Коэффициент разрыхления руды и породы, потери и разубоживание

Коэффициент разрыхления существенно влияет на формирование фигуры разрыхления (рис. 4.22, табл. 4.20) и параметры отбойки и выпуска руды. Системы разработки необходимо конструировать так, чтобы слой выпускаемой руды определенным образом вписывался о эти фигуры.

Степень уплотнения породы при отбойке в зажиме определяли по сдвижению 64 датчиков, собранных в 16 пакетов, по 4 датчика в каждом. Эти датчики служили для регистрации перемещений плоскости контакта руды и породы, а также зажимающего материала в плоскостях на расстоянии 0—2,5 и 5—7,5 м от этого контакта. Каждый пакет состоял из стальных стержней различной длины (1360, 1390, 1420 и 1450 мм) диаметром 3 мм. Самый короткий стержень окручивали о резьбовое отверстие уголка размерами 40х40х40 мм. а остальные три пропускали через другие отверстия без резьбы о этой же полке. Второй более длинный стержень, вкручивали в полку следующего уголка, а два других снова пропускали в свободные два отверстия Наконец, в последнюю расположенную на контакте с отбиваемый массивом полку уголка вкручивали только один самый длинный стержень. Концы датчиков выводили через стенку модели наружу. Длину концов замеряли до качала отбойки и после каждого взрыва.

Эти датчики позволили установить характер перемещения контакта рулы и породы на различной высоте отбиваемого слоя и различном расстоянии от висячего и лежачего боков рудного тела. Контакт отбитой руды и породы при взрыве перемещается неравномерно как по высоте, так и в горизонтальной плоскости. Первое объясняется большей податливостью зажимающей среды в верхней части, так как она граничит с обрушенными налегающими породами. В нижней части отбитая руда граничит с массивом днища блока — необрушенной потолочиной, препятствующей сдвижению. Разность сдвижений во втором случае связана с зажимающим действием висячего и лежачего боков очистного пространства.

Описанный порядок регистрации сдвижений позволяет установить только среднее значение коэффициента разрыхления в слое отбитой руды. Поэтому в некоторых опытах использовали еще один датчик. Этот датчик выполнен из отрезка трубы диаметром 40 мм и длиной 2 м. В оба конца трубы ввернуты пробки с плоскими торцами, диаметр которых был равен внешнему диаметру трубы. Во время подготовки модели к взрыву датчик через отверстие в корпусе модели вводили в массив руды, а выступающий конец замеряли, так же как и концы других датчиков. После взрыва первого ряда скважин определяли смещение датчиков и вычисляли коэффициент разрыхления руды, отбитой этим рядом скважин. Затем центральный датчик досылали на величину смещения от первого взрыва до соприкосновения с новой поверхностью массива руды и замеряли его выступающую часть. После взрыва второго ряда скважин вновь замеряли концы 64 датчиков и определяли общий коэффициент разрыхления, а также замеряли смещение центрального датчика и определяли коэффициент разрыхления руды, отбитой вторым рядом скважин. Коэффициент разрыхления корректировали в соответствии с разностью перемещения центрального к периферийных датчиков. Подобные операции повторяли до полной отбойки руды в слое. Отбитую руду выпускали вибрационным питателем. Выпуск прекращали при достижении разубоживания в последней дозе 50%, при котором содержание полезных компонентов соответствовало бортовому.

По результатам сдвижения датчиков построены кривые изменения коэффициента разрыхления руды и породы (рис. 4.23). В опытах руду отбивали комплектами скважин с коротким замедлением и выдержкой времени при взрывах соседних рядов скважин.

На графике (см. рис. 4.23) ордината Kp при нулевом значении абсциссы является гипотетической плоскостью контакта отбитой руды и зажимающем породы. Левее этой ординаты отложены значения Кр для руды, правее — для породы. Иными словами, псе опыты совместили но плоскости раздела отбитой руды и обрушенной зажимающей породы.

Наименьший коэффициент разрыхления получен при замедленном между рядами и мгновенном в ряду взрывании скважин, наибольший — при отбойке слоя руды рядами скважин коротко-замедленным взрыванием и отношении толщины слоя зажимающей породы к отбитому слою руды более 5. При уменьшении этого отношения вдвое коэффициент разрыхления уменьшился до 1,19. При любых параметрах отбойки коэффициент разрыхления руды в слое изменяется в широких пределах: от 1,03 на контакте с зажимающей породой до 1,25—1,50 у массива руды. При отбойке крепкой руды (прочность эквивалентного материала превышала расчетную в 2—3 раза) наблюдалось образование открытой щели вблизи массива руды. При короткозамедленном взрывании коэффициент разрыхления отбитой руды выше (1,19—1,50), чем при замедленном (1,13—1,37). В последнем случае он более равномерен по толщине слоя. Увеличение числа изрываемых комплектов скважин приводит к еще более выраженному усреднению коэффициента разрыхления руды (рис. 4.24). При последовательной отбойке слоя руды шестью комплектами скважин после первого взрыва сдвижение отбитой руды с обрушенной породой (опустившейся сверху в процессе выпуска предыдущего слоя) наибольшее. В дальнейшем сдвижения уменьшаются, так как зажимающая порода постепенно уплотняется. В результате коэффициент разрыхления руды в слое становится более постоянным. Таким образом, при послойной отбойке выгодно увеличивать число взрываемых комплектов скважин, в том числе за счет уменьшения ЛНС. Для образования компенсационного пространства первые комплекты следует взрывать короткозамедленно, а последний с внутрикомплектным или внутривеерным замедлением. Это исключает образование открытой щели у массива руды и усредняет коэффициент разрыхления по всему слою.

