автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.02, диссертация на тему:Выбор способов закладки камер и выемки целиков в мощных рудных залежах

Государственный комитет СССР по народному образованию

Московский ордена Трудового Красного Знамени горный институт

На правах рукописи САМСОНОВ Сергей Николаевич

ВЫБОР СПОСОБОВ ЗАКЛАДКИ КАМЕР « ВЫЕМКИ ЦЕЛИКОВ В МОЩНЫХ РУДНЫХ ЗАЛЕЖАХ

Специальность 05.15.02 — «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1991

Ра'бота выполнена ,в Московском ордена Трудового Красного Знамени горном институте.

Научный руководитель канд. техн. наук, тероф. АБРАМОВ В. Ф.

Официальные оппоненты: докт. техн. наук, проф. КОВАЛЕВ И. А., канд. техн. наук, с. н. с. ДЕНИСЕНКО М. А.

Ведущее 'предприятие —• «.Гипроцветмет».

Защита диссертации состоится « » 199& г.

в /3 час. на заседании специализированного совета

К-053.12.02 в Московском горном институте по адресу: 117935, ГСП, Москва, В-49, Ленинский .цр-т, 6.

С аИ'Осертащн'ей можно ознакомиться в библиотеке Московского горного института.

Автореферат разослан с » . . 1995, г.

Ученый секретарь специализированного совета

с. н. с.,'капд, техн. .наук КОРОЛЕВА В. Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Основными направлениями экономического и социального развития СССР «а период до 2000 года намечено создание и широкое применение техниче->сиих средств и технологий для комплексного я более полного извлечения полезных ископаемых из надр, (внедрение в 'производство безотходных, ресурсосберегающих й экологически чистых технологий <при подземной разработке месторождений полезных ископаемых.

Одним из наиболее эффективных путей достижения поставленных целей при подземной разработке месторождений крутопадающих рудных тел большой и средней -мощности является применение камерных систем разработки с закладкой выработанного пространства. -Применение камерных систем разработки с закладкой позволяет вести горные работы в сложных горно-геологических условиях -с ¡высокими .показателями извлечения .полезного .ископаемого, a¡ также решает вопрос размещения больших объемов пустых -пород и отходов обогатительного производства в камерах, для складирования ■которых при других технологических схемах требуется отчуждение больших площадей плодородных земель.

Многообразие различных технологий ведения закладочных работ® камерах первой очереди позволяет получать закладочный массив с большим диапазоном прочностных свойств, что в свою очередь оказывает 'влияние «а величину показателей извлечения руды из междукамерных целиков. В настоящее время для заполнения камер применяют -в основном твердеющую закладку. Приоритет твердеющей закладки с высокими прочностными свойствами очевиден, но данный вариант закладки жа-мер не всегда экономически оправдан в связи с большими -капитальными -затратами «а строительство закладочного комплекса, значительным расходом остродефицитного и дорогостоящего вяжущего цемента (до 250—300 кг на 1 м3 закладки).

Применение же других -видов заклад-ми связано с ухудшением показателей извлечения руды как -из -междукамерпых целиков, так -и по системе в целом. Очевидно, что применение

дорогостоящей закладки будет .оправдано при добыче ценных руд, а при разработке 'рядовых руд возможны более дешевые способы закладки, такие, как тидроза-кладка, сухая закладка или же сухая с доследующей инъекцией вяжущим. Для определения области применения того ¡или иного вида за кладки необходимо знать количественные зависимости подавателей извлечения руды из между,камерных целиков три различных (физико-механических свойствах закладочного массива, камер, которые до сих лор не изучены, что и определяет актуальность диссертационной работы.

Цель работы. Установление зависимостей количественных и .качественных показателей извлечения руды из междукамер-■ных целиков от физико-мехавическото состояния закладочного массива камер для выбора и обоснования рациональных способов закладки камер и .последующей выемки междука-.мерных целиков .в мощных рудных залежах.

Идея работы. Качественные и количественные характеристики показателей извлечения руды .из междукамерных целиков 'определяются с учетом уплотнения сухого закладочного материала в .камерах и ¡изменения его физико-механических свойств в зависимости от состава закладочного материала.

