных факторов на интенсивность выпуска руды из явыер на Гадском подземном руднике. Установлено, что на производительность блока существенное влияние оказывают его объем, затем расход ВЗ на первичную о.тбойяу, выход негабарита и время отработки блока.

Тэ.!иы образоа, обоснование эффективных вариантов систем разработай и их оптимальных параметров должно вестись на основе изыскания путей повышения интенсивности технологических процессов, с одновременным увеличением параметров отрабатываемых блоков, если позволяют горногеодогмческие условия.

Эффективность систем разработки подэтажного обрушения зависит, главным образом, от затрат нэ подготовку днища и выпуск руды, которые составляют 80 % трудоемкости системы; Характерной особенностью бокового выпуске руды является образование • дница с дучкама и воронками. Большой объем ручного труда в связи с ограниченной механизацией работ и стесненными условиями проходки выработок обуславливают низкую производительность груда забойных рабочих и влекут за собоЛ высокую трудоемкость образования дница, которая достигает Л0-50 трудоемкости системы разработки в целом, что приводит к длительным срокам подготовка блока.

а последние роды в целях сашвит ззгрзт применили конструкцию плоских днищ, что позволило исключить проходку вертикальных иди наклонных дучек. Абсолютная трудоемкость образования такого днища снизилась в 1,2-2,1 раза.

Дальнейшим совераенсгвовавиеи конструкции днищ явилось применение торцового способа выпуска. Если принять трудоемкость образования днища с дучнэми зв 100 %, то трудоемкость образования плоского днища со скреперной установкой составит 70-30 ДЫ11Ц2 с торцовым выпуском - 25 ¡¡Ь.

Выпуск руды из дучек является трудоемкой операцией, затраты которого составляют 30-50 % трудоемкости сиогемы. Значительное снижение трудоемкости вылусаа юхет быть достигнуто за счет уменьшения числа зависаний руды в дучках. Низкая производительность выпуска руды предопределяет большой фронт очистных работ и значительный период существования выработок днищ, что является одной из причин их разрушения. £ условиях Дегвярского, Карабащ-ского, Левихинского рудников на поддержание выработок днища в среднем затрачивается до 15 % от первоначальных затрат на возведение крепи,

Наибольиее число несчастных случаев связано с ликвидацией зависаний руды в дучках. На уральских недноколчеданных рудники количество несчастных случаев при выпуска руды из дучек при системе подэтажного обрусения составляет 41 % от вовго количества случаев, связанных с очистными работами.

В указанных конструкциях днищ руда поступает иа очистного пространства на доставочную или погрузочную выработку под действием силы тяжести, в результате происходит свободное истечение руды. Повлиять на расширение зовы потока скреперные лебедки не в состоянии.

Перспективным направлением повышения интенсивности выпуска является применение вибровыпуска руды. Вибровыпуск обеспечивается

простыми по конструкции вибромехавиамвми, которые не только улучшают истечение руды, но и транспортируют ее из обрувонного пространства, благодаря внедрению вибрационных тайн в обрушенную руду. Таким образом, сочетание торцовой схемы подготовки с вибро-выпуокоы следует считать одниа из перспективных направлений в развитии систем разработки.

Больной вклад г повышение интенсивности выпуска руды внесли Г.М.Малахов, В.В.Куликов,.В.Н.Потураев, З.А.Терпогосов, И.Ф.Гон-чаревич, В.В.Шкврпетин, В.В.Гущин, Г.М.Бабаянц, Н.В.Дроаов, Н.Г.Ду

. V

бынин, А.Я.Тйиков, Б.А.Еесгаков, Н.А.Воронков, В.Н.Власов, Г.Н.Коренев, Ю.И.Кудрявцев, Г .П.Семенов, А.Д.Учитель, Ю.й.Хартович и другие исследователи. Наибольший интерес при отработав ыедаолодче-дэнных месторождении представляет принудительный выпуск, кото- . рый позволяет увеличить высоту выпускного отверстия, параметры фигуры выпуска и, следовательно, параметры выпускаемого слоя. По В.В.Шкарпегину условия принудительного выпуска руды обеспечиваются оптимальным расположвнием питателя относительно слоя отбитой руды, зависящим от коэффициента разрыхления руды и породы, гранулометрического состава, размера погрузочной выработки и параметров вибропитатэля.

Нашими исследованиями также определено, что на принудительный выпуск значительное влияние оказывает величина возмущающей силы вибратора. Исследования проводились на универсальном лабораторном стенде о соблюдением геометрического и ¿¡тематического подобия.

Под принудительным понимается таяо! выпуск, при котором зона потока под действием сив вибрации больше, чем яри свободном истечении. Величина внедрения-зибропятателя измеряется от дивии неподвижной постели, образующейся при свободном истече-

ыии. Активная величина внедрения зибропитэтеля - часть внедренной длины лотка, по которой переиещается руда.

Установлено, что принудительный выпуск руды происходит при определенной величине возмущающей силы вибратора и величине внедрения вибропитвтеля. Исследования показали, что глубину внедрения вибропитателя можно увеличивать до определенного предела. В рассматриваемых условиях при псвыиении внедрения более, чем на 1.;5 м практически не происходит увеличение активной величины внедрения вибропитателя,"а при внедрении до 3 м наблюдается ее снижение .и уменьшение высоты выпускного отверстия. В результате лабораторных -исследований получена зависимость высоты выпускного отверстия от активной величины внедрения вибропитахеля (рис. I)

ъ» V • Sin-tlBD -Cß'+c&ctg-J^-)] ^ (1)

где hd - расстояние от лотка питателя до кровли выработяи;

Ева - антивная величина внедрения вибропитвтеля;

|>' - угол образующей воронки внедрения.

