Показатели полноты и качества извлечения полезного ископаемого

Основной отличительной особенностью предприятий, занимающихся добычей нерудного строительного сырья, является отсутствие обогатительного передела в технологической цепочке. Именно это предопределяет жесткие требования потребителей к качеству товарной массы.

Calculation of the extraction rates when mining the near-contact zones of non-metallic mineral deposits

The authors define the optimum ratio of undermined enclosing rock area to total excavation area, which allows finding the optimum extraction rates for the geological contacts and the mining outline in order to ensure efficient control over the mining operations.

Содержание компонента в добытой товарной массе (а,%) определяется по формуле [1-4]:

(1)

где В – количество подработанных вмещающих пород, т; в – содержание компонента во вмещающих породах, %; Би – величина извлеченных балансовых запасов, т; с – содержание компонента в балансовых запасах, %.

Таким образом, когда цена реализации продукции не зависит от содержания компонента в товарной массе, то оценкой эффективности использования недр для месторождений нерудного строительного сырья является предельное содержание компонентов в товарной массе – минимальное содержание полезного компонента и максимальное содержание вредных примесей [5].

Исследования, выполненные авторами на рудниках «Ангидрит» и «Известняков» ЗФ ОАО «Горно-металлургическая компания «Норильский никель», позволили выявить взаимосвязанные и обособленные потери и разубоживание полезного ископаемого.

Особый интерес представляют именно взаимосвязанные потери и разубоживание на контактах тел полезных ископаемых, которые образуются вследствие несовпадения контура отбойки и поверхности контакта (рис.1).

Рис. 1.
Формирования потерь полезного ископаемого (П) и подработки вмещающих пород (В) при отработке геологических контактов

Каждому контуру отработки [5] соответствуют свои величины потерь полезного ископаемого (П) и подработки разубоживающих вмещающих пород (В).

Для месторождений нерудного сырья расчет сводится к определению рационального контура отбойки, обеспечивающего допустимое содержание компонента в товарной массе (адоп,%). Уровни потерь и разубоживания, соответствующие этому контуру, являются нормативными.

Содержание компонента в товарной массе по контурам отработки определяется зависимостью:

(2)

где Sв – площадь поперечного сечения выработки, м2; Sn – расчетная величина подработки пород в сечении выработки, м2; с – содержание полезного компонента в балансовых запасах, %; в – содержание полезного компонента во вмещающих породах (в подрабатываемом массиве), %; а – содержание компонента в товарной массе на рассматриваемом контуре отработки, %.

Предельное содержание того или иного компонента в товарной массе (адоп) позволяет сформулировать ограничение величины подработки вмещающих пород с учетом содержания компонентов в балансовых запасах и вмещающих породах:

(3)

Отсюда

(4)

где μ – показатель оптимального соотношения площадей подрабатываемой вмещающей породы к общей площади выработки, характеризующий соотношение максимально возможной площади прихвата примешивающих пород к площади поперечного сечения выработки, обеспечивающее допустимое содержание регламентируемого компонента в товарной массе.

При этом возникают три случая расположения контура отработки в приконтактной зоне, которым соответствуют свои схемы расчета показателей извлечения (рис.1):

• расчетная схема №1 (рис.1а), при которой оптимальный контур отработки (hopt ≤ hпз) находится в пределах приконтактной зоны, и площадь подработки породы меньше или равна площади приконтактной зоны (Sп ≤ Sпз);
• расчетная схема №2 (рис.1б), при которой оптимальный контур отработки (hopt > hпз) находится за границей приконтактной зоны и площадь подработки породы больше площади прикотактной зоны (Sп > Sпз);
• расчетная схема №3 (рис.1в), при которой оптимальный контур отработки полностью находится в границах полезного ископаемого, без прихвата вмещающих пород (hopt=0 и Sп=0).

Расчет показателей извлечения осуществляется в следующей последовательности.

Первоначально по формуле (4) определяется значение показателя оптимального соотношения площадей подрабатываемой вмещающей породы к общей площади выработки.