Научные положения, разработанные лично соискателем, и новизна:

— разработан алгоритм математического моделирования выпуска руды из междужамерного ¡целика при верхнем и боковом контактах с сухой закладкой первичных камер;

— зависимость показателей извлечения руды из между-.камерных целикк® от 'параметров днища блока., отличающаяся тем, что учитываются различные сыпучие свойства руды;

— установлены количественные зависимости показателей извлечения руды из междукамерных целиков, учитывающие влияние физико-механических свойств закладочн-ого материала ка.мер;

— разработана методика .выбора способа закладки .первичных .камер .при сюважинной отбойке междукамерных целиков, учитывающая ценность полезного ископаемого и количестве иные зависимости показателей извлечения от физико-механичесюих свойств закладочного ¡массива.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций

Научные 'положения и рекомендации, полученные на 'базе опыта и техн.ико-аканом'ичсеко'го анализа, подтверждаются:

— достаточным объемом статистических данных по .показателям извлечения руды из междукамерных целиков при различных вариантах закладки .камер;

— корректно выполненными лабораторными экспериментальными 'работами;

— удовлет.ворителыной сходимостью данных аналитических расчетов с результатами лабораторных экспериментов (расхождение .не превышало 15%);

— эффективностью внедрения разработанных мероприятий.

Значение работы. Научное значение работы заключается в установлении качественных ш количественных показателей извлечения руды из междукамерных /целиков от комплекса факторов, которые могут быть использованы для оптимизации параметров камерной системы разработки с закладкой и выбора наиболее эффективного способа закладки камер.

Практическое значение работы заключается в разработке -методики выбора способа закладки .ка-мер при скважинной отбойке междукамерных .целиков с .учетом ценности полезного ископаемого и количественных зависимостей показателей извлечения от физшко-механичесиих свойств закладочного массива, ,которая может быть рекомендовала для предприятий, ¡применяющих камерные системы.

РЕАЛИЗАЦИЯ ВЫВОДОВ И РЕКОМЕНДАЦИЙ

Разработанные '.в диссертационной работе рекомендации по выбору способа закладки камер при -скважинной отбойке междукамерных целиков приняты >в проекте .отработки Слепой залежи на руднике «Молибден» Тырныаузского ВМК. и рекомендованы для .использования на других горнодобывающих предприятиях, разрабатывающих мощные и средней мощности месторождения крутопадающих рудных тел камерными системами с последющей закладкой выработанного пространства.

Расчетный экономический эффект составляет 64,26 тыс. •руб.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на научных семинарах при кафедре технологии, механизации и организации подземной разработки руд (Москва, МГИ, 1987—'1991 г.), Всесоюзной научно-технической конференции «Теория и практика строительства и эксплуатации высокопроизводительных подземных рудников». (Москва, 1990), .а также ¡на техсоветах Тырныаузского 'ВМК1 (1987— 1990) т получили положительную оценку.

Публикации. По теме диссертации опубликованы три статьи,

Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав .и заключения, изложенных «а страницах машинописного текста, включая рисунка, таблиц и список использованной литературы из наименований отечественных и ■зарубежных работ.

Основное содержание работы

Вопросам 'совершенствования технологии разработки крутопадающих мощных и средней мощности рудных залежей камерными системами с последующей закладкой выработанного .пространства посвящены работы М. И. Агошкова, Г. И. Малахова, Д. М. Бронникова, О. А. Байконурова, Р. П. Каплунша, .В. Р. Именнтова, В. В. Куликова, М. Н. Цы-тал'ова, Н. Г. Дубинина <н др.

Большое .внимание совершенствованию технологии 'Подземных работ в данном направлении уделяется на отечественных рудниках (Райский, Зыряновсжий, Иртышский, Северный, Тишинский, Лешшогорский, Урупский, СУБР, ТВМК и др.), а также на зарубежных рудниках Австралии, ЮАР, Бразилии, США, Канады, 'Финляндии и Швеции.

Поиск оптимальных решений по совершенствованию технологии разработка! месторождений камерными системами с закладкой ведется® различных направлениях.

В 'связи с тем, что при »разработке месторождений как цветных, так и черных 'металлов наиболее широкое применение находит твердеющая аакладка—"большинство научных исследований посвящено изысканию ресурсосберегающих технологий возведения закладочного массива за счет снижения расхода дорогостоящего цемента и замены его на; более дешевые связующие. Кроме того, в данных работах большое внимание уделяется исследованию различных составов закладочного .материала и .влияния гранулометрического состава заполнителя на прочностные характеристики создаваемого искусственного массива,, которые в свою очередь оказывают существенное влияние на показатели извлечения руды из ■междукамерных целиков. Авторами вышеуказанных исследований являются Д. М. Бронников, М. Н. Цыгалов, Н. Ф. Замесов, М. Г. Сулейманав и др.