Изменение толщины слоя зажимающей породы от 25 до 10 м (см, рис. 4.23) не оказывает заметного влияния на коэффициент разрыхления руды и породы на их контакте. Он уменьшился с 1,21 до 1,19 при короткозамедленном взрывании и от 1,09 до 1,08 — при замедленном. Следовательно, основные перемещения руды происходят на небольшом расстоянии от контакта (рис. 4.25) До взрыва коэффициент разрыхления среды вблизи массива руды сформировался при опускании налегающих пород в процессе выпуска слоя руды. После взрыва слой породы уплотняется. Коэффициент разрыхления при моделировании уменьшался oт 1,6—1,5 до 1,4—1,3 на расстоянии 2—3 м от границы с отбитой рудой (в пересчете на натуру).

Уменьшение коэффициента разрыхления руды и зажимающей породы по поверхности контакта л на большом расстоянии от него до 1,1—1,08 приводит к тому, что вместо эллипсоида вращении образуется уплощенная фигура. При выпуске руды в определенных условиях на месте фигуры может образоваться полость (рис. 4.26), так как средний коэффициент разрыхления руды в пределах фигуры составляет 1,30, а на контакте руды и породы 1,15 и менее.

Исходя из этого обстоятельства, очень важно конструировать системы разработки и выбирать режим выпуска так, чтобы этот уплотненный слой породы не был нарушен при выпуске руды. Этому условию отвечают параметры системы и величины заглубления вибропитателя в навал руды, рассчитанные по предложенным выше формулам. Опытами на эквивалентных материалах уточнены потери и разубоживание при неравномерной плотности отбитой в зажиме руды (рис. 4.27).

Уменьшение потерь руды с увеличением коэффициента ее разрыхления объясняется тем, что при выпуске руды приходит в движение 6ольший объем, т. е. гребни руды на контакте с зажимающими породами имеют меньшую высоту, чем при малом коэффициенте разрыхления. Вместе с тем при одинаковой высоте гребней в них заключено больше руды при меньшем коэффициенте разрыхления.

Кривая разубоживания P (см. рис. 4.27) имеет минимум при коэффициенте разрыхления 1,25—1,35. С уменьшением коэффициента разрыхления меньше 1,25 выпуск происходит с образованием куполообразных зависаний, после обрушения которых по оси фигуры выпуска глубоко проникают налегающие обрушенные породы, повышающие разубоживание. Увеличение коэффициента разрыхления часто происходит в том случае, когда имеет место значительное сдвижение зажимающей среды. Наибольшее разрыхление создается на контакте отбитой руды с массивом. Этот слой руды приходит в движение первым. Вслед за ним проникают налегающие обрушенные породы, приводящие к повышенному разубоживанию уже в начальную стадию выпуска. При наличии открытой щели на контакте отбитой руды с массивом обрушенные породы проникают еще до начала выпуска, что часто наблюдалось в лабораторных исследованиях отбойки очень крепкой руды, когда ее прочность на сжатие превышала расчетную в 2—2,5 раза. Большие потери объясняются также плохим дроблением внешнего слоя руды, который оставался стоять вертикально на всю высоту подэтажа.

Для достижения наилучших показателей извлечения при послойном торцовом выпуске руды буровзрывные работы необходимо вести так, чтобы средний коэффициент разрыхления отбитой руды находился в пределах 1,25—1,40. В этом случае потери составляют 5—6%, разубоживание — 1—10%.

Между потерями и разубоживанием при выпуске руды под обрушенными налегающими породами при всех прочих равных условиях существует обратная взаимосвязь: чем выше потери, тем меньше разубоживание. Их уровень при той или иной ценности руды определяется экономическими расчетами.

Установлено, что при выпуске под обрушенными налегающими породами

где П; Р — потери и разубоживание руды, %;

d; е — эмпирические коэффициенты, получаемые при математической обработке этих зависимостей.

Абсолютные значения потерь и разубоживания зависят от конструктивных параметров систем разработки, способов и режимов выпуска руды, а также от се ценности.

Извлечение металла при обогащении существенно зависит от его содержания в перерабатываемой руде. Для свинцово-цинковых руд

где а; А — эмпирические коэффициенты;

а — содержание металла в перерабатываемой руде, %.

Эта зависимость справедлива при сохранении качества концентрата.

В качестве экономических критериев для обоснования величин потерь и разубоживания обычно принимают: максимальную прибыль от добычи и переработки 1 т товарной руды; то же, 1 т балансовых запасов блока; минимальные приведенные затраты на производство 1 т металла в концентратах.

Применение первого критерия обеспечивает получение максимальной прибыли в текущий момент, но не способствует полноте использования недр. Применение второго критерия позволяет наиболее полно извлечь полезное ископаемое, однако приводит к резкому снижению прибыли и не учитывает уровня затрат на производство аналогичного продукта в целом по отрасли. К этим критериям обычно прибегают на действующих предприятиях, на которых сложились определенные ограничивающие условия технического порядка и по ценности руды. Третий критерий наиболее правильно характеризует экономические последствия потерь и разубоживания руды как на действующих предприятиях, так и на проектируемых.