WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]

Совершенствование технологии водоотведения при подземной разработке медно-колчеданных месторождений системами с твердеющей закладкой

Автореферат кандидатской диссертации

 

На правах рукописи

МИНГАЖЕВ  МАРАТ  МУЗАФАРОВИЧ

 

 

 

Совершенствование технологии водоотведения

при подземной разработке медно-колчеданных месторождений

системами с твердеющей закладкой

 

 

Специальность

25.00.22 – Геотехнология

(подземная, открытая и строительная)

 

 

 

Автореферат

диссертации  на соискание ученой степени

кандидата технических наук

 

 

 

Магнитогорск – 2012


 

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И.Носова»  

Научный руководитель:                                Рыльникова Марина Владимировна,

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:             Зотеев Олег Вадимович, доктор технических

наук, профессор, заведующий лабораторией

Института горного дела УрО РАН

                                     Дик Юрий Абрамович, кандидат

технических наук, заведующий отделом

горной науки ОАО «Уралмеханобр»

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» (г. Екатеринбург)

Защита диссертации состоится «25»   мая  2012 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.111.02 при ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова» по адресу: 455000, г. Магнитогорск, пр. Ленина, 38, малый актовый зал. Тел./факс: (3519) 29-84-26.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»

Автореферат разослан     «24» апреля 2012  г.

Ученый секретарь

диссертационного совета,

доктор технических наук                                                     Корнилов Сергей Николаевич


ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. При подземной добыче медно-колчеданных руд на рудниках Южного Урала нашли преимущественное применение этажно-камерные системы разработки с твердеющей закладкой выработанного пространства. Доля их применения достигает 46,1 %. Это вызвано высокой ценностью добываемого сырья и самовозгораемостью рудной массы, ввиду высокого содержания в ней серы. На глубоких рудниках доля таких систем существенно выше. Например, на Гайском подземном руднике применение  систем разработки с камерной выемкой и закладкой составляет 94,3 %  и только 5,7 %  приходится на систему подэтажного обрушения.

Широкое применение камерных систем разработки с твердеющей закладкой при ведении горных работ на глубине 800-1300 м и более  сопровождается повышением водопритока шахтной воды до 2,3-3,5  млн. м3 в год, что  обуславливает ее повышенное загрязнение шламами до 3-5 г/л от различных источников. Отсутствие эффективных технологических решений по своевременному отведению избытка технологических вод из закладочной смеси увеличивает сроки набора прочности закладочного массива. Высокие объемы шламов, поступающих в главные водосборники, и низкая интенсивность их очистки приводят к увеличению длины водосборников до 250 м, росту затрат на очистку шламов на 30 %, снижению ресурса насосов в 1,5-4 раза,  что сдерживает рост производственной мощности подземных рудников.

Поэтому совершенствование технологии водоотведения и водоотлива при подземной разработке медно-колчеданных месторождений с твердеющей закладкой и утилизацией шламов в выработанном подземном пространстве, обеспечивающей требуемые интенсивность и безопасность ведения горных работ, является актуальной научно-практической задачей.

Предмет исследований. Технология водоотведения при системах подземной разработки месторождений с твердеющей закладкой.

Цель работы. Повышение эффективности подземной разработки месторождений медно-колчеданных руд системами с твердеющей закладкой путем совершенствования технологии водоотведения.

Идея работы. Совершенствование технологии водоотведения обеспечивается  за счет применения устройств новой конструкции для отведения избытка технологической воды из закладываемой камеры, управляемого осаждения шламов и их последующего складирования в выработанном подземном пространстве.

