Размещено на http://allbest.ru

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Обоснование условий применения передвижных закладочных комплексов при подземной разработке медно-колчеданных месторождений

Специальность 25.00.21 - Теоретические основы проектирования горнотехнических систем

Корнеев Юрий Вячеславович

Москва - 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук в отделе №1 «Теории проектирования освоения недр»

Научный руководитель член-корр. РАН, доктор технических наук, профессор Каплунов Давид Родионович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Еременко Виталий Александрович

кандидат технических наук Павлов Антон Александрович

Ведущая организация: Институт горного дела Уральского отделения Российской Академии Наук

Защита диссертации состоится «18» декабря 2013 г. в 11⁰⁰ часов на заседании Диссертационного совета Д 002.074.02 при Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук по адресу 111020, г. Москва, Е-20, Крюковский тупик, д. 4, ИПКОН РАН

С диссертацией можно ознакомиться в Институте проблем комплексного освоения недр Российской академии наук.

Автореферат разослан «1» ноября 2013г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

докт. техн. Наук Милетенко И.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Важнейшим направлением повышения комплексности освоения рудных месторождений подземным способом является развитие технологий закладки выработанного пространства твердеющими смесями. Системы разработки с твердеющей закладкой выработанного пространства позволяют отрабатывать рудные месторождения в сложных горно-геологических условиях с высокими показателями качества извлечения руды из недр.

Область применения таких систем ограничена высокими капитальными и операционными затратами на осуществление закладочных работ. Капитальные затраты связаны со строительством закладочных комплексов на поверхности, бурением и оснасткой закладочных скважин и прокладкой протяженной системы трубопроводного транспорта смесей.

В эксплуатационных расходах высока доля стоимости компонентов закладочной смеси и энергетических затрат на их дезинтеграцию до требуемого гранулометрического состава.

Это сдерживает применение систем с твердеющей закладкой выработанного пространства на месторождениях руд средней и низкой ценности, а также при разработке малых месторождений, удаленных рудных залежей. Одним из перспективных путей снижения затрат на добычу руды с созданием искусственных массивов из твердеющих смесей является внедрение инновационной технологии приготовления закладки на передвижных закладочных комплексах.

Применение передвижных закладочных комплексов позволяет снизить капитальные и эксплуатационные затраты за счет использования безмельничной энергосберегающей технологии дезинтеграции компонентов смеси.

Снижению себестоимости добычи руды также способствует повышение интенсивности освоения месторождения.

Резервы повышения производительности рудника при применении систем разработки с закладкой выработанного пространства состоят в уменьшении продолжительности операций по заполнению выработанного пространства закладочной смесью, сокращении сроков набора искусственным массивом нормативной прочности и возможности одновременного независимого ведения закладочных работ в нескольких выемочных единицах при применении передвижных подземных закладочных комплексов.

Разработка этой технологии требует совершенствования теории проектирования в части обоснования условий применения передвижных закладочных комплексов и определения рациональной интенсивности добычи полезных ископаемых подземным способом при их использовании.

Основная цель исследований состоит в обосновании условий, при которых применение передвижных закладочных комплексов будет обеспечивать наибольшую эффективность и рациональную интенсивность отработки рудных месторождений системами с твердеющей закладкой выработанного пространства.

Идея работы состоит в том, что применение передвижных закладочных комплексов для приготовления твердеющей закладочной смеси по безмельничной технологии позволяет расширить область применения систем разработки с твердеющей закладкой выработанного пространства за счет роста интенсивности отработки запасов, повышения энергоэффективности закладочных работ и утилизации пород от проходки горных выработок.

Задачи исследований:

- обобщение опыта разработки месторождений системами с закладкой выработанного пространства

-анализ методов определения интенсивности подземной разработки месторождений твердых полезных ископаемых с твердеющей закладкой выработанного пространства;

-классификация типовых технологических схем освоения запасов при применении передвижных закладочных комплексов;

-исследование влияния горно-геологических и горно-технических условий залегания рудных тел на схему размещения передвижных закладочных комплексов;

- разработка алгоритма выбора рациональной технологической схемы отработки запасов месторождения системами разработки с твердеющей закладкой выработанного пространства при применении передвижных закладочных комплексов для обеспечения заданной проектной производительности рудника;

- исследование влияния параметров камер и панели на интенсивность добычи руды этажно-камерной системой разработки с приготовлением твердеющей закладочной смеси на передвижных закладочных комплексах;

-разработка технологических рекомендаций по обоснованию интенсивности отработки Озерного медно-колчеданного месторождения и технологической схемы работы передвижных закладочных комплексов.