Обширны? экспериментальный материал свидетельствует о том, что для обеспечения принудительного выпуска руды при величине внедрения до 1,5 м вибропитатели типа БПН-2 должны обладать возмущающей силой 15-20 т.

На основании лабораторных исследований выявлено влияние высоты слоя и величины выпускного отверстия на размеры фигуры выпуска, которые определяет параметры отбиваемого слоя руды. Ширина Б и толщина Т слоя могут быть выражены следующими эмпирическими формулами

О 45

т .(0,6ehe -0,I9)-H°'43+J^ - (0,7-1,0)t

Влияние активной величины внедрённой части вибропитателя на высоту выпускного отверстия й зону выпуска

С заг.

Ев. '

&ВА

заглубление вибропитателя; внедрение вибропитателя; адтивная величина внедренной части вибропитателя;

высота выпускного отверстия; угол, образующий воронли внедрения; расстояние от лотка виСропитателя до кровли выработки

Рис.,1

По обоснованию и исходный требованиях института "Унипроаедь" институтом ЩШгормаи разработан тяжелый тип вибропитателя для торцового выпуска руды, в процессе создания которого быдо испытано с участием автора несколько модификаций. Внедрение вибропитателя ВПН-2 и секционного виброконвейера ВКВ-3 проводилось на Дегтярском руднике при системе подэтажного обрушения (рис. 2,а).

В процессе выписка руды изменяли толщину отбываемого слоя и расстояние вибропитателя до обрушенных пород (рис. 2, б). Установлено, что наилучшие показатели извлечения руды (потери 10, разубоживание II %) достигаются при следующих параметрах: высота слоя 20-22 ы, тодщива слоя 6-7 м, ширина 7 м, длина рудного."козырька" 2-2,5 м, внедрение 1,5 ы, расстояние вибропитателя до обрушенных пород 2,5 м, угод наклона слоя 80°.

Применение принудительного вибровыпуска руды позволило повысить интенсивность выпуске руды в 2,2 раза, снизить разубохивание на. 4 % (абс), увеличите высосу блока в 2 раза, снизив затраты не подготовительно-нарезные работы.

Анализ отработки участков медноколчеданных месторождений с больаим горным давлением показвл, что в этих условиях выработки, закрепленные бе ¡тонной или железобетонной крепью разрушались в процессе выпуска руды,, что приводило к необходимости их восстановлении и резкому снижению интенсивности отработки блоков. С целью повышения интенсивности подготовки блоков и их отработки в условиях болыого горного давления предложено отказаться от днища с дучками и воронками, а в выработка выпуска устанавливать передвижные оградительные металлические крепи (рис. 3,а). Для оценки конструктивных элементов передвижной оградительной крепи н параметров системы проведены лабораторные исследования. Установлена . количественная зависимость влияния формы передвижной металлической

а) Конструкция системы подэтзнного обрушения с принудительный выпуском руды вибропитателем

б) Изменение качественных показателей выпускаемой РУДЫ в зависимости от толщины отбиваемого слоя и располокения вибропитагеля

РЛ

г /

г -у

/ V

/ /

/ / / /

/ / /

Ю 20 30 ЬО 50 50 70 да и

1 - выпуск слоя толщиной Т = 3 м, расстояние от вибропитателя до обрушенных пород ¿,= т,5 м,

2 - Т = 6 м; = Гм; з - Т*6 и?^ - 1,5 М;

1.» = 6 м* = 2'5 м» 5 - дозыпуск оставленной

руды над целиком

Рис. 2

крепи на усилив ее передвижения. Наиболее рациональной является трапециодальная форма в'вертикальной и горизонтальной плоскости (рис. 3,6). Усилив перемещения в начальный момент у такой крепи почти в 2 раза ниже, чем у крепи с прямоугольным сечением. При трапециодальной форме в одной плоскости, вертикальной или горизонтальной, усилие увеличивается на 33-40 Рациональным способом передвижения является отталкивание от обрушенных пород.

Выявлен наиболее оптимальный порядок выпуска через окна передвижной.крепи от обрушенля к целику, позволяющий увеличить объем извлечения руды на 10-12

Результаты исследований, экспериментальных работ и конструкторских проработок послужили основой для создания опытных образцов, а затем и опытной партии нового отечественного оборудования для выпуска руды передвижной крепи ОШС-ЗУ.

Крепь представляла собой металлическую арочную конструкцию, собранную из отдельных сварных секций швеллерного типа. Размеры крепи: длина 5,9 м, длина с толкателем 8,2 м, ширина 2,3x2 ы, высота 2,2x2 м. Массе крепи 22,2 т. Для выпуска руды предуомохре-но четыре окна, расположенных попарно с обеих сторон крепи. Агрегат передвижки помещался в хвостовой части крепи. Общее усилие, развиваемое четырьмя гидроцилиндрами достигало 400 т.

Передвижная оградительная крепь прошла промышленные -испытания на Карабаискоы руднике при системе подэтажного обрушения. Руду отбивали слоями высотой 25 ы, шириной 9 м, толщиной 7 м. Для выпуска руды в окне крепи устанавливали вибропобудитеи "Урад-1". В этом случае потери составили 8,2, разубоживание 12,2.£. На основании проведенных замеров нагрузка на крепь от динамического удара, возникающего от взрыва ВВ, составляет 0,81,0 ИПа. Вертикальная статическая нагрузка 0,65 Ша, статическая боковая нагрузка - 0,13 МПа.