Основные задачи исследований:

- обобщение опыта разработки месторождений системами с твердеющей закладкой с оценкой особенности технологий и параметров водоотведения;

- установление зависимостей водопритока из вмещающих горных пород  и объемов водоотведения из закладочного массива от основных влияющих факторов;

- классификация источников шламообразования при системах разработки с твердеющей закладкой и исследование процесса заиливания главных водосборников твердыми частицами горных пород с обоснованием времени между их очисткой;

- разработка устройств новой конструкции для отведения избытка технологической воды из закладываемой камеры, управляемого осаждения шламов и их последующего складирования в выработанное подземное пространство;

- разработка рекомендаций по совершенствованию водоотведения и очистки шахтных вод в системе рудничного водоотлива с оценкой их экономической эффективности.

Положения, выносимые на защиту:

  1. При подземной разработке медно-колчеданных месторождений Урала системами с твердеющей закладкой годовой объем водоотведения Qв (млн.м3) связан с производственной мощностью рудника Ар (млн.т/год) зависимостью , где Н – глубина горных работ (м).
  2.   Совершенство системы водоотведения при подземной отработке месторождений медно-колчеданных руд системами с твердеющей закладкой является резервом роста производственной  мощности   рудника и интенсивности  горных   работ.
  3.  Отведение избытка технологической воды из каждого закладываемого слоя по высоте перемычки сокращает период потери подвижности закладочной смеси на 28 ч и в целом время заполнения камеры на 2,5 – 3,5 суток, что является резервом роста производственной мощности рудника не менее чем на 4,6 %.
  4.  Изменение вектора скорости осаждения твердых примесей из шахтных вод позволяет уменьшить длину водосборника, совмещенного с отстойником, в 2 и более раза и обеспечить утилизацию извлеченного шлама в выработанном пространстве.

Методы научных исследований включали анализ и обобщение отечественного и зарубежного опыта технологии водоотведения при отработке медно-колчеданных месторождений системами с твердеющей закладкой; физическое и экономико-математическое  моделирование; аналитические расчеты и статистическую обработку результатов исследований.

Научная новизна:

  1. Степенная зависимость годового объема водоотведения из шахты при разработке месторождений медно-колчеданных руд системами с твердеющей закладкой от производственной мощности рудника и глубины горных работ .
  2. Модель шламообразования, включающая оценку объемов технологических вод и шламов на всех стадиях их формирования и отведения.
  3. Обоснование параметров технологии отведения избытка технологической воды из каждого закладываемого слоя для сокращения срока схватывания закладочной смеси и набора нормативной прочности закладочным массивом.

Достоверность научных положений, выводов и результатов обеспечивается надежностью и представительностью исходных данных, сопоставимостью результатов теоретических, экспериментальных и опытно-промышленных исследований, обработанных методами математической статистики с использованием современного оборудования и апробированных методик.

Научная значимость работы. Предложен новый подход к обоснованию  технологии водоотведения и методика расчета параметров технологической схемы водоотведения при подземной разработке медно-колчеданных месторождений системами с твердеющей закладкой.

Практическая значимость. Определены параметры водоотведения; разработаны конструкции устройств для водоотведения, осаждения шламов и очистки главных водосборников, обеспечивающие повышение производительности подземных рудников и снижение трудоемкости технологических операций при подземной разработке медно-колчеданных месторождений системами с твердеющей закладкой.

Реализация работы. Результаты исследований использованы при совершенствовании технологии водоотведения на Учалинском подземном руднике с промышленной апробацией устройств новой конструкции в составе закладочных комплексов модульного типа для отведения избытка технологической воды из закладываемых камер, управляемого осаждения шламов и очистки главных водосборников с последующей утилизацией шламов в выработанном пространстве. Результаты исследований внедрены в учебные курсы дисциплин  «Стационарные машины. Транспортные машины» для студентов специальности: 130404 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых» ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический   университет  им. Г.И. Носова».

Апробация работы. Результаты, основные положения и выводы докладывались на международных научно-технических конференциях: «Неделя горняка» (г. Москва, 2010 г.); «Комбинированная геотехнология: комплексное освоение и сохранение недр земли» (г. Магнитогорск, Учалы, 2011 г.);  «Роль стратегии индустриально-инновационного развития республики Казахстан в условиях глобализации» (г. Рудный, 2009 г.); научно-технических конференциях ФГБОУ ВПО «МГТУ им. Г.И. Носова» (г. Магнитогорск, 2008-2011 гг.) и технических совещаниях ОАО «Учалинский ГОК».

