» » Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

08.08.2016

Из всех добываемых подземным способом руд черных и цветных металлов и горно-химического сырья на рудниках России более 35 % выпускают под налегающими обрушенными породами (включая выпуск после массового обрушения целиков).
Сложность и специфичность процесса не позволяет ответить логически или с помощью инженерных расчетов на многие производственные вопросы. Поэтому по выпуску руды ведутся обширные исследования. Задача их — прогнозировать показатели извлечения руды в конкретных случаях для оценки технического решения или для определения проектных или плановых показателей извлечения руды.
Теория выпуска разработана преимущественно советскими учеными, исследования выполнялись в основном на предметных моделях (так как перемещение руды в очистном пространстве при выпуске не поддается наблюдению) с контрольными натурными замерами. Первые исследования выполнены С.И. Минаевым и Г.М. Малаховым, основы теории выпуска руды разработаны акад. АН Украины Г.М. Малаховым, значительный вклад в развитие этой теории сделан рядом советских специалистов.
Имеющиеся сведения о выпуске руды дают обстоятельную качественную характеристику явлений и лишь приближенную их количественную характеристику для идеализированных частных случаев. Многие конкретные ситуации требуют индивидуальных исследований на предметных моделях.
Основные показатели выпуска. При выпуске первоначально выходит чистая руда, затем появляется и постепенно возрастает примесь пустых пород. И если своевременно не прекратить выпуск, то из отверстий пойдет одна пустая порода, хотя часть руды еще остается в блоке. Выпуск из каждого отверстия заканчивают тогда, когда разубоживание достигает наибольшей экономической допустимой величины. Разубоживание здесь имеется в виду в дозе выпуска, т. е. в той минимальной порции, для которой можно контролировать качество рудной массы. Доза обычно равна количеству рудной массы, выпускаемой через одно отверстие за смену или за половину смены.
Предельное разубоживание руды в последней дозе выпуска
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

где Аруд — содержание металла в руде (а не в рудной массе);
Amin — промминимум; k — поправочный коэффициент (меньше единицы), учитывающий, что для рудной массы часть затрат по добыче уже произведена и поэтому промминимум может быть снижен по сравнению с Amin, установленным для руды в массиве. Принимается равным 0,6-1; меньшие значения относятся к богатой руде в тех случаях, когда рудная масса из разных блоков смешивается в рудоспуске.
Предельное засорение руды в последней дозе выпуска
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

где Anop — содержание металла в породах, засоряющих руду.
Особо должны рассматриваться случаи, в которых предельное засорение ограничивается технологией переработки рудной массы.
Пример. Если на полиметаллическом руднике содержание ведущего металла в рядовой руде составляет 1,2%, в разубоживающей породе 0,1 %, а промминимум равен 0,5 %, то для рядовой руды, принимая k=0,8, получим
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

а для бедной руды с содержанием ведущего металла 0,7 % при k=1
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

Предельное засорение руды в последней дозе выпуска, равное 0,6-0,8 при рядовой руде и 0,25-0,35 при бедной руде, типично для многих рудников.
Чем дольше не прекращать выпуск, тем (до известного предела) больше будет разубоживание и тем меньше потери руды.
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

Для приближенных прогнозных расчетов удобно пользоваться зависимостью суммы потерь металла и разубоживания руды n+р от коэффициента извлечения чистой руды Aч.р, который легче других поддается прогнозному определению. Зная n+р, можно найти потери, задавшись разубоживанием, и наоборот.
Приближенно можно считать (рис. ХIII.4), что:
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

где 1-kч.р — часть руды, остающаяся в блоке к началу разубоживания.
Меньшие значения численных коэффициентов относятся к меньшим величинам извлечения чистой руды — kч.р=0,3-0,4; большие — к kч.р=0,6-0,7.
В граничных случаях прогнозные величины потерь и разубоживания определяются следующим образом: при ценной руде и минерализованных вмещающих породах минимальными должны быть потери, а разубоживание — таким, которое необходимо для минимальных потерь, т. е.
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

при бедной руде и пустых вмещающих породах минимальным должно быть разубоживание, а потери — такими, которые возможны при небольшом разубоживании, т. е.
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