а) Конструкция системы подэтажного обрушения с применением на выпуске руды передвижных оградительных крепей

б) Зависимость усилия вытягивания крепи от ее длины и формы под обрушением (по данным моделирования)

25 &

I - длина крепи под обрушением, сы; - усилие вытягивания крепи, КгС; I - постоянное сечение крепи; 2 - сечение ступенчатой формы; 3 - трапециедальное сечйние в вертикальной плоскости; 4 - то же, в горизонтальной плоскости; 5 - то же, в вертикальной и горизонтальной плоскостях

Оградительные передвижные крепи были-применены при отработке участков рудных тел с большим горный давлением на Дегтяр-ском, Левихинском, Н-ЕжОвсвом рудниках. Годовой экономический эффект составил 118 тыс.руб.

Эффективность системы разработки подзтажного обрушения с передвижной оградительной крепью и интенсивность отработки блоков обеспечиваются за счет ликвидации днища с дучками и воронками и' отказа в необходимости усиленного крепления выработок выпуска и доставки.

Разработан вариант этажного принудительного обрушения со сплошной выемкой руды. Одностадийная отработка блоков с отбойкой руды ва зажатую среду значительно увеличивает ковцевтрацвю горных работ, совращает затраты ва поддержание горных выработок, улучшает дробление руды, повышает интенсивность выпуска. Все это' привело к расширению области применения высокопроизводительной системы разработки этажного принудительного обрушения. Отличительной особенностью медноколчеданных месторождений является то, что зажатая среда представлена обрушенными и проиленными породами.

При лабораторных исследованиях определяли наиболее рациональный порядок выпуска и возможную величину потерь и разубожи-вания при отработке блоков 11-19 на Дегхярскоы руднике. При моделировании изменяли последовательность выпуска руды из воронок. В первом и третьем сдое в первую очередь руду выпускали на воронок, граничащих с обрушением, во втором слое - из воровок, граничащих с неохбитой рудой. Лучшие результаты были получены' при выпуске из первого и третьего слоев. В этом случае выпуск уплотненной руды начинали из воровок второго ряда,-граничащих с обрушением и вели до начала разубоживания. Затем приступали к выпуску руды из воровок первого ряда. Так, равномерно-последовательно из обоих рядов воронок продолжали выпуск. В рассма-

триваемых условиях потери и разу.бокивание состарили: в первом слое - 6,2 и 16,7 %, в третьем слое - и 15,6 %.

При выпуске руды из второго слоя, когда в первую очередь руду выпускали из первого ряда воронок, то контакт между рудой и породой прогибался только кад первым рядом отверстий и после, выпуска около 50 % запасов в этих воронках появилась пустая порода. Руда над вторым ряди» воронок не разрыхлялась и ее выпуск производился в неблагоприятных условиях при двух бщовнх контактах с пустой породой. Вследствие интенсивного бокового раз-убоживания, а также отклонения зон вторичного разрыхления в сторону более разрыхленной пустой порода, заполнившей воронку внедрения, часть неразрвхливпейся руды над вторым рядоы зоронси отсекалась и оставалась в очистном пространстве в виде узких "языков". Потери составили 29, разубонивание 19,3

Таким образом, выпуск уплотненной руда слоями с углом наклона 80° и соотношением толщины слоя к его высоте равным 1:3,4 следует начинать из воронок, граничащих с зоной обрушения налегающих пород. В этой случае можно получить.потери в пределах 4-6, а разубояивание - 15 %.

При промышленных испытайиях исследовались параметры буровзрывных работ, рациональное размеры отбиваемого слоя руда, выявлялся характер разрушительного дзйствиа взрыва на выработки, скважины и массив руды, граничащий со слоем, отбиваемым на зажатую срзду. ¡сроке того, устанавливался характер истечения руды из дучэк и анализировались полученные технико-экономические показатели.

Рудный массив е районе блоков 27-29 и П-19 испытывал значительное горное давление, что подтверждалось шумность за-колообразования. Установлены рациональные параметры систем разработки: длина блока - 20-25 м, толщина отбиваемых слоев -

8 м, масса заряда - 8-10 т. При этих параметрах потери - 8,5, разубокивзние - 9,8 Удельный расход на первичную отбойку должен быть на 25-30 % больше, чем при отбойке руда на компенсационные камеры. За счет улучшения качества дробления руды увеличилась производительность скрепериста в 1,42 раза, а интенсивность выпуска из одной воронки возросла в 5,2 раза. При варианте с отбойкой руды на компенсационные камеры происходит снижение производительности труда скрепериста со 120 до 55 тУчел-сиеиу к концу' выпуска из-за большого выхода негабарита. При отбойке же руды на зажатую среду производительность снижается со 160 до 120 т/чел-смену.

За период испытаний добыто 234 тыс.т руды. Фактический экономический эффект от внедрения на Дегтярском и Карабашсяом рудниках составил 91 тыс.руб. в год.

Йрименяемый вариант зтакно-камерной системы разработки с твердеющей закладной и использованием самоходного оборудования на Гайскоы подземном руднике имеет ряд недостатков. Наличие обнажений в местах сопряжений орта с погрузочными заездами, прослойков слабых неустойчивых пород, а также проведение массовых взрывов в камерах способствует образованию вывалов, в связи с . чем сопряжения приходится тщательно крепить бетоном и даже железобетоном. в результате вторичного дробления руДы и ликвидации зависаний с помощью БВ крепь разрушалась и сопряжение погрузочног заезда с очистным пространством достигало достаточного орта, где установить изолирующие перемычки не представлялось возможным и их возводили в породах со стороны висячего и лежачего боков. При отработке смежной камеры заложенный орт приходилось проходить заново по твердеющей закладке. При отработке нижележащих камер рудные днища вышележащих.камер отбивались, вследствие чего происходило дополнительное разубоживание руды твердеющей заклад-

кой. Указанные недостатки этажно-камерной систзыы разработки можно устранить, применив вариант с торцовым выпуском, что позволило упростить конструкцию днища блока.

