22.12.2020

Моделирование обрушения целиков


Моделировали обрушение междуэтажных целиков (потолочин) в виде сплошной плиты толщиной 13 м на открытую камеру высотой 37—38 м при угле падения залежи 60°, мощности 15 м и толщине слоя налегающих обрушенных пород 25—30 м.

Потолочина в разрезе вкрест простирания располагалась горизонтально (рис. 96, а) или наклонно (рис. 96,б) по нормали к контактам залежи, расположение взрывных скважин в том и другом случае показано на рисунке.

В опыте 3 (рис. 97) моделировалось обрушение горизонтальной потолочины, а в опыте 5 — наклонной; все заряды взрывались одновременно. Обрушенные налегающие породы в, этих опытах воспроизводились дробленой породой с коэффициентом крепости 16 (в массиве) и объемным весом 1,5 г/см3, что не отвечало условиям подобия.

Моделирование обрушения целиков

В опытах 8 и 10 обрушалась модель наклонной потолочины (рис. 98). в опытах 9 и 14 — горизонтальной (рис. 99); причем в опыте 14 в отличие от всех остальных верхний ряд скважин был взорван с замедлением 0,2 сек, что соответствует замедлению 2 сек в натуре.

В опытах 8 и 9 обрушенные налегающие породы также моделировались крепкой породой, а в опытах 10 и 14 — эквивалентным материалом, в качестве которого использован дробленый известняк крепостью около 1,5 (в массиве); объемный вес его 1,2 г/см2, крупность кусков 7 —10 мм.



Результаты опытов 8, 9, 10 и 14 сфотографированы (рис. 100—103). Руда светлее, чем порода, и отличается меньшей кусковатостью, Лежачий бок на фотографиях расположен внизу. Для каждого опыта построены схематические разрезы с разделением на зоны чистой руды, разубоживания и потерь. Усредненный разрез вкрест простирания и отдельные горизонтальные разрезы даны на рис. 104—107.

Как видно из фотографий и схематических разрезов, все опыты дали очень сходные результаты, что говорит о возможности на основании небольшого числа опытов судить о характере расположения обрушенной руды и о первом приближении получить представление о количественных показателях извлечения.

Расположение обрушенной руды вкрест простирания залежи


По данным опытов руда после обрушения потолочины в основном располагается близ лежачего бока, занимая здесь две трети-три четверти блока по высоте при падении залежи под углом 60°. У висячего бока пространство заполняется обрушенными налегающими породами, руда занимает не более одной шестой блока по высоте. Часть руды, очевидно, из верхнего слоя потолочины рассредоточивается среди обрушенных пород отдельными кусками.



Интересно сравнить полученную картину с результатами опытов по моделированию обрушения горизонтальных потолочин под действием только силы тяжести, проведенных в Криворожском горнорудном институте Г.М. Малаховым. Потолочина моделировалась слоем рудных частиц крупностью 3—5 мм, которым удерживался дверцами. Поверх руды насыпали песок. При моментальном открывании затвора (или расплавления электрическим током металлической сетки) руда и покрывающие породы обрушались. Угол падения залежи принимался 50—70°, мощность 45—60 толщина потолочины 6 м, высота камеры 45—82 м. Результаты всех опытов получались сходными в качественном отношении; на разрезах вкрест простирания обрушенная руда располагалась более или менее ровным слоем на наклонной плоскости лежачего бока и горизонтальном днище, с уменьшением толщины слоя до нуля на лежачем боку в верхней части блока и на горизонтальном днище у висячего бока (рис. 108). Аналогичная картина получена в опытах, проведенных в том же институте В.Р. Безух.

Моделирование обрушения потолочины под действием силы тяжести производилось также Д.Л. Тартаковским в НИГРИ. Угол падения залежи принимался 60—70°, мощность 20 м, толщина потолочины 10 м, масштаб 1:100. Потолочина была представлена на модели дробленой рудой крупностью около 3 мм, налегающие обрушенные породы — песком.

Дробленая руда удерживалась двухстворчатой заслонкой, которая при обрушении откидывалась вниз к висячему и лежачему бокам. Обрушенная руда имела наклонную слегка вогнутую поверхность, понижающеюся от лежачего бока к висячему (рис. 109).



Таким образом, результаты опытов Д.Л. Тартаковского получились иными, чем у Г.М. Малахова. Вероятно, примененная Д.Л. Тартаковским конструкция затвора практически исключала обрушение руды на наклонную поверхность лежачего бока в верхней ее части. Поэтому можно считать, что опыты Г.М. Малахова дали более правильную картину расположения руды, обрушившейся под действием) силы тяжести.

