CC BY
23
© г .В. Шубин, Д.И. Кирюшин, B.C. Сорокин, Б.Н. Заровняев, A.M. Алексеев, 2012
УДК 622.272
Г.В. Шубин, Д.И. Кирюшин, B.C. Сорокин, Б.Н. Заровняев, A.M. Алексеев
НАТУРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СЫПУЧИХ СВОЙСТВ КИМБЕРЛИТОВЫХ РУД УДАЧНИНСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
Проведены натурные исследования сыпучести руд ЗРТ и ВРТ Удачнинского месторождения из восстающей выработки на опытно- промышленном участке подземного рудника.
Ключевые слова: натурные исследования, руда восточного и западного рудных тел, выпуск, восстающий, смерзаемость, сыпучие свойства.
При комбинированной отработке многолетнемёрзлых кимберлитовых месторождений Якутии в условиях весьма низких температур, возможно смерзание, как увлажненной руды отбитой под землей, так и ее породной «подушки» отсыпаемой на дне карьера над рудным телом, вплоть до потери ею подвижности и зависания. Потеря сыпучих свойств горной массы таит в себе опасность серьезных динамических проявлений при выпуске руды, либо посадках кровли в процессе ведения подземных горных работ. В регионах с суровыми климатическими условиями их специфической особенностью является высокая вероятность смерзания отбитых руд и вмещающих пород.
Причины, вызывающие смерзание отбитой руды весьма разнообразны, но чаще всего это:
- временное, частичное растепление мерзлой руды сопровождающееся таянием поровой воды с последующим ее смерзанием за счет аккумулирования в руде холода;
- попадание на отбитую руду с отрицательной температурой технологической воды;
- конденсация паров воды из рудничного воздуха и ее замерзание на кусках отбитой руды;
- сублимация порового льда из слоев отбитой руды с более высокой отрицательной температурой и конденсация пара с образованием льда в слоях с более низкой температурой, и др.
Известно, что интенсивность данного процесса зависит помимо температуры и влажности рудничного воздуха и отбитой руды (породы), также и от теплофизических, механических и прочих характеристик руды (породы).
Одной из первостепенных задач при строительстве ОППУ на карьере «Удачный», являлось создание реальных условий для моделирования отдельных элементов производственных процессов очистной выемки при подземной отработке месторождения. Это в первую очередь относится к установлению возможности и качественной оценке процессов выпуска горной массы данного месторождения при наличии ряда неблагоприятных факторов (отрицательные температуры, повышенная водообильность
и т.п.). Поэтому целью проводимых исследований являлось установление сыпучих свойств руд с учетом указанных неблагоприятны« факторов, для предварительного определения некоторых параметров выпуска при выборе возможнык вариантов систем разработки месторождения тр. «Удачная».
Основным объектом исследований являлась руда Западного (ЗРТ) и Восточного (ВРТ) рудных тел, выпускаемая из породоперепускного восстаю-шего (рудоспуска), пройденного на ОППУ карьера «Удачный».
Основными задачами при проведении опытно-промышленного эксперимента являлись:
- экспериментальные исследования слеживаемости руд Западного и Восточного рудных тел месторождения тр. «Удачная» при их выпуске;
- экспериментальные исследования смерзаемости руд с учетом теплового режима в выпускных выработках, руде и вмешаюших породах рудоспуска, в процессе их заполнения, хранения и выпуска;
- экспериментальные исследования дренажных свойств руд ЗРТ и ВРТ, размешенных в выпускной выработке при принудительной подаче в нее минерализованных и не минерализованных карьернык вод.
Этапность и цикличность проведения экспериментальных работ подробно рассмотрены в ранее разработанных методиках [1, 2].
Проведение опытно-
промышленного эксперимента по исследованию сыпучих свойств руд Удачнинского месторождения проводилось в 2005- 2006 гг. в два этапа:
I этап - с начала декабря по конец мая для руды Западного рудного тела;
II этап - с середины июля по конец октября для руды Восточного рудного тела.