■Практика горных 'работ показывает, что значительное 'влияние на величину показателей извлечения руды из междукамерных целиков, расположенных в закладочном массиве, оказывают буровзрывные работы, 'ведущиеся на контакте с 'искусственным .массивом. В этой связи, одним из. направлений повышения эффективности применения 'камерных систем разработки с закладкой является поиск составов смеси с высокой ударной 'прочностью, создание способа экранирования закладочного массива от сейсмического воздействия взрыва,

разработка схем буровзрывной отбойки руды на контакте с искусственным массивом. Предлагаемые методические положения, составы закладочной смеои и защитных экранирующих покрытий, а также техлоиашя отбойки руды на контакте с закладкой освещены в работах Н. Г. Дубинина, Б. М. Сва-ровского, Г. А. П'рокуше;ва и др.

На основе приведенного в диссертации анализа опыта разработки ¡крутопадающих мощных и средней мощности рудных тел камерными системами с закладкой выработанного пространства, а та>кже значительного количества лабора-торно-экспериментальных и производственных, исследований по совершенствованию технологии ведения закладочных работ и способов выемки междукамерных целиков сделан вывод, что эффективность отработки междукамерных целиков, а стало быть и 'всего месторождения в целом зависит от правильно выбранного способа закладки первичных камер и варианта выемки междужа'мерных целиков с учетом горно-геологических, горно-технических условий залегания месторождения и ценности .полезного ископаемого. В свою очередь, в связи с тем, что каждому способу закладки ¿камер и варианту выемки междукамерных целиков соответствуют различные -показатели извлечения, необходимо знать их количественную зависимость от физико-механических свойств закладочного массива и параметров выпускных выработок в днище целика.

Поэтому для достижения поставленной в работе цели ¡необходимо решить следующие научно-технические задачи:

— определить оптимальные 'размеры междукамерных целиков и рациональную схему расположения выпускных выработок под целиком, обеспечивающие минимальные .потери и разубоживание рудьг при камерных системах с закладкой;

— определить зависимость показателей извлечения руды из междукамерных целиков от физико-механического состояния закладочного материала первичных ¡камер;

— разработать методику выбора способа закладки первичных камер при скважинной отбойке .междукамерных целиков, .учитывающую количественные зависимости показателей извлечения руды из междукамерных целиков от физн-ко-адеханических сшойств закладочного массива и ценность добываемого полез'ного.тскопаемого;

— определить эффективность предлагаемой технологии отработки междукамерных целиков для условий Тырныауз-ского ВМК.

Поставленные задачи решались применительно к условиям разработки мощных и средней мощности месторождений крепких 'руд камергоыми системами с закладкой на. ¡примере Тырныаузокого месторождения в о л ь ф р ам о - м о л и бд е н о в ы х руд.

Большие объемы перемещаемых :сыпучих масс, многофакторность эксперимента, необходимость точного фиксирования .'исследуемых величин делают практически .невозможным .изучение рассматриваемых -явлений ;в производственных условиях ('производственный эксперимент). Поэтому в качестве основного -принят ¡метод лабораторного .эксперимента на физических моделях с проверкой отдельных положений -в натуре.

В связи- с тем, что отра'ботка междукамерных целиков, расположенных в аажладочном массиве, ведется в более сложных горнотехнических условиях по сравнению с выемкой зала-сов первичных камер, .величина показателей -извлечения руды из целиков .во многом зависит от -правильно выбранных конструктивных параметров МКЦ, к которым относятся ширина -целика и схема расположения выпускных выработок в его днище.

С -целью -определения оптимальной ширины М.КЦ и расположения крайнего 'ряда выпускных выработок относительно контакта с закладочным материалом камер были разработаны -методика и алгоритм математического моделирования выпуска руды отбитой из междукамерного целика ¡при верхнем -и -боковом контактах с сухой закладкой первичиы-х камер.

За основу для разработки данного алгоритма -были ¡приняты зависимости показателей извлечения руды от параметров блока .и сыпучих 'свойств 'материала, полученные проф. Куликовым В. В. ик. т. н. ¡Пепелевым Р. Г.

Нами предложен численный мет-од учета зоны совместного действия верхнего и 'бокового разубож-ивания, реализованный на ЭВМ. Расчетная схема -к выпуску /руды ;из одиночного ■отверстия представлена на рис. I. Это позволило в отличие от -существующих методик, оценивать значение -показателей извлечения в 'процессе выпуска руды при одновременном действии (верхнего -и бокового разубоживания.

