INFLUENCE OF HUMIDITY AND TEMPERATURE ON THE PARAMETERS OF THE DUMBED ORE LOADING SHAPE PRONE TO FREEZE-UP
INFLUENCE OF HUMIDITY AND TEMPERATURE ON THE PARAMETERS OF THE DUMBED ORE LOADING SHAPE PRONE TO FREEZE-UP
Abstract
When developing cryolithozone ore deposits by underground mining method, it is necessary to take into account the effect of negative temperatures on all underground mining processes to ensure efficient mining. When using mining systems with collapse of overlying rocks and drawing of dumped ore, its freeze-up in the cleaning space leads to emergency stops in the process of cleaning excavation and a significant increase in losses. The critical height, dimensions of the drawing ellipsoid and the introduction funnel were determined by experimental studies of the influence of moisture content of the broken ore prone to freezing on the parameters of its release figure from the block. At ore drawing in conditions of negative temperature of the cleaning space it was established that without humidification the critical height of release was hkr = 0,95He, and at humidity of 1% - hkr = He. The maximum horizontal diameter of the outlet ellipsoid in the first case was equal to half the height of the sub-storey, and when the moisture content of the ore mass increased to 1%, it decreased to 0.35He, while the outlet ellipsoid took an elongated shape with a narrowing in the horizontal plane, which led to a decrease in its maximum diameter by 25%. The parameters of the injection funnel did not differ significantly. The change in the shape of the drawing ellipsoid explains the mechanism of increasing losses of the released ore mass when it is moistened under the conditions of negative temperatures of the cleaning space in the underground development of cryolithozone deposits by systems with collapse and ore release. The obtained data will be used in the development of recommendations for safe and efficient ore drawning during the underground development of cryolithozone ore deposits.
1. Введение
Системы разработки этажного и подэтажного обрушения с выпуском руды под обрушенными налегающими породами, характеризующиеся высокой производительностью и низкими затратами на управление горным давлением, получили широкое распространение при подземной разработке руд цветных и благородных металлов в мировой и отечественной практике , , . В нашей стране данная технология считается наиболее востребованной при освоении месторождений бедных руд с большим объемом добычи .
Однако, в условиях Северо-Востока России, с учетом неразвитой инфраструктуры и повышенных затрат на доставку материалов и оборудования, область их эффективного применения расширяется. Несомненным преимуществом рассматриваемой технологии является возможность оперативно реагировать на изменения условий залегания рудных тел без необходимости завоза дополнительных объемов материалов и оборудования. Наиболее перспективными для применения различных вариантов указанного класса систем являются комплексные, например золото-сурьмяные, и полиметаллические рудные месторождения .
Одним из главных недостатков этой технологии считаются относительно высокие показатели потерь и разубоживания. Основной причиной этого, чаще всего, является выбор параметров системы разработки, режима и организации работ, не соответствующих условиям залегания рудных тел и содержанию полезного ископаемого.
Как показывает анализ научно-технической литературы, повышение эффективности применения систем с обрушением и выпуском руды достигается путем оптимизации размеров очистных выработок, параметров отбиваемых слоев, управлением грансоставом выпускаемой руды, выбором режима и производительности выпуска , , , . Для этого необходимо проведение исследований, позволяющих понять механизм поведения рудной массы при ее выпуске.
2. Методы и принципы исследования
В отечественной практике, для расчета показателей извлечения руды и конструктивных параметров систем разработки с обрушением и выпуском руды используются методики расчета, основанные на теоретических положениях, разработанных В. В. Куликовым, Г. М. Малаховым и Н. Г. Дубыниным , , . Основными элементами данных методик являются параметры эллипсоида вращения, воронки внедрения и критическая высота выпуска. Параметры фигуры выпуска определяются путем физического моделирования процесса выпуска с учетом конкретных условий подземной разработки месторождений.
Однако влияние смерзания руды при ее выпуске из очистного блока в условиях подземной разработки рудных месторождений криолитозоны на форму и размеры зоны потока изучены слабо , .
Для определения влияния изменения влажности отбитой руды при отрицательном температурном режиме очистного пространства на форму и размеры эллипсоида выпуска, воронки внедрения и критическую высоту выпуска были проведены исследования методом физического моделирования.
При проведении экспериментальных исследований были приняты условия и масштабы подобия, порядок подготовки и проведения экспериментов, рассчитанные и использованные ранее, при физическом моделировании процесса донного выпуска руды
. Выпуски производились на стенде с траншейной конструкцией днища, также использовавшимся при ранее проведенных исследованиях .Подготовка материала к эксперименту, заполнение стенда и экспериментальные выпуски руды под обрушенными породами проводились в специальной криокамере, оснащенной сплит-системой «Polaris», позволяющей воспроизвести отрицательный температурный режим рудничного воздуха и массива многолетнемерзлых горных пород при подземной разработки рудных месторождений криолитозоны.