Определение сыпучих свойств руды месторождения тр. «Удачная» выполнялось путем проведения последовательных операций по загрузке, выдержке и выпуску руды из породо-перепускного восстающего (рудоспуска) через определенные промежутки времени. Причем, если на первой стадии эксперимента (I цикл - определение слеживаемости руды) загруженные руды испытывали воздействие лишь от собственного веса столба по высоте рудоспуска при их естественной влажности и температурах, то при последующих стадиях на нее осуществлялось принудительное воздействие путем подачи минерализованных шахтных и не минерализованных вод (II цикл - определение дренажных свойств руды). При одновременном температурном воздействии от различных
источников окружающих исследуемый столб искусственно увлажненной руды (III цикл - определение смерзаемости руды). Температурный контроль осуществлялся как для воздушной среды в сбоечных к рудоспуску от штолен выработках и окружающих рудоспуск вмещающих породах, так и самого столба руды в рудоспуске по всей его высоте (рис.1).
Непосредственно перед началом эксперимента предварительно были проведены следующие виды работ:
1. Пройден породоперепускной восстающий (рудоспуск) сечением 3^2,8 м высотой 15 м (до подошвы сбоечной выработки с сечением в проходке около 20 м2)
2. Устьевая часть рудоспуска оборудована решеткой-грохотом из рудничных рельс с сечением ячейки 0,740,7 м (рис. 2).
3. На всю высоту восстающего проложена 15-ти метровая термогирлянда помещенная в защитную металлическую трубу с защитным сейфом в
7740
7760
7780
7800
Разрез 1-1
Рис. 1. Схема размещения пунктов наблюдения в выработках ОППУ за регистрацией температур: ПН №1, ПН №4 и ПН
№5 - ртутные термометры; ПН №2 и ПН №3 - термогирлянды
Рис. 2. Общий вид устья рудоспуска оборудованного решеткой-грохотом и термогирляндой в металлической трубе с сейфом
Рис.3. Работа погрузочно-доставочной машины ST1010 на временном складе руды площадки ОППУ
ее верхней части, с интервалом измерения температур через каждый метр).
4. В непосредственной близости от грохота (устья рудоспуска) в боковой поверхности верхней сбоечной выработки, пробурен 2-х метровый
шпур, оснащенный короткой термогирляндой в защитной трубе, с интервалом измерения температур на глубинах 1 и 2 метра.
5. В верхней и нижней сбоечных выработках (местах загрузки и выгрузки руды из рудоспуска) оборудованы стационарные пункты температурного контроля, оснащенные ртутными термометрами
6. Кроме того, при производстве температурных наблюдений регулярно осуществлялся замер температуры воздуха непосредственно на площадке ОППУ (у портала штолен, либо до начала производственных циклов в навале руды на временном складе).
7. Для проведения эксперимента на временный склад ОППУ с Западного и Восточного рудных тел (гор. -185 м) отгружено по 235 м3 руды (5 автосамосвалов по 47 м3 каждый).
8. При проведении опытно-промышленного
эксперимента доставка руды с временного склада до рудоспуска и обратно осуществлялась погрузочно-доставочной машиной ковшового типа ST1010 фирмы Atlas Copco с емкостью ковша 2,5 м3 (рис.3). 9. Для определения влажности руды непосредственно на участке ОППУ оборудовано рабочее место в вагончике с размещением в нем сушильного шкафа с автоматическим терморегулятором, настольных весов с ценой деления 20 г и набором гирь.
Рис. 4. Изменение гранулометрического состава и среднего размера куска руды в процессе проведения эксперимента (ЗРТ): 1 - крупность руды в навале до начала эксперимента (27.01.2005); 2 - крупность руды в навале после I цикла (слеживаемости) эксперимента (18.02.2005); 3 - крупность руды в навале после II и III циклов эксперимента (дренаж, смерзаемость) (19.04.2005); 4 - крупность руды после повторного цикла на дренажные свойства, смерзаемость (23.05.2005)
В процессе проведения опытно-промышленного эксперимента в каждом цикле проведены работы по установлению следующих основных показателей:
- определение гранулометрического состава руды перед началом, в процессе проведения и после окончания натурных испытаний;
- определение влажности и объемного веса, руды до и после каждого цикла выпуска;
- регулярные температурные замеры в пяти пунктах наблюдения на протяжении всего срока проведения опытно-промышленного эксперимента.
Определение указанных физических характеристик и свойств выпускаемой руды производилось в соответствии с существующими ГОСТами и методиками для их расчета [3].