Личный вклад автора состоит в анализе влияния основных параметров водоотведения и очистки технологических вод как резерва роста производственной мощности рудника при разработке медно-колчеданных месторождений системами с твердеющей закладкой, обосновании методик и проведении исследований технологий водоотведения, определении основных направлений совершенствования геотехнологий и обосновании, разработке и внедрении устройств новой конструкции на рудниках ОАО «Учалинский ГОК».

Публикации: основные положения диссертации опубликованы в 8 работах, в том числе 1 монографии и 3 работах в изданиях, рекомендованных  ВАК   РФ.

Объем и структура работы: диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из  105 наименований и представлена на  170 страницах машинописного  текста, включая 68 рисунков и 22 таблицы.

Работа выполнена при поддержке Минобразования России, ГК №16.525.12.5001.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Высокая стоимость меди и цинка на мировом рынке влечет наращивание производственных мощностей подземных рудников, разрабатывающих медно-колчеданные месторождения Урала, преимущественно с твердеющей закладкой. Условия отработки этих месторождений  весьма разнообразны, при этом с понижением глубины ведения горных работ и производственной мощности рудников возрастает водопроток в горные выработки. Поэтому эффективность технологии водоотведения при подземной добыче медно-колчеданных руд наряду с остальными факторами определяет интенсивность ведения горных работ и производительность рудника. Так, своевременное водоотведение и эффективная очистка шахтных вод способствуют росту темпов набора прочности закладочного массива, снижению деформаций подрабатываемого массива и уменьшению энергетических затрат на очистку шахтных вод, исключению выдачи шламов на поверхность за счет их утилизации в отработанных камерах, не требующих технологического обнажения, внутришахтному обороту очищенных вод.

Изысканию путей повышения производственной мощности рудника при подземной  разработке рудных месторождений системами с твердеющей закладкой посвящены труды известных ученых академиков М.И. Агошкова, К.Н. Трубецкого, чл.-корр. РАН Д.М. Бронникова, Н.Ф. Замесова, Д.Р. Каплунова, профессоров О.А. Байконурова, П.Э. Зуркова, В.Н. Калмыкова, В.П. Кравченко, Ю.В. Михайлова, М.В. Рыльниковой,  М.Н. Цыгалова, В.И. Шестакова и многих других. В их трудах вопросам изыскания резервов роста производственной мощности рудника за счет совершенствования технологий водоотведения и водоочистки уделено недостаточное внимание.  Вместе с тем,  эти технологические процессы, в ряде случаев, сдерживают рост интенсивности горных работ. Так, несвоевременное отведение избытков технологических вод из закладываемых камер приводит к увеличению периода набора прочности закладочным массивом и соответственно времени отработки очистных блоков. Высокая загрязненность подземных вод шламами влечет рост длины главных водосборников и увеличение времени и затрат на их очистку. Повышенное содержание шламов в откачиваемых водах приводит к износу шахтных насосов, снижению сроков их эксплуатации и повышению затрат на их ремонт.

Разработке рекомендаций по осветлению шахтных вод, снижению абразивного износа оборудования водоотлива, разработке мероприятий по защите рудников от поверхностных и подземных вод, обобщению и систематизации отечественного и зарубежного опыта совершенствования параметров рудничного водоотлива посвящены труды чл.-корр. РАН Д.М. Бронникова, профессоров С.К. Абрамова, А.И. Бороховича, И.К. Станченко, Ю.В. Михайлова, В.И. Хомякова, М.Н. Цыгалова и многих других. Вместе с тем, вопросы оценки параметров водопритоков, шламообразования при отработке медно-колчеданных месторождений с твердеющей закладкой до настоящего времени полностью не раскрыты.

