Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ГІРНИЧИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ОБҐРУНТУВАННЯ ПАРАМЕТРІВ ТЕХНОЛОГІЧНИХ СХЕМ РОЗРОБКИ ТОНКОЖИЛЬНИХ ЗОЛОТОРУДНИХ РОДОВИЩ УКРАЇНИ

Коровяка Євгеній Анатолійович

УДК 622.032.2:622.611

Спеціальність: 05.15.02 - Підземна розробка родовищ корисних копалин

Дніпропетровськ - 2004

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана на кафедрі рудникового транспорту Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (Дніпропетровськ).

Науковий керівник:

доктор технічних наук, професор ШИРІН Леонід Никифорович

завідувач кафедри рудникового транспорту Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ)

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор, КОЛОКОЛОВ Олег Васильович

професор кафедри підземної розробки родовищ Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (м. Дніпропетровськ)

кандидат технічних наук, старший науковий НЕДЄЛЬСЬКИЙ Олександр Григорович

співробітник, начальник науково-дослідного відділу Українського науково-дослідного і проектно-розвідувального інституту промислової технології Міністерства палива та енергетики України (м. Жовті Води)

Провідна установа: Криворізький технічний університет Міністерства освіти і науки України, кафедра підземної розробки родовищ корисних копалин

Захист дисертації відбудеться “18” червня 2004 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 08.080.03 у Національному гірничому університеті Міністерства освіти і науки України (49027, Україна, м. Дніпропетровськ, просп. К. Маркса, 19).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного гірничого університету Міністерства освіти і науки України (49027, м. Дніпропетровськ, просп. К.Маркса, 19).

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат технічних наук, доцент В.І. Тимощук

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

руда вибуховий відбійка

Актуальність теми. Стабілізацію економічної політики та укріплення суверенітету України пов'язують з успішним розвитком золотодобувної галузі. Обумовлено це тим, що золото є не тільки джерелом валюти, але й найбільш стабільним, сертифікованим продуктом на світовому ринку.

Саме тому в даний час на території України ведеться промислова оцінка 14 родовищ золота, які представлені в основному тонкими крутопадаючими жилами, що залягають у корінних породах Українського кристалічного щита. Найбільш перспективними варто вважати родовища Сергієвське і Широка балка (Дніпропетровська обл.), а також Юрієвське і Клинцевське (Кіровоградська обл.), де за прогнозною оцінкою геологів зосереджено до 54% промислових запасів золота України. Родовища компактно зосереджені в найбільшому Придніпровському гірничопромисловому регіоні.

Доцільність першочергової розробки золоторудних родовищ у даному регіоні очевидна і визначається, насамперед, досить розвинутою його гірничодобувною і переробною промисловістю в суміжних галузях, а також відповідною інфраструктурою.

Слід зазначити, що традиційно застосовувана технологія вилучення корисних компонентів з руд кольорових, рідких і благородних металів передбачає процеси, пов'язані зі збагаченням добутої гірничої маси і розміщенням її відходів на поверхні.

В умовах родовищ Українського кристалічного щита це може привести до вилучення з обороту в сільському господарстві найбільш коштовних на Україні орних земель.

У цьому зв'язку перед золотодобувною галуззю гостро ставиться питання, як раціонально вести розробку, збагачення і вилучення золота в умовах унікального, у промисловому і сільськогосподарському відношенні, регіону.

Зосередженість перспективних родовищ золота в густонаселених областях України й екологічна небезпека існуючих процесів його вилучення вимагають екстреної розробки й узгодження комплексу ресурсозберігаючих і природоохоронних заходів, а також обґрунтування і дослідного відпрацювання елементів технології підземного видобутку руди, подрібнення і збагачення руди, ціанування концентратів, осадження і рафінування золота.

Ситуація, що створилася, вимагає пошуку ресурсозберігаючих технологічних схем виїмки рудних тіл, заснованих на використанні високоефективної гірничої техніки, що забезпечують мінімальні втрати і витрати на видобуток і переробку руди, а також мінімальне засмічення високородючих ґрунтів відходами збагачення.

Цілковита відсутність науково-практичного досвіду розробки тонкожильних крутопадаючих родовищ на Україні обумовила необхідність виконання дійсного дослідження і його мету.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами і темами.

В основу дисертаційної роботи покладені дослідження з реалізації постанови Кабінету Міністрів №1/12-1930 від 27.07.95р. “Про розвідку, видобуток і переробку золота в Україні”, які виконані у відповідності з планом науково-дослідних робіт Міністерства освіти і науки України з пріоритетного напрямку розвитку науки і техніки “Екологічно чиста енергетика і ресурсозберігаючі технології” за держбюджетними темами ГП-145 (№ ГР 0194н016254) і ГП-206 (№ ГР 0198н002204) на кафедрі рудникового транспорту Національного гірничого університету.

Метою роботи є обґрунтування ресурсозберігаючих технологічних схем розробки тонкожильних родовищ золота, які базуються на закономірностях формування привибійного простору і закладного масиву в очисних блоках при мілкошпуровій відбійці руди, що забезпечують використання малогабаритного навантажувально-доставочного устаткування.

Стосовно до золоторудних родовищ України, під ресурсозбереженням розуміється зниження розубожування (первинного і вторинного), втрат руди, підвищення коефіцієнта вилучення та зниження обсягів складування порожніх порід після збагачення.

Ідея роботи полягає в розробці і використанні комплексу ресурсозберігаючих заходів щодо управління параметрами впливу вибуху на бічні породи, підвищення адаптивної здатності навантажувально-доставочного устаткування та закладки виробленого простору.

Об'єкт дослідження - параметри привибійного простору при буровибухових роботах (БВР) і процеси доставки руди в очисних блоках тонкожильних крутопадаючих родовищ.

Предмет дослідження - ресурсозберігаюча технологія розробки тонкожильних крутопадаючих родовищ золота.

Основні задачі дослідження.

1. Оцінити стан золоторудної галузі та ступінь вивченості проблемних питань.