Часть алгоритма, отражающая новый -подход к оценке показателей ¡извлечения, ¡представлена иа рис. 2.

На модели были произведены' расчеты .показателей извлечения при вы-пуске запасов руды на ¡границе с сухим заклад-очным материалом с одинаковыми -с ¡рудной массой сыпучими свойствами.

Результаты математического 'моделирования ¡выпуска руды представлены ,в табл. 1.

Установленные -эмпирические зависимости .показателей ■извлечения- руды из ме-ждукамер-ных целиков от расстояния -между осью крайнего ряда, выпускаемых воронок и контактом закладочным материалом, учитывающие показатель сыпуче-

Таблица- I

Показатели извлечения руды из МКЦ. (данные математического моделирования выпуска руды)

Расстояние от оси крайнего ряда воронок до контакта с закладкой (В)

Коэффи- Ширина МКЦ Хм.) В=4,5 м В = 5 м 5 = = 5,5 м В = 6 м

циент сцпучести Потери, '% Разубожи-вание, % Потери, Разубожи-вание, 1% Потери, 1% Разубожн-варие, .% Потери, !% Разубожн. ва>ше, '%

0,8 20 30 21,6 20,5 22,5 21,2 20,6 19,4 20,9 19,5 21 20,1 21,9 19,63 21,4 20,3 21,7 20,6

0,7 20 30 17,1 10,3 19,8 18,4 16,3 15,2 17,9 16,6 16,6 15,7 18,3 16,9 16,9 16,1 19,5 18,1

0,6 20 30 13.6 12.7 17,8 16,5 11,7 10,9 15.5 13.6 12,1 11,3 15,3 13,3 13.8 32.9 10,3 15,0

сти руд ТВМК, .аппроксимируются следующими выражениями:

Я1 = 3,6 • В2—37,6 • В +109,85,

Р,=3,3.в2—35,58-5 +111,08,

П2 = 3,4 • В2—35,5-В+ 103,54,

Р2 = 416 ■ В2—49,25 • В + 144,97,

где Я1( Рх и Я2, Р2 — соответственно потери и разубоживание руды при ширине МКЦ 20 и 30 м (%'). В — расстояние между осью крайнего ряда ¡выпускных воронок и контактом с сухой закладкой (м).

Для подтверждения и уточнения полученных результатов математического моделирования выпуска руды, 'были проведены лабораторные эксперименты на физических моделях по методике проф. 'В. В. Куликова.

В качестве критерия подобия был принят линейный масштаб моделирования показателя сыпучести:

где линейный масштаб моделирования;

Рн и Р м—'Показателя сыпучести руды в натуре и модели ^ответственно, м.

Величину коэффициентов разрыхления руды в 'модели определяли ¡по даиньщ ж. т. и. .В.' А. Галкина, которые приведены в табл.2.

Таблица 2

Значение коэффициентов разрыхления руды в модели при различных коэффициентах разрыхления руды в натуре и масштабах моделирования

Линейный масштаб моделирования Коэффициент разрыхления руды в модели шри коэффициенте разрыхления в натуре

1,1 1,2 1,3 1.4 1,5

¡1 : 26 1,14 : 1,30 1,45 1,60 1,75

1 : 50 1,18 1,35 1,52 1.68 1,85

1 : 100 1,21 ] ,40 1,58 1,75 1,92

Моделирование производилось ¡на натурных материалах. Гранулометрический состав руды в модели подбирали с учетом фактического граноостава на руднике «Молибден» (табл. 3).

Таблица 3

Грансостав горной массы, выпускаемой из блоков на руднике «Молибден»

Фракция, мм 0-150 150-200 300-6001 600-800 . 900

Содержание, % 20,3 13,4 24,0 1 27,2 15,1

Грансостав материалов для моделирования

Фракция, мм .0,3—3 3-6 6-9

Содержание, |% 30 40 30

Фракции менее 0,3 м'м исключались во избежание влияния сил молекулярного сцепления. Максимальный размер кусков руды в модели 9 м'.и, так как выпуск ¡руды диаметром более 9 мм через выпускные отверстия модели размером 20X22 мм затруднителен. Для компенсации 'исключенных фракций было увеличено процентное содержание классов 0,3—3 мм и б— 9 мм (табл. 3).

Значение показателя сыпучести (Р) для руд Тырныауз-ского В'МК при 'различных коэффициентах -разрыхления принимались по данным В. В. Куликова, А. О. Бозиева и Г. А. Семочиина (табл. 4).