Поэтому совершенствование технологии водоотведения при подземной разработке медно-колчеданных месторождений с твердеющей закладкой и утилизацией шламов в выработанном подземном пространстве, обеспечивающей требуемые интенсивность и безопасность ведения горных работ, является актуальной задачей.

Технологическая схема формирования водопритоков и водоотведения, применяемая на подземных рудниках, разрабатывающих месторождения медно-колчеданных руд с твердеющей закладкой, приведена на рис. 1.

Рисунок 1 – Технологическая схема формирования водопритоков в выработки подземного рудника при разработке месторождений системами с твердеющей закладкой

Согласно этой схеме условно чистые воды в системе водоотлива объединяются с загрязненными, не разделяются естественные поверхностные и подземные воды. Кроме того, применяемая система водоотведения несовершенна в части конструкций дренажных устройств для удаления излишков технической воды из закладываемых камер и осветления загрязненной шахтной воды.

Анализ  опыта работы подземных рудников и опубликованных рекомендаций позволил выявить возможные резервы роста интенсивности горных работ и разработать рекомендации по совершенствованию технологической схемы.

Анализ структуры производственного цикла при подземной добыче медно-колчеданных руд Урала этажно-камерными системами разработки с твердеющей закладкой (рис. 2) показал, что наиболее продолжительными - до 53,0 % времени являются закладочные работы. При этом доля межпроцессных пауз, связанных с возведением перемычек для изоляции закладочной смеси, ожиданием потери ее подвижности при схватывании закладочного массива, вследствие излишков технологической воды в составе смеси, достигает 8 %.

Рисунок 2 – Объемы поступления воды в систему водоотведения по элементам производственного цикла

Совершенствование технологии водоотведения  (рис. 3) рекомендуется выполнять  путем устройства бетонных перемычек с новыми конструктивными решениями дренажных устройств, позволяющих выполнять своевременное отведение излишков технической воды из закладочного массива. Для решения этой задачи было проведено обоснование и расчет параметров новой конструкции дренажной перемычки, представленной на рис. 3, с опытно-промышленной апробацией ее в условиях Учалинского подземного рудника.

Результаты испытаний конструкции перемычки, натурных наблюдений и замеров показали, что применение дренажного устройства, выполненного из перфорированных труб, расположенных в изолирующей перемычке на полную ширину в основании каждого возводимого слоя закладочной смеси и в центре - на всю высоту, уменьшает период времени потери закладочной смесью подвижности на 28 ч, на каждый подэтаж. Это обеспечивает в целом сокращение времени заполнения камеры закладочной смесью на 2,5 – 3,5 суток, что является резервом роста производственной мощности рудника не менее, чем на 4,6 %.

     а)

б)

Рисунок 3 – Технологическая схема совершенствования технологии водоотведения (а) и схемы сброса воды при закладке и водоотдачи заложенного массива через дренажные устройства в изолирующих перемычках (б): 1-закладочная смесь: 2-изолирующая перемычка; 3– дренажная труба; 4, 7 - скважины сброса воды из закладываемой камеры; 5- «прудок» отстоявшей воды в закладываемой камере; 6-закладочный трубопровод; ? – угол растекания закладочной смеси в камере, ? =2-4о

Излишки технологической воды из закладываемых камер по скважинам подаются в систему общешахтного водоотведения (см. рис. 1). Структура шахтного водопритока на Учалинском подземном руднике: с отработанных горизонтов – 33,14 %, из выработок очистных горизонтов – 65,14 % и подготовительно-нарезных горизонтов – 1,72 %; на Гайском подземном руднике: - с отработанных горизонтов – 19,5 %; из выработок очистных горизонтов - 71,1 % и подготовительно-нарезных горизонтов – 9,4 %. Таким образом, наибольший водоприток формируется в выработках очистных горизонтов, что характерно для всех подземных рудников Урала, разрабатывающих медно-колчеданные месторождения.

