Отчёт Опроведённых мероприятиях в сфере образования для населения г. Москвы в целях повышения качества образовательных услуг по договору №4 от 08. 12. 2011 г раздел 4

Вид материала

Отчет

Содержание Список исполнителей Технологические схемы очистной выемки. Выемка слоев Погрузка и доставка руды. Осмотр и оборка кровли и стенок очистных выработок Закладка выработанного пространства Технология закладки выработанного пространства Сплошная система разработки комбинированным порядком выемки слоев. 6.4.1.1.3.3. Варианты технологических схем добычи крепких руд бурением скважин большого диаметра Выбор технических средств доставки в опытно-промышленном блоке 6.4.1.1.3.4. Экономическая целесообразность добычи крепких руд выбуриванием Таблица 4 Технико-экономические показатели сравниваемых вариантов Таблица 6. Технико-экономические показатели систем разработки Ловозерского месторождения 6.4.1.1.4.3. Основные требования к технологии добычи руд в зоне вечной мерзлоты 6.4.1.1.4.4. Экономическая эффективность новых технологий

Подобный материал:

• Отчет о проведённых мероприятиях в сфере образования для населения города Москвы, 240.51kb.
• Аннотация научно-образовательного материала (ном), 32.65kb.
• Оценка качества образовательных услуг в средних школах города москвы совершенствование, 1063.9kb.
• Постановление Правительства Москвы от 24 апреля 2007 г. N 299-пп о мерах по приведению, 900.03kb.
• Система рейтинговой оценки деятельности педагогов как средство повышения качества образовательных, 140.61kb.
• Кабинет Министров Республики Татарстан постановляет: Утвердить прилагаемые: методические, 1561.95kb.
• Приказ 10. 05. 2011 №307 г. Вытегра Об утверждении Порядка подготовки и публикации, 85.37kb.
• Распоряжение от 6 августа 2011 г. N 820-р о переходе на преимущественно одноканальное, 132.48kb.
• Информация о результатах социологического исследования мнения населения Нижневартовского, 13.17kb.
• Отчет о проведении круглого стола для руководителей и менеджеров образовательных учреждений, 341.07kb.

Министерство образования и науки

Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Московский государственный открытый университет


УТВЕРЖДАЮ

Ректор ФГБОУ ВПО МГОУ

проф. Цатурян Э.О.


Отчёт

О проведённых мероприятиях в сфере образования для населения г. Москвы в целях повышения качества образовательных услуг по договору № 4 от 08.12.2011 г.

раздел 6.4-1 «Разработка и внедрение научно-информационных и научно-образовательных материалов для реализации новейших достижений в горной науке и технологиях с целью повышения компетенций в области горного дела молодых специалистов проектной и научно-исследовательской деятельности ФГУП «Гипроцветмет» г. Москвы»

(2-е полугодие)


Руководитель мероприятия,

ответственный исполнитель,

д.т.н., проф. Ю.В.Михайлов


Москва

2011


СПИСОК ИСПОЛНИТЕЛЕЙ

1. Андросова Н.К - проф.каф. ОН и РП………………………………..……..
   
2. Бельков В.И. – проф. каф. Г и Г…………………………………………….
   
3. Бирюков Г.Н - зав.лаб. каф. МД и Г ………………………….……………
   
4. Иванайский А.В – проректор по научной работе…………………………
   
5. Исаев О.Н. - доцент каф. Т и ТНГП ………………………….….…………
   
6. Коворова В.В. - доц. каф. ГЭ и БЖД …………………………..…………..
   
7. Кононов В.М. – проф.каф. РМПИ……………………………….…………
   
8. Лукин В.Н. – зав.каф. Г и Г…………………………………………………
   
9. Лукина К.И. - зав.каф. ОПИ …………………………………….………….
   
10. Мальованик Н.В - ……………………………………………….…………..
    
11. Михайлов Ю.В. – рук., зав. каф. ГЭ и БЖД, проф., д-р техн. наук……..
    
12. Перлова Н.Е – гл. бухгалтер……………………………………………….
    
13. Разуваева В.В. – доц. каф. ГМ и ГЭ ………………………………………
    
14. Свидетелева Л.В.- зам.декана…………………………………………….…
    
15. Смирнов Л.А. - зав.каф. МД и Г ………………………..……………….…
    
16. Соловьёва А.В. – диспетчер факультета…………………………………...
    
17. Соловьёва Г.Ю – проректор по учебной работе…………………………..
    
18. Татаринов В.Н. – проф. каф. ГЭ и БЖД ……………………………………
    
19. Фурсов Е.Г.- проф. каф. РМПИ …………………………..…………………
    
20. Якушкин В.П. - проф. каф. ОПИ …………………………..………………..
    

РЕФЕРАТ

В отчёте 170 стр., 35 рис., 9 таблиц

Ключевые слова: научно- образовательные и научно-информационные материалы по проблемам проходки подземных выработок и разработки месторождений ценных руд с обеспечением экологической безопасности; поточное разрушение; сложная морфология рудных тел, жесткие экологические ограничения; ударные исполнительные органы; скалывание; разрушение горного массива крепких руд выбуриванием скважин; комплексная механизация технологических процессов.

Целью работы является разработка научно-образовательных и научно-информационных материалов по исследованию проблем проведения подземных выработок и разработки месторождений ценных руд с механическим разрушением крепких руд, обеспечивающих максимальное извлечение полезных ископаемых с высокой производительностью и безопасностью труда.

В качестве методов исследований применены обобщение отечественного и зарубежного опыта разработки месторождений в аналогичных условиях, метод физического моделирования; проектная проработка новых технологических схем с применением новейшего горного оборудования.

В отчёте даются результаты исследований опыта разработки месторождений в сложных природных условиях, исследован механизм формирования закладочного массива. Отмечается экологическая безопасность применения систем разработки с закладкой выработанного пространства, обеспечивающих высокий уровень механизации, рост производительности забойного рабочего, снижение потерь и разубоживания руды, максимальное извлечение руды при меняющейся конфигурации и мощности рудного тела; получение высокой прибыли.