Обычно коэффициент извлечения чистой руды 0,65-0,75, потери и разубоживание в сумме 0,20-0,40. В неблагоприятных условиях, например при выпуске руды после массового обрушения целиков, kч.р снижается до 0,4-0,3 и меньше, а сумма потерь и разубоживания возрастает до 0,5-0,6.
Сыпучие свойства отбитой руды и обрушенных пород. Отбитая руда представляет собой сыпучее тело, т. е. совокупность однородных твердых частиц очень малого размера по сравнению с общим размером тела; прочность связей между частицами несоизмеримо меньше прочности материала частиц.
В так называемых идеальных сыпучих телах взаимодействие движущихся частиц обусловливается только силами трения. Связно-сыпучие тела имеют также и силы сцепления, т. е. молекулярные связи на контактах между частицами (есть еще и силы, возникающие в связи с зацеплением одних кусков за другие; при движении отбитой руды силы зацепления не играют существенной роли и их считают включенными в силы сцепления).
Частицы горных пород крупностью более 5 мм практически не имеют сцепления, так как поверхность соприкосновения между ними ничтожно мала по сравнению с их объемом и, следовательно, молекулярные силы на контактах ничтожно малы по сравнению с весом частиц. При наличии мелкой руды и влаги появляются силы сцепления. Под давлением мелкие фракции постепенно уплотняются, слеживаются и силы сцепления возрастают. (В сухих легковесных сыпучих средах у частиц менее 1 мм силы молекулярного сцепления и электростатические силы в 80 раз превосходят вес частиц.)
Особенно склонны к слеживанию так называемые пылеватые частицы (мельче 0,05 мм) и глинистые частицы (мельче 0,005 мм). Глинистыми они называются условно по признаку физических свойств. При содержании пылеватых и глинистых частиц более 25 % и влаги от 5 до 20 % отбитая руда начинает вести себя как массив.
Изложенное относится также и к обрушенным вмещающим породам.
Выпуск руды через одиночное отверстие. Фигурой выпуска (или истечения) руды называют тот объем я по форме своей и по размерам, который первоначально занимала в очистном пространстве выпущенная из него руда. Очевидно, различным количествам выпущенной руды соответствуют различные объемы истечения.
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

Рассмотрим данный выпуск нормально разрыхленной руды. Истечение через одиночное отверстие происходит из объемов, напоминающих по форме эллипсоиды вращения с вытянутой вертикальной осью. Их называют эллипсоидами выпуска. По мере выпуска эллипсоид возрастает.
Из самого понятия фигуры истечения следует, что все частицы, лежавшие на ее поверхности до начала выпуска, подошли к отверстию одновременно (точнее, в течение короткого промежутка времени, равного общей продолжительности прохождения всех этих частиц через отверстие). Путь же, который преодолела каждая из этих частей, тем длиннее, чем выше она была расположена на поверхности эллипсоида. Следовательно, тем больше была и средняя скорость ее перемещения, а всех скорее опускалась частица, расположенная прямо над отверстием.
Коэффициент вытянутости эллипсоида выпуска возрастает с увеличением сил трения и особенно сцепления, а также с увеличением объема эллипсоида. При слежавшейся руде он возрастает настолько, что образуются так называемые трубы, по которым вскоре же после начала выпуска пустая порода проникает к воронкам.
Геометрические описания объема выпуска базируются на эмпирических данных. Воспользуемся формулами проф. В.В. Куликова, которые отличаются относительной простотой. Их можно применить к выпуску через одиночное отверстие круглой или квадратной формы с поперечным размером до 1,5-2 м. В основу их положено увеличение вытянутости эллипсоида при увеличении его высоты:
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

где H/D — коэффициент вытянутости эллипсоида (рис. XIII.5);
H — высота эллипсоида, м; D — наибольший горизонтальный диаметр эллипсоида, м; m — эмпирический коэффициент, зависящий от сыпучих свойств руды, м-1; может быть назван коэффициентом сопротивления истечению; обратно пропорционален диаметру среднего куска руды. Для крепкой руды т составляет 0,4-0,5 при нормальном разрыхлении (kp= 1,3-1,4), 0,55-0,65 при умеренном уплотнении (kp=1,2) и 0,9-1 при сильно уплотненной руде (kp = 1,1-1,15). Для руд средней крепости m составляет от 1,2 при нормальном разрыхлении до 1,7 при умеренном уплотнении (kp = 1,2). Из приведенной формулы следует, что
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

Из (XIII.15) видно, что объем эллипсоида выпуска пропорционален не кубу, а квадрату высоты. Этот же вывод подтверждается теоретически на основе динамики сыпучих сред.
Освобождающееся oт руды пространство заполняется другими частицами руды из окрестностей эллипсоида выпуска, за счет чего в определенной зоне происходит вторичное разрыхление.
Если приостановить выпуск, то руда снова начнет уплотняться. Для представления о скорости уплотнения укажем, что в крепкой кусковой руде, на которую толща обрушенных пород высотой около 200 м, по данным рудника «Таштагол» через 5, 10, 30 и 80 суток после прекращения выпуска коэффициент разрыхления уменьшается от 1,5 соответственно до 1,48; 1,47; 1,46; 1,44, а далее до 1,4. Руды средней крупности на рудниках ПО «Кривбассруда» уплотняются в основном за первые 4-5 дней, а в период интенсивного выпуска (опускание поверхности руды 0,5-0,7 м/сут) давление обрушенных пород на основание блока составляет около 1/10 массы столба пород.
Скорость уплотнения существенно зависит как от высоты слоя обрушенных пород, так и от производимых поблизости взрывов, которые как бы встряхивают руду и этим ускоряют уплотнение в 10 раз и более.
Выпуск обычно ведут с небольшими перерывами, недостаточными для того, чтобы вторичное разрыхление существенно уменьшилось.
Форма объема, в пределах которого происходит вторичное разрыхление, приблизительно подобна эллипсоиду выпуска (см. рис. XII.5), отсюда она получила наименование эллипсоида разрыхления.
Объемы выпуска Vв и вторичного разрыхления Vp и коэффициент вторичного разрыхления kp' находятся в соотношении
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