2. Установити геометричні параметри (нерівності) бічних поверхонь привибійного простору після вибухової відбійки рудного тіла і залежності втрат руди від нерівності боків жили, при випуску її в блоках системою розробки з магазинуванням.

3. Обґрунтувати конструктивні параметри малогабаритної навантажувально-доставочнї машини в умовах мінливої гіпсометрії рудних тіл.

4. Обґрунтувати вибухостійкість засобів доставки руди, застосовуваних в очисній виробці, при мілкошпуровій відбійці тонких крутопадаючих жил.

Методи досліджень. В роботі використаний комплексний метод, який включає аналіз і узагальнення літературних та патентних джерел, шахтні візуальні та інструментальні дослідження гіпсометрії боків виробок після буровибухової відбійки руди за допомогою фотопланіметричного методу, фізичне моделювання з використанням методу еквівалентних матеріалів, імітаційне моделювання адаптаційної здатності навантажувальної машини в умовах мінливої гіпсометрії рудних тіл, математичне моделювання з використанням чисельного методу (метод граничних елементів) для встановлення величин напружень та зміщень порід у привибійній зоні, метод експертних оцінок (метод рангової кореляції), розробку математичних моделей та статистичну обробку результатів.

Наукові положення, що виносяться на захист:

1. Гіпсометричні поверхні боків очисного простору зі середньостатистичною амплітудою між відмітками виступів і впадин 0,3...0,4 м, що формуються при традиційній технології відбійки руди смугами по підняттю висотою h < 2,0 м, створюють втрати руди в межах 12...15 %, які змінюються при зниженні нерівностей бічних поверхонь до 7...10 %, за рахунок спрямованого буріння шпурів.

2. Ефективність роботи самохідних навантажувально-доставочних машин, в умовах шарової системи розробки, при мінливій гіпсометрії рудних тіл визначається їх адаптаційною здатністю і конструктивними параметрами, які прямопропорційно залежать від виймальної потужності й зворотнопропорційно від величини мінливості динамічної осі очисної виробки, амплітуди нерівності боків жили та кусковатості гірничої маси після буровибухової відбійки.

Ефективність впровадження робочого органа машини досягається шляхом вібраційного впливу на штабель гірничої маси.

3. Вибухостійкість скребкового конвеєра при мілкошпуровій відбійці досягається шляхом зміни напрямку розльоту гірничої маси й установкою його на пневматичні конструкції, які, при вибуху 1 кг вибухової речовини (ВР) на відстані 3,5 м, компенсують вплив динамічних навантажень вибуху (Р = 350 кН/м2) внутрішнім тиском стисненого повітря в оболонках (2,5 атм) і створюють можливість без демонтажу конвеєра виконувати закладку виробленого простору.

Новизна наукових досліджень.

1. Вперше, в процесі випуску рудної маси в блоках системою із магазинуванням, отримані залежності втрат руди від нерівності боків жили після вибухової відбійки рудного тіла.

2. В умовах розробки тонкожильних крутопадаючих золоторудних родовищ обґрунтована технологія доставки руди конвеєром, який встановлений на закладному масиві, що періодично зводиться, і постійно взаємодіє з ним через демпферні пристрої (пневмобалони), для гасіння ударних навантажень вибуху.

3. Установлені аналітичні залежності впливу фронту ударної хвилі (при буровибухових роботах) на стан закладного масиву й усталену роботу, застосовуваних в очисній виробці, засобів доставки руди.

Обґрунтованість і вірогідність наукових положень, висновків та рекомендацій підтверджені використанням апробованих методів досліджень, перевірених методів обробки результатів, достатнім рівнем погодженості і збіжності отриманих результатів при проведенні різних видів досліджень (розбіжність знаходиться в межах 15%) та адекватністю розроблених математичних моделей.

Множинні кореляційні відносини встановлених залежностей мають значення 0,995...0,998, а величини критерію Фішера значно більше однопроцентних меж відхилень, що свідчить про досить тісну кореляцію досліджуваних величин з варійованими параметрами і про статистичну значимість установлених зв'язків.

Наукове значення роботи полягає:

- у рішенні актуальної наукової задачі з обґрунтування ресурсозберігаючих технологічних схем розробки тонкожильних крутопадаючих золоторудних родовищ;

- у визначенні адаптаційної здатності навантажувально-доставочних машин в умовах мінливої гіпсометрії рудних тіл;

- в установленні вибухостійкості засобів доставки руди, застосовуваних в очисній виробці, при мілкошпуровій відбійці тонких крутопадаючих жил.

Практичне значення дисертаційної роботи полягає:

- в розширенні області ефективної розробки тонкожильних крутопадаючих родовищ за рахунок спрощення існуючого порядку очисних робіт, зниження трудомісткості процесів очисної виїмки і підвищення коефіцієнта вилучення руди з надр;

- в розробці методики визначення раціональних параметрів технологічних схем розробки тонкожильних крутопадаючих родовищ із застосуванням малогабаритних навантажувально-доставочних машин та “Вихідних вимог” до створення малогабаритної навантажувально-доставочної машини для розробки тонких крутопадаючих жил.

Реалізація висновків і рекомендацій роботи.

Розроблена методика визначення раціональних параметрів технологічних схем розробки тонкожильних крутопадаючих родовищ з застосуванням малогабаритних навантажувально-доставочних машин і “Вихідні вимоги” до створення малогабаритної навантажувально-доставочної машини для розробки тонких крутопадаючих жил, які узгоджені з ІГТМ Національної академії наук України, затверджені та передані для використання ДПІ “Кривбаспроект”. Очікуваний економічний ефект від використання однієї машини складе 315,5 тис. у.о. на рік.

Особистий внесок автора полягає у формулюванні мети, задач досліджень і наукових положень, виконанні теоретичної частини роботи, фізичного та імітаційного моделювання, безпосередній участі в проведенні шахтних візуальних та інструментальних досліджень, статистичній обробці результатів досліджень, розробці математичних моделей, апробації та впровадженні технологічних рішень.

Апробація результатів дисертації.