Для решения поставленных задач в качестве объекта исследований выбрана технология подземной разработки рудных месторождений с твердеющей закладкой выработанного пространства.

Методы исследований. В работе использован комплексный метод исследований, включающий обобщение и анализ мирового и отечественного опыта подземной разработки рудных месторождений с твердеющей закладкой выработанного пространства, испытания макетов оборудования, экономико-математическое моделирование, технико-экономический анализ, статистическую обработку результатов исследований.

Положения, выносимые на защиту:

1. Эффективность применения передвижных закладочных комплексов достигается при условии максимально возможного обеспечения комплексов породным наполнителем, полученным от проходки выработок подземного рудника, и при возможности ведения закладочных работ одновременно и независимо в нескольких выемочных единицах.

2. Рациональная технологическая схема работы передвижного закладочного комплекса при размещении его в подземных условиях обеспечивается при восходящем направлении движения фронта работ и при значении коэффициента обеспеченности закладочного комплекса породным заполнителем K_об > 0,3.

,

где K_пнр - удельный объем полевых подготовительно-нарезных выработок на 1000т балансовых запасов, м³;

K_дпв - коэффициент, отражающий долю полевых выработок в общем объеме подготовительно-нарезных работ;

г_пп - удельный вес породы, т/м³;

г_руды - плотность руды в массиве, т/м³;

q_пп - расход породного наполнителя в составе закладочной смеси, кг/м³.

3. Максимальная интенсивность добычи руды в панели, которая может быть достигнута при работе этажно-камерной системой разработки с твердеющей закладкой выработанного пространства, связана с длиной панели (L_пан., км), параметрами камеры (b, h и m, м) и с производительностью закладочного комплекса (q, м³/час) зависимостью:

,

где t_ср. - среднее время на отработку 1000 т запасов, сут.

4. Замена традиционных мельничных закладочных комплексов на энергоэффективные передвижные безмельничные комплексы на малых медно-колчеданных месторождениях существенно снижает себестоимость кубометра закладочной смеси.

Научная новизна работы:

1. Предложена классификация технологических схем функционирования передвижных закладочных комплексов при освоении рудных месторождений системами с твердеющей закладкой выработанного пространства, основанная на учете направления движения и размера фронта работ, а также источников породного заполнителя закладочной смеси;

2. Установлены зависимости максимальной интенсивности освоения рудных месторождений от параметров залегания рудного тела, размеров выемочных единиц и характеристик применяемых передвижных закладочных комплексов;

3. Разработана методика установления максимальной годовой производственной мощности рудников, разрабатывающих медно-колчеданные месторождения камерной системой с твердеющей закладкой выработанного пространства при применении передвижных закладочных комплексов, в которой впервые в расчетные формулы введено время выполнения закладочных работ и продолжительность набора прочности закладочным массивом.

4. Обоснованы условия применения технологии приготовления твердеющих закладочных смесей на передвижных закладочных комплексах.

Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается надежностью и представительностью исходных данных, сопоставимостью результатов теоретических, экспериментальных лабораторных и опытно-промышленных исследований, обработанных методами математической статистики с использованием современного оборудования и апробированных методик.

Практическая значимость работы состоит в разработке рекомендаций по обоснованию производственной мощности горнодобывающих предприятий, ведущих разработку месторождений полезных ископаемых подземным способом с применением передвижных закладочных комплексов

Реализация работы. Результаты работы использованы при выполнении государственного контракта с Минобрнауки РФ № 16.525.12.5001.

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на международных конференциях «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» (VI Международная научная школа молодых ученых и специалистов, Москва, 2010 гг.), «Неделя горняка» (Москва, 2011 - 2013 гг.), «Комбинированная геотехнология: теория и практика реализации полного цикла комплексного освоения недр» (Магнитогорск, 2011 г.).

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 10 работах, в том числе 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Работа выполнена в рамках Программы фундаментальных исследований Отделения наук о Земле РАН «Техногенное преобразование недр Земли: развитие теоретических основ эффективного использования и сохранения георесурсов», а также при поддержке грантов РФФИ № 09-05-00675-а и НШ №.2986.2008.5.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 101 наименования и представлена на 129 страницах, включая 25 рисунков, 17 таблиц и 88 формул.

