автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Выбор и обоснование параметров систем разработки наклоннозалегающих участков жильного месторождения Рутонго (Руанда)

Г Д§суда^тПзенный комитет Российской Федерации по л ' высшему образование

Санкт-Петербургский Госудраственный горный институт

имени Г.В.Плеханова (технический университет)

На правах рукописи

КАШБА Жан Дамасен

ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СИС1ЕГЛ РАЗРАБОТКИ НШ0НН03АЛЕГАЩИХ УЧАСТКОВ ЖИЛЬНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ РУТОНГО (РУАНДА)

Специальность: 05.15.02 - "Подземная разработка

месторождений полезных ископаемых.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург

19У4

Работа пыполнега на кафедре разработки рудных месторождений ' Санкт-Петербургского ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени гошого института им. Г.В.Плеханова (технического университета)

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИШЬ!

доктор технических наук,

профессор Н.З.Галаев

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОЖГИ:

доктор технических наук, ,

профессор В.А.Боровиков

кандидат технических наук,

старший научный сотрудник В.П.Балясов

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Государственное, предприятие институт горной механики и маркшейдерского дела (ВЖШ. Лаборатория горного дав. яения на рудных'месторождениях.

Защита диссертации состоится " 18 " февраля 1С94 г. в 13 час.' 15 ' мин. на заседании специализированного Совета > Д.003.15.01. при Санкт-Петербургском государственном горном институте имени Г.В.Плеханова (техкичесгог' у[';',зерсктете) по адресу: 199026, Санкт-Петербург, 21 линия, дом 2, аудитория 1160

С диссертацией мотшо ознакомиться в библиотеке Санкт-Пе тгрбургского государственного горного института имени Г.В.Плеханова.

Автореферат разослан. 01 1°94 г. '

Ученый секретарь специализированного Совета Д.063.15.01.

д.т.н., профессор . -"7 ' '7 К.Богуславский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. В основных направлениях экономического и социального развития Республики Руанда постановлена задача ускоренного социально-экономического развития страны на базе научно-технического прогресса за счет рационального использования природных богатств (месторождений олова, вольфрама, берилла, золота и др.), продукци" которых обеспечивает около половины поступающей в национальный доход валюты.

Месторождение Рутонго, расположенное в центре Руанды в гористой местности, представлено весьма тонкими и маломощными, пологими и наклоннопадающими жилами, подземная разработка которых ведется системами с откритным очистным пространством. Оно сложено крепкими разновадностями кварцитов, песчаников и сланцев. В пластах кварцитов, являющихся вменяющими породами, имеются жилы оловосодержащих руд. Нилы постираются с севера на юг с углом падения 10-65°. Их мощность изменяется от нескольких сантиметров до 1-2 м. Применяемая камерно-стслбоэал система разработки с расположением камер, по восстания характеризуется низкими технико-экономическими показателями, обусловленными яирочим применением ручного труда и отсутствием оптимизации параметров системы разработки.Бо.чьаая доля ручного труда на всех процессах очистной выемки является причиной высокого уровня травматизма горнорабочих, низкой производительности, (0,5-1,5 м /смечу), значительных потерь руды в блоках (40 - 6Сг7>) и высокого разубоживания руды (около 60 в). Применяемая система не отвечает современным требованиям горного производства.

Исходя из анализа мировой практики разработки тонких и маломочное наклонных жил, в диссертации большое внимание уделяется технологически!.? схемам очистной выемки с использованием малогабаритных электрических самоходных машин (МЭСы) на бурении и доставке руды. При выборе рациональное параметров отборки руды основное внимание обращено на такие показатели, как улучшение дроб-ле"и", применение зтурор малого диаметра, направленный характер отбойки руды от забоя. При совершенствовании способов доставки р^бор оптимальной длины доставки, максимальной ;:рочззодительностм

/

погрузочно-доставочной машины (ЦДМ), основывается на разработке такта конструкций системы разработки при которых параметры согласовываются с горно-геологическими условиями месторождения.