Основні положення дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися: на Всеукраїнській науково-технічній конференції ”Современные пути развития маркшейдерско-геодезических работ на базе передового отечественного и зарубежного опыта” (Дніпропетровськ, 1997р.); на міжнародній науково-технічній конференції “Проблемы транспорта в горном производстве” (Дніпропетровськ, 1997, 2002р.р.); на першій міжнародній конференції ”Геотехническая механика освоения недр” (Дніпропетровськ, 1998р.); на міжнародній науково-практичній конференції “ХХІ столетие - проблемы и перспективы освоения месторождений полезных ископаемых” (Дніпропетровськ, 1998р.) та на науковій конференції “Проблеми і перспективи геотехнологій на початку ІІІ тисячоліття” / Форум гірників - 2002 (Дніпропетровськ, 2002р.), а також на засіданнях науково-технічних рад ЗАТ ЗЗРК “Запорізький залізорудний комбінат”, на міжкафедральному семінарі і на розширеному засіданні кафедр рудникового транспорту та підземної розробки родовищ корисних копалин НГУ.

Публікації. За результатами виконаних досліджень надруковані 12 наукових робіт, у тому числі 7 статей в спеціалізованих науково-технічних виданнях, які затверджені ВАК України, 3 доповіді на науково-технічних конференціях, деклараційний патент на винахід і розділ монографії.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, 4 розділів, висновків, переліку використаних джерел з 144 найменувань на 12 сторінках, містить 140 сторінок машинописного тексту, 37 рисунків, 10 таблиць. В додатку приведені матеріали, що свідчать про використання результатів роботи. Загальний обсяг роботи - 184 сторінки.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації та необхідність проведення досліджень, сформульовані мета та задачі досліджень, наукові положення, що виносяться на захист, наукове та практичне значення роботи, наведені дані з апробації та за публікаціями результатів досліджень.

У першому розділі охарактеризовані умови формування золоторудних родовищ, розглянуті особливості технології розробки жильних родовищ, виконаний критичний аналіз досліджень з удосконалення технологічних схем видобутку руди на тонкожильних крутопадаючих родовищах.

Комплексне дослідження зі створення нової ефективної технології розробки жильних родовищ проводилося ІПКОН АН Росії, Читинською філією НДІпрозолото, Іргірідмет і СибколірметНДІпроект Міністерства кольорової металургії Росії, ДГІ на рудниках Далекого Сходу і Забайкалля.

На основі виконаного критичного аналізу роботи на закордонних рудниках бурового, навантажувально-доставочного і прохідницького устаткування в роботі з метою обґрунтування принципів ресурсозберігаючої машинної технології розробки тонких крутопадаючих жил установлена область можливого його застосування на золоторудних родовищах України.

На основі виконаного аналізу літературних джерел, досвіду роботи золоторудних підприємств і проведеного патентного пошуку була встановлена роль окремих систем розробки у видобутку руди підземним способом.

Встановлено, що близько 60% видобутку приходиться на системи розробки з магазинуванням руди, близько 15% - з закладкою виробленого простору, 10% - із застосуванням розпірного кріплення та 15% - на інші системи.

Виконаний аналіз сучасного стану розглянутої проблеми визначив вихідну позицію у напрямку досліджень з обґрунтування ресурсозберігаючої технології розробки золоторудних родовищ України. На підставі виконаних досліджень установлено, що для золоторудних родовищ України орієнтуватися потрібно на дві систем розробки: з магазинуванням руди і з закладкою виробленого простору.

Слід зазначити, що за кордоном найбільш великим досягненням в області вдосконалення технології очисної виїмки тонких крутопадаючих жил вважається впровадження системи розробки горизонтальними шарами підвищеної (до 4-5 м) висоти з закладкою і застосуванням самохідної техніки.

Однак, дана система не одержала належного поширення на рудниках СНД у зв'язку з відсутністю вітчизняної малогабаритної навантажувальної машини.

У другому розділі з метою встановлення області ефективного використання базових систем розробки на золоторудних родовищах України були проведені дослідження їх конструктивних параметрів та втрат руди. Для проведення експериментальних досліджень була розроблена методика фізичного моделювання визначення втрат руди від нерівності боків жили при випуску її в блоках системою розробки з магазинуванням. Методика включала добір і приготування еквівалентного матеріалу, виготовлення моделі та проведення експериментів.

Для обґрунтування області ефективного використання запропонованих систем розробки до умов Українського кристалічного щита була виконана оцінка впливу морфології рудних тіл на конструктивні параметри систем розробки, встановлені осереднені показники розподілу рудних тіл за кутом падіння і потужністю на золоторудних родовищах. Установлено, що основні запаси зосереджені в діапазоні потужностей 0,2...1,2 м з кутами падіння 50-900.

Для встановлення області ефективного застосування навантажувальних машин необхідно мати дані про зміну елементів залягання рудних тіл і динамічної осі очисних блоків. На підставі аналізу встановлених даних можна констатувати, що імовірність зустрічі ділянок рудних тіл зі зміною азимута простягання і кута падіння в межах 150 на ділянках довжиною 5,0 м складає 85-90%.

Традиційно для обґрунтування параметрів очисного устаткування оперують величинами mmіn - мінімальна ширина очисного простору, Дh - зближення бічних порід і Нпр - ширина призабійного простору. Тому в дисертаційній роботі виконані дослідження з установлення мінімальної ширини очисного простору, стійкості привибійного простору крутопадаючої жили, нерівності бічних поверхонь після вибухової відбійки рудних тіл та втрат руди.

Розглядаючи потужність, що виймається, з позиції застосовності навантажувально-доставочних машин і засобів доставки руди в блоці, мінімальною шириною очисного простору mmіn слід вважати оптимальну ширину mопт з урахуванням коефіцієнту зміни потужності, що виймається kм:

mmin = mопт kм (1)

(2)

де kг - коефіцієнт гіпсометрії боків очисного простору після вибухової відбійки руди

(3)

де - інтеграл по кривій контакту; L - ширина блоку.