Таблица 4

1.1 1,15 1,2 1,25 1,3 Г 1.35 1,4 1.5

0.32 0,48 0,64 0,8 0,96 1,12 1,28 11.6

Общий вид .конструкция и размеры стенда д.л.я моделирования выпуска руды из обрушенного целика, расположенного 'между заполненными закладкой камерами представлены в диссертационной работе. 'Каркас модели сварен из углового железа 25X25X4 мм. Задняя и боковые стенки модели изготовлены из многослойной прессованной фанеры с напылением абразивной ¡крошки с внутренней стороны. Передняя стенка 'модели блока сделана из органического стекла толщиной 20 мм, для визуального наблюдения за истечением руды и фиксации зон внедрения закладочного материала, ¡в выпускаемую руду.

Для определения показателей извлечения руды из междукамерных целиков в зависимости от их .ширины (Л, =20 м и А2 —30 м) и параметров выпускных .выработок днища;, было изготовлено 8 днищ. (4 — дл;я целика шириной А¡=20 м и 4—'для целика шириной Л2 = 30 м). Расстояние'между воронками в ряду ;во всех случаях принято С = 10 м, а расстояние

до жонтакта с закладкой от оси крайнего ряда выпускных воронок варьируется В = 4,5; 5; 5,5; 6 м, идентично проведем -ным исследованиям математического моделирования выпуска руды.

Раздельная засыпка материалов, моделирующих руду и за кладку, в центральную я периферийную камеры осуществлялась при помощи двух выдвижных перегородок, изготовленных из стального листа толщиной 3 мм. По мере заполнения камер на полную .высоту Н = 0,7 м (Ml: 100) разделительные перегородки убирались и по всей площади модели досыпался материал-, моделирующий закладку, обрушенную из вышележащих «амер.

'Равномерно-последовательный выпуск руды вели дозами 100—105 см3, что соответствовало 160—170 г руды в натуре. Количество выпущенной рудной массы измеряли ¡мерной емкостью, взвешивали и фиксировали >в журнале наблюдений. Отделение руды от закладки производилось магнитом. Выпуск рудной массы из каждого отверстия прекращали при предельном разубожмвании в дозе выпуска 75%, принятом на руднике «Молибден» TiBMK для данного сорта руд.

Результаты лабораторных исследований моделирования выпуска рулы на физических моделях представлены в табл.5.

Таблица 5

Показатели извлечения руды из междукамерных целиков

Расстояние о.т оси выпускных воронок до контакта с закладочным материалам В|(М) 4,5 5 5,5 6

Ширина МКЦ Потери, (% Разубоживание, 20 18,1 22,6 30 16,6 20,5 20 15,7 20,3 30 14,3 18,3 20 15,1 19.4 30 13,6 17,3 20 16,8 20,5 30 15,4 18.55

Графические зависимости показателей извлечения руды, выпускаемой из обрушенных МКЦ, от ширины целика и параметров выпускных выработок в его днище приведены на ■рис. 4. Эмпирические зависимости показателей извлечения могут быть представлены следующими формулами: Для МКЦ — ширимой Аг = 20 м.

П1 = 4,1 • В2—43,95-5 +132,88 Л = 3,4-В2— 37,13-5 + 120,9 Для МКЦ — шириной Л2=30 м.

Л2=4,1 -В2—43,91 -В +131,22

Р2 3,45 • В2—37,6 • В+ 119,88

Показатели извлечения руды из МКЦ, полученные путем математического моделирования выпуска руды и лабораторных исследований «а физических ¡моделях, приведены в табл. 1,5 и на рис. 3, 4. Анализ приведенных данных показывает, что, во-первых,—для ¡рудников, добывающих руды, имеющие сыпучие свойства, аналогичные рудам «Слепой залежи» ТВМК, оптимальное расстояние от оси крайнего ряда выпускных воронок до контакта с сыпучей закладкой (В) должно быть равно 5,5 м; во-вторых,— показатели извлечения руды, полученные на физических моделях, несколько хуже, че'м .при математическом моделировании. И это вполне логично, так как при математическом моделировании не учитываются зацепление частиц руды по контурам фигур выпуска и просачивание обрушенного закладочного материала вышерасположенных камер!

В этой связи во все расчетные формулы математического моделирования выпуска руды были внесены необходимые коррективы.

Вопросу выбора оптимальной ширины МКЦ посвящено большое количество работ, где в качестве критерия оптимальности принята их несущая способность. На основании анализа производственных данных и (выполненных исследований, результаты которых ¡изложены в диссертационной работе, рекомендовано ширину МКЦ определять не только с учетом требований устойчивости, но и технологичности их отработки с учетом кратности ширины и верхнего диаметра .(ширины) выпускных выработок.

