УДК 622. 272 ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДОСТАВКИ РУДЫ ПОД СОБСТВЕННЫМ ВЕСОМ В

Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых, посвященная году молодежи:
VI между. науч. школа мол. уч. и специалистов. - 2009. - С. 421-427
УДК 622. 272
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ДОСТАВКИ РУДЫ ПОД СОБСТВЕННЫМ ВЕСОМ В
УСЛОВИЯХ ОТРАБОТКИ РУДНЫХ ТЕЛ МАЛОЙ МОЩНОСТИ ПРИ ПЕРЕХОДЕ ОТ
ПОЛОГОГО УГЛА ПАДЕНИЯ НА КРУТОЕ
Кабетенов Тулеген – д-р техн. наук.
Елузах Мухтар - ст. преподаватель
Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева
Академик О.А. Байконуров, разрабатывая классификацию и выбор методов системы подземной разработки
месторождений, отмечал, что «В природе существует множество переходных форм, которые стоят на грани между
различными группами классификации. Поэтому необходим тщательный анализ классифицируемых предметов с тем,
чтобы выделить в них наиболее существенные признаки, которые определяют место в системе классификации того
или иного предмета».
В этой связи необходимо проанализировать классификаций месторождений по углу падения (в данном случае
слово «классификация» использовано в [1]).
Например, месторождения (рудные тела) по элементам залегания классифицируются:
По углам падения
пологие
- 0 - 200
наклонные
– 20 - 500
крутопадающие – более 500
В [2] по углу залегание различают залежи:
Крутопадающие – с углом падения свыше 45-500.
В [3] по углу залегание различают залежи:
крутые - с углом падения более 45 - 50°; при этом разделяют залежь по падению на этажи; отбитая руда может
скатываться по лежачему боку под действием собственного веса;
наклонные — с углом падения от 20 - 25 до 45 - 50°, разрабатываемые также с разделением по падению на этажи,
но отличающиеся тем, что наклон лежачего бока недостаточен для скатывания по нему руды под действием
собственного веса;
пологие - с углом падения до 20-25°, отличающиеся тем, что их разрабатывают без деления на этажи по падению,
в том числе горизонтальные — с углом падения приблизительно до 3°, что делает возможным рельсовую откатку по
почве залежи.
В [4] по углу падения месторождения делят на горизонтальные и пологопадающие с углом падения от 0 до 30°;
наклонные с углом падения от 25 до 45° и крутопадающие с углом падения более 45°.
Это деление связано с существенным изменением условий разработки и применением при разных углах падения
различных способов очистной выемки.
В [5] рассмотривая системы разработки с магазинированием руды блоками пишет «Условия применения. Систему
применяют при отработке крутопадающих (не менее 550) маломощных рудных залежей (0,6-0,3 м) с устойчивой рудой
и весьма устойчивыми боковыми породами».
О.А. Байконуров в [2] пишет, что «При построении любого термина или понятия главное внимание необходимо
уделять их точности».
В этой связи необходимо отметить, что необходимо определиться начиная с какого угла считать рудные тела
крутопадающим, т. е. с 45, 50 или 550 градусов. На наш взгляд, на этот вопрос в данном случае конкретного и точного
ответа нет. Поэтому возникает вопрос, по каким признаком необходимо судить о том, что месторождение
крутопадающий.
Из всех приведенных работ единственно в [2] отмечается, что отбитая руда может скатываться по лежачему боку
под действием собственного веса.
Отсюда следует предположительный вывод, что единственным признаком отнесения месторождения к группе
крутопадающих является, то что, руда по почве выработки может скатываться под собственным весом вниз.
Возникает вопрос, когда и каким образом, должна двигаться отбитая руда по почве камеры, чтобы можно было
назвать крутопадающим рудным телом при переходе от пологопадающего к крутопадающим углам. Поэтому о том,
что угол наклона рудного тела является ли крутопадающим или нет должен оговариваться с учетом еще косвенных
признаков.
Учитывая высказанное Академиком О.А. Байконуровым о необходимости тщательного анализа
классифицируемых предметов с тем, чтобы выделить в них наиболее существенные признаки, которые определяют
место в системе классификации того или иного предмета, нами были поставлены следующие задачи:
-как влияют размеры кусков руды на их выпуск в условиях отработки крутопадающих маломощных рудных
залежей;
-какие происходят процессы, оказывающие влияние на управления кровлей очистных камер, а также на отбойку и
выпуск руды.
-выяснить, начиная с какого угла падения для рудных тел малой мощности, их можно называть крутопадающими;
Таким образом, на основе полученных результатов выявить существенные признаки, которые определяют место,
отработки маломощных рудных тел, в системе их классификации по углу падения.