Выполненные предварительные расчеты экономической эффективности новых геотехнологий добычи крепких руд показывают, что они являются весьма перспективными.

Полученные результаты исследований рассмотрены на научных семинарах и рекомендованы к практическому использованию при составлении технических проектов.


Содержание

Введение………………………………………………………………5


6.4.1.1.1. Подраздел. Разработка принципов поточного разрушения горного массива……………………………………………………………..7

6.4.1.1.1.3. НИМ - Исследование взаимодействия разрушающего инструмента с крепкими породами……………………………………………7

6.4.1.1.1.4. НИМ - Механизм формирования процесса разрушения горного массива свободным ударом большой мощности…………………14


6.4.1.1.2. Подраздел. Технология добычи крепких руд скалыванием..17

6.4.1.1.2.3. НИМ – Варианты технологических схем добычи крепких руд ударным инструментом с восходящим порядком…………………………17

6.4.1.1.2.4. НИМ – Технологические схемы добычи крепких руд ударным инструментом с нисходящим порядком………………………… 23


6.4.1.1.3. Подраздел. Проходка горных выработок и добыча крепких руд бурением скважин большого диаметра………………………………..29

6.4.1.1. 3.3. НИМ – Варианты технологических схем добычи крепких руд бурением скважин большого диаметра………………………………29

6.4.1.1.3.4 НОМ – Экономическая целесообразность добычи крепких руд выбуриванием………………………………………………………… .37


6.4.1.1.4. Подраздел Автоматизация и компьютеризация проходческих и добычных горных работ…………………………………………………….46

6.4.1.1.4.3. НИМ – Основные требования к технологии добычи руд в зоне вечной мерзлоты……………………………………………………………46

6.4.1.1. 4.4. НОМ – Экономическая эффективность новых технологий - подготовка и проведение семинара……………………………………….....60


Заключение……………………………………………………………………..63

Список литературы……………………………………………………………64


Введение

Поточная технология проведения горных выработок и добычи ценных крепких руд механическим разрушением обеспечивает высокую производительность, качественное извлечение полезного ископаемого, экологическую безопасность и безопасность жизнедеятельности.

Положительный опыт применения проходки тоннелей ударным разрушающим инструментом позволяет считать, что можно создать экотехнологию добычи крепких руд скалыванием ударным разрушающим инструментом. В первую очередь это касается слоевых системы разработки маломощных и средней мощности крепких руд с углом падения 50^о и более. Очень важным обстоятельством, нацеливающим на необходимость добычи полезного ископаемого с применением ударных установок метательного действия именно слоевыми системами разработки, является то, что эти системы обеспечивают добычу с минимальными потерями и разубоживанием руды.

Основные предпосылки создания новой технологии добычи полезного ископаемого с механическим разрушением горного массива следующие:

• наличие значительного объема полезных ископаемых ценных руд в крутопадающих маломощных рудных залежах;
  

• наличие необходимого оборудования для разрушения горного массива, доставки и транспортировки горной массы с достаточной производительностью и в достаточном объеме;
  
• необходимость механизации горно-добычных работ при разработке маломощных месторождений полезных ископаемых;
  
• необходимость обеспечения экологической безопасности экосистем горнодобывающих районов.
  

Наибольшее распространение сплошные системы разработки восходящим, нисходящим и комбинированным порядком нашли при добыче ценных руд Талнахского и Октябрьского месторождений.

Основным отличительным признаком сплошных систем является ведение очистных работ без оставления в выработанном пространстве опорных (жестких) целиков. При применении сплошных систем рудное тело может отрабатываться слоями в определенном порядке (вертикальными прирезками), либо камерами.

Все варианты слоевых систем разработки наибольшим образом отвечают требованиям использования комплекса автоматизированного горного оборудования, включая оборудование с применением дистанционного управления, ЭВМ, ударные установки метательного действия.

Одним из перспективных вариантов подземной добычи ценных руд является добыча крепких руд выбуриванием скважинами большого диаметра. Созданный комбайн КД800Э показал высокую эффективность его применения, возможность применения дистанционного и компьютерного управления. Область его применения и большой диапазон указывают на его перспективность для получения ценных руд с обеспечением высокого качества извлечения полезных ископаемых с одновременной экологической безопасностью.


6.4.1.1.1. Подраздел. Разработка принципов поточного разрушения горного массива

6.4.1.1.1.3. Исследование взаимодействия разрушающего инструмента с крепкими породами


Экспериментальные исследования механизма взаимодействия рабочих органов породоразрушающих машин и поверхности массива имеют большое значение для разработки эффективного и производительного породоразрушающего инструмента. Авторами многочисленных публикаций, посвященных проблеме взаимодействия системы «инструмент-порода», предложено большое количество моделей данного взаимодействия. Существует большое количество экспериментальных работ, в которых рассматривается как общий механизм внедрения инструмента в виде индентера различной формы в породу, так и отдельные стороны этого процесса. Например, изучен процесс разрушения горных пород при нагружении полупространства индентерами сферической формы.

Исследованию характера напряженного состояния упругого полупространства, нагруженного клинообразным инструментом, посвящен также целый ряд работ, в которых с успехом применялся метод фотоупругости. В них получен целый ряд зависимостей, описывающих взаимодействие буровых коронок различной формы с горной породой. Однако до сих пор нет работ, где бы рассматривался процесс разрушения горных пород ударом при энергиях удара до 1,5 МДж, т. е. в сотни раз больше исследованных параметров, что становится возможным в ударных машинах метательного действия, и поэтому не учитывался масштабный фактор, а также и другие процессы, сопровождающие такие удары.

Из всех работ, посвященных исследованию данного вопроса, можно сделать следующие выводы.

1. Исследования процесса разрушения горных пород при динамическом воздействии породоразрушающего инструмента позволяют с достаточной степенью достоверности использовать процесс статического вдавливания индентеров, поскольку при этом наблюдается практически полная идентичность механизма разрушения.
   