На втором - этапе лабораторно-экспериментальных исследований определялись зависимости количественных и качественных показателей извлечения руды из МКЦ от физико-механических .свойств закладочного ¡массива камер (Кр — коэффициент разрыхления сухой закладки и <тсж —1 прочности твердеющей закладки).

В основу методики исследования количественных и качественных показателей извлечения руды из междука'мерных целиков положены результаты научно-исследовательских работ по изучению уплотнения и усадки сухого закладочного материала в высоких камерах (#к =50—80 м); технические требования к закладочному массиву при камерных системах, разработанные В НИМИ, а также данные по исследованию устойчивости междука'мерных целиков от действия взрывов в смежных адмерах.

Исследование зависимости показателей извлечения руды из МКЦ от плотности укладки сухого закладочного материала в камерах производились в следующей последовательности.

Посредством двух жестких стальных пластин модель была: разбита на три камеры. В основании центральной камеры

устанавливалось днище, «с параметрами выпускных воронок, полученными на первом- этапе исследований. Периферийные ¡камеры да высоту 70 см заполнялись сухим закладочным 'материалом. Равномерность уплотнения материала в модели достигалась (воздействием высокочастотного .вибратора. Затем в центральную камеру подавался материал моделирующий руду, убирались перегородки и .по всей площади засыпалась сухая закладка, обрушенная из 'вышележащих камер. Начальный коэффициент разрыхления выпускаемой руды во всех сериях эксперимента оставался постоянным /Срм= 1,75 (Крн =1,4), а коэффициент 'разрыхления вакладки изменялся Крэ,= 1,75, Кр Зг — 1.68, Ар1 з3 = 1,49, что соответственно в натуре (Д'рз,* 1,4, ^3,= 1,3, /<р3з= 1,25. Результаты зависимости показателей извлечения /руды ;из МКД от закладочного ^материала первичных ¡камер, .полученные при физическом моделировании .выпуска руды, .представлены ¡в табл. 6.

Таблица 6

Показатели извлечения руды из .МКЦ при различной плотности закладочного материала камер

Расстояние от оси выпускных воронок до контакта с закладочный материалам Ширина (МВД, (М) Коэффициент разрыхления закладки 'камер (в натуре)

1,4 1,3 1,25

Потери, Разубоживание, % | Потери, 1% Разубоживание, % Потери, 1% Разубоживание, %

. 5,5 м 20 30 15.1 13,6 19,4 17,3 14,2 12,9 17,1 15,3 13,9 12,4 15,2 13,7

Графические зависимости потерь и разубоживания от Кр —закладки приведены на рис. 5.

Из табл. 6 и рис. 5 следует что с увеличением плотности сыпучей закладки камер потери и разубоживание руды выпускаемой из обрушенного МКЦ снижаются. Зависимость между этими величинами имеет линейный характер (рис. 5).

Установленные -эмпирические зависимости .показателей извлечения руды из М'КЦ от КР закладки первичных камер, аппроксимируются следующими выражениями.

Для МКЦ — шириной А1 = 20 м.

Я, =3,67+ 8,14-Кр, = 27,3 • Кр —18,7.

Для МКЦ —■ шириной А2 =30 м.

Я2=4,2+6,71-/СР.

Р2 = 23,42 • /Ср — 15,41.

Исследование качественных и количественных показателей извлечения руды из МКЦ яри камерах, заполненных инъ-ектированной вяжущими растворами сухой закладкой, производилось, на основе технических требований к закладочному массиву, разработанных ВНИМИ. Установленная нормативная прочность закладки к моменту обнажения стенок камеры по данным 'ВНИМИ определяется в соответствии с табл. 7.

Таблица 7

Высота обнажения закладки, м Нормативная прочность закладки, МПА-

до 5 м 1

5—'10 1,5

10-415 2

15-20 2,5

20—30 3

30—40 4

свыше 40 5

Нормативная прочность закладки камер при моделировании выпуска: руды подбиралась пропорционально масштабу моделирования (М 1:100).