где kp1 — коэффициент разрыхления руды до выпуска; kp3 — то же, после выпуска в зоне вторичного разрыхления.
При выпуске в сыпучем теле над отверстием систематически образуются зависания, так называемые своды динамического равновесия, которые самоликвидируются (если силы сцепления не слишком велики). В связи с этим поток руды как бы пульсирует. Своды эти ограничивают сверху вторичное разрыхление руды и постепенно перемещаются вверх.
Коэффициент вторичного разрыхления возрастает с увеличением угла трения и сил сцепления. Если силы трения и сцепления больше сил веса, то освободившийся от руды объем вообще не заполнится. Тогда kp' = ∞.
Рассмотрим теперь перемещение контакта руды с налегающими обрушенными породами при выпуске через одиночное отверстие при условии, что все частицы пустой породы настолько крупнее частиц руды, что не могут просачиваться между ними.
Поверхность руды начинает прогибаться, очевидно, только тогда, когда ее достигнет эллипсоид разрыхления (рис, XIII.6). Далее прогиб увеличивается и образуется так называемая воронка внедрения пустой породы, ограниченная по наибольшей окружности контуром эллипсоида разрыхления руды. Эта воронка нижним своим концом достигнет выпускного отверстия тогда, когда первоначального положения поверхности руды коснется эллипсоид выпуска. С этого момента выпускают разубоженную руду.
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

Дальше по мере выпуска воронка внедрения расширяется (в связи с развитием фигуры разрыхления), поэтому возрастает относительное количество пустой породы в дозе выпуска, а значит, возрастает и разубоживание. В известный момент оно превысит допустимую величину, и выпуск придется прекратить.
Методы исследования выпуска руды. Предметное моделирование используют как для выявления общих закономерностей выпуска, так и для решения задач по конкретным блокам в части выбора расположения выпускных отверстий, порядка выпуска и т. п. Осуществляют его на неподвижных моделях из эквивалентных материалов.
Свойства сыпучего тела характеризуются углом внутреннего трения р, коэффициентом сцепления k; плотностью γ, углом трения о стенки ψ, а также с точки зрения проходимости через отверстия, крупностью частиц. О моделировании последней скажем ниже отдельно. Масштабы моделирования основных величин согласно теории моделирования:
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

Кусковую руду можно принимать за несвязную среду (k = 0).
На модели обычно используют дробленую руду, причем часто взятую из натурного блока. Однако эта руда с точки зрения моделирования выпуска является эквивалентным (а не натурным) материалом, так как размеры частиц уменьшены против натуры, а значит, соответственно изменились коэффициент сцепления, плотность и т. п. Можно моделировать средневзвешенную крупность основной массы за вычетом приблизительно 35 % рудной мелочи во избежание увеличения (а не уменьшения, как это нужно по масштабу) коэффициента сцепления. Отразить же проникновение частиц пустой породы в зазоры между кусками руды можно, лишь соблюдая подобие гранулометрического состава, но при этом опять-таки должны быть удалены мелкие фракции.
Имеет значение уплотнение отбитой руды в результате горного давления или взрывания в зажиме. Коэффициент разрыхления на модели в связи с удалением мелких фракций обязательно должен быть несколько выше (примерно на 0,15-0,3 по абсолютной величине), чем в натуре.
При кусковой руде эквивалентный материал совсем не должен содержать мелких фракций и должен иметь такой же угол естественного откоса, как отбитая руда в блоке.
Желательна проверка подобия по функциональной характеристике, в частности по сходству эллипсоидов выпуска, например количеств выпущенной руды до начала разубоживания, а в случае уплотнения руды, вызывающего зависания ее над выпускными отверстиями, и по сходству площади этих зависаний или высоты полостей под ними.
На модели следят за перемещением материала через смотровое стекло (сбоку). Внутри сыпучего тела можно закладывать в определенных точках нумерованные бирки, тогда при выпуске фиксируют появление бирок и извлеченное к этому времени количество материала. Выпущенную рудную массу периодически взвешивают и определяют содержание в ней пустой породы и отдельного ее взвешивания.
Изотопные плотномеры позволяют определять плотность обрушенной массы в различных частях модели.
В производственных условиях устанавливают количество чистой руды, выпущенной до начала разубоживания, а также потери металла и разубоживание руды.
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