Одним из важных факторов,определяющих внедрение данной системы разработки, является величина потерь руды на днище камеры. На основании лабораторных исследований величину потерь руды в камере при ширине фронтально-торцового забоя, равного ■ ширине камеры и погашении надортового целика от фланга камеры мокно определить по формуле

32 • Кр • Н к • |_| к >

где Ьк- длина камеры; - высота камеры; Еп - шаг погашения надортового целика; Ьд - высота нижней кромки уступа целика; - величина захода погрузочно-транспортной машины в камеру; &(р- ширина фронтально-торцового забоя. Однако горно-геологические условия не всегда позволяют оформить ширину фронтально-торцового забоя, равной ширине камеры. В этом случае величину потерь руды можно определить

тт 4Нн(&<р-|->гн-е*д°0-1РО#

11 = 4К>.-Вк-Нк ' ^

где Вк - ширина камеры; Кк - средняя высота навала руды на днище по оси камеры.

11 h^l-tq оС(0,5Ы- Ез) Н ~ 2 Выявлены, зависимости изменения величины потерь от высоты нижней точки уступа целика,, длины захода погрузочно-доставоч-ной машины в камеру, шага погашения целика (рис. 4,а). Из графика видно, что с увеличением высоты нижней точки уступа целика и

шага его погашения потери возрастают. При увеличении длины захода погрузочно-доставочной машины в камару потери снижаются. Так, при шаге погаиения целика, равной 2 и, длине захода погру-зочно-доставЬчной машины в камеру на 1,5 м, высоте нижней точки уступа целика 6 ы и ширине фронтально-торцового заооя 15 м, потери составляв! 4,5 что соответствует потерям при площадном выпуске. При увеличении длины захода погрузочно-транспортной машины в камеру до 2^5-3 м, что возможно при применении погруз'оч-но-транспортных машин типа ПД-8 и ПД-12, потери снизятся до 3,5 %

. Промышленные испытания зтажно-каыерной системы разработки с торцовый выпуском провели при отработке вторичной камеры № 182 (рис. 4,6). Бурение рудного пассива осуществляли скважинами диаметром 65 мм по сетке 1,4x2,0 м. Выпуск вели с гор.370 и 380 и. Так как отбойка руды в камере производилась послойно, то происходило обновление сопряжения буродоставочных ортов с очистным пространством, в связи с чем не требовалось дополнительных затрат на поддержание выработок, а перемещение места погрузки устранило нарушения почвы выработки машиной. По окончании отбойки и выпуска основных камерных запасов на нэдортовым целиком оставался навал руды, объем которого составил около 30 % запасов камеры. Окончательный выпуск руды осуществляли постепенным погашением надортового целика. Шаг погашения -2 м. Потери руды - 4,3 Производительность труда на выпуске и доставке 300 т/чел-смену. Экономический эффект при отработке камеры составил 49,2 тыс.руб.

Одним ив факторов, влияющих на интенсивность выпуска .качественное дробление руды. Выполненные исследования позволили предложить методику выбора сетки скважин для- отбойки руды в камерах на уральских мвдноколчеданных месторождениях, основанную на использовании результатов взрыва эталонного заряда ВВ, которая учитывает трещиноватость руды и структурный состав руд, существенно влияющих на качество дробления.

а) Изменение величины потерь руды от высоты нижней точки уступа целика (I), длины забора ковша ПДМ (2) шага погашения целика (3)

^ ¡.о •I *.s

%

S'f

г

5 30

*5

¿

!

/

/ / V

и / ч

1,0

К О

Высота лажней ffrovxu уступа Af

о o,s t,c 1,1 г.с г,! з,о s.s (íj) Dtuxa iaxoda ПШ 6 камеру.»

o,i i,o г.з г.о t,s i¡> J! Шаг погашения целила, и

'(4)

б) Этакно-камерная система разработай с торцовым выпусков руды самоходным оборудованием

зо

Рис. 4

Линию наименьшего сопротивления ложно определить по формуле

т т Дер • 6.3.

\л7г = ___г_, (б)

где ДСР -усредненный дааиетр воронди выброса эталонного заряда; с{£ - диаметр сквакинного заряда; (£ - диаметр шпура с эталонный зарядом. ■ Расстояние ыекду концами савакин определим из уравнении

01 = У СГ>

где р - величина заряда ВВ в сквакине длиной I и;

К - коэффициент заполнения скважины в веере;

С^- удельный расход ВВ при взрыве эталонного заряда. Для улучшения лачзства дробления руды применили встречную отбойку вееров скваьсин. Установлено, что такая отбойка эффективна до расстояния 15-17 м, при которой выход негабарита не превышает 6-8 Впервые при зтакно-камерной системе разработки применена отбойка руды пучками параллельно сближенных скважин,, что позволило снизить выход негабарита до 3-6 %. Повысить интенсивность выпуска и доставки на 33 %.

Доставка погрузочно-доставочньши машинам эффективна на оптимальное расстояние, которое для условий Райского подземного рудника составляет 60-80 и. При доставке руды на расстояния больше оптимальных, рационально использовать комплексы погрузчик-автосамосвал.

Определены условия, при которых в комплексе, погрузчик-автосамосвал целесообразно применение одного, двух или трех авто-самосвалов.

и > -Ц + ±р (I автосаиосвал)

^з ^ tg (2 автосамосвала)

6 £ -кЬр) (3 автосамосвала)

где Ьг.^р - врешя загрузка и рззгруздИ автосамосвала; - время движения автосамосвала.