За результатами попередніх шахтних досліджень величин зближення бічних порід в підняттєвих була розроблена розрахункова схема аналітичних досліджень. Вимір величин зближень бічних порід у робочому просторі досліджуваних підняттєвих проводився вимірювальними стійками СУВ-ІІ шляхом проміру відстаней між реперами, що забиваються в породи лежачого і висячого боків рудного тіла. Математична задача поводження масиву вирішена методом граничних елементів у термінах розривних зсувів з використанням концепції пластових елементів. За базове служить рішення, отримане Ронгведом.

За результатами досліджень встановлено, що привибійний простір крутопадаючої жили зберігає тривалу стійкість, що не впливає на темпи ведення очисних робіт, а значить - закладний масив при відпрацюванні в очисному блоці відіграє роль поверхні для розміщення відбитої гірничої маси і переміщення навантажувальної машини.

Для оцінки впливу вибуху на бічні породи були виконані спеціальні дослідження гіпсометричних поверхонь виробок після БВР. Шахтними дослідженнями за допомогою фотопланіметричного методу і масштабної рамки отримані фотопланограми гіпсометричних поверхонь боків виробок після буровибухової відбійки руди і дані нерівності, тобто амплітуди між відмітками горизонталей, проведених на рівні виступів і впадин бічних поверхонь.

В результаті обробки експериментальних даних побудовані гіпсометричні плани бічних поверхонь, щільність ізоліній яких відповідає прийнятим параметрам БВР при мілкошпуровій відбійки руди. Установлено, що при звичайних способах ведення буровибухових робіт різниця між відмітками горизонталей, проведених на рівні виступів і западин бічних поверхонь жил, що виймаються, складає 0,3 - 0,4 м, в окремих випадках досягає 0,5 м. Зниження амплітуди до 0,2-0,25 м можливо за рахунок спрямованого буріння.

Встановлено, що амплітуда виступів і впадин боків жили визначає не тільки умови взаємодії навантажувально-доставочних машин, але й істотно впливає на втрати руди при її випуску в блоках системою розробки з магазинуванням.

Для визначення втрат руди і встановлення ефективної області застосування системи розробки з магазинуванням було виконане фізичне моделювання з використанням методу еквівалентних матеріалів, що базується на теорії механічної подоби Ньютона, і який припускає геометричну, кінематичну та динамічну подобу.

Для проведення експериментів виготовлена модель, яка відображає в масштабі 1:20 елементи системи розробки з магазинуванням руди. Геометричні розміри моделі: висота стенда 1,25 м, довжина 1,0 м, ширина 0,1 м, діаметр випускного отвору 0,05 м, кут нахилу варіюється від 00 до 900, фракції випускаючого еквівалентного матеріалу 0,1-0,5 мм и 1,0-5,0 мм. Особливістю даних досліджень є те, що у моделі елементи залягання жили представлені лежачим боком з реальною гіпсометрією після БВР. Передня стінка стенда (висячий бік), з метою забезпечення можливості візуального встановлення якісної картини процесів, що моделюються, виконана з листового оргскла товщиною 20 мм з нанесеної сіткою квадратів із стороною 20 мм.

Залежності апроксимації:

q при амплітуді виступів і впадин b=0,2-0,25 та вологості випускаючої руди W=0%

П = -0,95х + 8,47 при R = 0,995 (4)

q при амплітуді виступів і впадин b=0,2-0,25 та вологості випускаючої руди W=10%

П = -0,97х + 11,1 при R = 0,996 (5)

q при амплітуді виступів і впадин b=0,3-0,4 та вологості випускаючої руди W=0%

П = -1,18х + 14,57 при R = 0,997 (6)

q при амплітуді виступів і впадин b=0,3-0,4 та вологості випускаючої руди W=10%

П = -1,14х + 16,4 при R = 0,997 (7)

Результати моделювання процесу випуску руди при системі з магазинуванням показали, що величини втрат руди змінюються в межах 12 - 15% і лінійно залежать від гіпсометрії боків жили, яка реально відображає фактичні амплітуди між відмітками горизонталей, проведених на рівні виступів і впадин бічних поверхонь, утворених при мілкошпуровій відбійці рудних тіл, а також кута падіння жили; вологості руди, що випускається, та величини фракцій сипучого матеріалу.

Встановлено, що з позиції ресурсозбереження область ефективного застосування систем розробки з магазинуванням руди в гірничо-геологічних умовах Українського кристалічного щита є обмеженою (m < 1,2 м). З метою зниження розубожування і втрат руди для подальшого її застосування рекомендується при очисній виїмці спрямоване буріння шпурів. При m ? 1,2 м необхідно орієнтуватися на систему розробки з закладкою виробленого простору.

У третьому розділі для обґрунтування типу навантажувальної машини і параметрів системи розробки з закладкою виробленого простору, технологія виїмки тонких крутопадаючих жил розглядалася як взаємодіюча система “Масив гірських порід - навантажувально-доставочне устаткування - закладний масив”. Для виконання досліджень була розроблена методика управління параметрами привибійного простору при застосуванні самохідного навантажувально-доставочного устаткування в очисних блоках, виконане імітаційне моделювання адаптаційної здатності навантажувальної машини та розроблена математична модель роботи ковшової навантажувальної машини в режимі черпання.

Розглядаючи роботу машини у системі “Масив гірських порід - навантажувально-доставочне устаткування - закладний масив” обґрунтування її параметрів виконувалося в три етапи.

На першому етапі, відповідно до методики, визначалися конструктивні розміри навантажувальної машини за шириною очисного простору і висотою (мінімальна ширина очисного простору mmin = 1,2 м, нерівність боків очисної виробки bл = bв = 0,2-0,25 м, зміна напрямку динамічної осі виробки б0 =15 град, крок переміщення вибою а1 = 2,0 м) (рис. 2).

На другому етапі, з врахуванням фактичної гіпсометрії боків очисного простору і мінливості динамічної осі виробки, шляхом імітаційного моделювання визначається адаптаційна здатність навантажувальної машини в вузькій очисній виробці, що стохастично змінює свій напрямок і просторову форму, тобто, для встановленої на першому етапі мінімальної ширини визначається мінімальна довжина машини.