В этой связи предметом нашего исследования является установление возможности скатывания руды по почве
выработки вниз, т. е. возникает необходимость установления истинной величины угла наклона рудного тела, при
котором руда под собственным весом скатывается или не скатывается вниз и их причины.
Такая необходимость возникла потому, что месторождение «Бескемпир» является месторождением уникальным в
отношении угла залегания. Угол залегания верхней части рудного тела «Бескемпир» находится в пределах 42-470, что
является переходным углом между наклонным и крутопадающим залеганием. Академик О.А. Байконуров, когда
писал свою книгу, "Классификация и выбор методов подземной разработки месторождений", отмечал что «В природе
существует множество переходных форм, которые стоят на грани между различными группами классификации» по
всей видимости, имел ввиду подобный случай.
Мы, в настоящей работе обращаемся к высказыванием Академика О.А. Байконурова потому, что при отработке
месторождения «Бескемпир» с производительностью приблизительно 40 тыс. тонн в год, через 3-4 года в остатках
под землей, не выданной на гора, осталось 42,0 тыс. т. руды. Теперь возникает вопрос, почему под землей осталось
столь большое количество руды (ориентировочно 35%), не выданной на гора. При разработке месторождения
«Бескемпир» была запроектирована система разработки с магазинированием руды блоками.
Опыт работы показал, что отбитая руда в основном залеживается в очистной камере по всей наклонной длине. В
выпускных дучках часто образовывалась заторы, нередко при ликвидации данного затора, сверху руда к месту
ликвидированного затора не скатывалась.
Проведенные нами экспериментальные работы показали, что при выпуске руды из очистных камер при
различных углах наклона рудных тел в зависимости от угла падения рудного тела, площади образуемые выше
рудоспуска при 40 и 560 минимальные, а при 45-50 градусах максимальные, т. е. при 40 и 56 градусах они равны 3136 м2 в то время при 45-50 градусах составляет 44-46 м2.
Это позволяет сделать вывод, что ликвидация затора при углах наклона рудных тел 45-500 представляет большую
опасность чем, при углах наклона 55 градусов. В производственных условиях такие ситуации как правило происходят
в момент ликвидация зависании кусков руды, зависающих в дучках.
Травмы получаемые (взрывником) рабочим, по нашему мнению, в большинстве случаев происходят таким
образом: когда, взрывник устанавливает боевик или в момент входа или выхода из ниши, мгновенно падает вся
зависающиеся масса или единичные куски из него. По нашему мнению падение кусков руд из зависающих в дучке в
большинстве случаев провоцируется падающими кусками из образовавших воронок сверху.
В этой связи ликвидация затора под плотно образовавшимся затором более безопасна, чем ликвидация затора,
когда выше висит образованная пустая воронка, из которой в любое время может упасть кусок горной породы и
провоцирует падение куска из зависания и соответственно, высока вероятность получения травмы рабочими.
Наблюдение за движением отбитой руды в очистной камере в условиях экспериментальных работ (рисунок 1)
показало, что отбитая руда, если считать от груди забоя, с почвой контактируют в одном уровне (точка В), а с кровлей
в другом (А или А1). При этом отбитая руда, начиная, от почвы камеры плавно поднимается и доходит до кровли на
расстоянии равной от 6 до 12-14 м.
Рис. 1 – Положение выпускаемой руды из камер в момент выпуска для создания рабочих мест в
очистном пространстве
В этой связи отметим, что §193 «Правил технической эксплуатации рудников, приисков и шахт,
разрабатывающих месторождения цветных, редких и драгоценных металлов» гласит, что максимальное расстояние от
поверхности замаганизированной руды до массива определять в зависимости от применяемого оборудования, средств
контроля очистного пространства и параметров буровзрывных работ. Бурение шпуров должно осуществляться с
трапа длиной не менее 3,5 м. С другой стороны здесь же § 77 гласит, что руды и породы по устойчивости считаются
устойчивыми - допускающие обнажения без крепления до 600 м2, при длительном стоянии необходимо крепление
только в отдельных ослабленных местах.