2. В связи с математическими трудностями учета форм индентеров и граничных условий при вдавливании индентера в породу не существует точных и однозначно подтверждаемых аналитических решений данной задачи, в которых авторы предлагали бы различные подходы к описанию процесса разрушения породы под действием нагрузки инструмента. В данной ситуации можно считать, что наиболее достоверные результаты могут быть получены только экспериментальными методами.
   

При этом необходимо отметить, что экспериментальные исследования могут производиться с использованием как реальных рабочих органов породоразрушающих машин и горных пород, так и с применением физических моделей данных процессов. Первый путь, наряду со всеми достоинствами натурного эксперимента, обладает также рядом принципиальных методологических недостатков. Во-первых, натурный эксперимент вдавливания инструмента в породу дает картину не причины происходящего процесса разрушения, а его следствия, так как показывает уже конечный результат взаимодействия – зону разрушенной породы. Во-вторых, натурный эксперимент показывает внешнюю картину взаимодействия – выход трещин на свободную поверхность, не позволяя исследовать процессы, происходящие внутри массива.

В связи с этим следует отметить достоинства методов физического моделирования, в частности, метода фотомеханики, позволяющего устранить при исследованиях указанные выше методологические недостатки.

3. Полученные при экспериментальных исследованиях закономерности разрушения пород, характер формирования областей предельного напряженного состояния необходимо использовать для создания рациональных конструкций инструмента как равноправную составную часть информации, наряду с эмпирическими данными.

При проведении исследований использовался круговой полярископ, состоящий из источника света (ртутная лампа с длиной волны 5,46×10^-7 м), двух пластинок l/4; поляризатора и анализатора. Фиксирование картин изохром осуществлялось фотоаппаратом на пленку «Микрат-300».

В качестве материала, имитирующего горную породу, применялся эпоксиэластик с модулем упругости 3,0 МПа и коэффициентом оптической чувствительности 15 ГПа. Размеры моделей 0,2´0,3 м.

Основной проблемой при исследовании взаимодействия системы «инструмент-порода» является установление условий разрушения породы в зависимости от ее прочностных характеристик и напряженно-деформированного состояния, которое, в свою очередь зависит от формы внедряемого тела, структуры материала, характера нагружения и граничных условий.

При оценке прочности горных пород по критерию наибольших нормальных напряжений условием разрушения является достижение главным напряжением предельного значения. При использовании критерия главных деформаций условием разрушения является превышение главной деформации предельно допустимого значения. Это положение также подтверждается экспериментами (например, разрушение путем отрыва при сжатии образца).

Результаты исследования поля напряжений представлены в виде коэффициентов концентрации напряжений, обладающих наибольшей информативностью при оценке изменения напряженно-деформированного состояния:

К_t=t/s_ном, s_ном=Р_м/S_м

где Р_м – нагрузка на модель породоразрушающего инструмента, S_м – площадь поперечного сечения модели.

Напряжения в натурных условиях определяются через коэффициенты концентрации напряжений в каждой геометрически подобной точке по формуле:

t_н=К_t×s_н

где s_н – напряжения в натурных условиях.

Для сравнительной оценки влияния формы индентера на величину напряженного состояния породы построены зависимости коэффициентов концентрации напряжений К_τ в характерных точках А, В и С от ширины m ударного инструмента вдоль оси действующего индентера. Для разной формы индентеров механизм ввода энергии в породу различается. Для более тонкого инструмента характерна высокая концентрация напряжений вблизи лезвия, которая с увеличением расстояния от индентера быстро затухает. Более широкие индентеры дают более высокую концентрацию напряжений в глубине массива, способствуют отбойке более крупных блоков породы.

Как видно из выполненных исследований, напряжение в массиве при перпендикулярном ударе билы о массив охватывает широкую область глубиной более 4h и шириной со стороны уступа 5b, а со стороны подошвы уступа 2b, из чего следует, что при ударе с параметрами b=h будет разрушаться не только уступ, но и его подошва. В установившемся режиме работы ударной машины каждый участок в слое будет испытывать в случае b=h около 15 циклов сжатия-растяжения, а в случае b=1/2·h – 30 циклов нагружения. Учитывая весьма низкий предел выносливости пород при их циклическом нагружении, можно ожидать, что процесс усталостного разрушения пород при мощных ударных воздействиях будет играть существенную роль, и поэтому процесс разрушения массива будет происходить при одновременном влиянии статического, сейсмического и усталостного воздействий.

Согласно проведенным исследованиям с увеличением шага скола b напряжения в подошве уступа уменьшаются, а затем вообще не проявляются, а при, например, b=5h уступ вообще не разрушается; вместо этого в точке удара образуется траншея (канавка) и зона трещиноватости вокруг нее шириной примерно 10b. Из серии экспериментов при воздействии инструмента на породу на расстоянии 3h от уступа следует, что область уступа уже свободна от напряжений, таким образом, откол породы при данном соотношении нагрузок маловероятен, разрушение массива может происходить путем выкрашивания в области воздействия инструмента.

Таким образом, лабораторные исследования ударного взаимодействия билы с породным массивом методом физического моделирования позволили установить, что существуют оптимальные параметры как инструмента, так и формы уступа породного забоя, при которых идет интенсивное сейсмическое разрушение массива в районе уступа и быстрое накопление в массиве усталостных повреждений, вызывающих трещинообразование в остальной части массива впереди и ниже фронта работ. Это снижает энергоемкость разрушения массива при последующих прохождениях билы в рассматриваемой зоне.

Учитывая, что ударные исполнительные органы метательного действия для указанной выше энергии удара просты по конструкции, и создание таких комбинированных машин для массового поточного дробления горного массива (с последующей погрузкой) вполне реально, то это позволит в перспективе избавиться от буровзрывных работ, повысить экономичность, безопасность труда и улучшить экологическую обстановку в районе ведения горных и строительных работ.