Целью данной работы является выбор и обоснование рациональных параметров камерно-столбовой системы разработки и камерной системы с закладной при отработке весьма тонких и маломощных наклонных жют месторождения Рутонго с применением ЫЭСи!.

Основная вдея заключается в следующем:

На руднике Рутонго, для повышения эффективности отработки весьма тонких и маломощных наклонных жил, следует применять (на базе безлюдной выемки и комплексной механизации процессов очистной выемки) камерно-столбовую систему разработки для действующей глубины и камерную систему с закладкой при увеличении глубины горных работ.

Методы исследований включают анализ и обобщение данных научно-технической литературы и существующих данных о руднике Ру-тонго; применением методой математического моделирования; чис-лешамс методов и методов математической статистики с использованием ЭВМ типа ЕС 1046.

Научные положения, задираемые в работе:

-генеральным функционалом разработанной экономико-математической модели (ЭММ) принята участковая себестоимость На базе отой модели создана программа на языке Фортране 77.

- в условиях рудника Рутонго следует применять камерно-столбовую систему разработки с применением ЬЭСМ для отработки блока длиной 70-100 м; расстояние между рудоспусками 70-100 ы; высотой 20-70 м и высотой подэтажа 11-12 м.

- при переходе на нижние горизонты рекомендуется применять камерную систему разработки с закладкой длиной блока и расстоянием между рудоспсками 100 м; высотой блока и подэтажа соответ-ственнг- 40-100 м и II-I2 м.

- потерн руды в целиках с увеличением глубины разработки

с 300 до 1000 м приводят к повышение себестоимости добычи на I т извлекаемых балансовых запасов в 1,5-2,5 раза. Поэтому, начиняя о глубины 300-400 м следует переходить на систему с закладкой.

Ча.учнап новпопа выполненных исследований заключается в еле-

дущем:

- разработаны экономико-математические модели процессов очистной выемки и подготовительно-нарезных работ для камерной системы разработки весьма тонких и маломощных жил наклонного па-дени" с применением малогабаритного самоходного оборудования;

- впервые установлены эмпирические зависимости для определения параметров системы разработки весьма тонких к маломощных жил наклонного падения при применении МЭСМ и беэлядноЯ технологии работ в очистном пространстве; технико_экономическими

- впервые установлены связи меэду>"показателями и параметрами системы разработки при применении !'ЭСЛ;

- определена область целесообразности применения валовой и раздельной выемки;

- разработаны программы на ЭВМ и методика оптимизации технологических процессов камерно-столбовой системы и камерной системы разработки с закладкой.

Практическая ценность работы и научные результата состоят в разработке новой технологии отработки тонк'/х и маломощных жил наклонного падения месторовдения Рутонго; в обоснованности и определении области перехода от камерно-столбовой системы к системе разработки с закладкой и их оптимальных параметров в горнл-геолпгических, условиях месторождения Рутонго.

Обоснованность и доставеопость научшпе положений, еыводоз и рекомендаций подтверждается удовлетворительной сходимостью результатов реализации якономико-матеМатической модели с практическими данными по подземным рудникам в зарубежных странах; достоверностью исходите информация.

Реализация выводов и рекомендаций: рекомендации по результатам исследования были высланы в министерство высшего образования, технологии и культуры Республики Руанды (письмо - факс от 15.08.1993 - обоснование и проблематика исследований по теме диссертации).

Апробация работы: диссертационная работа и отдельные полоде-ния рассматривались и обсуждались на кафедре разработ п и рудных месторождений Санкт-Петербургского горного института; на международном симпозиуме по прикладной геологии и горного производства

(Санкт-Петербург 1-5 июня 1993 г.).

Публикация: основные результаты исследований опубликованы в одной печатной работе.

Объем работы: диссертационная работа включает введение, три главы, основные выводы и рекомендации, список использованных литературных источников из ЮС наименования.

Работа содержит- 180 страниц; : в том числе 3 таблицы, 44 рисунка, приложения^ 80 страниц машинописного текста.