Рішення задачі пошуку параметрів машини для забезпечення працездатності її в очисних вибоях, які можуть істотно мінятися на одиницю довжини виробки, реалізовано в виді програми Роisk b?. Потрібно знайти найбільшу довжину ? прямокутника фіксованої ширини b=0,8 м, вписаного в область Dі обмежену ліворуч і праворуч вертикальними прямими Х=Х0 и Х=ХN, а зверху і знизу довільними кривими fи(Х) і fе(Х) відповідно (рис. 3):

D={(Х,У), Х ? Х0; Х ? ХN; У ? fu(Х); У ? fе(Х)} (8)

Серед усіх значень ?X, отриманих у інтервалі пошуку [Хо, ХN] вибирається найменше:

(9)

Це значення і приймається за довжину досліджуваної навантажувальної машини.

На третьому етапі встановлюються конструктивні параметри робочого органу малогабаритної навантажувальної машини при її мінімальних конструктивних розмірах (довжина ?=3,0 м, ширина b=0,8 м, висота з піднятим ковшем h=1,8 м).

Місткість ковша малогабаритної навантажувальної машини (рис. 4):

(10)

де

(11)

З формули (10) випливає, що при всіх інших умовах максимальне значення об'єму є функція f (k1 B1 LBH/2) і Vкmax при куті природного схилу . З іншого боку, значення наповнення ковша, в повній мірі, залежить від частоти проникнення його в гірничу масу.

Для підвищення ефективності роботи навантажувальних машин рекомендується використати вібрування ковша: так, при твердому ковші для наповнення його потрібно робити 2-3 проникнення, а при віброковші заповнення забезпечується при одному проникненні. Вібрація ковша сприяє також його кращому очищенню.

Відповідно до розрахункової схеми (рис. 2) об'єм гірничої маси, що підлягає навантаженню, при довжині половини блоку 25 м, кроці переміщення вибою 1,8 м, коефіцієнті розпушення рівному Kр = 1,5 і потужності, що виймається, 1,6 м буде складати 81 м3, тоді час доставки гірничої маси до рудоспуску при безперервній роботі малогабаритної навантажувально-доставочної машини з твердим ковшем ? 10 годин, а при віброковші - ? 7 годин.

При визначенні геометричних розмірів ковша на рукоятці, що перекочується, приймають наступні співвідношення:

 (12)

де lк - довжина днища ковша; Вк - ширина ковша; Н - висота ковша попереду; hд - висота днища ковша.

Встановлені наступні конструктивні параметри ковша малогабаритної навантажувальної машини: Vк = 0,3 м3, lк = Вк = 0,76 м, Н = 0,91 м, hд = 0,3 м.

З позиції механізації очисних робіт даний напрямок є дуже перспективним для розробки рудних тіл потужністю > 1,5 м. При розробці тонкожильних родовищ, для зниження розубожування, варто орієнтуватися на селективну виїмку рудних тіл і бічних порід, що прирізаються. З урахуванням особливостей технологічної схеми роздільної виїмки руди й залишення порожньої породи в блоці, прискорення набору міцності закладного масиву можна забезпечити шляхом введення у верхній шар його суміші спеціальних хімічних добавок, зокрема хлориду кальцію.

Для механізації процесу буріння розроблена технологія спрямованого буріння шпурів з ковша навантажувальної машини. Для цього в днищі ковша монтується поворотна турель, що дозволяє механічно переміщати телескопічний перфоратор.

Очікуваний економічний ефект від використання однієї малогабаритної навантажувально-доставочної машини складе 315,5 тис. у.о. на рік.

У четвертому розділі запропоновані технологічні рішення щодо розробки тонкожильних золоторудних родовищ України.

В цілях розширення області ефективного використання системи з закладкою виробленого простору, для технологічних схем з шириною очисної виробки m < 1,2 м рекомендована система розробки діагональними смугами по підняттю з ущільненням закладного масиву вибухом, а для m = 1,2 - 1,5 м - варіант з використанням способу конвеєрної доставки руди. На рекомендовану технологічну схему одержаний патент на винахід.

Слід відзначити, що при застосуванні скребкових конвеєрів в умовах вибухової відбійки руди негативний вплив на їх стійку роботу чинить фронт ударної повітряної хвилі (У.П.Х.), величина якого збільшує динамічну складову утомленого руйнування ланцюгів.

Рішенням зниження динамічних навантажень є застосування пристроїв, що демпфірують, основою яких могли б бути еластичні пневмобалони, встановлені як фундамент жолоба скребкових конвеєрів (рис. 5). А це означає, що на першому етапі моделювання динамічні навантаження можна розглядати в рамках ідеальних моделей першого ряду, тобто як систему Максвела, що враховує як пружні, так і демпфіруючі властивості середовища.

Вплив одиничного удару на скребковий конвеєр визначаємо методом Лапласа, тоді рівняння руху верхньої плити, що опирається на пневмобалони:

(13)

Враховуючи початкові умови при T = T0 = 0, одержимо:

при t < T

при t > T (14)

Для сильних ударних хвиль, тиск фронту яких змінюється за ступінчатим законом:

(15)

де f1(t) і f2(t) - характеризують, відповідно, статичну величину тиску ударної хвилі і динамічне навантаження; величина с, характеризує жорсткість балона.

Приймемо за стійкий стан той факт, що розпірне зусилля повинне перевищувати імпульс тиску ударної хвилі:

(16)

Величина імпульсу фронту ударної хвилі:

(17)

де R - відстань до місця вибуху; q - вага заряду ВР.

Вираз (16) накладає умову стійкої роботи конвеєра поблизу вибуху і дозволяє розраховувати мінімальну відстань та вагу ВР, що не впливає на пневмобалон.

