Интенсификация выпуска руды из узких магазинов в условиях повышенного горного давления Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© В. М. Лизункин, А. И. Соболев, 2005

УДК 622.274.44

В.М. Лизункин, А.И. Соболев

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ВЫПУСКА РУДЫ ИЗ УЗКИХ МАГАЗИНОВ В УСЛОВИЯХ ПОВЫШЕННОГО ГОРНОГО ДАВЛЕНИЯ

Семинар № 13

ш Ж ри разработке маломощных

-Ц. жильных месторождений широкое распространение (более 50 %) получила система с магазинированием руды, отличающаяся наиболее высокими техникоэкономическими показателями. Однако эффективность ее применения заметно снижается на глубоких горизонтах, что связано со значительным повышением горного давления и нарушенное™ вмещающих пород. Под влиянием этих факторов в первую очередь осложняется процесс выпуска руды из узкого очистного пространства, на долю которого приходится до 30 - 50 % общих затрат труда на очистную выемку, что характерно для большинства разрабатываемых жил. При этом трудоемкость ликвидации зависаний руды внутри блока (удаленных на 5 и более метров от зоны погрузки, доля которых составляет 20 % от всех зависаний) достигает почти половины (0,9 - 1,2 чел.час/м3) общей трудоемкости выпуска. Велики также потери (8 - 12 % и более) невыпущенной (зависшей) руды и вторичное разубоживание от отслоений вмещающих пород (до 20 - 30 %).

Для уменьшения количества зависаний, затрат времени на их ликвидацию, обеспечения равномерности выпуска и в целом повышения эффективности процесса перспективным является осуществление активации потоков замагазинирован-ной руды комплексом технических средств, устанавливаемых в очистном

пространстве в различных частях блока в местах формирования зависаний.

Оценка причин и вероятности образования зависаний замагазинированной руды на рудниках Дарасунский и Шах-таминский показывает, что основной их объем происходит в результате уплотнения и слеживания руды, обрушения боковых пород и попадания в руду негабаритных включений (табл. 1). Кроме того, зависания образуются в местах выполажи-вания жил и межлюковых пространствах -неактивной части блока.

По результатам натурных наблюдений и статистических данных предприятий определены уравнения для расчета параметров внутриблоковых высоких зависаний в зависимости от наиболее значимых факторов:

X = (0,44 + 0,001А + 0,025М - 0,017Р- -0,024т) Ь, (1)

У = (0,63 - 0,001А + 0,016М - 0,014Р- -0,125т) Н6л, (2)

8 = (0,85 - 0,003А + 0,037М - 0,001Р- -0,524т) Ь Н6л. (3)

Коэффициент множественной корреляции составил для X: г = 0,78, среднеквадратическое отклонение а = 0,03; для У: г = 0,86, а = 0,023; для 8: г = 0,93, а = 0,021. Ошибка уравнений не превышает в среднем 20 %.

В формулах (1, 2, 3) X и У- координаты основания зависания (м) (рисунок), 8 -площадь зависания (м2), А - угол падения

жилы, град., N - модуль трещиноватости, шт/м, Р - интенсивность отработки блока, м/мес., т - ширина очистного пространства, м; Ь и Н6л - соответственно длина и высота блока, м.

Предложенные зависимости можно использовать для расчета зависаний в блоках, отрабатываемых на глубинах 400-700 м. При этом в расчетах следует принимать площадь, эквивалентную площади эллипса 8 = лаЬ, у которого большая ось расположена по восстанию с размерами а = 2,5Ь, где а большая полуось, Ь - малая.

Среднестатистическая модель встречаемости зависаний замагазинированной руды в различных частях блока: I - V область распределения зависаний; х, у - координаты основания зависания

Известно, что эффективность выпуска руды из узких магазинов зависит, в основном, от равномерного и непрерывного истечения руды из прилюковой и межлюко-вой зон, которые обеспечивают свободное равномерное (постоянное) движение призабойной по-верхности замагазинированной руды.