Из проделанных экспериментов можно заключить, что:

• взаимодействие индентора с породой – сложный процесс, определяемый геометрией индентора (билы) и формой поверхности разрушаемой породы. Для исследованных форм инденторов, представляющих собой усеченный конус (клин), величина коэффициента концентрации напряжений убывает от поверхности вглубь массива, величина градиента убывания различна и зависит от площади индентора и формы поверхности в области внедрения.
  
• для каждого уровня (глубины) разрушаемой породы существует форма индентора, обеспечивающая при заданной величине нагрузки наибольшую концентрацию напряжений и, следовательно, разрушение данного слоя породы. Увеличение площади инденторов способствует образования зон повышенной концентрации напряжений на большей глубине, т.е. отбойке более крупных блоков породы.
  
• при отбойке слоя породы с наличием выкола (уступа) каждая форма индентора обеспечивает оптимальные условия для отбойки блоков породы определенных размеров, создавая зоны концентрации напряжений в различных областях, прилегающих к уступу. Для каждой заданной величины нагрузки на инструмент существует предельное расстояние до уступа, дальше которого индентор не захватывает зону уступа, т.е. не отбивает его, взаимодействуя с породой, как с полуплоскостью.
  
• метод физического моделирования позволяет качественно и количественно исследовать процесс взаимодействия породоразрушающего инструмента с массивом. Полученные данные дают возможность определить величину напряженно-деформированного состояния в любой точке разрушаемой породы при изменении геометрических и прочностных параметров инструментов и породы. Пересчет данных моделирования по критериям теории подобия на натурные условия, с учетом реально действующих нагрузок на инструмент, дает возможность вычислить действующие в породе реальные деформации и напряжения и по критериям прочности определить возможность разрушения породы в каждой точке.
  

Данные исследования оптимальны для расчета породоразрушающего инструмента рациональной формы, материалов инструмента и породы с целью максимально эффективного разрушения массива.

Из полученных результатов физического моделирования следует, что для наиболее полного и рационального использования технических средств разрушения горных пород необходима проверка эффективности взаимодействия системы «ударный инструмент – порода» в различных условиях. С учетом исследованных процессов взаимодействия системы «породоразрушающий механизм – порода» следует, что ударное воздействие с высокими энергиями удара разрушающего инструмента приведет, во-первых, к выбросу значительной части породы уступа в направлении удара (в область погрузки); во-вторых, вследствие мощного местного сейсмического воздействия, и усталостных процессов в массиве к образованию системы трещин, к снижению скорости упругой волны и сопротивляемости разрушению, что позволит эту часть массива разрушать (зачищать) и вести погрузку статическим инструментом, выполненном в виде системы зубьев, сплошного или прерывистого ножа (клина).

Анализ на математической и физической модели кинематики и динамики движения разгоняемой при ударе массы разрушающего инструмента и соответствующих реакций отдачи на корпус ударного исполнительного органа позволяет установить каким образом можно использовать реакцию отдачи корпуса и жестко связанного с ним статического инструмента, находящегося в постоянном контакте с трещиноватым массивом, для дополнительного воздействия инструмента на массив с целью его разрушения и одновременно снижать таким образом усилия на базовую машину и ударный исполнительный орган. В предлагаемой схеме разрушения породного массива процесс разрушения породы будет оптимально управляемым в отличие от процессов в динамических дробилках, где этот процесс является неорганизованным.


6.4.1.1.1.4. Механизм формирования процесса разрушения горного массива свободным ударом большой мощности

На основании результатов физического моделирования и стендовых исследований ударного разрушения бетонного блока, приведенных выше, складывается следующая картина процесса разрушения горного массива свободным ударом рабочего инструмента (билой) машин метательного действия большой мощности.

Для массового поточного дробления горного массива может быть использована била в виде плиты (как в ударных дробилках), ребро которой в зависимости от технологических потребностей может иметь различные размеры. Например, для проходки подземных выработок диаметром 3,0 м, длина ребра может составлять 1,5 м при ее толщине порядка 100 мм. Била 1 наносит удары со скоростью V_уд по породному массиву на расстоянии а от края уступа. Разрушение массива начинается с того, что под ударной поверхностью билы образуется ядро 2 из раздробленной уплотненной породы, которое, действуя совместно с билой, подобно клину проникает в массив и отрывает в сторону свободного пространства уступа его часть, имеющую конфигурацию балки длиной l с площадью основания l×b. Возникающее при этом на торце билы плотное ядро частично защищает ударный инструмент.

Вследствие неровностей поверхности, с которой в процессе удара взаимодействует била исполнительного органа, ее ребро будет при ударе контактировать с несколькими участками, образующими вдоль ребра билы несколько ядер – концентраторов напряжений, случайно расположенных и различных по величине. Суммарное воздействие возникающих в ядрах боковых усилий, отрывающих «балку» от массива, приведут к ее разрушению под воздействием напряжений изгиба и растяжения в площади основания и в торцах, которыми «балка» связана с разрушаемым массивом.

Так как скорость воздействия билы на массив будет достигать значений 30…120 м/с, то в момент удара образуется и распространится во все стороны упругая волна с сейсмическим эффектом, который инициирует развитие в массиве существующей сети трещин и появление новых.

Развивающиеся трещины будут взаимодействовать с трещинами, оставшимися от предыдущих ударов, в результате чего сформируется зона ослабленного массива. При этом для разрушения ослабленного массива крепких горных пород можно использовать, как уже было показано ранее, комбинированные способы, например, вместе с ударным исполнительным органом применить инструменты статического действия, которые будут способствовать ускорению процесса разрушения. Аналогичный эффект используется при ударно-вращательном бурении скважин, когда чередуются ударное и вращательное (статическое) разрушение породы в скважине.