Обоснование параметров технологической  схемы формирования водопритоков, отведения излишков воды из закладываемых камер и рациональной схемы водоотлива с внутришахтным оборотом осветленной воды производится, исходя из баланса объемов поступления в главный водосборник  загрязненных поверхностных и подземных вод из горного массива, технологической воды из заложенного массива и объема откачиваемой системой шахтного водоотлива осветленной воды:

              Qв = Qосв.в     или    Qв = (Qпов+ Qподз+ Qусл.ч+ Qтех.в) = Qосв.в,                            (1)

где общий объем (Qв, м3) естественных поверхностных (Qпов), подземных  шахтных (Qшах) вод, условно чистой (Qусл.ч) и технической воды (Qтех.в), равный объему осветленной воды (Qосв.в), откачиваемой из горных выработок, является функцией

Qв = f (Qнор, Qмах, Qтех.в).                                                               (2)

Определяется

,                                                                       (3)

,                     (4)

Qтех.в = 20+10.Ар ,                                                                     (5)

где Qнор, Qмах – нормальный и максимальный водопритоки в горные выработки рудника, м3/год; - годовая производственная мощность рудника, млн.т; kв, kкр –коэффициенты водообильности и кратности водопритока; Dк  - число календарных дней в году.

Исходные данные для подсчета баланса по формулам (3)-(4) получены по результатам статистической обработки данных фактических наблюдений на подземных рудниках за 10-летний  период (табл. 1).

Таблица 1 – К расчету параметров водопритока и системы водоотведения

Наименование

рудников

Производи-тельность, Ар, млн.

т/год

 Общий

водо-  

приток,   Qв, м3/год

Нормаль-ный водо-приток, Qнор, м3/ч

Максималь-ный водо-приток,

Qмах, м3/ч

Коэффициент водо-

обиль-

ности, kв

  Коэффи-

циент

кратнос-ти, kкр

  Объем

техничес-  кой воды,    

м3/год

Учалинский

 1,350-1,620

205718,0

148,900

305,2

1,40-1,55

2,41-3,11

10600

Узельгинский

 2,071-3,391

589000,0

243,500

336,8

1,38-1,62

2,5-2,9

12500

Сибайскский

     0,400

438000,0

359,0

401,0

1,56

2,78

13070

Гайскский

     3,800

372000,0

310,0

365,9

1,49

2,43

14600

Установлено, что средний (Qнор) водоприток в горные выработки рудника подчиняется нормальному закону распределения; максимальный водоприток - экспоненциальному закону распределения; объем технической воды – нормальному закону распределения. Функции распределения приведены на рис. 4.

а)                                                                               в)     

 

        б)

 

 

 

 

Рисунок 4 – Гистограмма и тренд распределения среднего (а), максимального (б) водопритоков и объема используемой технической воды (в) на Учалинском руднике

Значения водоотведения с эксплуатационных горизонтов Учалинского и Гайского рудника (рис. 5) подтверждают, что наибольший водоприток формируется на горизонтах ведения очистных работ.

а)

б)

   Рисунок 5 – Структура и распределение водопритоков по горизонтам на Учалинском (а) и Гайском (б) подземных рудниках

Статистической обработкой фактических данных объемов подачи технической воды и водоотведения, производственной мощности рудника и глубины ведения горных работ, объема закладочных работ на подземных рудниках за 10-летний период установлены функциональные зависимости объема технической воды от производственной мощности подземного рудника,  расхода технической воды от объема закладочных работ; производственной мощности рудника от  глубины ведения горных работ; притока воды в подземные горные выработки от производственной мощности подземного рудника (рис. 6).