Розрахунки показують, що при вибуху 1 кг ВР на відстані 3,5 м формується фронт ударної хвилі з тиском ? 350 кН/м2, при цьому тиск на балон компенсується внутрішнім тиском ? 2,5 атм. Порушення умов (16) настає при вазі ВР 1 кг і відстані менше 1,5 м, при цьому тиск на фронті хвилі ? 850-900 кН/м2, що може привести до деформації жолоба конвеєра і руйнуванню пневмобалонів.

Таким чином, аналітичні залежності (13) і (14) при подальшій їхній апробації і порівнянні з експериментальними залежностями, являються основою методики розрахунку впливу фронту ударної повітряної хвилі (при буровибухових роботах) на безпечну й усталену роботу скребкових конвеєрів.

Застосування конвеєрної доставки руди забезпечить механізацію процесу закладки блоку без демонтажу конвеєрів, що приведе до підвищення темпів ведення очисних робіт у 1,8 - 2 рази в порівнянні зі скреперними установками, і забезпечить залишення порожніх порід у надрах, що відповідає основному принципу ресурсозбереження.

ВИСНОВОК

Дисертація є завершеною науково-дослідною роботою, в якій вирішена актуальна науково-технічна задача обґрунтування технологічних схем розробки тонкожильних золоторудних родовищ на базі вдосконалення процесів доставки руди в очисних блоках.

У ході виконання роботи отримані наступні результати:

1. На основі виконаного аналізу літературних джерел, досвіду роботи золоторудних підприємств і проведеного патентного пошуку була встановлена, в цілому по галузі, роль окремих систем розробки у видобутку руди підземним способом. Встановлено, що близько 60% видобутку приходиться на системи розробки з магазуванням руди, близько 15% - з закладкою виробленого простору, 10% - із застосуванням розпірного кріплення і 15% - на інші системи.

2. Використовуючи методи статистичної обробки експериментальних даних, отриманих при шахтних дослідженнях бічних поверхонь виробок, і результати порівняльної оцінки їх з відповідними теоретичними показниками, побудовані гіпсометричні плани бічних поверхонь, щільність ізоліній яких відповідає прийнятим параметрам БВР при мілкошпуровій відбійці руди. Встановлено, що при звичайних способах ведення буровибухових робіт амплітуда між відмітками горизонталей, проведених на рівні виступів і впадин бічних поверхонь жил, що виймаються, складає 0,3 - 0,4 м, а в окремих випадках досягає 0,5 м.

Достатній рівень погодженості і збіжності отриманих результатів підтверджує обґрунтованість і вірогідність виконаних досліджень (розбіжність не перевищила 15%).

3. Встановлено, що величини втрат руди змінюються в межах 12 - 15 % і лінійно залежать від гіпсометрії боків жили, яка реально відображає фактичні амплітуди між відмітками виступів і впадин, утворених при мілкошпуровій відбійці рудних тіл, а також кута падіння жили; вологості руди, що випускається, та величини фракцій сипучого матеріалу.

Множинні кореляційні відносини встановлених залежностей мають значення 0,995...0,998, а величини критерію Фішера значно більше однопроцентних меж відхилень, що свідчить про досить тісну кореляцію досліджуваних величин з варійованими параметрами і про статистичну значимість установлених зв'язків.

4. Встановлено, що з позиції ресурсозбереження область ефективного застосування систем розробки з магазинуванням руди в гірничо-геологічних умовах Українського кристалічного щита є обмеженою (m < 1,2 м). З метою зниження втрат і розубожування руди для подальшого її застосування рекомендується при очисній виїмці спрямоване буріння шпурів, що враховує гіпсометрію жили.

Альтернативним варіантом при m < 1,2 м є використання технологічної схеми буровибухової вийомки руди діагональними смугами по підняттю з ущільненням закладного масиву вибухом, яка забезпечує ріст продуктивності праці в 2 рази, зниження втрат руди до 10%. Величина ущільнення закладного масиву складає 24 - 35% товщини насипного шару закладного матеріалу.

При m ? 1,2 м необхідно орієнтуватися на систему розробки з закладкою виробленого простору, що дозволяє оперативно регулювати параметри БВР і напрямок буріння шпурів в залежності від характеру залягання рудних тіл і ступеню мінералізації бічних порід, а відходи збагачення використовувати як закладний матеріал.

5. За результатами експертної оцінки встановлено, що для умов Українського кристалічного щита найбільш перспективним, що забезпечує ефективне застосування навантажувально-доставочного устаткування, є варіант комбінованої (ін'єкційної) закладки, що сполучається на самопливному способі доставки сухого закладного матеріалу і гідроспособі - для транспортування суміші, що твердіє.

6. З позиції ресурсозбереження в роботі використаний системний метод обґрунтування конструктивних параметрів малогабаритної навантажувально-доставочної машини в умовах мінливої гіпсометрії рудних тіл. Встановлено, що обґрунтування конструктивних параметрів створюваних машин (довжина ? =3,0 м, ширина b = 0,8 м, висота з піднятим ковшем h = 1,8 м) необхідно вирішувати шляхом імітаційного моделювання їхніх адаптаційних можливостей у вузькій очисній виробці з наступними параметрами: мінімальна ширина очисного простору mmin = 1,2 м, нерівність боків очисної виробки bл = bв = 0,2-0,25 м, зміна напрямку динамічної осі виробки б0 =15 град, крок переміщення вибою а1 = 2,0 м.

Встановлені наступні конструктивні параметри робочого органа машини: об'єм ковша Vк = 0,3 м3, довжина днища ковша lк = 0,76 м, ширина ковша Вк = 0,76 м, висота ковша попереду Н = 0,91 м, висота днища ковша hд = 0,3 м.

Для підвищення ефективності роботи малогабаритних машин рекомендується використовувати вібрування ковша. Так, при шаровій системі розробки із закладкою виробленого простору, час доставки встановленого об'єму гірничої маси 81 м3 до рудоспуску, при безперервній роботі малогабаритної навантажувально-доставочної машини з твердим ковшем, буде складати ? 10 годин, а при віброковші - ? 7 годин.