Определение размеров эллипсоида выпуска и его критической высоты производилось с использованием специальных маркеров, размещаемых в слое выпускаемой руды. Маркеры были изготовлены из кусков материала, используемого в качестве отбитой руды (мраморной крошки) грансоставом 4 – 5 мм. Это позволило сохранить равенство углов внутреннего трения материала натуры и модели. Для облегчения их визуального обнаружения в материале модели, маркеры были окрашены краской разного цвета (синий, красный и зеленый). На каждом маркере была нанесена цифра, соответствующая его положению в горизонтальной плоскости стенда.
Материал руды и породы, стенд и используемые для формирования инструменты выдерживались в криокамере до набора устойчивой температуры -5 ˚С. Температура мраморной крошки и дробленого железистого кварцита, используемых в качестве отбитой руды и обрушенной породы при формировании стенда, измерялась с помощью тепловизора FLIR SС660 и мультитермометра «Digital». После проведения контрольных замеров приступали к заполнению стенда. Порядок размещения материала в стенде был аналогичен предыдущему этапу исследований.
При загрузке стенда первая группа маркеров красного цвета размещались в отбитой руде на высоте 10 см от днища стенда одним слоем. Схема расположения маркеров в горизонтальной плоскости приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема расположения маркеров в слое

Рисунок 2 - Фото размещения маркеров в слое
Выпуск материала из стенда начинали после контрольного замера температуры воздуха в криокамере и стенках стенда. Выпуск руды осуществлялся в равномерно-последовательном режиме, дозами величиной 100 гр.
Выпущенная руда взвешивалась, затем, способом магнитной сепарации производилось отделение из рудного материала пустой породы (железистый кварцит), и ее взвешивание. Из оставшейся руды извлекались маркеры. Все результаты фиксировались в журнале испытаний.
Выпуск руды из блока производился до достижения разубоживания в дозе выпуска 80%, затем производилась обработка результатов.
По полученным данным, для каждого эксперимента, графоаналитическим методом выполнялось построение эллипсоида выпуска, определялись его основные размеры и критическая высота выпуска.
Определение параметров воронки внедрения проводилось в результате отдельных экспериментов. Материалы и оборудование, условия подготовки и проведения эксперимента были аналогичны вышеприведенным.
Подготовленный к выпуску стенд также выдерживался в криокамере требуемое количество времени. Затем выполнялся выпуск руды до появления разубоживания в дозе выпуска. После этого выпуск останавливался, и производилось извлечение материала, имитирующего породу, через верхнюю, открытую поверхность стенда.
Выемка породы выполнялась слоями 10 см до достижения границы руда-порода, после этого выполнялся замеры высоты и размеров верхней границы воронки внедрения. Далее производилась выемка руды и породы из стенда слоями 5 см, и определялись размеры поперечного сечения воронки внедрения. Полученные данные фиксировались в журнале проведения эксперимента.
По данным каждого эксперимента выполнялось графическое построение воронки внедрения, определялись ее основные размеры и положение в пространстве стенда.
3. Основные результаты

Рисунок 3 - Результаты определения параметров фигуры выпуска отбитой руды из блока на физической модели при температуре -5˚С
Примечание: а) при выпуске без увлажнения отбитой руды; б) при увлажнении рудной массы на 1 %
4. Обсуждение
Несомненно, установленные данные справедливы только для условий конкретного эксперимента и не могут быть напрямую использованы при проектировании параметров технологии на конкретных месторождениях. Однако проведенные исследования объясняют причину снижения показателей извлечения руды, склонной к смерзанию, при ее выпуске из блока и увеличении влажности рудной массы на 1% – это образование на периферии потока выпускаемой руды смерзшихся участков, которое приводит к существенному уменьшению ширины зоны потока выпускаемой руды (горизонтального диаметра эллипсоида), и соответственно, к росту ее потерь при выпуске.
5. Заключение
Установленные закономерности изменения параметров фигуры выпуска руды в условиях отрицательных температур очистного пространства в зависимости от увеличения влажности позволяют объяснить механизм возрастания потерь от ее смерзания Установленные зависимости получены впервые, и будут учтены при разработке рекомендаций по обеспечению безопасного и эффективного выпуска руды при подземной разработке рудных месторождений криолитозоны.