Далее рассчитываются величины – площадь пород в приконтактной зоне в пределах ширины выработки (Sпз); площадь подработки пород в сечении выработки, которая обеспечивает регламентированное содержание компонента в товарной массе (Sп), а также высота пород в приконтактной зоне, ограниченная шириной выработки и углом наклона контакта (hпз):

(5)

(6)

(7)

где α – угол наклона геологического контакта в поперечном сечении выработки, град.; b – ширина выработки, м; Sпз – площадь пород в приконтактной зоне в пределах ширины выработки, м2; hopt – оптимальный контур отработки, на котором обеспечивается регламентированное содержание компонента в товарной массе, м; hпз – высота пород в приконтактной зоне, ограниченная шириной выработки и углом наклона контакта, м; Sп – расчетная величина подработки пород в сечении выработки, которая обеспечивает регламентированное содержание компонента в товарной массе, м2.

Читайте также:  Орехи каштан полезные свойства и противопоказания

После этого производится сравнение рассчитанных площадей (Sпз и Sп), выбор расчетной схемы и расчет показателей извлечения по выбранной расчетной схеме.

Расчетная схема №1. Площадь подрабатываемой породы меньше или равна площади породы в приконтактной зоне (Sп ≤ Sпз или hopt ≤ hпз) (рис.1а).

Величина подработки пород определяется:

(8)

(9)

Величину потерь полезного ископаемого на контакте можно рассчитать из выражений

(10)

(11)

где L – длина подрабатываемого участка, м; В – величина разубоживающих (подрабатываемых) пород; П – величина теряемого полезного ископаемого.

(12)

Расчетная схема №2. При условии Sп > Sпз полностью отрабатываются запасы приконтактной зоны и исключаются потери полезного ископаемого в массиве на геологическом контакте (П=0), при этом возникает возможность дополнительной подработки вмещающих пород за пределами приконтактной зоны, что позволяет наиболее полно использовать недра и увеличить объем добываемой товарной массы при обеспечении регламентированного качества товарного сырья (рис.1б).

Величина подработки пород рассчитывается:

(13)

(14)

(15)

Расчетная схема №3. При условии Sп=0 и hopt=0 запасы приконтактной зоны не отрабатываются и исключается подработка вмещающих пород, поскольку содержание компонентов в продуктивном пласте и вмещающих породах не обеспечивает требуемого содержания в товарной массе (рис.1в). Разубоживание в этом случае отсутствует (В=0), потери определяются по формуле:

(16)

Таким образом, с использованием показателя (μ) становится возможным расчет оптимальных величин потерь полезного ископаемого (П) и подработки вмещающих пород (В) на геологических контактах. Кроме того, становится возможным определение положения контура отработки (hopt), что позволяет оперативно контролировать ведение горных работ.

Источник

При разработке месторождений часть полезного ископаемого оставляют в недрах неизвлеченным или выдают на поверхность и направляют в отвал вместе с пустой породой. Потери составляют от 2—3% при разработке ценных руд до 10—20% при разработке руд средней ценности. Иногда они достигают 50%.

Потери подразделяют на общешахтные и эксплуатационные.

Общешахтными называют потери в охранных целиках около капитальных горных выработок, скважин, под зданиями, тех­ническими и хозяйственными сооружениями, водоемами, водонос­ными горизонтами, коммуникациями, в барьерных целиках между шахтными полями.

Эксплуатационными называют потери, происходящие в процессе добычи полезного ископаемого — в недоработанной части целиков у подготовительных выработок, в целиках внутри выемоч­ного участка (блока, камеры, панели, столба), на контактах место­рождения с вмещающими породами, в местах обрушений, завалов, погрузки и т. п.

Независимо от применяемых систем разработки полностью из­влечь полезное ископаемое трудно, так как не всегда возможно отбить руду у контактов с пустыми породами и в ответвлениях. Ос­тавляемые в процессе добычи целики отрабатывают в неблагоприят­ных условиях, и их выемка сопровождается повышенными потерями. Часть отбитой руды при системах с закладкой выработанного про­странства попадает в закладочный материал и остается в выработан­ном пространстве.

Таким образом, потери полезного ископаемого — это часть руды, не извлеченная из недр в процессе добычи, добытая и направленная в породные отвалы, оставленная в местах складирования, погрузки, на транспортных путях горного предприя­тия.

Кроме количественных потерь при добыче часто происходят качественные потери, или разубоживание руды.