Значительное зависание обрушенной руды на лежачем боку в принципе подтвердилось и опытами, проведенными автором данной работы. Вместе с тем действие взрыва внесло следующие изменения в расположение обрушенной руды:

1. При обрушении потолочины под действием лишь силы тяжести руда распределялась довольно ровным, слоем по всему лежачему боку (в опытах Г. М. Малахова). При взрыве и углепадения залежи 60° па лежачем боку в верхней части блока остается совсем мало отбитой руды. Следовательно, если применяются дополнительные воронки, то необходимость в промежуточном горизонте выпуска для верхней части блока исключается.

2. В случае обрушения потолочины под действием только силы тяжести высота слоя отбитой руды на горизонтальном днище (в опытах Г.М. Малахова) уменьшалась до нуля у висячего бока. При обрушении горизонтальной потолочины взрывом руда в основном сосредоточивается в нижней части очистного пространства, включая пространства непосредственно у висячего бока, что позволяет рассчитывать на более полный выпуск.

3. Руда, обрушившаяся иод действием силы тяжести, имеет отчетливый контакт с налегающими породами. При обрушении взрывом руда частично засоряется пустыми породами, что должно повысить потери и разубоживание.

Расположение обрушенной руды по простиранию залежи


Пo данным лабораторных опытов, навал обрушенной руды у лежачего бока достигает наибольшей высоты по краям блока, а у висячего бока — посередине блока (рис. 110). Поверхность обрушенной руды на горизонтальных разрезах верхней части блока вогнутая (см. рис. 100, б, в, 103, б, в, 104, слои 24 и 18 см, рис. 105, слои 38 и 18 см, рис. 106, слои 32 и 17 см), а ниже переходит в выпуклую (см. рис. 101. г, 105, слои 8 см).


Картина частично исказилась тем, что на модель потолочины воздействовали взрывы взрывных головок, которые отбрасывали руду в противоположную сторону блока (влево на приведенных горизонтальных разрезах, что отчетливо видно, например, на рис. 97).

Указанный характер расположения руды объясняется, очевидно, тем, что движение руды по краям камеры задерживается ударами и трением кусков о боковые стенки. Поэтому руда, движущаяся по краям камеры, по сравнению с рудой в средней части камеры, успевает проделать меньший путь до того, как на нее упадут обрушенные породы.

Изложенное выше позволяет считать, что:

1) неравномерное распределение руды по простиранию залежи при обрушении потолочины типично и должно учитываться при определении возможных показателей извлечения руды.

2) по краям камеры особенно необходимо увеличивать наклон стенки лежачего бока за счет подработки вмещающих пород или нарезать дополнительные полевые воронки для более полного извлечения руды;

3) более равномерное распределение руды по простиранию залежи может быть обеспечено повышенной концентрацией BB в крайних частях потолочины, что обеспечит более сильный выброс руды взрывом; практически это имеет место при обрушении потолочины веерными комплектами скважин, пробуренных из выработок, расположенных на междукамерными целиками. (Опыты на моделях дали картину расположения обрушенной руды при равномерном распределении BB в массиве потолочины).

Расслоение руды по крупности


По результатам проведенных опытов можно судить, что руда (а также налегающие породы) при обрушении расслаивается по крупности, причем мелкие куски скапливаются преимущественно у лежачего бока. Это отчетливо наблюдалось при послойной разборке обрушенной массы в моделях, а для налегающих пород хорошо заметно на рис. 111.

Известно, что во многих месторождениях наиболее легко разрушающейся составной частью руды являются сравнительно мягкие или хрупкие рудные минералы, поэтому рудная мелочь имеет повышенное содержание полезного компонента В этом случае потери обрушенной руды на лежачем боку особенно ощутимы, так как около него скапливается мелкая руда, обогащенная металлом.

Количественные показатели опытов


Послойные количества обрушенной массы даны в табл. 24, результаты подсчета сведены в табл. 25.

Дополнительные потери и разубоживание в связи с неравномерным распределением руды по простиранию залежи определены п среднем по нескольким горизонтальным разрезам и условно приняты постоянными для всех опытов.

Нa основе горизонтальных разрезов обрушенной массы подсчитано, какой процент чистой руды размешается в нижней части блока высотой 10 м. Чем большее количество руды сосредоточивается в нижней части блоков, тем меньшие потерн при выпуске.