Полученные результаты количественного состава по классам крупности руды, а также изменение среднего размера куска руды в процессе проведения эксперимента подтвердили существующую на практике тенден-
цию возрастания мелких фракций и уменьшение среднего размера куска при увеличении числа воздействий на руду, связанных с неоднократным ее перемещением и выпуском из рудоспуска. Для руд Западного рудного тела (ЗРТ) (гор. -185 м) Удачнинско-го месторождения изменение среднего размера куска руды в начале и в конце эксперимента составило более 35 % от первоначального (рис.4).
Для руд Восточного рудного тела (ВРТ) аналогичные исследования проводились летом- осенью (в основном в период положительных температур), при этом закономерно более интенсивное измельчение руды в ходе эксперимента по сравнению с рудой ЗРТ в период отрицательных температур. Так средний диаметр куска рудной массы уменьшился в конце эксперимента от первоначального порядка -41 % (рис. 5)
В процессе проведения опытно-промышленного эксперимента для руды ЗРТ ее влажность определялась не менее 5 раз:
Рис. 5. Изменение гранулометрического состава и среднего размера куска руды в процессе проведения промышленного эксперимента (ВРТ): 1 - крупность руды в навале до начала эксперимента (15.06.2005); 2 - крупность руды в навале после I цикла (сле-живаемости) эксперимента (28.07.2005); 3 - крупность руды в навале после II цикла эксперимента (дренаж, слеживаемость) (25.08.2005)
- влажность руды в навале временного склада до проведения эксперимента;
- влажность руды в навале непосредственно после проведения I цикла эксперимента;
- влажность руды в навале перед началом II цикла эксперимента;
- влажность руды в навале непосредственно после завершения полного цикла эксперимента;
- влажность руды при длительном выдерживании образцов в шахтной воде (7^10 суток).
При проведении эксперимента влажность определялась не менее чем по 6-ти образцам. По результатам замеров средняя весовая влажность в навале руды до эксперимента соответствовала ^=2 %. После I этапа эксперимента ^=3 %, перед началом II этапа ^=3 % и по окончании полного цикла и длительной выдержке образцов воды в руде W=3 %.
Для руды ВРТ влажность определялась до начала эксперимента (в навале на временном складе площадки ОППУ) и там же по его завершению. Получены значения величин влажности 2 и 3% соответственно. Анало-
гичность показателей влажности руд ЗРТ и ВРТ в значительной мере определяется по-видимому, интенсивным воздействием минерализованной водной среды на руду в рудоспуске, что как следствие приводит к ее засоленности и стабилизации данного показателя со временем.
Определение объемного веса руд ЗРТ и ВРТ производилось не менее чем по 6-ти образцам, полученные значения в среднем соответствовали порядка 2,5 г/см3 и 2,64 г/см3.
При проведении натурного эксперимента, при каждом цикле исследований осуществлялся регулярный при возможности (ежедневный) температурный контроль по 5-ти организованным пунктам наблюдения (рис.1).
По результатам проведенных замеров построены графики зависимости усредненных температур руды в рудоспуске по его высоте (рис.6) от времени проведения циклов промышленного эксперимента.
Анализ данных эксперимента по температурному режиму атмосферы выработок вмещающих пород и столба руды, предопределяет тесную зависимость температурного режима
Рис. 6. Графики изменения усредненных температур руды ЗРТ (1,2,3) и ВРТ (4,5) по глубине рудоспуска за указанные периоды времени по проведенным циклам: 1 - в течение I цикла эксперимента (на слеживаемость) 20.01.05-19.02.05; 2 - в течение II и III циклов эксперимента (на дренаж и смерзаемость) 21.02.05-21.04.05; 3 - в течение повторного цикла (на дренаж и смерзаемость) 26.04.05-26.05.05; 4 - в течение I цикла эксперимента (на слеживаемость) 21.06.0528.07.05; 5 - в течение II цикла эксперимента (на дренаж, слеживаемость) 04.08.05-22.08.05
руды в рудоспуске от температуры вентиляционной струи, подаваемой в штольню для проветривания. Это дает основание в дальнейшем рассчитывать на возможность управления процессом выпуска руды при возникновении неблагоприятных условий по фактору ее смерзания путем регулирования температуры подаваемой в выработку воздушной струи.