Разубоживание — это происходящее в процессе добычи снижение содержания полезного компонента в добытом полезном ископаемом по сравнению с содержанием в массиве (балансовых запасах) полезного ископаемого вследствие примешивания к нему пустых пород или некондиционного полезного ископаемого, а также из-за потерь части полезного компонента (в виде потерь обогащенной мелочи, вследствие выщелачивания полезного компонента и т. п.). Величина количественных потерь определяется из выражения

П = Б – (Д – В),т, (49)

где П — потери балансовой руды в процессе разработки, т;

Б — величина погашенных балансовых запасов руды, т;

Д— количество добытой рудной массы (руды с примешанной

к ней породой), т;

В— количество примешанной к руде породы, т.

Коэффициент потерь балансовой руды Кпили потери п балансовой руды в процентах выражаются формулами:

(50)

Так как количество примешанной к руде породы В определить не всегда возможно, то КПи п определяют по формулам:

(51)

где а — содержание полезного компонента в добытой руде, %;

в — то же, в примешанной породе, % ;

с — то же, в руде месторождения (массиве), %.

В формулах (49), (50) и (51) потери и коэффициент потерь опреде­ляют по разности между балансовыми и извлеченными запасами, поэтому метод определения, лежащий в основе этих формул, получил название «косвенного». Поскольку не всегда возможно с достаточной точностью определить как величину В — количество примешанной породы, так и содержание полезного компонента в в ней, указанные формулы применяют лишь в тех случаях, когда невозможно исполь­зовать ,так называемый прямой метод.

Определение потерь прямым методом дает значительно меньше ошибок. В его основе лежит непосредственный (прямой) замер в на­туре или на геолого-маркшейдерских планах и разрезах оставленной в недрах части полезного ископаемого.

Величина количественных потерь П в этом случае выражается формулой

П = П1 + П2 + П3 + ……., т, (52)

где П1, П2, П3— потери, установленные путем непосредственного

их замера по каждому источнику, т.

Коэффициент потерь и процент потерь при определении их пря­мым методом можно выразить формулами:

(53)

Прямым методом не всегда возможно воспользоваться потому, что некоторые виды потерь при добыче трудно или совсем нельзя вычислить или измерить.

В практике иногда пользуются комбинированным методом: часть потерь, которые можно определить непосредственно, устанавливают прямым методом, а остальные — косвенным.

Разубоживание выражается как отношение количества приме­шанной породы В к общему количеству добытой рудной массы Д.

Коэффициент разубоживания

доли ед., (54)

или в процентах

(55)

Количество примешанной породы в добытой руде не всегда воз­можно определить. Поэтому величину разубоживания определяют через снижение содержания полезного компонента в добытой рудной массе по сравнению с содержанием в руде месторождения.

Коэффициент разубоживания по содержанию

(56)

где с — содержание полезного компонента в руде месторождения, % ;

а — то же, в добытой руде (рудной массе), %.

Данная формула справедлива, если примешанная порода не со­держит полезного компонента, т. е. в = 0.

При в ≠

(57)

Коэффициент разубоживания, определенный по формуле (55) (доля породы, заключенной в добытой руде), называют истин­ным, а по формуле (56), как снижение содержания в добытой руде по сравнению с содержанием в рудном массиве,— видимым.

Аналогично этому для количественных потерь различают ис­тинные потери в процентах, подсчитанные по формуле (51) или (52), в которую входит содержание полезного компонента в при­мешанной породе, и видимые потери — но формуле

(58)

и которой содержание полезного компонента в примешанных поро­дах не учитывается.

Для оценки полноты и качества извлечения полезного ископаемого из недр кроме указанных показателей чл.-корр. АН СССР М. И. Агошков предложил использовать еще два:

коэффициент извлечения полезного ископаемого из недр

(59)

и коэффициент изменения качества полез­ного ископаемого при добыче

(60)

Последствия потерь не ограничиваются утратой невозобновляемых природных ресурсов, что будет ощущаться в будущем, они в еще большей степени прямым экономическим ущербом сказываются для народного хозяйства страны в виде недополученной прибыли от эксплуатации месторождений, преждевременного ввода новых про­изводственных мощностей и т. п.

Требования правильной разработки месторождений

При разработке месторождений полезных ископаемых необхо­димо соблюдать следующие основные требования.

Создание безопасных и здоровых условий труда.

Достижение высоких технико-экономических показателей гор­ного предприятия.

Выполнение рудниками установленного плана по добыче и каче­ству руды.