Личный вклад автора состоит в разработке методики обоснования интенсивности добычи руды системами с твердеющей закладкой выработанного пространства с применением передвижных закладочных комплексов. Автор принимал участие в подготовке программы и методик и в проведении эксперимента по испытанию опытного образца передвижного закладочного комплекса.

Автор выражает благодарность научному руководителю - чл.-кор. РАН Д.Р. Каплунову, проф., д-ру техн. наук М.В. Рыльниковой, канд. техн. наук Д.Н. Радченко за помощь в работе над диссертацией и ценные консультации, а также сотрудникам кафедры ПРМПИ МГТУ им. Г.И. Носова и руководству Учалинского горно-обогатительного комбината за помощь при проведении исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Технологии разработки месторождений с системами с закладкой выработанного пространства отличаются гибкостью и универсальностью применения.

Формирование искусственных целиков из твердеющих закладочных смесей позволяет безопасно отрабатывать запасы, расположенные в любых горно-геологических условиях.

Вместе с тем, рост доли систем с твердеющей закладкой выработанного пространства сдерживается высокой себестоимостью руды при достижении требуемых параметром интенсивности горных работ.

Тенденции развития систем разработки рудных месторождений с закладкой выработанного пространства связаны, в первую очередь, с нахождением путей снижения стоимости закладочных работ в себестоимости конечной продукции с одновременным увеличением интенсивности отработки запасов и обеспечением безопасности горных работ.

Проблемами интенсивности и интенсификации горных работ занимались многие известные отечественные ученые. Значительный вклад в разработку параметров интенсивности и связи их с проектными характеристиками рудников внесли академики М.И. Агошков, В.Р. Именитов.

Развитием идей установления проектной интенсивности горнодобывающего предприятия анимались академики К.В. Симаков, А.М. Терпигорев, К.Н. Трубецкой, чл.-корр. Д.Р. Каплунов, Д.М. Бронников, и многие другие.

Развитием технологий закладки выработанного пространства твердеющими смесями занимались многие ученые в нашей стране. Вопросам поиска наиболее эффективных и экономичных составов твердеющих смесей были посвящены работы: С.А. Атманских, Р.В. Балах, В.И. Гамулка, А.И. Мохова, Г.А. Прокушева, И.Т. Слащилина.

Исследованием технологий транспортирования твердеющей закладки, в том числе перспективных пастовых и высокоплотных смесей, занимались: Е.И. Коган, В.П. Кравченко, В.Т. Кравченко, К.Ю. Репп, Э.О. Штернберк.

Большие работы были выполнены по совершенствованию и созданию новых методов твердеющей закладки, позволившей эффективно разрабатывать рудные месторождения в сложных горно-геологических условиях (О.А. Байконуров, В.А. Гребенюк, П.Э. Зурков, И.Ш. Коган, М.Н. Цыгалов и др.).

Системы с твердеющей закладкой адаптировались для разработки жильных месторождений (М.И. Агошков, А.Ф. Назарчик, Д.И. Рафиенко и др.), месторождений, расположенных на больших глубинах в условиях повышенного горного давления (И.И. Айнбиндер, Д.М. Бронников, Н.Ф. Замесов, П.Т. Жмурков и др.), кимберлитовых трубок (А.Н. Монтянова, П.Г. Пацкевич). руда добыча месторождение безмельничный

Технологиям закладочных работ, в том числе комбинированной закладке, были посвящены работы М.И. Вескова, А.П. Вяткина, Ерофеева В.Ф., А.П. Илюшина, В.Р. Именитова, Л.А. Крупника, Л.В. Малетина, В.Д. Палий, И.Н. Савича, К.Н. Светлакова, А.А. Смирнова.

Выполненный анализ опыта отработки месторождений системами с твердеющей закладкой выработанного пространства показал, что перспективные технологии в этой области направлены на расширение области применения систем разработки с твердеющей закладкой и обладают значительным резервом повышения интенсивности и эффективности горных работ.

Разработка одной из таких технологий - передвижного закладочного комплекса - основана на идее максимального приближения оборудования приготовления закладочной смеси к закладываемым пустотам и использования в качестве материала пустые породы от проходки горных выработок.

Реализация такой идеи стала возможна в результате разработки принципиально нового типа дробилок - конусных инерционных дробилок, которые обеспечивают ту же тонину помола, что и мельничное оборудование но при этом имеют значительно меньшие габариты и энергопотребление.

Существенные новшества в технологию закладочных работ вносит использование передвижных закладочных комплексов.