Производительность труда по системе разработки увеличилась в 2,1 раза по сравнению с переносный оборудованием, интенсивность выпуска достигла 20 тые.т/мес из одного блока. Повышение интенсивности отработкл блоков в 2,5-3 раза позволило увеличить параметры отрабатываемых блоков: высоту с ьО до 80-120 ы, ширину с 15 до 30 м, длину с 30-50 до 50-60 м, в связи с чем объем подготовительно-нарезных работ сократился в 1,3-1,5 раза.

Разработана технология утилизации пород с проходческих работ в закладку с последующим укреплением ее ыетодоы инъекции снизу вверх, которая создает предпосылки для развития экологически чистого горного производства, при котороь исключается создание и поддержание отвалов пустых пород и сникает их воздействие на окружающую среду, что наряду с высокой экономичностью решает ванные социальные проблемы. Лабораторными исследованиями установлено, что укрепление сухой закладки вяжущим растворои методов инъекции при этанно-камерной системе разработки возможно, если точки инъ-ектирования располагать по высоте камеры через 20-25 м, а площадь днища камеры при инжектировании из одной точки не долина 2

превышать 80-90 и , объем подаваемого в камеру раствора долнен быть на 13 % больше объема пустот.

Промышленное испытания проводили на Дегтярском и Га аса он рудниках. Пусютность заложенных пород в ¿аыеры достигала 30-35 Раствор, подаваемый в камеру на Дегтярском. руднике, имел следующее весовое соотношение частей Цемент. (Ц) : Шлак (Ш) : Глина (Г) : Вода (В) = I : 2,2 : 0,5 : 3,3, на Гайском руднике Ц : Ш : В =

I : 5,12 : 7,08. Плотность раствора составляла 1,38 т/м3. Расход материала на I к3 закладки: цемента 35,8 кг, шлака 188 кг, воды 270 кг.

После набора прочности вокрыли камеры на уровне подсечки и бурового горизонта. Выявлено, что прочность закладочного массива изменяется от центра каперы к периферии от I до 2 МПа. -Установлено, что мелкая фракция породы находится в центре, к периферии фракция возрастает, увеличивается пустотяость и количество цемента в меккусковом пространстве. По высоте камеры

о

прочность практически одинаковая. Стоимость I м упрочненной закладки 1,2-1,5 руб, что в 3-4 раза .меньше, чем твердеющей. При отработке рядом лежащих камер увеличения разубоживания не было отмечено.

Экономической оценке и выбору оптимальных , применительно к конкретным у словил^, технологических вариантов систем разработки способствует соответствующим образом построенная и отражающая особенности, эксплуатации данных месторождений классификация систем разработки и условий их применения.

Вследствие пожароопасности ыедно,колчеданных месторождений важным условием их разработки является полнота выемки полезного ископаемого, от которой зависит состояние выработанного про-страисгва. Известно, что при системах, с обрушением руда и вмещающих пород получаются наибольшие потери. В результате могут возникнуть пожарные явления. Системы с закладной позволяют получить их мивимальные значения. Поэтому в качестве признака для разделения1 систем на классы принят единый, отчетливо выраженный признав, особенно важный для конструктивной и технологической характеристики систем, условий их применения - состояние, очистного пространства по окончании разработки.

В связи с этим вез системы разработки разбиты на три класса: системы разработки с открытым выработанным пространством, системы разработки с обрушением вмещающих пород, системы разработки с закладкой« Основанием для выделения группы систем принят признак последовательность выемки месторождения или частей этажа: безэтажная, зтакная, подэтажная, послойная выемка руды. Дифференциация систем разработки внутри групп ведется по признаку способа отбойки, а при дифференциации систем разработки с закладкой добавляется признал - *ип закладки.

В диссертации приведено обоснование вариантов систем разработки и их оптимальных параметров для отработки Подольского и нижних горизонтов Гайского месторождений. На основании изучения горногеологических условий залегания рудных тел уточняется категория пожароопасности и определяются альтернативные варианты систем разработки. На указанных месторождениях возможно применение следующих сибтем разработки: этажно-камерной с твердеющей закладкой, горизонтальными слоями с твердеющей закладкой, этажного принудительного обрушения и подэтажного обрушения.

Анализ результатов расчетов на имитациовной модели выявил, что для условий Подольского месторождения наиболее эффективной является принудительное обрушение с безэтажной выемкой и применением самоходного оборудования (таблица 2). Производительность труда по системе разработки составила 103,12 т/чел-смену. Для условий Гайского месторождения в этаже 9Ю-о70 и - этажно-камерная с твердеющей закладкой и применением самоходного оборудования. Производительность по системе разработки - £2 т/чел-смену.

Таблица 2

Основные параметры и технико-экономические показатели альтернативных систем разработки

—1-------г-------1-----------!--------

Потери, Разубо- Цроизво- Прибыль % яивание.тельность ( + ), труда по ущерб системе ( - ), разра- руб/т ботки, т/чалме ну

Системы разработки

Параметры блока, м

длина ширина

высота высота этажа подэтажа, слоя

Подольское месторождение

I. Принудительное обрушение с безэтажной выемкой 50 15 60 30 8,0 11,7 103,12 24,38

2. Камерная с безэтажной выемкой и твердеющей закладной 50 15 60 30 3,7 10 72,9 20,06

2. Горизоятальные слои сверху вниз 100 6 .60 4 2 6 32,5 19,8

4. Подэтажное обрушение Гейское месторождение 100 10 33 10 9,5 25,2 75,8 18,60

I. Этажно-камернэя с.твердеющей закладкой 50 20 80 40 3 8 82 12,56

г. Этажно-принудительиое обрушение 50 ' 15 60 30 8,3 12,7 78,4 И,9

3. Горизонтальные слои сверху вниз 100 6 80 4 3 4 29,5 11,67

4. Подэтажное обрушение 100 10 80 10 9,8 27,4 51,8 4,7

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

В диссертации осуществлено теоретическое обобщение и научное обоснование новых технических и технологических решений, внедрение которых вносит значительный вклад в ускорение научно-технического прогресса в области подземной разработки мощных пожароопасных ыед-ншолчеданяых месторождений. Разработана новая технология и техника при подземной разработке мощных медноколчеданных месторождений, обеспечивающая в 2,0-2,5 раза рост интенсивности отработки блоков, имеющая большее народно-хозяйственное значение для повышения эффективности горнодобывающих предприятий.