Для интенсификации выпуска руды в межлюковой зоне были исследованы в лабораторных условиях и испытаны в производстве два способа активации: вибрационный с помощью виброцеликов (АВ-1) и пульсирующий с применением мягких пневмооболочек (АБ-1), установленных в транше на крепи штрека. Лабораторные исследования проведены на физической модели при масштабе моделирования 1:25 (1500х 1500x100 мм) с соблюдением критериев подобия.

Исследованиями установлено, что при выпуске руды из одиночного отверстия вибролюками и вибролюками с виброцеликами ширина малой оси эллипсоида разрыхления в его средней части

Таблица 1

Причины и вероятность образования зависаний замагазинированной руды

Причины зависаний Вероятность образования, %.

Снижение показателя проходимости (неровности бортов, сужения очистного пространства) 15

Уплотнение и слеживание (повышенное горное давление, неравномерность выпуска, низкая скорость очистной выемки) 30

Обрушение боковых пород и негабариты 19

Межлюковые сооружения (крепь штрека, надштрековые целики) 18

Выполаживание жилы 10

Попадание посторонних предметов (крепежный лес, обрывки троса, буры и пр.) 6

Внутриблоковые целики 2

Всего 100

больше соответственно на 17 и 25 % чем при выпуске из простых люков. Более существенно возросла ширина зоны потока в донной части блока: при выпуске из вибролюков - на 40 %, вибролюками с виброцеликами - в 2 раза.

При планомерном последовательном выпуске руды из нескольких отверстий высота равномерного оседания поверхности замагазинированной руды при работе виброцеликов снизилась более чем в 2 раза и составила 3,7 м от кровли штрека. При этом значительно уменьшается (в 2,8 раза при выпуске вибролюками и в 3,8 раза - вибролюками с виброцеликами) удельное количество зависаний. Из этого следует, что применение активаторов вибрационного типа в межлюковых промежутках является эффективным методом управления равномерностью выпуска и снижения количества зависаний в прилю-ковой зоне.

Исследование различных режимов работы показало, что в период выпуска, особенно при ликвидации зависаний руды, виброцелики должны работать совместно с выпускными люками. Нарушение этого режима приводит к уплотнению и неравномерному выпуску горной массы.

Экономико-математическим моделированием по критерию себестоимости выпуска руды установлено, что область оптимальных значений расстояния между осями выпускных люков при использовании виброцеликов составляет 2,9 -3,3 м, что в среднем на 25 % больше, чем без их применения.

Лабораторные исследования выпуска руды с применением в качестве активаторов мягких пневмооболочек в надштреко-вой зоне (межлюковое пространство) проводились по трем схемам.

Первая - выпуск руды из самотечных люков, как базовый вариант.

Вторая - выпуск руды из самотечных люков при включении активаторов по мере образования зависаний и прекращения потока руды (режим А).

Третья - выпуск руды из самотечных люков при непрерывном пульсирующем режиме работы активаторов независимо от наличия зависаний (режим Б).

При выпуске над люками создается зона наиболее разрыхленной руды. Активаторы, при заполнении их сжатым воздухом, выталкивают находящуюся над ними руду в зону истечения. В результате создается возможность расширения зоны активного выпуска руды на всей длине блока и снижения количества внутриблоко-вых зависаний. При этом наилучшие показатели обеспечиваются при непрерывной пульсирующей работе активатора в процессе выпуска и погрузки руды в режиме Б.

Высоту разрыхления (Ир) отбитой руды при работе пневмоактиватора в зависимости от величины раздвижности (И) пневмооболочки, и коэффициента (Квр) вторичного разрыхления руды (отношение объема выпущенной из магазина руды к объему этой же руды в магазине) можно определить по выражению:

Ир = И / (Квр - 1) м. (4)

На основании результатов лабораторных и производственных исследований процесса вибровыпуска руды разработан двухсекционный вибропитатель ПВЛ-1 для погрузки руды из прилюковой зоны. Особенность его состоит в том, что загрузочная секция, расположенная непосредственно под выпускным отверстием блока, оснащена мощным низкочастотным вибратором вертикальных колебаний, а вторая (разгрузочная) - высокочастотным, совершающим продольные колебания. При этом загрузочная секция работает в побудительном режиме, разгрузочная - в транспортирующем.