При добыче руды системами с твердеющей закладкой выработанного пространства они позволяют:

- сократить время, необходимое для набора искусственным массивом нормативной прочности за счет приближения узла приготовления твердеющей смеси к заполняемому пространству;

- вести закладочные работы одновременно и независимо в нескольких элементарных выемочных единицах;

- существенно сократить удельные капитальные и эксплуатационные затраты на производство закладочных работ;

- утилизировать пустые породы от проходки выработок в составе закладочных смесей;

- оперативно управлять параметрами интенсивности добычи руды на руднике.

Передвижной закладочный комплекс может быть размещен как на поверхности, так и в карьере, и в выработках подземного рудника.

Передвижной закладочный комплекс в полной комплектации состоит из следующих технологических модулей: модуль хранения компонентов закладочной смеси; оборудование первой и второй стадий дезинтеграции заполнителей; смешения компонентов закладочной смеси; оборудование для транспортирования закладочной смеси до выработанного пространства, устройств для удержания смеси в камере и отведения избытка технологических вод.

Блочно-модульный принцип компоновки оборудования позволяет разнести в пространстве отдельные элементы комплекса с возможностью перемещения его, в том числе по выработкам подземного рудника вслед за развитием фронта очистных работ.

Таким образом, применение передвижных закладочных комплексов позволит не только сократить срок формирования искусственного массива, но и осуществлять независимую отработку запасов руды на нескольких участках месторождения за счет автономности ведения закладочных работ.

Кроме того, низкая стоимость оборудования, сокращение энергопотребления и длины закладочного трубопровода позволит сократить удельные затраты на возведение искусственных массивов и тем самым вовлекать в эксплуатацию запасы с меньшим содержанием ценных компонентов.

При составлении технологических схем функционирования передвижных закладочных комплексов в подземных условиях были учтены следующие положения:

- для сокращения количества передаточных устройств в структуре закладочного комплекса предпочтительно вертикальное размещение оборудования в выработках подземного рудника, когда порода в процессе приготовления закладочной смеси перемещается под действием собственной силы тяжести по породоспускам.

Когда перемещение и подача материалов для приготовления закладочной смеси может осуществляться по горизонтали, подача компонентов смеси производится самоходным оборудованием, конвейерами, питателями;

- дезинтеграция пород от проходки выработок осуществляется в открытых циклах в две стадии: крупного (до 100% класса -50 мм) и мелкого (до 30% класса -0,074 мм) дробления.

Оборудование для дезинтеграции I и II стадий может быть разнесено в пространстве подземного рудника;

- при размещении на участке подземного рудника нескольких передвижных комплексов приготовления закладочной смеси, типоразмерный ряд оборудования подбирается таким образом, чтобы один модуль I стадии дезинтеграции, размещенный на проходческих горизонтах, обеспечивал производительность нескольких работающих модулей II стадии дезинтеграции и приготовления смеси;

- в случае подачи закладочной смеси в выработанное пространство самотеком комплекс приготовления закладочной смеси должен быть размещен выше закладываемых камер с обеспечением достаточной высоты вертикального става для создания необходимого напора в трубопроводе;

- комплекс приготовления закладочной смеси может быть приближен к зоне ведения подготовительно-нарезных работ, а транспортирование закладочной смеси до закладочного горизонта осуществляется напорным гидротранспортом с применением насосов;

- количество закладочных комплексов, их производительность и место размещения определяются проектным объемом и пространственным расположением пустот, определенных проектом.

Выбор рациональной технологической схемы работы закладочного комплекса базируется на расчете удельного объема подготовительно-нарезных работ (ПНР) на 1000т извлекаемых запасов и коэффициента, определяемого отношением текущего объема формируемых в подземном руднике пород, которые могут быть использованы для приготовления закладочной смеси, к объему заполнителя, требуемого для закладки формируемых пустот.

Для расчета коэффициента обеспеченности закладочного комплекса породным заполнителем выведена формула:

где K_пнр - удельный объем полевых подготовительно-нарезных выработок на 1000т балансовых запасов, м³;

K_дпв - коэффициент, отражающий долю полевых выработок в общем объеме подготовительно-нарезных работ;

г_пп - удельный вес породы, т/м³; г_руды - плотность руды в массиве, т/м³;

q_пп - расход породного наполнителя в составе закладочной смеси, кг/м³.