а)

б)

в)

г)

Рисунок 6 – Зависимости: расхода объема технической воды от производственной мощности рудника (а); отведения объема воды из закладочного массива от объема закладочных работ (б); производственной мощности рудника от  глубины ведения горных работ (в); притока воды в подземные горные выработки от производственной мощности подземного рудника (г)

Аппроксимацией полученных результатов исследований установлено, что  при подземной разработке медно-колчеданных месторождений Урала системами с твердеющей закладкой годовой объем водоотведения Qв (млн.м3/год) связан с производственной мощностью рудника Ар (млн.т/год) и глубиной ведения горных работ (Н) степенной зависимостью (R2=0,91):

                                                       (6)

Повышение эффективности управления потоками рудничных вод базируется на принудительном осаждении примесей, которые относятся к шламо-илистым фракциям и имеют тонкодисперсную структуру. Это будет способствовать снижению износа насосов и затрат на их ремонт и очистку водосборников.

Для обоснования параметров технологии очистки шахтных вод от твердых примесей определено долевое поступление твердых частиц в главные водосборники подземных рудников (рис. 7).

Рисунок – 7 - Долевого участие твердых частиц в заиливании главных водосборников:1–буровая мелочь (Gб.м); 2– пок-рытие автодорог (Gдгм); 3- дренаж закладочной смеси (Gдр); 4- шламы от промывки закладочного трубопровода (Gл.зт); 5 - шламы от ликвидации «пробок» в закладочных трубопроводах (Gп.зт); 6 – порода от очистки транспортных средств (Gпвш); 7 - осаждение частиц из рудничной атмосферы (Gр.а)

Общее количество твердых частиц в шахтной воде, поступающей в главные водосборники подземного рудника, описано математической моделью

где  Gi – общее количество твердых частиц в шахтной воде от различных источников шламообразования, Gi = Gб.м + Gдгм + (Gдр  + Gл.зт  + Gп.зк ) + Gпвш  + Gр.а; ?–плотность буримой руды, породы, м3/т; Sш, Sскв–площадь поперечного сечения шпура, скважины, (м2); Ар-производительность рудника, т; qш, qскв–вход горной массы с шпура, скважины, т/пог.м; kв.бм–коэффициент, учитывающий выход буровой мелочи в шахтную воду; Vков,Vкуз-емкость ковша и кузова транспортного средства, м3; kков, kкуз-коэффициенты, учитывающие выход горной массы ковша и кузова в шахтную воду; ?зс–плотность закладочной смеси, м3/т; niдт– количество перемычек с дренажными трубами; ni.сб–количество скважин сброса воды из прудка отстоя, ni сб=Нi/(5-10); Нi–высота i-й камеры, м; (5-10)–расстояние между скважинами сброса, м; Qв.дт,–объем водоотдачи из заложенного массива через дренажную трубу, м3; Qв.с.сб–объем сброса воды из прудка отстоя, м3; qдт, qскв-удельный выход твердого через дренажную трубу и  скважину сброса воды из прудка отстоя; Вi, Li, hiзс–ширина, длина и высота i-го залитого слоя в камере при аварийном разрушении перемычки, м; kа.п–коэффициент аварийного сброса закладочной смеси из закладываемой камеры при возможном разрушении перемычки; Sтр.i–площадь поперечного сечения закладочного трубопровода, м2; Dтрi–диаметр закладочного трубопро­вода, м; Lв.тр.i, Lг.тр.i–длина заполнения i-го участка вертикальной и горизонтальной части трубопровода при образовании «пробок», м; kсб, kпр–коэффициенты, учитывающие количество сбросов воды при ликвидации «пробок» и количество промывок закладочного трубопровода; ?шп–плотность обезвоженной шламо-иловой пульпы, м3/т; Vпкв–объем перегруза кузова вагонетки шламо-иловой пульпой, Vпкв=Vпв=Вi.Li.hо, м3; hо - конструктивная высота расположения сливных отверстий  на кузове вагонетки, м; Nс–количество отгружаемых составов за одну чистку главного водосборника, шт; kпкв, Vнкв–коэффициент, учитывающий  перегруз кузова вагонетки при погрузке ПДМ, и количество неочищенных вагонеток в составе, шт.; Vнкв - емкость неочищенного кузова вагонетки, м3; kнкв–коэффициенты, учитывающие количество шлама в кузове неочищенных вагонеток; nр–количество рейсов ПДМ с разгрузкой ковша в шламосборнике и кузова автосамосвала на поверхности; ?ков, ?куз–коэффициенты, учитывающие количество выплескиваемой шламо-иловой пульпы из ковша ПДМ и кузова автосамосвала при движении; Qвозд , Qв–расход воздуха на проветривание шахты и откаченной шахтной воды за исследуемый промежуток времени, м3; ?–коэффициент, учитывающий количество пылевых частиц,  осаждающихся в водоотливные канавки горных выработок; qр.а- показатель удельной концентрации пылевых частиц в рудничной атмосфере, мг/м3.