Стохастическое моделирование выпуска руды на ЭВМ. Предполагается перемещение материала по вероятностному закон). Очистной блок мысленно разбивается на равные небольшие ячейки — кубики (рис. XIII.7). Удаляют (мысленно) содержимое ячейки, расположенной непосредственно над выпускным отверстием.
В вышележащем слое (втором) девять ячеек граничат с освободившейся. Содержимое каждой из них может занять освободившееся место в нижнем слое с определенной вероятностью (распределение вероятностей см. подписи к рис. XIII.7). По методу статистических испытаний определяют, содержимое какой ячейки из второго слоя переместится в освободившуюся ячейку, после чего над опустевшей ячейкой второго слоя рассматривают новые девять граничащих с ней ячеек третьего слоя и так далее, до тех пор, пока пустая ячейка не окажется в верхнем слое. Тогда она заполняется налегающими обрушенными породами, а над выпускным отверстием вновь удаляют содержимое ячейки и все повторяется. По мере удаления руды из отверстия пустые породы будут приближаться к нему и, наконец, содержимое ближайшей ячейки заполнится пустыми породами (что соответствует началу разубоживания). Дальнейший выпуск руды (в модели) сопровождается попеременным появлением то руды, то пустых пород, причем пустые породы появляются все чаще — так до предельного разубоживания в последней дозе. Зная число ячеек, из которых поступали руда и пустая порода в каждой дозе, легко определить в ней массу чистой руды и пустых пород.
Стохастическая модель выпуска предложена канадцем Д. Джоллем для одного частного случая. В Московском горном институте кафедрой подземной разработки руд разработана (исполнитель В.А. Горбунов) теория этой модели. Физико-механические свойства обрушенной руды (включая коэффициент разрыхления) учитываются функционально через распределение вероятностей между средним из девяти кубиков и остальными восемью. Ma основе теории случайных процессов получено уравнение для определения компоненты распределения вероятностей.
По составленной для ЭВМ программе можно просчитать сколько угодно вариантов за короткое время, меняя параметры или режимы выпуска прямо на пульте ЭВМ.
Стохастическое моделирование обладает общими преимуществами использования ЭВМ, т. е. не только точностью решений при заданной модели, но и быстродействием. Это позволяет обсчитать за короткий срок любое практически необходимое число вариантов.
Влияние размеров выпускных отверстий и способа погрузли руды. Приведенные выше формулы справедливы при поперечных размерах выпускного отверстия приблизительно до 2 м, что обычно для выпуска в скреперные штреки. Однако при использовании погрузочных машин и питателей активное отверстие увеличилось.
Поперечный размер активного отверстия в направлении от забирающего механизма ограничивается неподвижным откосом из отбитой руды, положение которого, в свою очередь, определяется глубиной забора руды при данном способе механизации работ. При скреперной и машинной погрузке этот размер не превышает 1-2 м, при машинной погрузке — до 3-3,5 м.
В другом направлении (вдоль скреперного штрека или по ширине погрузочной ниши) размер отверстия при устойчивой руде может быть увеличен до 3-3,5 м и активное отверстие может иметь вытянутую форму.
Вибропитатели передают в ближней зоне (на расстоянии до 1,5-2 м или несколько более) вибрацию отбитой руды, что снижает силы трения и сцепления частиц, расширяет зону истечения, в результате увеличивается активное отверстие. Существенно увеличивают активное отверстие пневмоимпульсные устройства.
С увеличением размеров активного отверстия объем фигуры выпуска увеличивается. Форма же ее зависит от формы отверстия только вблизи — на расстоянии от него до 2-3 его диаметров, а выше горизонтальное сечение постепенно приобретает круглую форму, как наиболее устойчивую. Объем эллипсоида выпуска постоянной высоты прямо пропорционален приведенному диаметру активного выпускного отверстии. Приведенный диаметр, м,
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

где s — площадь активного отверстия, м2.
Отсюда и из формулы (ХIII.14), составленной для d≥2 м, найдем объем эллипсоида выпуска высотой Н в общем случае:
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

Принципы расчета прогнозных величин потерь и разубоживания руды. Выпускают руду поочередно из нескольких отверстий, что крайне усложняет картину истечения материала.
Из характеризующих выпуск величин в какой-то мере поддается расчету коэффициент извлечения чистой руды. На его величину, как и вообще на показатели извлечения руды, влияют следующие факторы:
1) сыпучие свойства отбитой руды и обрушенных пород, выраженные для руды коэффициентом m;
2) гранулометрический состав и другие свойства отбитой руды и обрушенных пустых пород, влияющие на просачивание частиц породы в отбитую руду;
3) расстояние D0 между выпускными отверстиями;
4) размер выпускных отверстий (учитывается только при увеличенных отверстиях, так как основные исходные зависимости даны для обычных размеров);
5) высота слоя отбитой руды H (часто равна высоте блока или подэтажа);
6) горизонтальные размеры слоя руды. Учитываются при небольшой их величине (приблизительно меньше двух-трех расстояний между выпускными отверстиями) или при наличии наклонной стенки блока, бокового контакта с обрушенными породами и т. п.; в иных случаях показатели извлечения руды практически не зависят от площади блока;
7) наличие боковых контактов отбитой руды с обрушенными породами;
8) угол наклона стенки лежачего блока;
9) состояние висячего бока на уровне блока (не обрушен, обрушен частично или полностью);
10) мощность толщи налегающих пород. Существенно влияет при изменении в пределах от минимальных величин до 40-50 м;
11) режим выпуска руды, т. е. порядок и дозировка выпуска через различные отверстия. Учитывается при сравнении различных режимов. Если же определяются проектные показатели извлечения, то предполагается наиболее, рациональный режим.
Рассмотрим простейший случай, в котором можно считать, что извлечение руды зависит только от m, H, D0.
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