В зависимости от значения коэффициента обеспеченности закладочного комплекса породным заполнителем определяются технологические решения по составу закладочной смеси и технологической схеме рудника в части перемещения и утилизации пород от проходки горных выработок. (табл. 1)

Таблица 1 - Технологические решения по обеспечению закладочного комплекса породным заполнителем

Коб	Условия обеспеченности закладочного комплекса породным заполнителем	Технологические решения
<0,3	Породы от проходки поступают в объеме, недостаточном для обеспечения работы подземного закладочного комплекса, и требуют их выдачи на поверхность	Закладку выработанного пространства целесообразно проводить с поверхностных передвижных закладочных комплексов, а подземные использовать только для возведения несущих конструкций
0,3ч1	Породы от проходки утилизируются в составе закладочной смеси, но не обеспечивают полностью потребность подземного закладочного комплекса в заполнителе	Помимо пород от проходки необходимо доставлять к ППЗК дополнительные объемы пустых пород или комбинировать подземный передвижной закладочный комплекс с поверхностным
?1	Все породы от проходки утилизируются в выработанном пространстве и полностью покрывают потребность ППЗК в заполнителе	Твердеющая закладочная смесь производится на комплексах, размещенных в выработках подземного рудника, на основе пород от проходки выработок

Оборудование закладочного комплекса может быть размещено на горизонте проходческих работ или на закладочном горизонте, в зависимости от места формирования и накопления пустых пород, способа их транспортирования и направления движения фронта работ.

Восходящий порядок отработки запасов месторождения наиболее благоприятен для применения передвижных подземных закладочных комплексов за счет того, что породы от проходки горных выработок образуются выше горизонта очистных работ.

В этом случае есть возможность разместить элементы закладочного комплекса на проходческом горизонте и транспортировать закладочную смесь в выработанное пространство самотеком (рис 1).

Рисунок 1. - Технологическая схема закладочного комплекса при восходящем порядке выемки, К_об = 1 и одном закладочном комплексе на участке

Нисходящий порядок выемки характеризуется тем, что проходческие забои расположены ниже закладываемого выработанного пространства. В таком случае, закладка может вестись с проходческого горизонта в напорном режиме (рис.2 - а), или с закладочного горизонта самотеком (рис.2 - б,в).

а)	б)
в)

Рисунок 2. - Технологические схемы закладочного комплекса при нисходящем порядке отработки месторождения и К_об = 1 и использовании одного закладочного комплекса на участке (а, в), использовании нескольких закладочных комплексов (б), с подачей смеси в выработанное пространство самотеком (б, в) или в напорном режиме (а)

В случае, когда малый объем пород от проходки не позволяет использовать их в качестве породного заполнителя в закладочных смесях, передвижной закладочный комплекс целесообразно размещать на поверхности и транспортировать закладочную смесь по закладочным скважинам.

В таком случае, преимущества передвижного закладочного комплекса могут быть реализованы путем установки его непосредственно над закладываемым выработанным пространством и периодическим перемещением вслед за развитием фронта добычных работ.

Технологические схемы закладочного комплекса при размещении его в подземных условиях классифицированы по расчетному коэффициенту обеспеченности закладочного комплекса породным наполнителем, по направлению развития фронта работ в вертикальной плоскости и количеству закладочных комплексов на одном участке.

Последний классификационный признак определяет интенсивность производства горных работ как показатель количества элементарных выемочных единиц, одновременно находящихся на стадии закладочных работ.

Для создания методики обоснования интенсивности отработки месторождения системами с закладкой выработанного пространства при применении передвижных закладочных комплексов разработана математическая модель в виде программы, написанной на языке Visual Basic for Applications (VBA).

Цель моделирования - определение зависимости интенсивности разработки месторождения камерной системой с закладкой выработанного пространства с использованием передвижных закладочных комплексов от размеров панели, камеры и производительности закладочных комплексов.

Объект моделирования - крутопадающее медно-колчеданное месторождение средней мощности, отрабатываемое камерной системой с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями.

Размер рудного тела задается изначально и характеризует месторождение как пологозалегающее, крутопадающее или как мощную рудную залежь.

Расчет интенсивности отработки условного рудного тела производится моделированием процессов последовательной отработки элементарных выемочных единиц. В ходе моделирования варьируются следующие параметры:

- размеры камеры,

- длина панели,

- производительность закладочного комплекса

- количество закладочных комплексов.

В качестве показателей интенсивности использовались скорость движения фронта работ, среднее время на отработку удельного объема запасов и годовая производительность панели по полезному ископаемому.