Производственными испытаниями установлено увеличение высоты распространения эффективных вибраций в руде (прилюковая зона) в 2,0-2,3 раза по сравнению с традиционно применяемыми вибропитателями, снижение количества зависаний в 4,5-5,0 раз, по-

Таблица 2

Область целесообразного применения технологии выпуска руды с применением активаторов в различных зонах выемочного пространства

Место установки Площадь Горногеологические условия

и тип устройства 2 зависания, м Угол падения, градус Ширина очистного простр., м Устойчивость пород Грансо- став Слежи- вае- мость РУДЫ

< 50 50 - 200 > 200 50 - 70 70 - 90 © > < 1,0 Выше Ниже среди мелкий крупный низкая к л а - о у ей

Зона погрузки (0 - 2 м)

ПВЛ-1 + + + + + + + + + + + + +

Зона надштрековая (2-5 м) (межл. пр-во)

АВ-1 (виброцелик) + + + + + + + +

АБ-1 (пневмобаллон) + + + + + + + + + + +

Зона внутриблоковая (более 7 м)

ПП-1, 2 + + + + + +

ГПЛЗ-2 + + + + + + + +

ДРС + + + + + + +

УВГ-1 + + + + + + + + + +

Комбинированный ДРС и УВГ-1 + + + + + + + + + + + +

вышение производительности на выпуске-погрузке в 3,0-3,5 раза.

Для ликвидации зависаний, образующихся внутри блока, испытаны в лабораторных и производственных условиях способы активации водой, сжатым воздухом, водовоздушной смесью через перфорированные трубы - варианты с вертикальным и горизонтальным их расположением и пневмопульсаторами из мягких оболочек, размещаемых в очистном пространстве в процессе отбойки и частичного выпуска руды из магазина. При этом устройства устанавливали между зонами влияния выпускных отверстий (зонами потока).

Исследованиями установлено, что более эффективно гидропневмоимпульсное воздействие установками типа ГПЛЗ через вертикально расположенные перфориро-

ванные трубы, которое обеспечивает обрушение сводов зависаний при расстоянии между трубами до 3,5 м. Это в 3,0-3,5 раза больше, чем при безимпульсной подаче водовоздушной смеси. Безимпульсная раздельная подача воды и воздуха в массив замагазинированной руды не вызывает заметного улучшения ее подвижности и мало эффективна при ликвидации зависаний. Радиус действия в этом случае составляет 0,25-0,35 м.

Несколько более трудоемким (на 18 -20 %) является способ предупреждения и ликвидации зависаний мягкими пневмооболочками типа ПП (зона воздействия их на замагазинированную руду равна трехкратному максимальному размеру оболочки). Однако они эффективнее гидро-пневмоимпульсного воздействия при лик-

видации горизонтальных ленточных и площадных зависаний.

В процессе производственных испытаний установлено, что зависания, образующиеся в результате отслоения крупных блоков (плит) вмещающих пород и др., трудно ликвидируются рассмотренными способами. В этом случае необходимо применять взрывное разрушение их дина-мореактивными снарядами - системами (ДРС) и высоконапорными струями воды

с помощью установки высоконапорного гидроразмыва (УВГ -1).

Область целесообразного применения исследованных способов приведена в табл. 2.

Использование способов и средств активации позволило в целом уменьшить вторичное разубоживание руды в среднем в 1,4 раза, потери - в 1,7 раза, себестоимость выпуска-погрузки - на 64 %, повысить интенсивность отработки блока на 12-15 %.

— Коротко об авторах ------------------------------------------------------------------

Лизункин В. М. - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой подземной разработки месторождений полезных ископаемых,

Соболев А.И - доцент, кандидат технических наук,

Читинский государственный университет.