Выпуск по всей площади блока в идеальных условиях. Идеальные условия (рис, XIII.8): блок неограниченно большой площади; пустая порода обрушена в крупных кусках, которые не могут проникать в отбитую руду; выпуск руды равномернопоследовательный, т. е. поочередно из всех отверстий одинаковыми дозами незначительной величины.
При большой первоначальной высоте слоя руды приближенно можно считать, что в результате совместного влияния отверстий все частицы опускаются вертикально с одинаковой скоростью до какого-то уровня; следовательно, до этого уровня поверхность руды (контакт ее с обрушенными породами) опускается в горизонтальном положений. Для определения показателей извлечения важно знать этот уровень.
В соответствии с результатами экспериментальных исследований Г.М. Малахова, уровень, до которого поверхность руды опускается в горизонтальном положении, без прогибов, соответствует высоте касающихся эллипсоидов выпуска.
Рассмотрим понятие (по Г.М. Малахову) «касающиеся эллипсоиды выпуска» (см. рис. XIII.8). Это — одинаковые по высоте эллипсоиды выпуска из смежных отверстий, касающиеся друг друга (их диаметр равен расстоянию между осями отверстий).
В распространенном случае
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

где Нбл — высота заполненной рудой части блока; Мк.э — высота касающихся эллипсоидов,
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

здесь D0 — приведенное расстояние между осями смежных выпускных отверстий,
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

а — расстояние между осями выпускных отверстий в ряду; b — расстояние между рядами выпускных отверстий.
Когда поверхность руды опустится ниже вершины касающихся эллипсоидов, то с наибольшей скоростью начинают перемещаться частицы, расположенные прямо над отверстиями, поэтому поверхность руды прогибается. Co временем прогибы достигнут отверстий, начнется разубоживание и возрастет до критической величины, при которой прекратят выпуск.
Абсолютные потери руды, очевидно, будут тем больше, чем больше высота прогибов поверхности руды. При прочих равных условиях уровень начала прогиба определяется высотой касающихся эллипсоидов. Увеличение расстояния выпускными отверстиями увеличивает касающиеся эллипсоиды и, следовательно, абсолютные потери руды.
Первоначальная высота слоя руды не влияет на высоту касающихся эллипсоидов и, следовательно, на уровень начала прогибов контакта. Условия, сложившиеся ко времени начала прогибов, не зависят от первоначальной высоты слоя, (точнее зависят лишь в той незначительной мере, в которой при большей высоте слоя больше будут эллипсоиды выпуска и разрыхления, а следовательно, несколько меньше руды останется в гребнях. Однако, поскольку контуры эллипсоидов различной высоты почти совпадают в нижней части, то и различие в величине гребней будет столь незначительно, что можно им пренебречь). Поэтому можно считать, что для абсолютной величины потерь играет существенную роль только уровень начала прогибов поверхности руды, а предисторией, т, е. тем, с какой высоты поверхность опустилась до этого уровня, можно пренебречь.
Это значит, что при Нбл≠const, П=const, тогда относительные потери руды
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

Иными словами, в идеальных условиях относительные потери руды обратно пропорциональны высоте блока, а абсолютные не зависят от нее.
Определим коэффициент извлечения чистой руды.
Так как поверхность руды опускается в горизонтальном положении до высоты касающихся эллипсоидов, то выпускаемый за это время объем равен по величине первоначальному объему руды над касающимися эллипсоидами. Этот объем выпускают без примеси пустых пород. Из оставшейся после этого руды извлекают полностью и без разубоживания только объемы, расположенные в касающихся эллипсоидах выпуска, после чего во всех выпускных отверстиях появляется пустая порода. Остальную руду разубоживают и частично теряют.
Все расчеты ведем для зоны, приходящейся на одно выпускное отверстие (см. рис. XIII.8). Это параллелепипед, имеющий в плане форму квадрата со стороной D0.
Коэффициент извлечения чистой руды (до начала разубоживания)
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

а при увеличенном активном сечении выпускных отверстий, согласно (ХIII.19) и в предположении, что прогиб начнется на том же уровне, что и при малой площади отверстий, получим
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

На основании этой величины можно ориентировочно определить потери и разубоживание руды из зависимости (XIII.12) и изложенных в связи с ней соображений.
Высота блока и расстояние между выпускными отверстиями. В реальных условиях в связи с недостаточно равномерным выпуском, непостоянством сыпучих свойств обрушенных масс, наличием наклонных стенок блока и боковых контактов с обрушением и т. п. поверхность руды быстрее теряет горизонтальное положение, поэтому нельзя рассчитывать на постоянство абсолютных потерь руды при любой высоте блока. И псе же обычно можно исходить из того, что увеличение высоты блока при постоянном расстоянии между выпускными отверстиями снижает потери руды относительно (хотя абсолютные несколько возрастают).
Оптимальным для каждого блока будет уровень потерь, соответствующий оптимальному расстоянию между выпускными отверстиями, т. е. такому расстоянию, при котором затраты на проведение выработок для выпуска и доставки руды и их поддержание и экономический ущерб от потерь и разубоживания руды будут в сумме минимальными.
Если пренебречь затратами на поддержание выработок, то очевидно, что чем выше блок, тем выгоднее было бы иметь в кем больше отверстий, так как через каждое дополнительное отверстие можно извлечь больше руды, а следовательно, окупятся затраты на проходку большего числа выработок.
Однако решающую роль имеет фактор поддержания выработок. Чем больше высота блока, тем больше руды надо выпустить и тем, следовательно, больше должно быть расстояние между отверстиями, чтобы основание блока не разрушилось.
Поэтому расстояние между выпускными отверстиями принимается обычно как минимально допустимое по условию прочности основания блока, т. е. в определенном прямом соотношении с высотой блока:
D = kН,