Основные научные результаты, практические выводы и рекомендэ-

I

ции, полученные при выполнении работы, сводятся к следующему:

1. Интенсификация производства на базе его модернизации -одно из основных направлений повышения эффективности подземной разработки медноколчэданных месторождений. Низкая производительность труда на проведении выработок и выпуске руды явились основной причиной высокой трудоемкости добычи, до 50-60 % от общих затрат

на производство металла, что во многом определяет эффективность освоения меднаколчеданиых месторождений.

2. разработана методические основы обоснования вариантов систем разработки и их оптимальных параметров и методики расчета показателей, определяющих сравнительную экономическую эффективность вариантов систем разработки, учитывающие взаимосвязь функционирования отдельных подсистеи (потерь, разубоживания, проведение выработок/ отбойку, выпуск, доставку, закладку, транспорт, переработку), при использовании комплексного подхода к.интенсификации технологических процессов с учетом фактора времени отработки блоков и затрат по экологии.

3. Выявлены зависимости влияния основных технологических процессов (проведения выработок, отбойки, выпуска и доставки) на интенсивность и эффективность горных работ. Установлено, что наибольшее влияние не производительность труда в целом по системе разработки оказывает комплексное повышение эффективности этих процессов. Повышение производительности труда забойного рабочего не проведении горных выработок в три раза, отбойке,- выпуске и доставка в два раза повышает призводительаость труда по системе разработки соответственно на 40; II и II В то же время комплексное повышение производительности труда на всех процессах на эти же величины позволит увеличить производительность труда по системе разработки в два раза.'

Доказано, что интенсивность принудительного вибровыпуска руды определяется высотой выпускного отверстия, которая зависих от активной величины внедрения вибропитателя, последняя определяется величиной возмущающей силы вибратора. Определена количественная связь между высотой выпускного отверстия и активной величиной внедрения вибропитателя, между величиной возмущающей силы вибратора и интенсиваостью выпуска. Бели при свободном истечении высота.выпускного отверстия достигает.лишь 0,7 м, то при принудительном вибровыпуске ока составит 1,5-1,8 м. С увеличением возмущающей силы с 25 до 45 х интенсивность выпуска возрастает с 50 до 300 т/час. Вибролига гели типа ВПН-2 для обеспечения' принудительного выпуска должны обладать величиной возмущающей силы не менее 15-20 т и величиной внедрения не более 1,5 и.

5. Установлена количественная зависимость влияния формы передвижной металлической крепи на усилие ее передвижения. Наиболее; рациональной является трапа ци ода льна я форма в вертикальной и горизонтальной плоскости. Усилив перемещения в начальный момент у такой крепи почти в 2 раза ниже, чем у крепи с прямоугольным, сече-

ниеы• При трапециодальной форме в одной плоскости, вертикальной или горизонтальной усилие увеличивается на 33-40 %. Рациональным способом передвижения является отталкивание от обрушенных пород. Выявлен наиболее оптимальный порядок выпуска через окна передвижной крепи от' обрушения к целику, позволяющий увеличить объем извлечения руды на 10-12 % (относит.).

6. Обосновано, что при отбойке руды на закатую среду, представленную обрушенными и проиленными породами удельный расход ВВ на первичную отбойку должен быть на 25-35 % больше, чем при отбойке руды на компенсационные камеры. Выпуск уплотненной руды следует начинать из воронок, граничащих с зоной обрушения налегающих пород. Более качественное дробление руды позволило увеличить производительность скрепериста в 1,42 раза.

7. Выявлены количественные..зависимости потерь руды от ширины камеры, ширины фронтально-торцового забоя, высоты целика, пага его погашения, длины захода погрузочно-доставочной машины в камеру при этанно-камерной системе разработки с торцовым выпуском. При шаге погашения целика равном 2 м, длине захода погрузочно-доставочной машины в камеру на 1,5 м, высоте нижней точки уступа целика 6 м и ширине фронтально-торцового забоя 15 м, потери составляют 4,5 %, что соответствует потерям при площадном выпуске руды.

8. Установлено,что повышение интенсивности выпуска и доставки при этажно-каыерной системе разработки достигается за счет качественного дробления руды с использованием встречной отбойки вееров скважин и пучков параллельно-сближенных скважин; доставки руды погрузочно-доставочными машинами на оптимальное расстояние,

а при расстоянии выше оптимального -комплексом погрузчик-автосамосвал. Предложено в зависимости от расстояния доставки-и выхода негабарита использовать один, два или три автосамосвала в комплексе. Производительность труда по системе разработки составила

48-56 т/чел-смену, что в 2,1 -2,3 раза выше, чей при переносном оборудовании, а интенсивность выпуска из одного блока достигала 20 тыс. т/месяц. Повышение интенсивности отработки блоков в 2,53 раза позволило увеличить их параметры: высоту .с 60. до 80-120 и, ширину с 15 до 30 м, длину с 30-50 до 50-60 м, в связи с чем объем подготовительно-нарезных работ сократился в 1,3-1,5 раза.