Экспериментальными исследованиями установлено:

                    Gi= 10-3. Qв. Пмп ,                                                                (8)

где Qв – объем откачиваемой шахтной воды из главного водосборника, м3; Пмп – показатель относительного содержания твердых частиц горных пород в притекающем (Qпр) и в откачиваемом (Qотк,) объеме шахтной воды, г/м3;

                          Пмп = (qвс – qпк).10-3,                                                                      (9)

где qвс, qпк -средневзвешенные показатели наличия твердых частиц горных пород в шахтной воде на входе в водосборник и в откачиваемой осветленной воде из приемного колодца насосной станции по всем взятым пробам, г/л.

Время осаждения твердых частиц горных пород, согласно схеме, представленной на рис. 8, определяет длину отстойников и главных водосборников:

 

           t = h/?n ,   ?n = ? о,   Lo = ?.t ,   Lo = ,                     (10)

где  t – время осаждения твердой частицы горной породы с поверхности потока до дна водосборной емкости, с; h - глубина потока в водоотливной емкости, м; ?n - скорость  движения  твердой частицы горной породы до дна водосборной емкости, м/с; ?о- гидравлическая  крупность  частиц  горной породы (при размере  0,1?0,2 мм, ?о=9,6.10-3); – вертикальная составляющая скорости, м/с; Lо – длина отстойника и главного водосборника, м; ? - средняя скорость потока по сечению предварительного отстойника и главного водосборника, м/с; ? - ко­эффициент, учитывающий наличие в потоке воды твердых частиц горных пород различной крупности

Рисунок 8 - Схема для расчета параметров водосборника  (а)  и отстойника  (б)

Время заиливания (Тз.вс, мес) горной выработки главного водосборника насосной станции подземного рудника определяется по выражению

Тз.вс =  Gмп.пб/Gмп.вс ,                                                                                        (11)

где Gмп.пб – допустимое заиливание горной выработки главного водосборника механическими примесями, согласно требованиям Единых правил безопасности  или Правил технической эксплуатации, утвержденных техническим директором, кг; Gмп.ф – фактическое количество механических примесей оседающих в главном водосборнике из протекающей загрязненной шахтной воды, кг.

Для оперативной оценки времени заиливания и периодичности чистки емкостей главных водосборников подземных рудников при различных действительных режимах работы в конкретных условиях эксплуатации разработана  номограмма (рис. 9).

Рисунок 9 - Номограмма для определения времени заиливания главных водосборников насосной станции (ключ пользования показан стрелками)

Для управляемого осаждения  твердых частиц  горных пород на дно главного водосборника, совмещенного с предварительным отстойником, предложено устройство новой конструкции, схема которого представлена на рис. 10.