Возникающие во время каждого удара множественные концентраторы напряжений и волновые возмущения складываются друг с другом и накладываются на остаточные деформации от предыдущих ударов, что должно привести к возникновению усталостных явлений в массиве и его разрушению. Для проверки этого предположения были построены кривые Велера (кривые усталости) для горной породы с коэффициентом крепости f = 24 и образца из Ст. 3. Сравнение показало, что даже для крепких горных пород характерна невысокая усталостная выносливость, а, следовательно, усталостные процессы играют существенную роль в ослаблении горного массива при многократных мощных импульсных воздействиях ударных исполнительных органов метательного типа. В установившемся режиме поточного разрушения весь массив в зоне ударного воздействия будет ослаблен усталостными трещинами.

Таким образом, при периодических ударах исполнительного органа рабочим инструментом в виде стального ребра билы определенной длины разрушение породного уступа будет происходить под воздействием четырех основных факторов:

• растягивающих напряжений, вызываемых образующимися вдоль ребра ядрами в зоне контакта ребра билы с участками породного забоя;
  
• вследствие трещинообразования, вызываемого сейсмическим эффектом от прохождения ударной волны в породный массив;
  
• вследствие усталостных явлений в массиве, вызываемых периодическими ударными воздействиями;
  
• вследствие воздействия «статического» инструмента.
  

При исследовании эффективности различных форм ударной части рабочего инструмента был проведен эксперимент по послойному скалыванию льда свободным ударом лома массой 8,2 кг и диаметром b_л 30 мм, один конец которого заканчивался пикой (конусом), а другой – клином с шириной лезвия b_к 150 мм и толщиной в рабочей зоне порядка 5 мм. Удары наносились на расстоянии а = 100 мм от края уступа, поперечные сечения внедряющихся пики S_л и клина S_к были практически равными – около 7 см². Примерно одинаковыми были и глубины h_к и h_л внедрения в лед ударного инструмента при равной энергии удара порядка 75 Дж. Объем отколотой массы за один удар у клина Q_к составил в среднем 3600 см³, а при воздействии пики Q_л – 1500 см³.

При погружении клинового лезвия в массив льда в последнем формировалась балка длиной 150 мм, шириной 100 мм и высотой 100 мм. Момент сопротивления изгибу и сдвигу ледяной балки с защемленными концами и основанием сравнительно невелик, поэтому она легко ломалась от распорных усилий внедряющегося в лед клинового лезвия. Трапециевидная форма основания скола позволила значительно увеличить объем отбитой массы льда. При внедрении лома с конусной заточкой скол происходил под воздействием распорных усилий, а основание скола при этом имело треугольную форму, что и объясняет снижение объема отбитой массы в 2,4 раза. Эксперимент подтвердил, что при клиновом лезвии более эффективно реализуется механизм и воздействующие факторы разрушения породного массива.

Выполненные исследования механизма разрушения породного массива ударными инструментами позволяют полагать, что использование таких систем в качестве рабочих органов горных машин открывает новые перспективы создания агрегатов для безвзрывной энергосберегающей технологии добычи полезного ископаемого и ведения горных работ в подземных условиях и при открытой разработке месторождений, при строительстве дорог, траншей и подземных сооружений. Добычные и проходческие машины ударного действия могут, что весьма важно, иметь малые габариты и использоваться при проходке выработок малого сечения (в том числе восстающих) или добыче полезного ископаемого в весьма тонких пластах жильных месторождений в породах любой крепости.

6.4.1.1.2. Подраздел. Технология добычи крепких руд скалыванием


6.4.1.1.2.3. Варианты технологических схем добычи крепких руд ударным инструментом с восходящим порядком

Параметры сплошной системы с восходящим порядком выемки слоев. Ширину ленты принимают в зависимости от нарушенности руд: в слабонарушенных рудах—не более 10 м, в средне нарушенных—не более 8 м. Толщину отбиваемого слоя и высоту незаложенного пространства принимают в зависимости от типа буровых и кровлеоборочных машин. По условиям устойчивости рудной стенки очистной выработки высота, ее не должна превышать 8 м.

При ослабленном контакте пород кровли и рудного тела толщина подкровельного слоя должна составлять не менее 3,0 м. Ослабленный контакт характеризуется наличием между сплошными рудами и налегающей толщей сильно нарушенных или раздробленных пород (руд), а также ослабляющих минералов (хлорит, серпентин, тальк и т. п.). При спаянном ненарушенном контакте руды и пород кровли толщина подкровельного слоя выбирается по технологическим условиям.

Одновременная отработка двух лент, смежных с разрезной (первой), допускается при условии, что почва очистной выработки в одной из них будет не ниже уровня кровли другой. Допускается одновременная отработка двух соседних лент, если разница отметок почвы очистной выработки предыдущей и кровли последующей будет составлять 6…7 м, т. е. двухкратную толщину отбиваемого слоя.

Разрешается проходить разрезной штрек в подготавливаемой ленте, если превышение почвы закладочного массива в соседней отрабатываемой ленте над кровлей разрезного штрека составляет не менее 3,5—4,0 м. Разрезной штрек можно располагать на контакте с закладочным массивом, по оси ленты или на границе с последующей лентой. Расширение разрезного штрека (подсечка ленты) допускается, если поверхность закладочного массива в соседней ленте будет находиться под кровлей штрека на расстоянии не менее 6…7 м (двухкратной толщины отбиваемого слоя). Подкровельный слой необходимо отрабатывать по маркшейдерскому направлению с учетом угла растекания закладки. При этом, если встречаются неустойчивые пачки пород мощностью до 2 м их следует отбивать одновременно с рудой.

В случае необходимости отработка подкровельного слоя может отставать от отработки основных слоев в смежных лентах. Величина отставания и порядок выемки устанавливаются локальным проектом. При слабой и средней нарушенности пород кровли подкровельный слой разрешается отрабатывать выработками шириной равной ширине ленты, с отбойкой руды крутонаклоиными шпурами на недозаложенное пространство при общей высоте очистной выработки до 7 м без крепления или с креплением очистного пространства по паспорту. На участках с сильно нарушенными породами кровли протяженностью до 12 м подкровельный слой отрабатывать тупиковым забоем шириной и высотой не более 4 м с последующим расширением до 8 м секциями длиной 5 м. Кровлю этих участков необходимо крепить железобетонными штангами по сетке 0,5x0,5 м (с отставанием не более 2 м) и набрызгбетоном толщиной 2…3 см (с отставанием не более 10 м).