9. Доказано, что укрепление сухой закладки в яку щи м раствором методом ияьекции при этажно-камерной системе разработки возможно, если точки инжектирования располагать по высоте камеры

■ через.20-25 метров, а площадь днища камеры при инжектировании из одной точки не должна превышать 80-90 м2; обаем подаваемого в камеру раствора должен быть на 13 % больше объема пустот. Прочность закладочного массива изменяется от центра камеры к периферии от I до 2 МПа. Стоимость возведения упрочненной заклажи в 3-4 раза меньше, чем твердеющей.

10. Создана и испытана в промышленных условиях новая технология отрабртки медноколчеданных месторождений на основе применения мощных вибропитателей, передвижных оградительных крепей и самоходного оборудования:

- технология выпуска и доставки руды при системе подэтажного обрушения с торцовым принудительным выпуском руды на базе вибропи та те ля ВПН-2 и вброконвейера ВО-3;

- технология выпуска, руды при системе подэтажного обрушения на базе оградительной передвижной крепи ОПК-ЗУ;

- технология выпуска и доставки руды при этажно-камерной сие теме разработки с торцовым выпуском на основе применения комплексов самоходного оборудования*

/

11. Разработана технология утилизации пород с проходческих работ в закладку с последующим укреплением.ее методом инъекции, которая создает предпосылки для развития экологически чистого гор

ного производства, при котором исключается создание и поддержание отвалов пустых пород и резко снижает их воздействие на окружающую среду, что наряду с высокой экономичностью решает важные социальные проблемы и способствует сохранению среды обитания человека.

Результаты исследования по обоснованию вариантов систем разработки и их оптимальных параметров реализованы проектной частью института "Унипромедь" при составлении проектов по разработке Гайского, Узельгинско'го, Подольского, Сибайского и Учалинского месторождений. Промышленные испытания и внедрение нового погрузоч-но-доставочного оборудования осуществлены яа рудниках Урала. Фактический экономический эффект от внедрения новых технологических схем, в том числе на базе экспериментальных, опытных и серийных образцов нового оборудования составил 4,7'млн.руб.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Совершенствование разработки медноколчеданных месторождений Урала системами с массовым обрушением руды. / Б.к.Миняев, 'М.Н.Слепцов, Ю.В.Волков и др. // Горный журнал. - 1968..- № 6. -C.28-3I. .

2. Рациональный способ разработки мощного пожароопасного месторождения / Б.К.Ииняев, М.Н.Слепцов, Ю.В.Волков и др. // Цветная металлургия. - 1968.- ft 8.- С.1-3.

3. Волков Ю.В., Слецов Ы.Н. (С вопросу экономической целесообразности применения систем подэтаяного обрушения с торцовым вибровыпуском. // Сб. науч.тр. ин-та "Унипромедь". - Свердловск, 1969. - Вып. ХП. - C.2I-28.

4. Перспективы применения вибропитателей для торцового выпуска руда./ Мингалев Ю.А., цаширин B.C., Волков Ю.В. и др. Ц

(Солыма - 1968. - № 6. - С.22-24.

41 •

5. Применение торцового вибрационного выпуска руда при системах с.кассовым обрушением / Б.К.Ыиняёв, К.Н.Слепцов, Ю.В.Волков и др. // Горный журнал. - 1970. - № 3. - С.21^24.

6. Волков Ю.В., Со л о до в а.Г. Опыт применения торцового вибровыпуска Ц Цветная металлургия. - 196?. -tel.- С.4-5.

7. Результаты промышленных испытании системы подэтакного обрушения с применением виброкомплекс8 на выпуске руда / Ю.В.Вол ков, Ы.Н.Слепцов, Б.Н.Ыиняев и др. // Сб.науч.тр.ин-та "Унипро-медь" - Свердловск, 1970. - Вып..ХШ. - С.34-38.

8. Совершенствование очистных комплексов для разработки

. рудных месторождений.-/ В.Ф.Булатов, Ю.В.Волков, Ы.Н.Слепцов и др. И Горный нурнал. - 1975. - й I. - С.40-47. -

9. Опыт применения системы разработки с отбойкой РУДЫ на зажатую среду на Дегтярском руднике / Б.й.йиняев, к.Г.Солодов, Ю.В.Волков и др. // Цветная металлургия. - 19о4. - 8. - С.1-5.

10. Особенности системы разработки с массовой отбойкой рудь в зажиые на Дегтярском руднике J й.Г.Солодов, Ю.В.Волков, Л.И.Пз карев и др. JJ Сб.науч.тр.ин-та "Унипромедь" - Свердловск, 19о6. Вып. IX. - С.61-67.

II. Основные направления снижения выхода негабарита при отбойке руды в камерах и его прогнозирование •/ Ю.В.Волков, В.Ф.Бу. латов, И.В.Брезгулевский и др. Ц Горный журнал. - 1976. - № 6. С.36-38.

J2. Волков Ю.В., Брезгулевский И.В., Печин В.Ф. Применение зтажно-камерной системы разработки с твердеющей закладкой на Га: оком руднике Ц Цветная металлургия. - 1979. - ft 8. - C.I8-I9.

13. Совершенствование эгежно-камердой системы разработки с твердеющей закладкой на Гайскоы руднике / Ю.В.Волков, И.В.Бре гулевский, В.Ф.Печин и др. // Горный журнал. - 1980. - № 8. -С .28-29. &

14. Волков Ю.В. Совершенствование систем разработки на ыедноколчеданных рудниках Урала JJ Цветная металлургия. - 1985. -№ 10. - C.I6-J2I.

15. Волков Ю.В. Опыт применения этакно-ааиерной системы разработки. - И.: ЦНИИЭЦй, 1985. - ьЗ с.

1ь. Волков Ю.В. Пожаробезопасная технология отработки ¡¿ел-■н ок о лче данных ыесторождениа Ц Безопасность труда в промышленности-1986. - 11= 2. - С.30-32.