Лзтор выражает искреинув благодарность проф. Галаеву !1.3. за всестороннюю помощь, ценные советы и научное руководство на всех этапах выполнения работы.

Автор получал постоянную помощь, оказанную при получении исходных материалов для исследований от г-на Каюмба Сиприена, г-на Каюмба Теожена которым он глубоко благодарен и признателен.

Автор ценит постоянную помощь в использовании ЭВМ инженера программиста Вычислительного центра института г-на Смирнова В., а также автор благодарит проф. д,т.н. Боровикова Б.А. за полезные советы и замечания при исследованиях параметров буровзрывных работ.

ОСНОВНОЕ СОдеРЕАНИЕ РАБОТЫ

Исследованию вопросов разработки «ильных месторождений малой мощности полого и наклонного залегания посвящены труды многих ученых: М.И.Агошкова; Л-.А.Мамсурова; Д.И.Рафиенко; Н.В.Дубы-нин; Р.П.Каплунова; М.И.Казьмина; А.И.Ляхова; Б.А.Никуличева; В.Е.Абрамова и др.

Для отработки тонких и маломощных наклонных жил в настоящее время в некоторых странах (Россия, Казахстан и др.) проводятся испытания камерно-столбовой системы разработки с расположением камер по простиранию с применением самоходного оборудования.

На основании мировой практики применения систем разработки тонких и маломощных наклонных жил наиболее перспективными вариантами являются камерно-столбовые системы с использованием малогабаритных электрических машин на бурении и доставке руды.

При отработке тонких и маломощны;: наклонных жил месторождения Рутонго возникла необходимость изыскания эффективных технологических схем выемки на основе применения НЭСМ, позволяющих обеспечить удобные и безопасные условия работы в очистном пространстве ( Рис.1 ).

Для анализа процессов очистной выемки, были собраны исходные данные исследований, исходя из условий рассматриваемого рудника и опыта зарубежных рудников.

Для отбойки руды предлагается опережение бурения восходящих ппуров по нижнему подэтажу относительно верхнего. Взрывание шпуров производится секциями длиной 2 м, что обеспечивает в условиях малой высоты очистного пространства доставки руды взрывом на нижний подэтаж. Отбитая руда доставляется го транспортному уклону к рудоспускам. Анализ производился для различных мощностей и углов падения жил. При этом рассматривалась валовая и раздельная выемка.

Отболка осуществляется без захода лддей в очистное пространство. В рассматрикасглгс условиях для оптимизации параметров буронзрмш!ЫХ работ (линии наименьшего сопротивления №' ; удельного расхода взрывчатых веществ О ; расстояния между ¡any-

Ü

s

i s

0

1 ш

I ft

а

с 5 S

X

о «

к >>

Ж

э S.

о

a

s i

-р

•sr

а. »

о

о >>

â г*

г;

>>

у

1

со

г*-

vo •

л О

о Cl»

S i*

ft

я

s

и 'i

о

г; ■3

Л M

Я о g

42 a

w

й i

о

i см

о

™ »

ft к

■а: j

'Л ft

а H

X CT

1 G S'

s 43 5

es о

U fr-

es eí

R к

et 6«

а) о

ft

с; 1

" -i t—t

■

о

сП .

рами Л ; выхода рудной массы с I м шпура V0 использовались

следующие функциональные и эмпирические зависимости: для валовой Еыемки:

Яр = 0,688 + 12,600( ^ ) + 0,134 Ь , кг/м3 (I)

W = -0,032 + 0,212 МЛ4 7,041 d - 0,008 f , и (2)

V» = ( -0,158 + 0,178 МЛ+ 7,218<t- 0,009 -f )У , т/к (3)

A=I,2W,M (4)

для раздельной :

<7р = 0,654 + 25,402 ( ^ ) + 0,272 f , кг/м3 (5)

W = 0,034 + 0,095 + 7,570^ - 0,008^ , м (6)

V» . ( -0,038 + 0,033М*Ч 3,534^ - 0,004$ ) Ï , т/м (7)

А = 1,2 W , м (8) яри ограничениях: 0,028:5^0,038 ; 0,2^М£2,0; 9^13,

:де M - мощность еил; м; «£ - диаметр ипура,м; - коэффициент 1репости руды и пород по шкале проф.М.и.ГТротодьяконова.

