CC BY
49
СЕМИНАР 14
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ Г0РНЯКА-2000" МОСКВАяМГГУ.я31яянваряя-я4яфевраляя2000ягодая
днища в рудном массиве с интенсивной трещиноватостью происходит дополнительное нарушение взрывными рабо-
Ü
^ Т.М. Ермеков, Ю.И. Яковлев, М.А. Исаев, В.Н. Шашкин, А. Г. Просеков, 2000
YAK 622.273.1:622.274.5:622.023.6
И
1
Т.М. Ермеков, Ю.И. Яковлев, М.А. Исаев, В.Н. Шашкин, А.Г. Просеков
ЛНИШЕ БЛОКА АЛЯ ИНТЕНСИВНОГО ВЫПУСКА ПРИ ОТРАБОТКЕ НЕУСТОЙЧИВЫХ РУА СИСТЕМАМИ С ОБРУШЕНИЕМ
При отработке высокотрещиноватых хромитовых руд Южно-Кемпир-сайских месторождений системой этажного самообрушения основной проблемой для шахт Донского ГОКа является слабая устойчивость выработок днищ блоков. Данная система и принятая схема компоновки выработок днищ, как показал опыт, являются оптимальными с точки зрения производительности и извлечения руды. Однако при очистной выемке приходится свыше 60 % выработок днища перекреплять, зачастую неоднократно.
Поскольку очевидно, что изменить структуру и прочность горного массива невозможно, было решено устойчивость днища повышать путем увеличения прочности его основных несущих элементов-надштрековых и междуштрековых целиков, а также сокращения сроков его эксплуатации. В соответствии с этим разработана и предлагается к внедрению конструкции высокопроизводительного днища, представленная на рисунке [1].
При проведении выработок
тами этого массива на глубину до 0,5 м вокруг контура выработок. В результате надштре-ковый целик в поперечном своем сечении в области сопряжении скреперного штрека и выпускных ниш оказывается значительно нарушенным.
Продольная его часть между соседними выпускными нишами перестает полноценно выполнять функцию несущего элемента днища, и давление вышележащей обрушенной горной массы передается на крепь скреперной выработки.
Таким образом, существенное значение в устойчивости днища имеет состояние и площадь сечения надштрекового целика, которая в свою очередь, напрямую зависит от расстояния между соседними выпускными нишами.
В отрабатываемых в настоящее время на шахте "Молодежная" блоках скреперные штреки располагают через 12-14 м. Выпускные ниши по длине скреперного штрека, в свою очередь, располагают через 6 м. При ширине блока 30 м в скреперной выработке, таким образом, размещаются 4 пары выпускных ниш с приемными воронками диаметром 5,5-6 м. При этом при оформле-
нии воронок скважинными зарядами, надштреко-вый целик подвергается большим динамическим
Рис. 1. Днище блока для интенсивного выпуска руды: 1 -скреперный штрек основного горизонта; 2, 3 - выпускные выработки основного горизонта; 4 - скреперный штрек дополнительного горизонта; 5, 6 - выпускные выработки дополнительного горизонта
нагрузкам и еще до начала очистных работ теряет поперечного участка (в сечении дучек) надштре-кового целика составляет 10-10,5 м2, но после оформления воронок площадь сечения ненарушенной его части не превышает 6,0 м2. В то же время массив самого целика высотой 6,5 м оказывает чрезмерное давление на свод скреперного штрека.
Если увеличивать расстояние между выпускными нишами в пределах принятой ширины блока, следующей ступенью интервала между парами выпускных ниш при конструктировании днища будет пролет, равный 7,5 м. При этом в одной скреперной выработке будет размещаться 3 пары ниш вместо прежних 4. Площадь сечения поперечной части надштрекового целика в этом случае возрастает до 18-18,5 м2, а ненарушенной его части -до 12,5-13 м2.
Известны схемы расчета прочности элементов днища блока с выпуском отбитой горной массы через воронки на скреперные выработки. Однако при этом невозможно оценить достоверность результатов, полученных по этим расчетам, так как в данном случае в условиях шахты "Молодежная" следует считать неопределенными значения пределов прочности на сдвиг и сжатие рудного массива с интенсивной трещиноватостью в условиях всесторонней нагруженности, в то время как указанные характеристики определены на образцах.