Ввиду сложности моделирования взрывных работ в МКЦ, закладочный массив камер в модели не подвергался взрывным нагрузкам. В результате этого боковое разубоживание отсутствовало, а примешивание пустых пород происходило лишь от Обрушенной закладки вышележащих камер. Поэтому во всех сериях экспаримента были получены одни и те же показатели извлечения {П— 5,8—6,1% и Р=6,8—7,4%). Для корректировки и установления истинных показателей извлечения руды из МКЦ при различных прочностных характеристиках закладочного массива камер, были использованы данные ряда исследований по установлению влияния взрывных нагрузок на устойчивость искусственного массива.

Исследовательскими работами в данном направлении, произведенными Моховым А. И., Ашимовым Г. А., Захарчен-ко Н. А. и др., установлено, что разубоживание руды твердеющей закладкой в зависимости от ее прочности щ среднем составляет 2,3—4,3% (отри одностороннем контакте с искусственным массивом). Меньшие значения разубоживания относятся к закладочному массиву с оСж=5—6 МПа, а большие соответственно к массиву 'С стсж =2,5—3,5 МПа.

С учетом 'изложенного были получены показатели извлечения руды из МКЦ, приведенные а табл. 8.

Таблица 8

Показатели извлечения руды из МКЦ при различной прочности закладки в камерах

Прочность закладки на сжатие, МПа Показатели извлечения руды из МКЦ

потери, % разубоживаиие

1,5—2 11,8 12,6

2,5—3,5 9,2 10,3

Ö-6 6,9 7,8

Графическая зависимость показателей извлечения руды из МКЦ от физико-механических свойств закладки представлена на рис. ö.

Выполненные исследования по определению количественных показателей извлечения руды из МКЦ при различных способах закладки камер, позволяют планировать закладочные работы с учетом требований, «оторым должен удовлетворять создаваемый искусственный массив. 'С щелью повышения эффективности применения камерных систем разработки с закладкой, на основе .полученных данных по количественным' зависимостям показателей извлечения руды из МКЦ от физико-механических свойств закладочного массива и с учетом ¡ценности извлекаемого полезного ископаемого, была, разработана 'методика выбора способа закладки первичных камер.

Предложенная .методика выбора наиболее эффективного способа закладки первичных камер при выемке междукамерных целиков основывается на критерии минимума1 приведенных затрат с учетом ущерба от .потерь и разубоживания руды

с, + Уп + Ур min,

где С3—себестоимость закладки камер (руб/т);

Уп — экономический ущерб от потерь 1 т руды (руб/т);

У р — экономический ущерб от разубоживания 1 труды (руб/т).

В связи с тем, что наилучшие показатели извлечения руды из МКЦ, а следовательно, и в целом по системе достигаются при варианте сплошной выемки камерной системой с твердеющей закладкой, поэтому она и принимается за базовый вариант. Необходимым условием для выбора оптимального способа закладки камер служит:

где Сзи—себестоимость закладки по искомому ва-

рианту, руб/т;

У л и и У р и—ущерб от потерь и разубоживания 1т руды при искомом варианте закладки камер, руб/т;

Сзт> УПт. Урт— соответственно по базовому варианту с твердеющей закладкой.

Для расчета экономического ущерба от потерь и разубоживания руды шспользованы формулы проф. В. Р. Именитова с учетом установленных зависимостей потерь и разубоживания руды от физико-механических свойств закладочного материала первичных камер.

Экономический эффект от внедрения искомого варианта закладки камер может быть определен по следующей формуле:

Э = (С,т -Ь УПт+ Урт) (С3„ -(- Уп и "Ь У^ *)•

В основу расчета экономической эффективности предлагаемого варианта технологии положены фактические данные о работе ТВМК, утвержденные Минцветметом СССР в 1986 г., в котором предусмотрена отработка запасов нижних горизонтов «Слепой залежи» камерной системой с твердеющей закладкой.

В результате произведенных расчетов применительно к условиям ТВМ1К установлено, что участки месторождения с содержанием металла, в руде Друд <0,15 (условных единиц) —'целесообразно отрабатывать изолированными камерами с сухой закладкой При содержании металла Лруд = = 0,15—0,3 (усл. единиц) сухая закладка должна быть укреплена. вяжущими растворами до сгс}к=2,0—3,5 МПа, а при ■^руд >0,3 (усл. ед) —.необходимо применять вариант камерной системы с твердеющей закладкой.

Так, для отработки запасов руды I и II камер и междукамерного целика, расположенных .на,западном фланге «Слепой залежи», установлено целесообразным применить для заполнения камер —"сухую закладку. Расчетный экономический эффект при этом составит 64,26 тыс. рублей.