При сильно нарушенных и раздробленных породах кровли подкровельный слой необходимо отрабатывать выработками высотой не более 4 м при полной закладке нижележащего слоя. Ширину очистной выработки, способы поддержания кровли и параметры крепи принимать в соответствии с нормативными документами.

При выемке основных слоев в слабо и средненарушенных рудах кровлю очистных выработок пролетом до 8…10 м можно не крепить. При подработке слоевых ортов (штреков) сопряжения их с кровлей слоя следует ограждать сеткой или другими устройствами, предохраняющими от падения кусков породы с боков и кровли слоевого орта (штрека). Допускается отработка основных слоев без ограждения сопряжений слоевых ортов со слоями при условии обеспечения надежного контроля за состоянием бортов и кровли.

Технологические схемы очистной выемки. Технология очистной выемки предусматривает последовательное или параллельное выполнение следующего комплекса работ (технологических процессов): отделение рудной массы от горного массива механическим или буровзрывным способом (включающем бурение, заряжание и взрывание шпуров и скважин); осмотр и оборка кровли и бортов; погрузка и доставка руды; крепление, подготовка слоя к закладке (зачистка почвы, выкрепление рудоспусков и восстающих выработок, перемычек); закладка выработанного пространства до набора ею нормативной прочности.

Технологические схемы очистной выемки и мероприятия по безопасному ведению горных работ регламентируются локальными проектами.

Выемка лент слоями снизу вверх предусматривает три стадии: отработка нижнего (подсечного) слоя, начиная с разрезного штрека основного и подкровельного слоев.

Выемка слоев. Выемку нижнего слоя проводят проходкой разрезного штрека 7 с последующим его расширением до ширины ленты или тупиковыми забоями на полное сечение. Основные слои отрабатываются или механическим разрушением (проходческими машинами с УУМД) или восстающими шпурами с отбойкой руды на недозаложенное пространство, как правило, высотой 2,5…4,0 м. При выемке основных слоев буровзрывным способом преимущественно применяют специализированные буровые установки типа «Симба» или «Соло». Толщина отбиваемых слоев не должна превышать 4,5 м, высоту очистного пространства принимают в соответствии с применяемым самоходным оборудованием, но не более 8 м.

Погрузка и доставка руды. Погрузку и доставку руды предпочтительно производить ковшовыми погрузочно-доставочными машинами типа Торо с дизельным приводом грузоподъемностью 3—4 тонны (тупиковые выработки) и 7—12 тонн (выработки, проветриваемые за счет общешахтной депрессии). К погрузке и доставке руды в слое приступают после набора закладкой прочности 1,0…1,5 МПа.

Ежесменно, перед погрузкой и доставкой руды, производят зачистку трассы движения погрузочно-доставочных машин от забоя до рудоспуска. Для предотвращения слеживаемости (для слеживаемых руд) время нахождения руды в навале не должно превышать 5…7 суток.

Осмотр и оборка кровли и стенок очистных выработок. Осмотр и оборка кровли и стенок в очистных выработках с высотой более 3,5 м производится с использованием кровлеоборочных машин. Осмотр и оборку кровли и стенок слоев по трассе движения погрузочно-доставочных машин производят ежесменно с установки типа «Секома» или «Скейлер». Контроль кровли допускается осуществлять с рабочей площадки смотровой каретки «Секома» при движении её со скоростью не более 1 км/час. Ширина контролируемой зоны не должна превышать 4 м, высота подъема площадки 2…3 м от почвы. Осмотровая каретка должна быть оборудована специальной аппаратурой, контролирующей угол наклона каретки к почве и сигнализирующей о его предельной величине. При оборке заколов установка обязательно должна быть выставлена с выдвинутыми аутригерами.

Закладка выработанного пространства. Основным назначением закладочного массива является:

сохранение налегающей толщи руд для последующей выемки;

обеспечение безопасной технологии очистной выемки;

обеспечение наиболее полного извлечения полезного ископаемого;

предотвращение деформаций горного массива.

Для формирования закладочного массива применяются закладочные смеси, содержащие вяжущие вещества и твердеющие во времени благодаря происходящим в них физико-химическим процессам. Нормативной прочностью твердеющей закладки считается такая прочность, при которой возможно безопасное обнажение массива горной выработки заданных размеров в принятые проектом сроки.

При выборе и назначении составов смесей следует строго учитывать время, необходимое для достижения нормативной прочности. В качестве основной характеристики прочности твердеющей закладки принимается временное сопротивление сжатию, определяемое при раздавливании образцов соответствующего возраста по ГОСТ 10180 — «Методы испытания прочности бетона».

Прочность поверхностного слоя для применяемых типов колесного дизельного оборудования зависит от веса машины, размеров колес, формы и вида протекторной защиты, а также усилия черпания при загрузке машины.

Закладочный массив следует формировать равнопрочными смесями:

— нижнюю часть слоя (85…90 % объема) необходимо закладывать смесями, обладающими на момент обнажения прочностью не менее1,0 Мпа;

— верхнюю часть слоя (30…50 см) — смесями, обеспечивающими прочность 1,0…1,5 МПа в минимальные сроки (1…3 суток).

Технология закладки выработанного пространства. Материалы для закладочных смесей, принципы подбора составов, технология их приготовления и трубопроводного транспорта, а также организация технологического контроля за качеством закладки, регламентированы технологическими инструкциями по производству закладочных работ на горнорудных предприятиях [8, 23].