где k=0,1-0,2; меньшее значение принимается при относительно ценной и мелкокусковой руде, большее — при бедной и крупнокусковой руде.
Соблюдение этого соотношения позволяет с увеличением высоты блоков снизить затраты на подготовительно-нарезные работы в основании блока и по абсолютной величине и в еще большей мере по относительной величине (на 1 т запаса блока) при постоянстве показателей извлечения руды.
С этой точки зрения увеличивать высоту блока целесообразно, за исключением следующих случаев; 1) слеживающаяся руда, в которой при выпуске возможно образование «труб»; 2) неустойчивая руда, при которой длительное поддержание выпускных выработок требует больших затрат или оказывается практически невозможным; 3) недостаточно крутое падение залежей, при котором возможны большие потери руды на лежачем боку, о чем сказано ниже.
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

Влияние других факторов на характер истечения и показатели извлечения руды при выпуске. Боковой контакт отбитой руды с обрушенными породами.
Часть блоков имеет боковой вертикальный контакт с обрушенными вмещающими породами (рис. ХIII.9) или два-три таких контакта. Это источник дополнительных потерь и разубоживания руды, которое начинается, как только боковая поверхность эллипсоида выпуска достигает первоначального положения бокового контакта.
Наименьшие потери и разубоживание будут тогда, когда эллипсоид выпуска одновременно достигает первоначальных положений и вертикального и горизонтального контактов с обрушенными породами. Для этого расстояние между выпускными отверстиями на границе блока должно быть увеличено до размера (см. рис. XIII.7)
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

где D0 — обычное расстояние между выпускными отверстиями; D — диаметр эллипсоида выпуска высотой H (H — толщина слоя отбитой руды, м).
Отсюда с учетом (XIII.4)
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

Тогда из объема, приходящегося на граничное отверстие, коэффициент извлечения чистой руды
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

Пусть граничных отверстий будет nгр, а остальных (внутренних) отверстий в блоке nвп. Тогда коэффициент извлечения чистой руды по всему блоку
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

где kч.р вн — коэффициент извлечения чистой руды из отверстия, находящегося внутри блока, %; определяется по (XIII.22) или (XIII.23).
Крупность частиц отбитой руды и обрушенных пород. При наличии мелких фракций и влаги руда слеживается, зоны влияния выпускных отверстий сужаются, гребни из теряемой руды возрастают.
При налички крупных кусков взрывное вторичное дробление разрушает выпускные выработки и снижает производительность выпуска. (Ho есть и преимущество: крупный материал часто застревает выше горловины воронки или над воронкой; после каждой ликвидации затора некоторое время работает не только осевая часть, а почти полное сечение воронки, в результате уменьшаются потери руды в оставшихся гребнях. Однако это гораздо менее существенно, чем недостатки, связанные с наличием крупных кусков.)
Таким образом, с указанных точек зрения руда должна быть раздроблена как можно равномернее, с минимальным выходом мелких фракций и негабарита.
Что касается налегающих обрушенных пород, то неблагоприятно отражается на выпуске их мелкая кусковатость, особенно если куски имеют скользкую поверхность, как, например, у кварцитов или глинистых сланцев, так как при этом частицы пород просачиваются в отбитую руду. Отрицательно сказывается и наличие крупных глыб, так как глыба может перекрыть отверстие, когда над ней еще осталась руда.
Ниже остановимся на просачивании, основываясь на исследованиях кафедры подземной разработки руд Московского горного института (исполнитель В.С. Дроздов).
Соотношение объемных весов руды и породы не влияет на просачивание, что объяснено ниже отдельно. Разубоживание в дозе выпуска за счет просачивания не превышает приблизительно 50%. Это соответствует насыщению руды мелкими фракциями пород за счет максимально возможного раздвижения ими кусков руды.
С точки зрения гранулометрического состава важны следующие величины:
dcp — средний диаметр кусков руды, образующий структурную решетку; dп=dр/2,5 — максимальный диаметр просачивающихся кусков.
Просачивание тем интенсивнее, чем больше в обрушенных породах частиц мельче dп и чем, наоборот, меньше в отбитой руде частиц крупнее dр.
Относительная глубина просачивания мало зависит от высоты слоя руды, что объясняется определенным соотношением скоростей руды и просачивающихся частиц. Значит, увеличение высоты блока если и может снизить показатели извлечения руды за счет просачивания, то лишь при боковом контакте с обрушением.
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