Налегающие обрушенные пороли моделировались эквивалентным материалом только в опытах 10 и 14, данные которых полому заслуживают наибольшего доверия.

Влияние на расположение обрушенной руды свойств и толщины слоя налегающих обрушенных пород


Опыты 8 и 10 различались между собой только свойствами налегающих обрушенных пород. В опыте 10 использовалась сравнительно мягкая и легкая порода, соответствующая в натуре крепкой породе со средним объемным весом. Примененный в опыте 8 материал обрушенных пород эквивалентен тяжелой породе с очень высокой крепостью, не встречающейся в натуре у горных пород (на модели использовалась порода с коэффициентом крепости 16, что соответствует приблизительно 75 в натуре). Сравнение результатов этих опытов позволяет судить лишь о качественной стороне влияния свойств налегающих обрушенных пород на расположение взорванной массы.

В опыте 10, где налегающие породы были менее крепки, ниже отметки 10 м расположилось 59,3% чистой руды вместо 48 9% в опыте 8 (см. табл. 25). Из сравнения усредненных разрезов вкрест простирания (см. рис. 104 и 106) видно что при менее крепких налегающих породах высота навала руды увеличивается у висячего бока и несколько снижается посередине мощности залежи. Объясняется это, вероятно, тем, что менее крепкие и тяжелые пороли значительно приподнимаются взрывом и с меньшей силой отталкиваются после упругого сжатия. Поэтому они заполняют выработанное пространство на несколько мгновений позже, чем при более крепких породах, и часть руды успевает дополнительно скатиться к висячему боку.

Таким образом, при меньшей крепости и меньшем объемном весе налегающих обрушенных пород, а также по тем же соображениям при меньшей толщине их слоя можно рассчитывать на более полное сосредоточение обрушенной руды в нижней части блока и, следовательно, на более полный выпуск руды.

Отсюда следует, что условие подобия физико-механических свойств налегающих обрушенных пород существенно для моделирования массового обрушения целиков.

Влияние на расположение обрушенной руды расположения потолочины к порядка взрывания зарядов


Опыты на моделях были проведены с горизонтальной и наклонной (по нормали к контакту) потолочинами. При наклонной потолочине основное действие скважин направлено непосредственно по падению залежи к основанию блока, поэтому, казалось бы, руда должна в меньшем объеме остаться на лежачем боку и меньше засориться пустой породой. Проведенные опыты не подтвердили этого предположения: наоборот, при наклоне потолочины по нормали к контакту потери руды оказались несколько больше. Возможно, что лучшим результат получился бы при более крутом наклоне потолочины, типичном для камерных систем с наклонным расположением рудного днища.

В опыте 14 моделировалось обрушение горизонтальной потолочины с замедленным взрыванием (на 2 сек в натуре) верх него ряда скважин. Предполагалось, что замедленное взрывание должно улучшить положение, так как в этом случае руда из нижней части потолочины в течение лишних 2 сек сможет перемещаться по падению залежи (до момента заполнения свободного пространства обрушенной массой).

Однако количество руды, сосредоточившейся в блоке ниже отметки 10 м (в пересчете на натуру), как видно из табл. 27, оказалось примерно таким же, как при мгновенном обрушении потолочины. Опыт 14 можно сравнивать с опытом 10, несмотря на различное расположение потолочины, которое согласно опытам 8 и 9 не имеет существенного значения для рассматриваемой величины. Сравнение опыта 14 с опытом 9, где потолочина также горизонтальная, непоказательно ввиду различия в материалах модели налегающих пород, от которого зависит рассматриваемая величина, что видно из опытов 8 и 10.

В опытах В.Р. Безух, когда сыпучее тело обрушалось только под действием силы тяжести, замедленное обрушение верхнего слоя потолочины приводило к увеличению количества руды, расположившейся на днище.

Потери и разубоживание руды за счет засорения ее пустой породой, одинаковы при мгновенном и замедленном взрывании. Об этом можно судить из сравнения опытов 9 и 14, а также из сопоставления результатов опытов 10, 14, с одной стороны, и опытов 8, 9 — с другой (см. табл. 25). Вероятно, засоряется при обрушении только руда из верхнего слоя потолочины, который при любом порядке взрывания зарядов контактирует с раздробленной па куски пустой породой.

Таким образом, в проведенных опытах ни наклонное расположение потолочины по нормали к контакту, ни замедленное взрывание зарядов с интервалом 2 сек не внесли коренных изменений в расположение обрушенной руды.





Яндекс.Метрика