7. Для механізації процесу буріння, розроблена технологія БВР, яка дозволяє знизити розубожування руди за рахунок направленого буріння шпурів з ковша навантажувальної машини. Для цього в днищі ковша монтується поворотна турель, яка дозволяє механічно переустановлювати телескопічний перфоратор. Послідовність буріння шпурів наступна: спочатку забурюється центральний шпур №1, після повороту турелі вправо (вліво) перфоратор переміщується на 0,2 - 0,3 м і під кутом 850 забурюються оконтурюючі шпури №2 и №3. В відповідності до паспорту БВР, утворений в процесі вибухової відбійки руди привибійний простір очисної виробки, характеризується мінімальною шириною та гіпсометрією бічних поверхонь (амплітуда між відмітками виступів і впадин складає 0,2-0,25 м), що повторюють лежачий і висячий боки жили.

8. Застосування конвеєрної доставки руди забезпечить механізацію процесу закладки блоку без демонтажу конвеєрів, що підвищить темпи ведення очисних робіт в 1,8-2 рази, порівняно зі скреперними установками, і забезпечить залишення порожніх порід у надрах, що відповідає основному принципу ресурсозбереження.

9. В умовах відсутності реальних об'єктів реалізації, запропоновані технологічні рішення впроваджені в методиці визначення раціональних параметрів технологічних схем розробки тонкожильних крутопадаючих родовищ з застосуванням малогабаритних навантажувально-доставочних машин і “Вихідних вимогах” до створення малогабаритної навантажувально-доставочної машини для розробки тонких крутопадаючих жил, які узгоджені з ІГТМ НАН України, затверджені та передані для використання ДПІ “Кривбаспроект”. Очікуваний економічний ефект від використання однієї машини складе 315,5 тис. у.о. на рік.

Основні результати дисертації опубліковані в наступних роботах:

1. Ширин Л.Н., Коровяка Е.А., Ширин А.Л. Моделирование адаптационной способности погрузочно-доставочных машин для разработки тонкожильных месторождений / Геотехническая механика. Межвед. сб. науч. трудов // ИГТМ НАН Украины. - Днепропетровск, 1998. - Вып. 6. - С. 67-73.

2. Ширин Л.Н., Коровяка. Е.А. Обоснование средств транспортировки руды в очистных блоках тонкожильных месторождений // Сб. научн. трудов НГА Украины. - Днепропетровск: РИК НГА Украины, 1998. - №3. - Том 6 - С. 157-162.

3. Коровяка Е.А., Ширин. Л.Н. Обоснование технологии разработки тонкожильных крутопадающих месторождений с конвейерной доставкой руды / Разработка рудных месторождений // Научно-технический сборник. - Кривой Рог, 2000. - Вып. №73. - С. 50-54.

4. Коровяка Е.А., Ширин. Л.Н. Моделирование процесса выпуска руды в блоках при разработке тонких крутопадающих жил // Сб. научн. трудов НГА Украины. - Днепропетровск: РИК НГА Украины, 2000. - № 10. - С. 20-24.

5. Коровяка Е.А. Транспортно-технологические схемы доставки руды в очистных блоках тонкожильных крутопадающих месторождений // Науковий вісник НГУ. - 2003. -№ 1. - С. 8-10.

6. Коровяка Е.А. Устойчивость работы скребковых конвейеров в условиях взрывной отбойки руды // Науковий вісник НГУ. - 2003. - № 5. - С. 47-48.

7. Коровяка Е.А. Управление параметрами призабойного пространства и закладочного массива в очистных блоках тонких крутопадающих жил / Разработка рудных месторождений // Научно-технический сборник. - Кривой Рог, 2003. - Вып. № 82. - С. 49-55.

8. Патент №51867А (UA), е21с41/16. Спосіб відробки тонких крутопадаючих жил / Ширін Л.Н., Коровяка Є.А., Майєр С.А., Веселовський Г.С. (Україна). - 2000031502. Заявлено 16.03.2000. Опубліковано 16.12.2002. Бюл. №12.

9. Ширин Л.Н., Коровяка. Е.А. Особенности технологии закладки и оставление породы на рудных месторождениях / Технология закладки и экологические особенности оставления породы в выработанном пространстве подземных предприятий. Монография // Под общ. ред. С.С. Гребенкина и А.И. Ильина. - Д.: Регион, 1999. - С. 279-338.

10. Коровяка Е.А. Структуризация методов построения технологических схем разработки тонких жил с закладкой выработанного пространства / Форум горняков 2002 // Сб. научн. трудов НГА Украины. - Днепропетровск: РИК НГУ, 2002. - № 15. - Т.2. - С. 85-89.

11. Ширин Л.Н., Петрук Е.Г., Коровяка Е.А. Влияние гипсометрии почвы и кровли золотосодержащих рудных тел на выбор технологических схем разработки // Современные пути развития маркшейдерско-геодезических работ на базе передового отечественного и зарубежного опыта. - Днепропетровск: РИК НГА Украины, 1997. - С. 32-37.

12. Коровяка Е.А. Особенности транспортирования руды в выемочных блоках тонкожильных крутопадающих месторождений // Тез. докл. международной научно-технической конференции “Проблемы транспорта в горном производстве”. - Днепропетровск: РИК НГУ, 2002. - С. 21-22.

АНОТАЦІЯ

Коровяка Є.А. “Обґрунтування параметрів технологічних схем розробки тонкожильних золоторудних родовищ України”. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.15.02 - “Підземна розробка родовищ корисних копалин”. Національний гірничий університет, Дніпропетровськ, 2004 р.

Дисертація присвячена питанням обґрунтування параметрів технологічних схем розробки тонкожильних крутопадаючих родовищ на базі вдосконалення процесів доставки руди в очисних блоках.

За результатами виконаних досліджень, для розробки золоторудних родовищ Українського кристалічного щита, рекомендовані наступні системи розробки:

1. з магазинуванням руди (потужність рудних тіл m < 1,2 м);

2. діагональними смугами по підняттю з ущільненням закладного масиву вибухом (m < 1,2 м);

3. з закладкою виробленого простору із застосуванням скребкового конвеєра для доставки відбитої руди по закладному масиву в очисній виробці з мінливою формою по падінню і простяганню (m = 1,2 - 1,5 м);

4. з закладкою виробленого простору з застосуванням малогабаритних навантажувально-доставочних машин (m > 1,5 м).