Общие требования к технологии возведения закладочного массива сводятся к следующем требованиям:

недозаложенные участки в кровле очистных лент (неровности кровли, купола и др.) не должны превышать 3 % от площади и закладываемого слоя при максимальных размерах пустот в плане 4 на 6 м и объеме не более 30 м³. При этом величина пролета, образуемого смежной, вскрывающей пустоты, выработкой, не должна превышать в месте сопряжения величину, принятую в качестве безопасной для отработки данного участка месторождения;

для обеспечения требуемой полноты заполнения подкровельных слоев лент необходимо предусматривать в проекте на их отработку оформление кровли таким образом, чтобы линия, соединяющая на разрезе точку поступления закладки с любой другой удаленной точкой контура кровли пустоты, располагалась под углом, большим или равным углу растекания закладочной смеси, при этом нигде не пересекаясь с другими точками контура кровли;

закладку пустот, расположенных под углом, меньшим угла растекания смеси, следует осуществлять секционно, через дополнительно пробуренные скважины, или по трубопроводу, проложенному по длине выработанного пространства за перемычки (в отступающем порядке);

при закладке полностью изолированных пустот точки закладки оборудуются не менее чем двумя трубопроводами или скважинами, пробуренными в верхнюю отметку кровли, один из которых служит для отвода вытесняемого воздуха и в качестве сигнального устройства при полном заполнении пустот (по принципу сообщающихся сосудов);

закладка основных слоев должна обеспечивать параллельность контуров почвы и кровли слоя;

при формировании закладочного массива углы растекания смеси зависят от состава и консистенции закладочного бетона, сроков его схватывания, интенсивности процесса закладки, размеров выработанного пространства и количества точек закладки. Для песчано-цементных смесей без крупного заполнителя с осадкой конуса СТРОЙЦНИИЛА 13…14 см и началом схватывания до 4 ч при интенсивности закладки 80…120 м³/ч на площади 600…1000 м² углы растекания должны составлять 3…4°;

с целью улучшения состояния обнаженных поверхностей закладочного массива следует применять химические добавки-пластификаторы и ускорители твердения;

для оценки состояния поверхностного слоя закладки и эффективности мероприятий, улучшающих показатели извлечения руды в период освоения и совершенствования технологии очистной выемки слоями в восходящем порядке, необходимо производить инструментальную съемку слоев дважды: после окончания формирования закладочного массива в слое, и перед закладкой последующего слоя.

6.4.1.1.2.4. Технологические схемы добычи крепких руд ударным инструментом с нисходящим порядком

Сущность нисходящего порядка выемки руды заключается в том, что рудное тело по мощности разделяется на горизонтальные слои, которые отрабатываются сверху вниз одновременно и независимо друг от друга с некоторым опережением верхних слоев. Нисходящий порядок выемки слоев применяется при разработке месторождений ценных металлов практически любой нарушенности (устойчивости при обнажении горного массива), залегающих на любых глубинах. Другими словами, система разработки месторождений нисходящим порядком применима как при неустойчивых рудах, так и при разработке удароопасных месторождений ввиду того, что отработка выполняется горизонтальными слоями сверху вниз под защитой вышележащего слоя, заполненного твердеющей закладкой.

Направление движения фронта может быть ориентированно как по падению, так и по простиранию рудного тела. При этом рудную залежь (или ее часть) можно отрабатывать одним фронтом от одного фланга к другому (односторонний фронт очистных работ) или двумя расходящимися фронтами от середины рудной залежи к флангам (двухсторонний фронт очистных работ).

Отработка встречными и догоняющими фронтами допускается в разгруженной от горного давления зоне, так как применение этого варианта приводит к увеличению горного давления. В плане рудное тело (или его часть) разделяют на панели (выемочные участки), параметры (длину, ширину) которых устанавливают проектом, исходя из технологических соображений и возможности наиболее эффективного использования применяемого горного оборудования.

Опережение очистных работ в каждой из панелей по отношению к смежным панелям для обеспечения минимально вредного влияния одной выемочной панели на другие не должно быть больше 30 м.

При необходимости можно допустить разделение рудного тела на группу панелей. Опережение очистных работ в группе панелей должно соответствовать нормативным документам применительно к каждому конкретному случаю.

Расположение фронта очистных работ параллельно тектоническим нарушениям допускается при движении фронта от тектонического нарушения. При необходимости движения фронта работ к тектоническому нарушению добыча руды должна вестись по особому проекту, предусматривающего дополнительные меры безопасности.

Подготовительные выработки в рудном теле впереди фронта очистных работ можно ориентировать параллельно, перпендикулярно или диагонально к линии фронта. Предпочтение отдаётся расположению подготовительных выpаботок перпендикулярно или вод углом более 60° к фронту очистных pабот.

При слоевых системах разработки очистная выработка (слой) делится на очистной забой - зoнy, где непосредственно выполняются технологические операции и зону подхода, по которой горнорабочие и машины движутся к очистному забою. Может быть также выделена обозначенная аншлагами нерабочая зона, в пределах которой запрещается ведение каких-либо работ и передвижение горнорабочих и машин (кроме дистанционно управляемых). В нерабочую зону горнорабочие допускаются горным надзором эксплуатационного участка после приведения ее в безопасное состояние.

Размер очистного забоя и зоны подхода зависят от схем подготовки, способов отбойки, применяемого оборудования и определяются локальным проектом или паспортом – планограммой предприятия. Искусственные (бетонные) обнажения в очистном забое и все обнажения зоны подхода должны ежемесячно осматриваться, приводиться в безопасное состояние.

Расстояние между ближайшими стенками очистных выработок (заходок) в смежных по высоте слоях в зависимости от интенсивности очистных работ и темпа набора прочности закладкой необходимо принимать в пределах 8…24 м.

Высоту очистных выработок (кроме выработок подкровельного слоя) необходимо принимать с учетом размеров и технических характеристик буровых и кровлеоборочных машин, возможности обеспечения производительной их работы и устойчивости рудной стенки очистной выработки (устойчивость искусственной стенки обеспечивается выбором нормативной прочности твердеющей закладки). Ширина очистных выработок (заходок) определяется в верхнем (подкровельном) слое - нарушенностью пород кровли, определяемой геологической службой предприятия, в нижележаших слоях - структурой и прочностными свойствами искусственной кровли.