Кая схазано выше, применяемая технология не допускает при-;утствия людей в очистном пространстве, для борьбы с потерями эудной мелочи на лежачем боку применяется гидросмыв.

па основании полученных параметров БВ? была разработана жономико-матекатическая модель (3Î.IM) затрат на отбойку, общий ¡ид которой представлен выражением:

CctS = (^Citf + CJf> + См + С» )^->m'n (9)

>де затраты на отбойку ( CotS ) складываются из суммарных за-■рат на бурение ( C&j? ), доставку ВВ, заряианис и взрывание щуров ( Сз?), стоимость ВВ( Сеа ) и стоимость взрывных мате-шалов ( См ), фрр; П и R - потери и разубоживание руды. Графи-еские зависимости (рис.2) позволили установить эмпирические юрмулы для определения затрат на отбойку при валовой и раэдель-ой выемке в условиях исследуемого рудника.

Было определено изменение производительности предлагаемой

малогабаритной электрической самоходной бурильной установки (ЫЭСБУ) Микродрилл Сд»ПЛ 500 НЯ, фирмы Экипиен Минье (Франция), а зависимости от условий отбойки в виде эмпирической формулы

1Ъа = 59,674 - 2,460 ы _ 1049,6164 + 7,57б/«и- 0,237f (Ю). Доставка руды из очистного пространства до руд*спуска осуществляется малогабаритной электрической погрузочно-доставочной машиной (1!ЭЦЩ4) !.!ккроскуп 5Т 500 НЕ той же фирмы. На параметра доставки влияет значительное число факторов: крупность отбиваемой руды; тип и размеры оборудования; длина (¿-Р ) и наклонная высота ( Ниэ ) блока; расстояние между рудоспусками; угол падения жил и конструкция системы разработки. В процессе исследований доставки руды особое пчимание уделялось так дал показателям как длина доставки (1а ); ее производительность ( Од ) и затраты на доставку руды ( Сд ) для условий месторождения Ру-тонго. Результаты показаны в виде графиков (рис.3) и эмпирических формул. Разработанная экономико-математическая модель доставки имела ввд:

Сд - 3а + Зр + 31 + Зш + Зм ->/»"> (II;

где За , Зр, Зз , За , Зм - соответственно удельные затраты на амортизации; обслуживание к текуциз ремонты, заработную плату, электроэнергия, износ шин и материалы, фрр/т.

При рассмотрении вопросов управления горным давлением была проанализирована тенденция изменения потерь рудн. Расчетами по методу Турнера-Шевякова были полнены формулы определения потерь руды в целиках. Разработа:п:ел экономико-математическая модель затрат на крепление имеет вид:

Скр » + ->■ пгн'п (12)

где затраты на поддержание подготовительно-нарезных выработок включал? затраты на доставку и установку крепежного леса ( С*?-1), анкерную.крепь ( С,?з ), ремонт и поддержание I м выработки в год ( С*гг" ) и возведение крепи ( £«•» ), фрр/т, дает возможность определить изменение затрет на поддержание подготовительно-нарезнйх выработок в зависимости от конструкции системы разра-

ботки. Затраты на производство закладочных работ (рис.4) были получены по разработанной экономико-математической модели на основании выражения:

'¿■рр/м ; ¿j - извлекаемые запасы, т.

Затраты на подготовительно-нарезные работы при отработке тонких и маломощных наклонных жил месторождения Рутонго в случае предлагаемых вариантов системы разработки мотмо записать в виде ЭыЫ: +

. Гп,, - j QiCUr) + f 0;СД.;4 £,Q<Ck Q^C^ (H)

где Qi , Oj . -.соответственно объем работ при проведе-

нии L -ой горизонтальной, J-ой вертикальной или наклонной выработки (М) и попутной добыче (т)

Cur), Csii),omhCtfi^ - соответственно стоимость npßg^fiß^s I м горизонтальных, вертикальных, наклонных выработок "и^добычи I т руды, ?рр.