17. Пути повышения эффективности использования самоходной техники-на Гайскоы руднике J А.С.Горьков, Ю.В.Волков, В.С.цуте-нев и др. // Горный журнал. - 1979. - !£ II. - С.4о-47.

18. к определенно расчетных показателей извлечения руды / К.Г.Солодов, Ю.В.Волков, Н.Д.Дикарев и др. // Сб.научн.тр.ин-та "Уяипромедь". - Свердловск, 19ьЬ. - Ввп. IX. - С.71-74.

19. Волков И.В., tfaampo U.U. Определение показателей извлечения руды при системах разработки с обрушением вмещающих пород // Совершенствование технологических процессов разработки месторождений руд цветных металлов и методов их обогащения. Сб.научн.тр. ин-та "Унипроьедь". - Свердловск, 1984. - С.59-62.

20. Волков D.В., Булатов В.Ф., Брезгулевски:"! И.В. Механизация выпуска руды на ь,е дно-колче данных рудниках Урала // Горный журнал. - 1977. - [£ 9. - C.Ü4-27.

¡¿I. Совершенствование систем разработки медноколчэданных месторождений Урала /.Ю.В.Волков, В.Ф.Булатов, И.В.Брззгулзвскил и др. // П.: ЦНШЭЦЛ, IS80. - 50 с.

¿£. Волков D.B., (£аыаев В.Д., Антипин Ю.Г. Подготовка и отработка камер большой высоты на Гайском руднике / Цветная металлургия. - 1987. - К 7. - С.4-8.

¡¿3. Совершенствование этакно-каыерной системы разработки с твердеющей закладкой / Ю.В.Волков, Т.Н.Смирнова, Б.А.Вольхин, и лп. Ц Горный журнал - 1987. --Ii б.- 'С. 18-20.

43

24. Из опыта проектирования и отработки Гайского месторождения / Ю.В.Волков, В.Ф.Булатов, В.Е.Попов и др. // Горный кур-нал. - 1983,. - Ш 10. г С.35-37.

25. Исследование этажно-камерной системы разработки с торцовым выпуском руды / Ю.В.Волков, В.Ф.Булатов, С.М.Аксенов и др.// Эффективность разработки месторождений руд цветных металлов и схем их переработки. Сб.науч.тр.ин-та "Унипромедь". - Свердловск, 1982. - С.86-93.

26. Этанно-камерная система разработки с торцовым выпуском руды / Ю.В.Вслков, И.В.Брезгулевский, С.И.Аксенов и др. // Горный журнал. - 1982. - № 2. г- С.25-28.

27. Волков Ю.В-., ааширо Ю.П.,. Брезгулевский И.В. Исследования по укреплению сухой закладки катодом инъекции // Эффективность разработки месторождений руд цветных металлов и схем их переработки. Сб.науч.тр.ин-та "Унипромедь". - Свердловск, 1982. -С.70-74.

28. Выбор системы разработки и ее рациональных параметров при проектировании горнорудного предприятия / Волков Ю.В., Алек-сеевский И.Г., Пономарев А.И., и др. // Изыскание .эффективных, технологии добычи руды цветных металлов. Сб.науч.тр.ин-та "Унипромедь". - Свердловск, 1985. - С.60-63.

29. Интенсификация добычи руды на Гайском подземном руднике/ С.В.Волков, Г.А.Филюшкин, В.Н.Перейма и др. // Горный журнал, 1989. - № 9. - C.3I-32.

30. Волков Ю.В. Повышение интенсивности и эффективности отработки недноколчеданных месторождений Урала // Повышение эффективности процессов горного производства. Сб.науч.тр.ин-та "Унипромедь". - Свердловск, 1985. - С.60-63.

31. A.c. 385047 СССР МКИ Е 21 19/02. Оградительная крепь для очистной выемки руды / В..Ф.Булатов, В.Ф.Корякин, Ю.В.Волков, и-др.

(СССР) - № 12099о6/2У-3. Заявл. 15.01,68. Опубл. 19.Ю.73. Еюл. К< 25.

32. A.c. 706533 СССР Ы{£И 3 21 С 41/06. Способ разработки полезных ислопаемых / Ю.В.Волков, И.В.Брззгулевский, В.Ф.Булатов (СССР) - Sl; 25635W22-03. Заявл. 03.01.78. Опубл. 30.12.79. Бюл..й 48.

33. A.c. 70534 СССР Н«И Е 21 С 41/06. Способ разработки ионных рудных местороадении / Ю.В.Волков, И.В.Брезгулевский, В.Ф.Булатов и др: (СССР) - fi 2564929-03. Заявл. 05.01.78. Опубл. 30.12.79. Бюл. Ii 48.

34. A.c. 1543082 СССР М*И Е 21 С 41/06. Способ разработки месторождений полезных ископаемых / Ю.В.Волков, В.Г.Антипин, В.ДДаыаев и др. (СССР) - й 4404674/23-03. Заявл. 05.04.88. Опубл. 15.02.90. Бол. № 6.

35. A.c. 1191607 СССР ВД Е 21 Р 15/00. Способ возведения искусственного массива / А.П.Барашкин, В.Х.Бэркович, С.В.Волков и др. (СССР) - №3764122-03. Заявл. 03.07.84. Опубл. 15.II.85. Бюл. 16 42.

36. A.c. 1564369 СССР Ы£й Е 2l I 15/00. Состав твердеющей сыеси / Ю.В.Волков, И.Н.Зайцева, Ю.П.каширо и др. (СССР) -

И» 4455199/23 - 03. Заявл. 05.07.88. Опубл. 15.05.90. Бюл.-№ 18.