Исходя из сказанного о результатах изменений параметров днища блока, предпринимаемых с целью повышения его устойчивости, в данной ситуации предлагается судить по следующей предельно простой схеме. При расстоянии между выпускными нишами, равном 6 м, в начальный период выпуска отбитой руды сопряжения продольного и поперечного участков надштрековых целиков в состоянии выдержать действующие на них нагрузки. Затем, по мере накопления остаточных деформаций, постепенного разрушения этих сопряжении, несущая способность всей конструкции становится меньше действующих нагрузок, что и проявляется в перегруженности и последующем разрушении крепи скреперных выработок. Увеличение расстояния между выпускными нишами с 6 до 7,5 м (в 1,25 раза) позволяет увеличить площадь сечения поперечных участков надштрековых целиков в 2 раза и тем самым увеличить запас времени между началом очистных работ в блоке и моментом, когда указанные со-
пряжения участков целиков исчерпают свою несущую способность.
Согласно проведенным расчетам получено, что при проходке штрека скреперования в его кровле формируется зона неупругих деформаций с размерами свода естественного равновесия Исв= 5,8 м. Высота же надштрекового целика составляет величину Нц = 6,5 м, т.е. практически весь целик попадает в зону неупругих деформаций с фактически полной потерей несущей способности. В итоге основную нагрузку несут надштре-ковые целики. В связи с этим основной задачей явилось создание такого конструктивного построения днища блоков, когда большая часть нагрузки восприниматься междуштрековыми целиками. В проектном варианте днища, согласно расчетам, нагрузка на надштрековые целики составляет 57 % от веса налегающих выше пород, а междуштрековые - 43 %, что естественно, неблагоприятно сказывается на несущей способности крепи штреков скреперования.
В предлагаемом варианте решено уменьшить высоту днища до 7 м и увеличить основания междуштрековых целиков с 4,5 до 7,5 м, а расстояния между самими штреками - до 16 м. Уменьшение высоты днища, как это показывает анализ, не снижает геотехнических условий его работы, а в частности перераспределения нагрузок существенно улучшает. Как в существующем, так и в предлагаемом вариантах целики на всю высоту попадают в пределы свода естественного равновесия и обуславливают нагрузку своим полным весом. В период очистных работ суммарная нагрузка будет составлять вес надштрекового целика плюс, определенный объем разрушенной массы руды выше днища. Как это несложно заметить, механизм передачи давления обрушенной массы идентичен в обоих вариантах, т. е. дополнительная нагрузка для проектного и прелагаемого вариантов будет одинаковой, а, следовательно, суммарная во втором варианте будет меньше, так как в этом случае целик на 2 м ниже. И далее, изменение параметров междуштрековых целиков позволит перераспределить давление массива выше днища. В этом варианте нагрузка на надштрековые целики будет составлять 42 %, а на междуштрековые 58 %. Уменьшение высоты междуштрекового целика позволяет создать в верхней части опорные поверхности шириной от 4 до 6 м, что повышает эффект распределения нагрузок по сравнению с проектным вариантом, где опорные площадки минимальные. С целью сни-
жения вертикального (нормального) давления на надштрековый целик предлагается его верхнюю площадку свести на нет, сомкнув верхние контуры.
В итоге предлагаемый вариант конструкции днища блока, в котором предусматривается разное скреперных штреков с 13 до 16 м и снижение высоты днища с 9 до 7 м, позволяет существенно, в пределах 50 % снизить суммарную нагрузку на крепь выработок штреков скреперования, увеличив, тем самым, их несущую способность.
Решение второго вопроса, интенсификации выпуска обеспечивается за счет увеличения пропускной способности выпускных выработок, а также снижения количества зависаний в дучках, а соответственно и времени на их ликвидацию.
Известно, что большой объем выхода негабаритных кусков характерен для системы с самообрушением руды, когда дробление массива, в отличие от взрывного способа, не контролируется.