Посяе анализа графиков зависимости затрат в ксс.чедуегта. условиях (рис.5) были получены эмпирические формулы определения затрат на подготовительно-нарезные работы.

После определения затрат на отбойку (CerS ), доставку (Сд), поддор;;?ание выработок (Ск? ) и подготовите льно-нарезше работы (Спи ) с учетом содеряания касситерита в руде (Сио ), где ущерб от посредствий потерь руда (Ул) при добыче I т руды был определен согласно экономико-математической модели веда:

•Улг (o,0\Ciallu-bl,OSCnH-\l,oSC<,TSAe>,oSCp,J,0,tSCit) Л _>пи'п Ц5)

где Цко - установленная оптовая цена I кг касситерита на руднике, 1рр.

Вопросы оптимизации параметров разработки жильных месторождений на базе применения экономико-математического моделирования рассматривались в трудах многих ученых (Ы.И.Агопзкоза,

С зак,. . СРг/!' ,

100 р,м

Сзак,

ФРРД.

' 200 1

150 -

100

0 6

100 Н нэ»1!

С эак, ¿ЛУГ ¿.СОС,

1000

в)

-о——о-

200 I

170

о 0,2 0,8

1.4

с< =20°

—I-г--!-

Ю 12 Нлэ,Ы

Д)

0 М,м

0 ¿0

30

40

град

рисй Графики "зависимостей затрат на закладку Сзак от длины блока 1р (а), высоты блока Н нэ (б) мощности ¡,1 Ы, высоты подот-ажа Н пэ (г) и угла падения« (Д) '

Рис. 5 Графики зависимостей затрат на гюдготоннтельно-нарсзный работы, от мощности М (а), длины блока 1р )(б), наклонной внсотн блока (п), высоты подэтажа Ппэ (г) и угла падения жил ,(д)

В.А.Шестакова, Н.З.Гелаева, Л.А.Макеурова, А.И.Ляхова, Д.И.Ра-фиенко,-А.И.Шывдта, Н.В.Дронова, Д.Р.Каплунова, В.Т.Беркалиева, Н.И.Зурашибили, А.А.Кавтаськина, А.0.Баранова и других). Однако, многофакторные экономико-математические модели для решения задач отработки тонких и маломощных наклонных жил использовались недостаточно. Как показал анализ современного состояния мировой практики, разработка тонких и маломощных лил наклонного падения характеризуется особо высокой трудоемкость® работ, малой степенью механизации производственных процессов, опасностью выполнения процессов очистной выемки и ограниченных по высоте забоях.

Для определения объема экономико-математической модели вначале были отобраны все факторы, связанные с оптимизируемыми параметрами ( [р, Нн>, Ипэ ) и имеющие численные значения, а затем на основании количественного анализа (технико-экономических расчетов) были оставлены существенно влияющие факторы. Установлено, что наиболее существенное влияние на опт ааизируемые параметры оказывает мощность и угол падения жил а . Кроме перечисленных факторов, рассмотрено влияние на выбор оптимальных параметров очистной выемки размеров оборудования, технологии и организации по всем процессам очистной выемки и на основании технико-экономических расчетов установлены рациональные значения.

Экономико-математическая модель в общем ввде может быть представлена выражением.

Сдс$ = СотВ + Спи + С^р + + Сд + Нп -»пил (16)

где Где! - участковая себестоимость добии I т добываемой руды (Фрр/т), которая являлась критерием оптимальности в данной работе.

Для определения опт-имальных параметров системы разработки необходимо найти минимум:

0цо1 = ^.«Ышп.и,». ¿р. Иь».Иг.»»м,о£— ш/п (17)

где - глубина разработки, м; - постоянные (коэффици-

енты и стоимостные данные) показатели при различных значениях мощности и угла падения кил.