Вопросу создания безопасных и здоровых условий труда для работающих в нашей стране придается первостепенное значение. Сюда относят не только реализацию мероприятий по обеспечению безопасности труда, но и стремление освободить людей, от тяжелого физического труда за счет механизации и автоматизации тяжелых и трудоемких работ, обеспечение хорошего проветривания вырабо­ток, борьбу с подземными пожарами и затоплением шахт. Важное значение имеют профилактические мероприятия по предупреждению профессиональных заболеваний.

Соблюдение второго требования возможно в том случае, если все производственные процессы выполняются с минимальной затратой труда и материальных ресурсов, здесь основное внимание должно быть уделено повышению производительности труда.

Необходимость соблюдения третьего требования очевидна, так как невыполнение плана по добыче руды и ее качеству отрицательно сказывается не только на результатах хозяйственной деятельности рудника (увеличивается себестоимость продукции, уменьшается раз­мер прибыли), но и в целом всего народного хозяйства: металлурги не получат необходимого количества сырья, а другие отрасли на­родного хозяйства — металла.

§ 4. Сдвижение вмещающих пород вследствие выемки полезных ископаемых. Построение зон сдвижения

Горные породы до начала выемки полезного ископаемого находятся в состоянии равновесия. При выемке полезного ископаемого это состояние нарушается, а сами породы приходят в движение, переме­щаясь в выработанное пространство. Это явление называют сдви­жением горных пород, а часть земной поверхности, подвергшаяся сдвижению, называется мульдой сдвижения. В зависимости от мощности, глубины залегания и угла падения месторождения сдвижение пород может происходить с различной интенсивностью. При ведении очистных работ поверхность обрушается не вслед за выемкой, а через некоторое время, по мере сдвижения вмещающих пород в выработанное пространство.

Рис. 46. Влияние очистной выемки на земную поверхность.

Существует безопасная глубина разработки, при которой выемка полезного ископаемого не отражается на сдвижения земной поверх­ности. Безопасную глубину Нбв зависимости от мощности рудного тела т принимают Нб≥ 200 т при разработке месторождений без закладки. С применением полной сухой закладки Н6≥ 80 т, мок­рой закладки Нб≥ 30 т.

В результате перемещения вмещающих пород в выработанное пространство образуются зоны обрушения 1 и зоны сдвижения 2 (рис. 46, а).

Зона обрушения — участок земной ^поверхности с раз­ломом и разрушением слоев. Зона обрушения у своих границ имеет форму террас с дальнейшим переходом в обрушение.

В зоне сдвижения оседает земная поверхность без разрыва ее сплошности. Горные выработки, здания и сооружения на поверх­ности, находящиеся в зоне сдвижения, деформируются.

Горные породы в пределах зон сдвижения и обрушения переме­щаются по наклонным поверхностям сдвижения 3 и обрушения 4. Углы наклона плоскости сдвижения к горизонту называются уг­лами сдвижения 5. Величина углов сдвижения зависит

от физико-механических свойств горных пород, слоистости, обвод­ненности, глубины разработки и других факторов. В зависимости от перечисленных факторов углы сдвижения и обрушения коренных пород изменяются от 30 до 80°, в наносах — от 45 до 70°.

Если на действующих рудниках промышленные здания, соору­жения, коммуникации, жилые поселки попадают в зону сдвижения, их необходимо переносить за ее пределы.

При проектировании строительства рудников проектные органи­зации определяют зоны сдвижения из расчета конечной отработки месторождения с целью не допустить строительства промышленных и гражданских объектов в зоне обрушения.

Пример построения зон сдвижения показан на рис. 46, б. Углы сдвижения строят от конечной глубины залегания до контакта ко­ренных пород с наносами. По наносам углы сдвижения выполаживаются. Углы сдвижения пород вкрест простирания по лежачему боку γ, висячему боку β, по простиранию δ и по наносам α прини­маются по специальным справочникам.

Промышленные здания и сооружения необходимо располагать на расстоянии 20—25 м от линии сдвижения на земной поверхности, создавая предохранительную площадку, которая необходима для охраны зданий на случай возможного выполаживания углов сдвиже­ния с увеличением глубины разработки. Проф. Н. А. Стариков рекомендовал при разработке мощных месторождений ширину этой площадки увеличивать до 50—60 м.

Если в результате ведения добычных работ возникает угроза разрушения поверхностных зданий и сооружений, необходимо под ними оставлять охранные целики. Правила построения таких цели­ков рассмотрены в курсе маркшейдерского дела.

Источник