Заключение

В диссертационной работе дано новое решение актуальной для горнорудной промышленности задачи выбора способов закладки камер и выемки целиков в мощных рудных залежах на основе установленных количественных зависимостей показателей извлечения руды из междукамерных целиков от физико-механических .свойств закладочного материала первичных камер и учета ценности полезного ископаемого,

.позволяющее повысить эффективность разработки рудных месторождений камерными системами" с закладкой.

Основные выводы, научные и практические результаты заключаются в следующем:

1. 'Оптимальная ширина- междука.мерных целиков должна определяться не только по их несущей способности, но и с учетом необходимых объемов и технологичности проведения подготовительно-нарезных в ыработок, кратности расстояния между рядами выпускных выработок, обеспечения 'минимальных потерь и разубоживания руды в ¡целом по блоку, и как •следствие наибольшей эффективности отработки запасов месторождения.

С учетом этих требований оптимальная ширина МК.Ц для условий рудника '«Молибден» Тырныаузското ВМК равна 30 м, хотя по условию устойчивости достаточно 20 м.

2. Разработан алгоритм математического моделирования выпуска руды, учитывающий зону ¡совместного действия верхнего и бокового разубож'ивания руды, который с достаточной точностью позволяет определить показатели извлечения 1руды из МКЦ в зависимости от ее ¡сыпучих свойств и параметров основания целика.

3. Установлено, что лучшие показатели извлечения руды из МКЦ достигаются при расположении крайнего ряда выпускных воронок на расстоянии 5,5 метров от контакта с закладкой камер.

4. Установлена зависимость потерь и разубоживания руды от плотности сухото закладочного материала камер при донном выпуске руды, обрушенной из МКЦ. С увеличением плотности соответствующей Кр = 1,4 и К9 = 1,25 потери снижаются с 13,6 до 12,4%, а разубоживан'ие с 17,3 до 13,7%.

о. ипределены ^качественные-и количественные зависимюг сти показателей извлечения руды из МКЦ от прочностных характеристик монолитной .закладки.

6. Разработана 'методика выбора способа закладки ¡камер при выемке МКЦ, позволяющая ¡определить область эффективного применения каждого из них на основе полученных .количественных .зависимостей показателей извлечения от физико-механических свойств закладочного массива и с учетом ценности полезного «скопаемото.

7. Выполненными расчетами для условий «Слепой залежи» рудника «Молибден» ТВМК установлено, что при содержании .полезного ископаемого ¡в руде Лруд <0,15усл. ед.целесообразно применять сухую закладку, при Ару1 =0,15— ¡0,3 усл. ед,—сухую с последующей пропиткой ¡вяжущими растворами (.асж =2,0—3,5 МПа), а при Арул >0,3 усл. ед — твердеющая закладка с 'асж = 5—6 МПа.

Указанная методика выбора -способов закладки камер при выемке МКЦ рекомендуется для применения проектными институтами и горнорудными предприятиями разрабатывающими крутопадающие мощные рудные тела камерными системами с последующей закладкой выработанного пространства.

Как показали исследования, для значительной части запасов месторождения вольфрамо-молибдешовых руд ТВМК выгоднее применять сухую закладку «амер. При этом только при отработке экспериментального участка (камеры 1,2 и МКЦ) расчетный экономический эффект составит 64,26 тыс. руб.

Основные положения диссертации изложены в следующих опубликованных работах:

1. Самсонов С. Н. Определение показателей извлечения руды из нелико,в, расположенных между заполненными камерами. В сб.: Автоматизированное проектирование и управление подземными рудниками. М., МГИ, 1989, с. 43—45.

2. Толстых С. А., Самсонов С. Н. Влияние 'физико-механических свойств закладочного материала-на показатели извлечения руды из междукамерных целиков. Всесоюзная научно-техническая конференция «Теория и практика строительства и эксплуатации высокопроизводительных подземных рудников». Тези'сы- докладов. М1, МГИ, 1990, с. 8—9.

3. Самсонов С. Н. Исследование влияния физико-механических свойств закладочного массива .на показатели извлечения руды из междукамерных целиков. Региональная научно-методологическая 'конференция «Проблемы подготовки специалистов и 'развитие .научных исследований на переходном этапе к рыночным отношениям». Тезисы до-кладов. Каратау. Филиал Казахского политехнического института, 1991, -с. 122—123.

Формат 60x90/16 Заказ № 615

Подписано в печать 5.09.1991 г.

Объем 1 п. л.-1-4 вкл. Тираж 120 экз.

Типография Московского ордена Трудового Красного Зяаменн горного института. Ленинский проспект. 6