Объемный вес руды и налегающих пород. Руда по объемному весу может быть тяжелее вмещающих пород в 1,5-2 раза, может иметь такой же вес, а иногда и меньший. Для просачивания различие объемных весов не играет роли: перемещение каждой частицы в потоке происходит в основном под давлением вышележащей толщи пород, по сравнению с которым собственный вес частицы ничтожен, поэтому соседние куски руды и пустой породы приводятся в движение одинаковым давлением. Если же в зазорах между крупными кусками происходят свободное падение мелких частиц или скатывание их по наклонным поверхностям крупных кусков, то и здесь, как известно, скорость не зависит от объемного веса.
Иначе обстоит дело с поведением поверхности отбитой руды. При тяжелой руде воронка внедрения пустых пород медленнее развивается в глубину, так как давление в воронке меньше, чем за ее контуром; в итоге показатели извлечения улучшаются.
Влияние уплотнения отбитой руды и наличия границы с массивом. При уплотненной руде (kр<1,3) вытянутость эллипсоида выпуска резко возрастает. В случае мелкой руды это вызывается возрастанием сил сцепления, при кусковой руде появляются силы зацепления.
При неравномерном уплотнении истечение руды интенсивнее со стороны менее плотной массы, где снижены силы сцепления (или зацепления). В результате эллипсоид выпуска наклоняется под углом до 60° к горизонту в сторону менее плотной массы (рис. XIII.10) и сужается, так как угол истечения уменьшается медленнее, чем наклон оси эллипсоида.
При уплотненной (kр = 1,2-1,3) кусковой руде необходимо начать выпуск на значительной площади (200-400 м2) для того, чтобы привести руду в движение, дать ей вторичное разрыхление, после чего переходят на обычный режим выпуска. Если же руда уплотнена слишком сильно (kр<1,2), то над отверстиями в результате выпуска образовываются разобщенные полости, и истечение прекращается до обрушения сводов полостей.
Если отверстие расположено около вертикальной или наклонной (в сторону отверстия) стенки, ось фигуры выпуска отклоняется от него, сокращается размер фигуры по нормали к стенке.
Выпуск руды при недостаточно крутом падении залежи. Общие сведения. Недостаточно крутое (под углом 45-75°) падение типично для многих рудных месторождений России. При таком падении значительная часть отбитой руды — около половины при угле падения 60° и мощности до 50-60 м — остается невыпущенной на лежачем боку (если не применять специальных мер, о которых сказано ниже).
Для общего представления о величине происходящих по этой причине потерь приведем данные лабораторных исследований Московского горного института, выполненных применительно к следующим условиям: руда кусковатая; вмещающие породы устойчивые, обрушаются крупными кусками; высота слоя отбитой руды 50 м (рис. XIII.11).
Фигуры истечения руды, достигая массива висячего бока, отклоняются вдоль него и обрушенная масса опускается до некоторого уровня не по вертикали, а по падению залежи вдоль висячего бока. У лежачего же бока образуется так называемая «мертвая» зона.
Абсолютные потери руды на лежачем боку, очевидно, возрастают с уменьшением угла падения залежи. Что касается мощности залежи, то до известного предела увеличение ее расширяет «мертвую» зону и в прямой пропорции повышает абсолютные потери руды на лежачем боку, поэтому относительные потери примерно постоянны. Упомянутый предел равен 0,6-0,8 высоты обрушенного блока. Свыше этого предела над ближайшими к лежачему боку отверстиями начинает располагаться поверхность отбитой руды, поэтому дальнейшее увеличение мощности не увеличивает «мертвой» зоны. В случае принудительного обрушения пород целесообразно обрушать висячий бок только выше блока.
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

Для снижения потерь руды на лежачем боку применяют различные варианты (рис. XIII.12).
Подработка треугольника вмещающей породы. Увеличивают наклон лежачего бока в нижней части за счет подработки боковых пород примерно на половину высоты блока. Стенке придают наклон около 70° при угле падения залежи 50-60° и 80° при падении 70°; руда перемещается по траектории, огибающей выступ лежачего бока. Вариант целесообразен при угле падения залежи 50-70° и высоте блока до 50-70 м.
Применение дополнительных полевых воронок целесообразно при устойчивом лежачем боке, более или менее правильном контакте залежи, угле падения до 50-55° или высоте блока больше 50-70 м. Принцип следующий (рис. XIII.13). В самой верхней части блока на лежачем боку остается мало руды и полевые воронки поэтому не нужны. Ниже ряды выпускных отверстий располагаются на определенном горизонтальном расстоянии между их осями. Расстояние это несколько увеличивают против основного горизонта выпуска, так как проходка выпускных и обслуживающих их выработок в породах лежачего бока дороже, а руды над ними меньше.
Расположение подэтажных горизонтов выпуска (рядов воронок в лежачем боку) удобнее всего задавать высотой подэтажа:
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

где D — расстояние между рядами отверстий на основном горизонте выпуска; k — коэффициент, учитывающий увеличение этого расстояния для дополнительных рядов воронок, k=1,2-1,5; α — угол наклона лежачего бока.
Число подэтажей выпуска
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