Запропоновані технологічні рішення, в умовах відсутності реальних об'єктів реалізації, впроваджені в методиці визначення раціональних параметрів технологічних схем розробки тонкожильних крутопадаючих родовищ з застосуванням малогабаритних навантажувально-доставочних машин та “Вихідних вимогах” до створення малогабаритної навантажувально-доставочної машини для розробки тонких крутопадаючих жил, які узгоджені з ІГТМ НАН України, затверджені та передані для використання ДПІ “Кривбаспроект”.

Ключові слова: технологічні схеми розробки тонкожильних родовищ, доставка руди, втрати руди, гіпсометрія боків жили, закладний масив, адаптаційна здатність, малогабаритна навантажувально-доставочна машина, скребковий конвеєр.

АНОТАЦИЯ

Коровяка Е.А. “Обоснование параметров технологических схем разработки тонкожильных золоторудных месторождений Украины”. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.15.02 - “Подземная разработка месторождений полезных ископаемых”. Национальный горный университет, Днепропетровск, 2004 г.

Диссертация посвящена вопросам обоснования параметров технологических схем разработки тонкожильных крутопадающих месторождений на базе совершенствования процессов доставки руды в очистных блоках.

В результате выполненных теоретических, аналитических и экспериментальных исследований, для разработки золоторудных месторождений Украинского кристаллического щита, рекомендованы следующие системы разработки:

1. с магазинированием руды (мощность рудных тел m < 1,2 м);

2. диагональными полосами по восстанию с уплотнением закладочного массива взрывом (m < 1,2 м);

3. с закладкой выработанного пространства и с применением скребкового конвейера для доставки отбитой руды по закладочному массиву в очистной выработке с изменчивой формой по падению и простиранию (m =1,2 - 1,5 м);

4. с закладкой выработанного пространства с применением малогабаритных погрузочно-доставочных машин (m > 1,5 м).

Установлено, что величины потерь руды изменяются в пределах 12 - 15 % и линейно зависят от гипсометрии боков жилы, образуемой в результате мелкошпуровой отбойке рудных тел, а также угла залегания жилы; влажности выпускаемой руды и величины фракций сыпучего материала.

Установлено, что обоснование конструктивных параметров создаваемых погрузочно-доставочных машин (длина ?=3,0 м, ширина b=0,8 м, высота с поднятым ковшом h=1,8 м) необходимо решать путем имитационного моделирования их адаптационных возможностей в узкой очистной выработке с параметрами: минимальная ширина очистного пространства mmin =1,2 м, неровность боков очистной выработки bл=bв= 0,2-0,25 м, изменение направления динамической оси выработки б0 =15 град, шаг перемещения забоя а1 = 2,0 м.

Установлены следующие конструктивные параметры рабочего органа малогабаритной погрузочно-доставочной машины: объем ковша Vк = 0,3 м3, длина днища ковша lк = 0,76 м, ширина ковша Вк = 0,76 м, высота ковша спереди Н = 0,91 м, высота днища ковша hД = 0,3 м.

Для повышения эффективности работы погрузочных машин рекомендуется использовать вибрирование ковша. Так, для установленного объема горной массы 81 м3, подлежащего погрузке, при длине полу блока 25 м, коэффициенте разрыхления равном Kр = 1,5 и выемочной мощности 1,2 м, время доставки к рудоспуску, при непрерывной работе малогабаритной погрузочно-доставочной машины с жестким ковшом, будет составлять ? 10 часов, а при виброковше - ? 7 часов.

Предложенные технологические решения, в условиях отсутствия реальных объектов, внедрены в методике определения рациональных параметров технологических схем разработки тонкожильных крутопадающих месторождений с применением малогабаритных погрузочно-доставочных машин и “Исходных требованиях” на создание малогабаритной погрузочно-доставочной машины для разработки тонких крутопадающих жил, которые согласованы с ИГТМ НАН Украины, утверджены и переданы для использования ГПИ “Кривбасспроект”.

Ключевые слова: технологические схемы разработки тонкожильных месторождений, доставка руды, потери руды, гипсометрия боков жилы, закладочный массив, адаптационная способность, малогабаритная погрузочно-доставочная машина, скребковый конвейер.

ABSTRACT

Korovyaka E.A. “Grounding of Parameters of Technology for Thin-veined Gold Deposits Exploitation in Ukraine”. - Manuscript.

Thesis for a Candidate's degree in the field of Mining, 05.15.02. National Mining University, Dnipropetrovsk, 2004.

The dissertation paper concerns the problems of grounding of technology for thin-veined steep sloped gold deposit mining on the basis of ore delivery process improvement in mines.

The following systems for gold mining on Ukrainian crystal shield are recommended as a result of theoretical, analytical and experimental research:

1. with ore shrinkage when thickness of ore bodies is m < 1,2m;

2. with diagonal stripes up-dip when filling mass is compacted by means of blasting m < 1,2m;

3. with packing a goaf use of a flight conveyer to deliver broken-down ore along filling mass when stope is of variable shape both on slope and strike (m = 1,2 - 1,5 m);

4. with packing a goaf while using compact loading and delivery machines (m > 1,5m).

As there are no real units the technology was implemented to determine rational parameters while exploitating thin-veined steep sloped deposits with the help of loading and delivery machines. Besides, it was used in “Initial Demands” to manufacture compact loading and delivery machine for thin steep sloped veins. Those “Demands” have been agreed with the IGTM of the NAS of Ukraine, confirmed and transfered to “Kryvbasproject” SPI.

Key words: technology for thin-veined deposit exploitation; ore delivery; ore losses; hypsometry of vein's sides; filling mass; adaptation ability; compact loading and delivery machine; flight conveyer.

Размещено на Allbest.ru