Толщину целика (потолочины) между кровлей слоевой выработки и почвой вышерасположенной заходки необходимо принимать не менее 2,5 м в слабо и средненарушенных рудах и 3,0 м - в сильнонарушенных. При меньшей толщине потолочины поддержание слоевой выработки в зоне отрабатываемой вышерасположенной заходки необходимо осуществлять по локальным проектам рудника.

Очистные работы в слоях ведутся либо тупиковыми выработками на всё сечение, либо с предварительной проходкой разрезной выработки. Разрезную выработку (кроме верхнего слоя) можно проходить параллельно с отработкой соседней заходки при опережении её фронта отбойки не менее чем на 20 м и ширине рудного целика между ними не меньше 3 м. В защищенной зоне допускается одновременное проведение двух разрезных выработок в слое.

В слабо и средненарушенных рудах и в защищенной зоне, допускается, в виде исключения, одновременная отработка в слое двух заходок, разделенных целиком шириной не менее 8 м. Толщина рудной потолочины между кровлей выработки в слое и закладочным массивом в верхнем слое в слабо и средненарушенных рудах должна быть при ширине этих выработок до 4; 6 и 8 м соответственно не менее 2,0; 2,5 и 3,5 м. Параметры очистных выработок в подкровельном слое необходимо принимать по локальным проектам рудника.

Технологические схемы очистной выемки нисходящим порядком. Выемка лент слоями сверху вниз предусматривает три стадии: отработка и формирование подкровельного слоя на верхней границе рудного тела; разработка основных добычных слоёв; отработка нижнего слоя на нижней границе рудного тела, начиная с разрезного штрека.

Подкровельный (верхний) слой можно отрабатывать: последовательной проходкой и закладкой выработок шириной до 4,5 м вприсечку с закладочным массивом; проходкой вприсечку с закладкой выработок шириной до 4,5 м с последующим расширением до ширины, обусловленной нарушенностью пород кровли.

Ведение горных работ под искусственной кровлей предъявляет жесткие требования к взрывной отбойке руды, а также к механическим нагрузкам на закладочный искусственный слой в случае применения ударных установок в качестве разрушающего органа. Поэтому для ведения работ обязательными является составление паспортов ведения горных и буровзрывных работ, учитывающих фактическую конфигурацию искусственной кровли и стенок смежного слоя. Для этого следует выполнять фотопланометрическую съемку очистного пространства перед проведением закладных работ.

После набора нормативной прочности закладочного массива кровли, проходят заезды и разрезные штреки на очистной слой. Затем под защитй закладочного массива выполняют очистные работы по добыче полезного ископаемого в слое буровзрывным или механическим способом.

Технологическая схема отработки основного слоя нисходящим порядком в две стадии с применением подземного экскаваторного погрузчика, подземного самосвала и ударных установок метательного действия на проходческой машине и базовом тракторе является оптимальным вариантом нисходящей слоевой выемки руды.

Технологические процессы рассматриваемого варианта добычи полезного ископаемого включают в себя следующее: формирование подкровельного закладочного массива; разработку (под закладочным массивом) в первую стадию верхней части слоя проходческой машиной с ударной установкой метательного действия (УМД) или подземной самоходной машиной с гидроударником, послойное разрушение нижней части основного слоя рыхлителем с бульдозерным оборудованием и ударной установкой метательного действия (УМД) - во вторую стадию. Дробленая рудная масса перегружается подземным экскаваторным погрузчиком в транспортное средство (подземный самосвал).

Подземные самоходные машины с гидроударником, имеют низкий КПД (до 0,4), невысокую производительность, возможность разрушать горные массивы не выше средней крепости с f = 6…8. В отличие от них ударные установки метательного действия УМД, наряду с высокой энергией удара, достигающей 1,5…2,0·10³ кДж, большим коэффициентом полезного действия (КПД до 0,9), обладают простой конструкцией, могут иметь различные варианты исполнения их корпусов (длиной до 2 м, круглого или прямоугольного сечения с размерами, например, 1,5 x 0,7 м [15]), что позволяет их монтировать на уже существующие горные машины, мобильные в подземных условиях и небольшой массой. Такая компоновка позволяет за счет мощного сейсмического и усталостного воздействия ударного инструмента (билы) на породный массив [16] повысить эффективность, расширить область применения указанных машин, снизить нагрузки на базовую машину, обеспечить разрушение горного массива высокой крепости f = 12…18.

Согласно расчетам скорость удара билы о породный массив может достигать около 100 м/с, что в сравнении со скоростью распространения сейсмической волны в монолитном массиве, равной 5000…6000 м/с, составляет около 2%.

Высокая энергия удара позволяет обеспечить высокую производительность добычи полезного ископаемого при слоевых системах разработки месторождений крепких руд, не уступающую производительности, достигнутой при буровзрывном способе дробления рудного массива. Другим важнейшим преимуществом механического разрушения горного массива является обеспечение безопасного ведения горных работ наряду с экологической безопасностью ввиду исключения взрывных работ при очистной выемке руды.

Сплошная система разработки комбинированным порядком выемки слоев. Сущность комбинированного порядка выемки слоев (то есть совмещения нисходящего и восходящего порядка) заключается в том, что верхний (подкровельный) слой отрабатывают с опережением, а остальную часть рудного тела - аналогично варианту с восходящим порядком выемки. Комбинированный порядок выемки слоев применяют для отработки слабо и средненарушенных руд.

Комплексная механизация и автоматизация, возможность дистанционного управления практически во всех технологических процессах механического разрушения горного массива, применение программного управления, возможность применения подземной сепарации руд, снижение транспортных расходов, значительное сокращение энергетических затрат при обогатительном переделе, сокращение объемов хвостохранилищ – всё это делает весьма перспективным применение новой экотехнологии.