Выводы
1. Отмечено, что даже при значительной продолжительности проведения отдельных циклов промышленного эксперимента на слеживаемость (до 16 суток) и смерзаемость (до 52 суток) в указанный период времени, характеризующийся, как правило, стабильными отрицательными температурами воздуха руды и вмещающих пород, признаков слеживаемости и
смерзаемости руды Западного рудного тела по высоте рудоспуска не отмечено.
2. При проведении промышленного эксперимента дренаж заполненного рудой ЗРТ рудоспуска осуществлялся как минерализованной шахтной водой, так и не минерализованной технической водой с поверхности, при этом в дальнейшем при выпуске руды, признаков смерзае-мости отдельных кусков, а также ее примерзаемости к стенкам рудоспуска и почве выпускаемой выработки не обнаружено.
3. На завершающем этапе процесса выпуска руды ЗРТ из сбоечной выработки, отмечено некоторое уплотнение ее нижнего слоя (порядка 1,0-1,5 м) на подошве выработки, из-за накопления и уплотнения рудной мелочи на подошве
выработки, что несколько затрудняло работу ПДМ при зачистке почвы выработки (результаты хронометража).
4. Промышленный эксперимент с рудой Восточного рудного тела осуществлялся в основном в летний период времени (период положительных температур), ввиду чего производились исследования по ее слеживаемо-сти.
5. Отмечено что, несмотря на значительную продолжительность проведения производственного эксперимента на слеживаемость (в течение 68 суток), в указанный период времени, при 2-х циклах выпуска признаков слеживаемости руды Восточного рудного тела не отмечено.
6. Дренажные свойства руды Восточного рудного тела, в аналогич-
ных условиях практически соответствуют дренажным свойствам руды Западного рудного тела, и скорость дренирования воды в рудоспуске составляет, порядка 0,3ч0,4 м/сек.
7. При проведении работ установлена тенденция изменения гранулометрического состава для руд ВРТ и ЗРТ Удачнинского месторождения. Уменьшение среднего размера куска руды в начале и в конце опытно-промышленного эксперимента для руд ЗРТ и ВРТ составило до 35 % и 41 % соответственно.
8. Аналогичность и малая величина показателей влажности руд ЗРТ и ВРТ, установленная при проведении эксперимента, по видимому, яв-
1. Методика обоснования необходимых объемов выпуска при проведении экспериментальных работ на ОППУ карьера «Удачный». - Удачный: институт «Якутни-проалмаз», 2004. - 17 с.
2. Программа-методика проведения экспериментальных работ по определению сыпучих свойств руд месторождения тр. «Удачная» при ее выпуске из выработок
ляется в значительной мере следствием их засоленности, препятствующей изменению влажности руды даже при ее длительном замачивании.
9. Среднее значение объемного веса руд ЗРТ и ВРТ установленного в ходе проведения опытно-промышленного эксперимента составило 2,5 г/см1 и 2,64 г/см1 соответственно.
10. В процессе проведения опытно-промышленного эксперимента установлена определенная взаимосвязь температуры руд как ЗРТ, так и ВРТ по высоте рудоспуска с температурой подводящих выработок, т.е. с температурой подаваемой вентиляционной струи воздуха.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
опытно-промышленного подземного участка (ОППУ). - Удачный: институт «Якутнипро-алмаз», 2005. - 25 с.
3. Информационный отчет по теме 23-05-765 (этап №3 «Исследование сыпучих свойств отбитой руды с учетом влияния теплового режима в выработках и массива горных пород»). - Мирный: институт «Якутни-проалмаз», 2005. - 29 с. ШИЗ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Шубин Григорий Владимирович - кандидат технических наук, доцент, зав. кафедрой открытых горных работ, горного факультета СВФУ;
Заровняев Борис Николаевич - доктор технических наук, профессор, декан горного факультета;
Сорокин Владимир Степанович - доцент кафедры ОГР;
Кирюшин Дмитрий Иванович - ведущий инженер;
Синяков Андрей Анатольевич - кандидат технических наук, доцент;
Алексеев Андрей Михайлович - старший преподаватель кафедры подземной разработки месторождений полезных ископаемых.
Северо-Восточный федеральный университет им. М.К. Аммосова