Модель была реализована в виде двух блоков: имитация отработки камеры и расчет продолжительности отработки панели.

В первом блоке отработка камеры разделена на четыре этапа:

I. нарезные работы:

— проходка бурового орта;

— проходка отрезного восстающего;

— формирование отрезной щели;

II. очистная выемка:

— цикл отбойки, включающий бурение, заряжание, взрыв, проветривание и уборку отбитой породы;

III. закладочные работы;

— возведение изолирующих перемычек;

— заполнение камеры на уровень перемычек;

— формирование несущего слоя;

— заполнение камеры смесью;

IV. набор искусственным массивом нормативной прочности (28 сут.).

Зависимость продолжительности каждого из этих этапов от параметров камеры и производительности закладочного комплекса рассчитывалась согласно алгоритму, представленному на рис. 3.

Второй блок модели представляет собой расчет продолжительности отработки панели камер. При этом устанавливается максимально возможная интенсивность отработки запасов панели, выраженную скоростью движения фронта добычных работ через количество камер, находящихся на стадии очистной выемки, продолжительность отработки камеры и ее ширины.

Рисунок 3 - Алгоритм расчета продолжительности отработки камеры

Расчет производился исходя из того, что скорость движения фронта работ в панели ограничена двумя факторами:

- скоростью проходки панельного штрека;

- продолжительностью твердения массива.

Ограничение по скорости проходки панельного штрека характерно для любой системы разработки. В модели скорость проходки штрека принималась, в зависимости от производительности панели, в пределах от 40 до 150 метров в месяц. Второе ограничение характерно именно для систем разработки с твердеющей закладкой выработанного пространства и заключается в следующем: отработка камер второй очереди становится возможной только тогда, когда камеры первой очереди в панели отработаны и заложены твердеющей смесью, которая к началу извлечения запасов камер второй очереди должна набрать нормативную прочность.

Для выполнения второго условия был использован параметр отставания фронта отработки камер II очереди от фронта отработки камер I очереди. Количественно этот показатель соответствует расстоянию, пройденному фронтом добычных работ за время, которое требуется на отработку и формирование искусственного массива в камерах I очереди, смежных с таким количеством камер II очереди, которое необходимо для поддержания интенсивности отработки запасов (рис. 4). Таким образом, длина отставания фронта добычных работ камер второй очереди:

, м

где t_кам - продолжительность отработки камеры, сут.

Рисунок 4 - Схема развития фронта добычных работ в панели

Таким образом, максимальное количество камер, одновременно находящихся на стадии очистной выемки, ограничивается системой неравенств:

,

Полученные значения максимального количества камер, одновременно находящихся на стадии очистной выемки, используются для расчета годовой производительности панели по руде:

, тыс.т/год,

где А_г - годовая производительность панели, тыс.т/год; Q_кам - запасы руды в камере, тыс.т

Анализ результатов моделирования позволил получить зависимости максимально возможной производительности панели от её длины, мощности рудного тела, принятых параметров камер, их количества и производительности передвижных закладочных комплексов:

, тыс.т/год

где L_пан. - длина панели, км; m - длина камеры, м; b - ширина камеры, м; h - высота камеры, м; q - производительность закладочного комплекса, м₃/час.

Выражая интенсивность через показатель среднего времени, приходящегося на отработку 1000т запасов панели, формула принимает следующий вид:

,

Получены зависимости необходимого количества закладочных комплексов принятой производительности от максимальной производственной мощности рудника. Зависимости проиллюстрированы графиками, представленными на рис. 5, и выражены формулами:

n_max3=K₁•А_г^K2,

где:

K₁ = 2•10^-7•q²-1,36•10^-5•q +1•10^-3,

K₂ = -0,003•q+0,9493,

а)	б)
в)	г)

Рисунок 5 - Графики количества ПЗК с производительностью 12 (а), 30 (б), 60 (в) и 100 (г) м³/час для обеспечения производственной мощности рудника

Для обоснования рациональной интенсивности с точки зрения экономической эффективности количество закладочных комплексов и их производительность должны выбираться исходя из расчета затрат на приобретение и эксплуатацию оборудования, включая затраты на формирование камер для установки закладочных комплексов в подземном пространстве.

В соответствии с разработанными принципами были выбраны варианты технологических схем функционирования передвижного закладочного комплекса для условий Озерного медно-колчеданного месторождения. возможны два принципиальных варианта технологических схем передвижного закладочного комплекса: с размещением всех элементов комплекса на поверхности или с размещением части элементов комплекса в выработках подземного рудника.