Для нахождения минимума функции (17) были разработаны программы и алгоритмы, отвечающие требованиям экономико-математической модели (16). Программа написана на языке фортран 77. Она рассматривает ввдачу технико-экономических показателей, которые позволяют исследовать злияние «ещого фактора-аргумента на величину участковой себестоимости добычи и гас составляющих при следующих ограничениях:

Мрл|Ч4 М4Мта<; dmйt<í^dmil*¡ [рп>г'л>1^/ла* | l^й»/ч(lillll>^^tl(^Яlв* ;

В результате решения уравнения (17) были наделы оптимальные параметры для камерно-столбовой и камерной системы с закладкой при валовой и раздельной выемке. Пример определения оптимальных параметров показан в веде графиков на рис.б. Графики зависимости участковой себестоимости от горно-геологических условий месторождения Рутонго показан на рис.7.

Переход на системы с закладкой <фи мощности «ил Мз-0,6 -0,8 м следует осуществлять с глубины 400 м.

Основные результаты (расчетные и фактические) приведенные в диссертация для камерно-столбовой системы и системы с закладкой при мощности жил I м и угле падения 30° на глубине 300 м, обосновывают новую технологию и могут быть рекомендованы для применения денной технологии на руднике.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации предложено новое решение актуальной задачи выбора и обоснования параметров системы разработки тонких и маломощных жил наклонного падения на месторождении Рутонго.

Ссновгае научные результаты заключаются в следующем:

I. Ча. основании предложенное экокомиуо-математических моделей, в которых учитывается взаимосвязь процессов очистной вмемки,.педготовителъно-нарезннх работ и ущерба от потерь руды определены оптимальные (рациональные) параметры камерной сис- . темы в случае пргсленения малогабаритного ссмоходного оборудования с электрическим приводом, обеспечивающего безопасную

Рис. б

Грядки определения оптимальшх ларап .трои: длины блока (а), наклонной высоты блога (*)) и подэтажа (е)

Сцоб, SPP/1' 3000 -

2000 -2Ö00

С цоб, i

фррл' !

oüCO,

3600

3400 i

I •

3200

3000

26С0

2600

J =13

I =11 Нр=500Ы

i «9

i-13

i =11 Hp=300M /=9

—i-1-1-1-\-1-<-1-,-,—

0,2 0,8 1,4 2,0

M=2,0 M

M=0,2 M

23 25 Зб 35 ¡o 4§ J. , град

Рис.Граф'/ки зависимости участковой себестоимости от горно-< геологических условии.

разработку тонких и маломощных жил наклонного падения без присутствия людей в очистном пространстве.

2. Научная новизна выполняемых исследования заключаемая в следующем:

- разработаны экономико-математические модели затрат при выполнении процессов очистной выемки и подготозитслыю-нарез-ных работ с использованием малогабаритных самоходных машин с

электрическим приводом;

г ^ технико-экономическими

- впервые установлены взаимосвязи междуУпоказателями и

параметрами системы разработки тонких и маломощных жил наклонного падения при использовании КЭСМ;

- определена область целесообразного применения валовой и раздельной выемки;

- составлены алгоритмы и пакеты прикладных программ для решения задач оптимизации параметров системы разработки на месторождении Рутонго и других предприятиях со сходными горногеологическими условиями.

3. В качестве.практических рекомендаций по результатам исследований предлагаются:

- новая безлюдная технология отработки тонких и маломощных кил наклонного падения месторождения Рутонго;

- переход на системы с закладкой с увеличением глубины горных работ в условиях рудника Рутонго (камерные системы с закладкой выработанного пространства целесообразно применять с глубины 300 т 400 и);

- для обеспеченна безопасности работы"сккжения потерь в очистном пространстве рудн'Я мелочи целесообразно применять гидросмыв.

По теме диссертации опубликована следующая работа:

Определение оптимальных параметров камерно-столбовой систем при разработке тонких и маломощных наклонных жил на руднике Рутонго (Республика Руанда).// Деп. в В"ЖТИ, Санкт-Петербург, 1993. - № 3152 - В 93 (Каюмба Жан Д.).