Основной причиной возникновения зависаний является сужение проходного отверстия в сопряжении дучки с выпускной нишей. По результатам исследований линейный размер проходного отверстия при самотечном выпуске не превышает 0,5-0,7 м, чему соответствует размер кондиционного куска 400 мм.
При массовой отбойке руды скважинами диаметром 100 мм и веерном расположения скважин, а тем более самообрушении трещиноватого массива, получение равномерного дробления с крупностью куска не более 400 мм практически невозможно. В результате образующиеся зависания в дучках, не ликвидацию которых непроизводительно затрачивается порой до 50 % рабочего времени, приводят не только к снижению производительности на выпуске и доставке руды, повышению себестоимости горных работ. Для ликвидации зависаний в выпускных выработках, даже при наличии специальных средств (пневмо-пушки и др.) неизбежно применение взрывного способа, что способствует интенсивному разрушению выпускных выработок и преждевременному выходу из строя днища.
В разработанной конструкции днища для самотечного выпуска обеспечивается повышение производительности на этой операции в 1,9 раза с возможностью пропуска кондиционного куска до 1 м, а также повышение устойчивости днища и сохранности выработок.
Основным отличительным элементом предлагаемой конструкции является выпуск руды из воронок на двух уровнях.
Выпускные выработки (2, 3) основного доста-вочного горизонта имеют традиционную конструкцию с увеличенным сечением дучки до 2,5-3,0 х 2,5-3,0 м.
Дополнительный доставочный горизонт (4) располагается ниже основного на 3-5 м со смещением в плане таким образом, чтобы обеспечивалась сбойка нижних дучек (6) с почвой ниш основного горизонта.
Доставка руды производится скреперными установками, причем на основном доставочном горизонте (1) желательно установить более мощные скреперные установки, способные доставлять руду с крупностью куска до 1,0 м.
При одновременной работе скреперных установок на основном и дополнительном доставоч-ных горизонтах навал руды в выпускной нише основного горизонта находятся в непрерывном наступательном движении на нижележащий дос-тавочный горизонт, что устраняет образование рудной постели. При этом для основного горизонта проходное отверстие по величине будет приближаться к сечению ниши на сопряжении ее с доставочной выработкой, что практически исключает образование зависаний в данной области.
Выпускные выработки (5, 6) дополнительного доставочного горизонта работают в режиме традиционного днища. Поэтому здесь возможно образование зависаний, что потребует их ликвидации известным способом. Но при этом выработки основного горизонта будут работать в режиме непрерывного выпуска и доставки руды, а дополнительного - с перерывами на ликвидацию зависаний. Однако количество их будет примерно в три раза меньше, чем в традиционных днищах в связи с уменьшением на них общей нагрузки по выпуску. По данным отечественной и зарубежной практики ликвидация зависаний сокращает время чистой работы на выпуске 20-50 %.
Следовательно, устранение причин, способствующих формированию зависаний, позволяет увеличить производительность очистной выемки в 1,2-1,5 раза. С учетом одновременной работы дополнительного доставочного горизонта максимальное увеличение производительности очистных работ может достигать 2,2-2,5 крат. Так, при высоте блока 60 м, а обрушаемого слоя - 50 м
доля выемки руды в последний период, когда в работе будет участвовать, только один горизонт составит 15 %.
Тогда рост производительности очистного блока за весь период его отработки составит: Р = 85 х 2,2 + 15 х 1 = 201 %, где 2,2 - относительное (по сравнению с традиционным днищем) увеличению производительности блока в долях при работе днища с двумя доставочными горизонтами; 1 - то же при работе одного горизонта; 85 и 15 -соответственно доли объемов выемки руды, %.
Важным достоинством предлагаемой конструкции днища является возможность увеличения расстояния между доставочными выработками и выпускными воронками в ряду без ухудшения показателей выпуска.
Для систем разработки с выпуском руды под обрушенными породами Криворожский горнорудный институт [2] рекомендовал определять коэффициент извлечения чистой руды из запасов, приходящихся на одно выпускное отверстие по формуле:
Иь
ун г2
И3 = 1 —^ (0,476 -1,57—), 3 Я 12
(1)
где Укр - критическая высота отбиваемого слоя руды, м; Укр = 3,3 (1-й?0); г, й0 - соответственно радиус и диаметр активного сечения выпускного отверстия, м; 1 - расстояния между выпускниками отверстиями, м; Я - высота слоя обрушенной руды, м.