Поскольку почва и кровля отбитой руды от груди забоя находится на разных расстояниях, следует отметить, что
при углах падения рудного тела 42-470 может исключаться вспомогательная роль руды в поддержании кровли
очистной камеры - это во первых, во-вторых § 188 [6] при системе разработки с магазинированием руды гласит, что
расстояние между кровлей и отбитой рудой не должно превышать 2,5 м, а в данном случае расстояние доходит до 6 и
12-14 м. Тогда, не учитывая отсутствие подпора отбитой рудой кровли, образованная площадь при ширине блока 40
м составляет 14*40 = 560 м2. В данном случае вся ширина блока учтена для расчета обнаженной поверхности
очистного блока, т. к. отбитая руда не оказывает никакого подпора к кровле (Необходимость учета всей площади
очистной камеры для определения обнаженной поверхности, нужно доказывать инструментально или аналитическим
путем). Кроме этого, при 42-500 площадью кровли забоя является не мощность руды как бывает при углах наклона
60-700, а висячий бок руды.
Если учесть, что при уменьшении угла падения рудного тела увеличивается нагрузка на висячий бок камеры,
кровля камеры может не выдержать нагрузку, а это в свою очередь представляет потенциальную опасность их
обрушения.
Экспериментами установлено, что при различных углах наклона рудного тела и средних размеров кусков отбитой
горной массы, движение горной массы в сторону выпускной воронки начинается слоями, начиная с верхнего слоя. На
рис 1. показано, что верхняя часть отбитой горной массы перемещается от точки А до точки А1 причем перед
выпускной воронкой образовывается воронка выпуска с различным углом и длиной в зависимости от угла наклона
рудных тел. Необходимо отметить, что подобная картина, т.е. воронка перед выпускным отверстием при углах 54-550
практически отсутствуют.
Полученный анализ выпуска отбитой руды при различных углах их наклона и средних размеров кусков отбитой
горной массы позволил получить угол, при котором начинается выпуск руды:
 вып  5,88  0,004  d k .  1,0214   р.т . , градус,
где  вып  угол, при котором начинается движение руды к воронке выпуска, градус;
d к - средний диаметр куска горной массы; м
 р.т.  угол наклона рудного тела, градус;
Коэффициент детерминации равен 0,96.
Таки образом, начиная, с 55-560 кровлей очистного пространства является мощность рудных тел (кровля и почва
забоя соответственно висячий и лежачий бок рудного тела), исключается образование воронки (пустого пространства)
выше выпускного отверстия, при выпуске происходит одновременное движение гонной массы по всей мощности
рудного тела, сохраняя подпорную усилию отбитой горной массы. В этой связи мы предлагаем крутопадающим
рудным телом, называть рудные тела, с углом падения начиная с 55-560.
Поскольку в рудных телах с углом падения ниже 55-560 происходит движение верхней части замагазинированной
руды, исключающее подпорную силу отбитой руды, образовывается пустое пространства над выпускным отверстием
площадью до 45-46 м2 и в очистном пространстве образуется площадь до 500-560 м2 и более, что представляет
опасность обрушения кровли при ширине блока 40 м. Поэтому такие рудные тела следует отрабатывать, другими
системами разработки например, камерно-столбовой системой разработки с оставлением регулярных целиков или
сплошной системой разработки с оставлением нерегулярных целиков. При обеих системах, руда при шпуровой
отбойке за счет начальной скорости движения отбитой руды по наклонной поверхности, будет доставляться к
рудовыпускной воронке.
Таким образом, дополнительными признаками для того, чтобы рудные тела называть крутопадающими являются:
-одновременное движение отбитой горной массы в камере по всей мощности рудных тел, обеспечивающие
действие подпорного усилия для дополнительного поддержания кровли камеры;
-ширина обнажения кровли очистной камеры равна мощности рудных тел;
-исключение образования дополнительной площади обнажения в кровле камеры (до 500-560 м2 и более) при
выпуске руды, проявляющие за счет движение верхней части отбитой руды в очистной камере;
-исключение образование дополнительной плоскости обнажения выше воронки выпуска. Соответственно
исключается падения кусков горных пород из образованных воронок в дучки где производится ликвидация отказа или
процессы, связанные со скреперованием руды, т.е. конечном итоге снижается возможность получения травмы
человеком.
ЛИТЕРАТУРА
1. Правила технической эксплуатации рудников, приисков и шахт разрабатывающих месторождения цветных, редких и
драгоценных металлов. Москва. «Недра», 1981, с. 14.
2. О.А. Байконуров. Классификация и выбор методов подземной разработки месторождений. Алма-Ата. 1969. с. 516.
3. В. Р. Именитов. Процессы подземных горных работ при разработке рудных месторождений Москва, «Недра», 1984, с. 8.
4. Агошков М. И., Борисов С. С., Боярский Б. А. Разработка рудных и нерудных месторождений. «Недра», Москва, 1970. с. 16.
5. Раскильдинов Б. У. Системы подземной разработки рудных месторождений. Учебное пособие. 1997. с. 50.
6. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений подземным способом,
Москва. 1977.