С помощью разработанной методики была оценена максимальная интенсивность отработки запасов Озерного медно-колчеданного месторождения. Расчет показал, что месторождение обладает значительным резервом производительности сверх принятых настоящим проектом 400 тыс.т/год (рис. 6).

Рисунок 6 - График зависимости максимальной годовой производительности панели (A_г) от ее длины (L_пан.) и производительности передвижного закладочного комплекса (Q_ПЗК).

- при применении передвижных закладочных комплексов, производительностью 12 м³/час, условия месторождения позволяют достичь величины годовой производительности панели в 0,6-1 млн.т/год

- при применении передвижных закладочных комплексов, производительностью 30 м³/час - 0,7-1,3 млн.т/год

- при применении передвижных закладочных комплексов, производительностью 60 м³/час - 0,8-1,5 млн.т/год

- при применении передвижных закладочных комплексов, производительностью 100 ^м3/час - 0,9-1,6 млн.т/год.

Развитию большей производительности мешает малое количество запасов. Вместе с тем, ускоренная отработка запасов месторождения может решить проблему загрузки Учалинской обогатительной фабрики сырьем в период строительства резервного Ново-Учалинского рудника.

Расчет эффективности применения передвижного закладочного комплекса на Озерном медно-колчеданном месторождении с целью обеспечить принятую проектом производительность показал, что себестоимость закладки при этом снижается на 40%, а срок окупаемости закладочного комплекса составляет 10 месяцев.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации, являющейся законченной квалификационной работой, дано решение актуальной научно-технической задачи - обоснованы условия применения передвижных закладочных комплексов и предложена новая методика обоснования максимально возможной производственной мощности подземного рудника, осуществляющего добычу руды системой с твердеющей закладкой выработанного пространства с применением передвижных закладочных комплексов.

Основные результаты проведенных исследований заключаются в следующем:

1. На основе анализа мирового опыта применения систем с твердеющей закладкой выработанного пространства на примере разработки медно-колчеданных месторождений выявлены основные направления развития технологии закладки выработанного пространства в части совершенствования оборудования для приготовления закладочной смеси, ее состава, технологических схем заполнения выработанного пространства и конструкций систем разработки.

Установлено, что идея размещения узла приготовления закладочной смеси вблизи от выработанного пространства отвечает тенденциям снижения стоимости закладочных работ, повышению интенсивности отработки запасов и утилизации отходов горного производства в выработанном пространстве недр.

2. Испытаниями оборудования передвижного закладочного комплекса установлено, что безмельничным способом может быть получена закладочная смесь с требуемыми реологическими характеристиками, которая при затвердевании образует массив, прочностные характеристики которого соответствуют требованиям Учалинского подземного рудника к твердеющей закладке выработанного пространства.

Кроме того установлено, что, сроки набора прочности закладочной смесью могут быть сокращены до 30% за счет использования клинкерного вяжущего и качества дезинтеграции породного наполнителя конусной инерционной дробилкой.

3. Разработан критерий оценки обеспеченности закладочного комплекса породным заполнителем от проходки полевых подготовительно-нарезных выработок.

Коэффициент обеспеченности рассчитывается как отношение количества пород, образующихся при проходке подготовительно-нарезных выработок к потребности закладочного комплекса в породном наполнителе и учитывает объемы образующихся пустот, долю пустот, заполняемую твердеющей закладочной смесью, удельный объем образующихся пустых пород, рецептуру смеси и плотность пустых пород и руды.

,

где K_пнр - удельный объем полевых подготовительно-нарезных выработок на 1000т балансовых запасов, м³;

K_дпв - коэффициент, отражающий долю полевых выработок в общем объеме подготовительно-нарезных работ;

г_пп - удельный вес породы, т/м³;

г_руды - плотность руды в массиве, т/м³;

q_пп - расход породного наполнителя в составе закладочной смеси, кг/м³

Разработаны рекомендации по эффективному применению передвижных закладочных комплексов при различных значениях коэффициента обеспеченности.

4. Разработана методика определения максимальной интенсивности отработки запасов панели рудника, осуществляющего отработку запасов медно-колчеданных руд камерной системой разработки с твердеющей закладкой выработанного пространства, в зависимости от параметров добычных камер, производительности и количества передвижных закладочных комплексов.