Увеличение расстояния между доставочными выработками и воронками критическую высоту эллипсоида выпуска, что снижает коэффициент извлечения. В предлагаемой конструкции днища значительно увеличивается радиус выпускного отверстия, что ведет к сближению осей эллипсоидов выпуска. Кроме того, увеличение радиуса активного отверстия способствует (из выражения) повышению коэффициента выпуска. В итоге увеличение расстояния между выпускными выработками на 3-4 м не приводят к ухудшению показателей выпуска. Так, в традиционном днище, при расстоянии между доставочными выра-
ботками 12 м, высоте отбиваемого слоя 50 м, ширине доставочных выработок 2,5 м, длине козырька ниши 0,5 и диаметре активного сечения 0,8 м расстояние между осями эллипсоидов выпуска воронок двух соседних доставочных выработок составит 7,7 м. При таком же расстоянии между осями эллипсоидов по длине доставочной выработки коэффициент извлечения по провиденной формуле равен 0,786. При увеличении расстояния между доставочными выработками до 16 м диаметр активного сечения составит 3,0 м, расстояние между осями выпускных отверстий -8,5 м. При этом показатели извлечения определятся по двум стадиям выпуска: 85 % запасов - на основные и дополнительные доставочные выработки и 15 % - только на дополнительные и составят соответственно 0,834 и 0,60. Отсюда средневзвешенный коэффициент извлечения составит 0,800.
Как видно, при столь значительном рассредоточении выпускных выработок извлечение чистой руды даже несколько выше.
Недостатком предлагаемой конструкции днища является несколько повышенный удельный расход горнопроходческих работ. Однако экономический эффект от повышения производительности очистного блока, резкого снижения затрат на поддержание горных выработок и расходов на вторичное дробление, а также непроизводительных затрат рабочего времени не только компенсирует указанный недостаток, но как ожидается, приведет к снижению себестоимости очистной выемки.
Экономический эффект использования данной конструкции днища составит:
Ээф =
X 5
к,
Зк + П Зп _3н, 0,40 у.ед/т (2)
бз
к,
бз
где Зк - снижения затрат на перекрепку (предполагается лишь 10% перекрепления); П - стоимость получаемого концентрата из снижаемого объема потерь руды; Зп - увеличение затрат на горно-подготовительные выработки; Зн - то же на нарезанные выработки; Кбз - балансовые запасы руды блока, тыс. т.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Калекин Р.С., Просеков А.Г. Днище для само- 2. Терпогосов Р.С. Основание блоков и механиза-
течного выпуска руды. А.с. № 1456576. М., 1988. ция выпуска руды. М., Недра, 1977, с. 90.
г
1
Ермаков Т.М. член-корреспондент НАН РК, профессор, доктор технических наук, ИГД им. Д. А. Кунаева, Республика Казахстан. Яковлев Ю.И. - кандидат технических наук, ИГД им. Д.А. Кунаева.
Исаев М.А. - кандидат технических наук, ИГД им. Д.А. Кунаева.
Шашкин В.Н. - кандидат технических наук, технический директор АО ДонГОК.
Просеков А.Г. - старший научный сотрудник лаборатории управления геомеханическими процессами ИГД им. Д.А. Кунаева.
Файл:
Каталог:
Шаблон:
Заголовок:
Содержание:
Автор:
Ключевые слова: Заметки: Дата создания: Число сохранений: Дата сохранения: Сохранил:
Полное время правки: Дата печати: При последней печати страниц: слов: знаков:
ЕРМЕК_~1
G:\С диска по работе в универе\GIAB_20\GIAB12_0\MACET
C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.dotm
Член-корр
Гитис Л.Х.
27.11.2000 19:04:00 6
10.12.2008 23:26:00
Таня
49 мин.
11.12.2008 0:04:00
5
2 250 (прибл.) 12 826 (прибл.)