где hверх — высота верхней части блока, в которой не требуется отверстий в лежачем боку, hверх=10 м.
Сперва по (XIII.26) находят предварительное значение h и по (XIII.27) величину n, округляя ее до целого числа. Затем находят окончательное значение
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

Образование дополнительных воронок в рудном теле у лежачего бока может оказаться целесообразным, если руда устойчива, а породы лежачего бока неустойчивы.
Выбор одного из рассмотренных выше вариантов и его параметров может производиться по условию (XI.4). Минимизируется сумма экономического ущерба (на 1 т запаса) от потерь руды на лежачем боку и от дополнительных работ по снижению этих потерь.
Режим выпуска руды. Им определяются очередность и величина доз выпуска через различные отверстия.
Бессистемный выпуск может снизить извлечение руды на 5-10% и выше и увеличить разубоживание на 20-30 %. Вместе с тем строгое соблюдение заданного режима требует усиленного контроля, снижает производительность труда и оборудования в связи с прекращением выпуска из того или иного отверстия и т. п. Поэтому строгое соблюдение определенного режима уместно в той мере, в которой это существенно повысит извлечение руды.
От режима зависит положение контакта отбитой руды с породами. В случаях, когда обрушают руду сразу на большой площади, целесообразно сохранять этот контакт в горизонтальном положении как можно дольше. Для этого благоприятен равномерно-последовательный выпуск, т. е. поочередный из всех отверстий одинаковыми малыми дозами. Ho строгий режим здесь необходим только до появления пустой породы во всех выпускных отверстиях, так как после у основной массы оставшейся в блоке руды каждая из частиц находится в зоне влияния только ближайших к ней отверстий.
Если отбойка продвигается по длине блока или этажа, то постоянно имеется боковой контакт руды с обрушенными породами и можно поддерживать его или в вертикальном, или в наклонном положении (рис. XIII.14), В первом случае накапливают отбитую руду на определенной площади блока, после чего начинают равномерно-последовательный выпуск. Наклонный же контакт достигается опережающим выпуском из крайних отверстий. При наклонном контакте уменьшается необходимый запас отбитой руды и рудная масса выдается более постоянного качества, так как из ближних к забою отверстий всегда идет чистая руда, а из удаленных разубоженная, Ho контакт становится извилистым, площадь его оказывается больше, чем суммарная площадь горизонтального и вертикального контактов при ином порядке выпуска, потери и разубоживание возрастают. Наклонный контакт целесообразно поддерживать или при слеживающейся руде, чтобы сократить продолжительность пребывания ее в очистном пространстве, или при необходимости выдавать из данного блока рудную массу постоянного качества, что характерно для малого числа действующих блоков.
Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

Что касается залежей недостаточно крутого падения, то при ограниченной их мощности (не превышающей высоты блока) целесообразно сперва выпустить как можно больше руды из отверстий около лежачего бока, чтобы сократить «мертвую» зону. Лишь после появления в них пустой породы переходят на равномерно-последовательный выпуск из остальных рядов воронок также до появления пустой породы, а в дальнейшем по всей площади блока. В более мощных залежах (с недостаточно крутым падением) благоприятен равномерно-последовательный выпуск с самого начала.
В случае отбойки в зажиме следует учитывать, что после взрыва около забоя образуется щель или разрыхленная зона, через которую при выпуске могут пройти пустые породы. Поэтому не следует включать в работу ближайшие к забою выпускные отверстия до тех пор, пока не будет выпущено 15-20 % отбитой руды, что разрыхлит оставшуюся руду. В планограмме выпуска следует учитывать, что за счет уплотнения зажимающего материала взорванная руда сместится на 2-3 м.
Доза выпуска принимается в пределах 100—1000 т, что соответствует сменной или полусменной производительности отверстия.
От производительности и числа одновременно действующих отверстий зависит интенсивность выпуска, которая должна быть достаточной для того, чтобы вторичное разрыхление руды постоянно сохранялось. Это целесообразно с точки зрения и извлечения руды, и давления на днище блока: часть веса (до 80 % и больше) отбитой руды и обрушенных пород передается за счет сил трения (зацепления) на окружающий массив или успевшие уплотниться обрушенные породы в соседних отработанных блоках. При большом горном давлении и слабой руде среднесуточная скорость опускания поверхности отбитой руды Должна быть не менее 0,7-1 м, а при высокопроизводительных средствах механизации она достигает 2-2,5 м.
Выбранный режим выпуска задается в виде графика, называемого планограммой выпуска, в которой показано, из каких отверстий, в какие смены и сколько надо выпустить рудной массы. По мере выпуска необходимо корректировать планограмму в зависимости от фактических объемов и качества выпущенной рудной массы, причем фактические объемы наиболее отличаются от плановых при выпуске в скреперный штрек, где поток из данного отверстия прекращается лишь при образовании затора.
Геологическая служба рудника периодическим опробованием контролирует качество рудной массы, чтобы своевременно прекращать выпуск из тех или иных отверстий. На многих рудниках инженеры и рабочие отличают кондиционную рудную массу от некондиционной на глаз.