Методика основана на имитационном моделировании отработки запасов одной камеры и в имитации отработки панели камер с расчетом интенсивности.

5. Исследованиями установлено, что максимальная интенсивность, которая может быть достигнута при отработке одной панели подземного рудника этажно-камерной системой разработки с твердеющей закладкой выработанного пространства, может быть определена по формуле:

, сут./1000 т,

где L_пан. - длина панели, км;

m - длина камеры, м;

b - ширина камеры, м;

h - высота камеры, м;

q - производительность закладочного комплекса, м₃/час.

Причем среднее время, приходящееся на отработку 1000т запасов панели:

6. Применением разработанной методики по обоснованию максимальной годовой производительности рудника к горно-геологическим и горнотехническим условиям разработки Озерного медно-колчеданного месторождения, установлено, что:

- при применении передвижных закладочных комплексов, производительностью 12 м³/час, условия месторождения позволяют достичь величины производственной мощности в 0,6-1 млн.т/год;

- при применении передвижных закладочных комплексов, производительностью 30 м³/час - 0,7-1,3 млн.т/год;

- при применении передвижных закладочных комплексов, производительностью 60 м³/час - 0,8-1,5 млн.т/год;

- при применении передвижных закладочных комплексов, производительностью 100 м³/час - 0,9-1,6 млн.т/год.

7. Расчет эффективности работы передвижных закладочных комплексов для условий Озерного медно-колчеданного месторождения показал, что внедрение передвижных закладочных комплексов для обеспечения принятой проектом производительности по закладке позволяет снизить себестоимость закладочных работ на 40%, расчетный срок окупаемости при этом составил 10 месяцев.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Рыльникова М.В., Юков В.А., Корнеев Ю.В. Систематизация и структуризация технологических схем гидродобычи твердых полезных ископаемых // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал), 2012 - №2, - С. 64-71.

2. Корнеев Ю.В. «Обоснование условий повышения интенсивности подземной разработки рудных месторождений с использованием передвижных закладочных комплексов» // Маркшейдерский вестник, 2012 - №6. - С. 18-22.

3. Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В., Радченко Д.Н., Корнеев Ю.В. Передвижные закладочные комплексы в системах разработки рудных месторождений с закладкой выработанных пространств // Горный журнал, 2013 - №2. - С. 101-104.

4. Корнеев Ю.В. «Исследование влияния параметров выемочных единиц на интенсивность отработки запасов подземным способом при использовании передвижных закладочных комплексов» Проблемы проектирования технологии подземной и комбинированной разработки рудных месторождений // Горный информационно-аналитический бюллетень (научно-технический журнал). Отдельные статьи (специальный выпуск), 2013. - №5. -. С. 49-56.

в прочих изданиях:

5. Корнеев Ю.В. Обоснование технологии комплексного освоения Озерного медноколчеданного месторождения //Сборник трудов конференции «Молодые - наукам о земле», т.1. РГГРУ, 2009 г. - С. 149-150

6. Корнеев Ю.В. Системный анализ мирового опыта комбинированной разработки месторождений твердых полезных ископаемых // Сборник трудов V международной научной конференции «Молодые - наукам о земле». РГГРУ, 2010 г. - С. 227-228.

7. Корнеев Ю.В. «Пути повышения интенсивности освоения рудных месторождений при комбинированной геотехнологии» // Сборник статей 7 международной научной школы молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» УРАН ИПКОН РАН, Москва 2010.

8. Радченко Д.Н., Корнеев Ю.В. "О влиянии интенсивности эксплуатации природного и техногенного минерального сырья на эффективность освоения рудных месторождений комбинированными геотехнологиями" Статья в сборнике. Магнитогорск. Сборник статей VI-й Международной конференция «Комбинированная геотехнология: теория и практика реализации полного цикла комплексного освоения недр». 2011.

9. Корнеев Ю.В. Обоснование путей интенсификации освоения глубокозалегающих рудных месторождений подземным способом // Сборник статей 8 международной научной школы молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых» УРАН ИПКОН РАН, Москва 2011, 241 с.

10. Корнеев Ю.В., Радченко Д.Н. Типовые технологические схемы отработки запасов рудных месторождений с применением подземных закладочных установок модульного типа. Тезисы доклада. Москва. ИПКОН РАН. Международная молодежная научная школа «Проблема освоения недр в ХХI веке глазами молодых». Том 2. - 2012. - С. 177-179.

Размещено на Allbest.ru

...