Рисунок 10 - Схема устройства предварительного отстойника совмещенного с главным водосборником в тупиковой горной выработке околоствольного двора:  1-водоотливная канавка; 2-предварительный отстойник, совмещенный с главным водосборником; 3-стойка перегородки; 4-пластина перегородки; 5-щелевые проходные отверстия; 6-осевшие твердые частицы горных пород; 7-перемычка водосборника; 8-задвижка с приводом перепускной трубы; 9-сферический зазор для проветривания

Расчеты показали, что для условий Учалинского подземного рудника длина предварительного отстойника,  совмещенного с главным водосборником, составляет 86,4 м. На входе потока в предварительный отстойник и главный водосборник устанавливаются устройства для управляемого осаждения твердых частиц в виде поперечных перегородок типа жалюзи.

При этом скорости потоков (?що) через щелевые отверстия меньше или равны скорости потока (?п) по водосборнику без перегородки, т.е. , а количество пластин   в перегородке (nд, шт.) определяется как:    nд = Hп /(hщ + hпд) = Hп /[hд(1 + .sin?)],                                                                              (11)

где  Hп – высота потока воды в отстойнике и водосборнике, м; hщ – высота продольной щели для протекания части потока воды, hщ = 150 м;  hпд – высота потока, перекрываемая одной пластиной, наклоненной под углом к вектору скорости потока, м.

Применение новой конструкции на Учалинском подземном руднике позволило сократить длину предварительного отстойника, совмещенного с главным водосборником до 86,4 м, то есть в 2,9 раза.

Конструкция отстойника, совмещенного с главным водосборником, предусматривает применение гидравлической схемы транспортирования шламо-иловой пульпы с включениями твердого до +5 мм дисковым насосом по внешней сети, собранной на быстроразъемных соединениях, непосредственно в отработанные горные выработки для складирования.

Экономическими расчетами показано, что применение предложенной технологической схемы для удаления шламо-иловой пульпы дисковым насосом из отстойника и главного водосборника по трубопроводу в отработанную горную выработку является предпочтительным вариантом по сравнению с другими средствами гидротранспорта или комплексами погрузочно-доставочные машины (ПДМ), автосамосвал или электровоз с составом вагонеток.

Годовой экономический эффект на Учалинском подземном руднике усовершенствованной технологии водоотведения составит 27,36 млн. руб. за счет: ускорения сроков твердения закладочного массива; уменьшения длины главного водосборника и сроков его очистки; сокращения затрат на ремонт и обслуживание насосов; утилизации шламов в закладке выработанного пространства; оборота осветленной воды с использованием ее на технологические нужды подземного рудника.

                                          Заключение

В диссертации, являющейся законченной научно-квалификационной работой, дано решение актуальной научно-технической задачи совершенствования технологии водоотведения, обеспечивающей повышение эффективности подземной разработки месторождений медно-колчеданных руд системами с твердеющей закладкой.

Основные результаты исследований:

  1. Выполнен анализ опыта работы подземных рудников при разработке медно-колчеданных месторождений системами с твердеющей закладкой и определены направления повышения интенсивности отработки месторождений и резервы роста производственной мощности за счет сокращения межпроцессных пауз, связанных с возведением перемычек для изоляции закладочной смеси, ожиданием потери ее подвижности при схватывании закладочного массива, сокращения времени осаждения шламов в главных водосборниках и их очистки.
  2. Определена структура водопритока и направления совершенствования технологических схем водоотведения  при подземной отработке месторождений системами с твердеющей закладкой. Показано, что наибольший объем водопритоков формируется на горизонтах очистных и подготовительно-нарезных работ (65-70 %). Установлено, что средний водоприток в горные выработки рудника подчиняется нормальному закону распределения; максимальный водоприток - экспоненциальному закону распределения; объем технической воды – нормальному закону распределения.
  3. Установлено, что в производственном цикле отработки запасов этажно-камерными системами наибольшая продолжительность (до 53 % по времени) приходится на закладочные работы, на подготовительно-нарезные работы – 12 %, очистные работы занимают 22 % от общего времени отработки и закладки камер. При этом 8% потерь времени приходится на межпроцессные паузы.
  4. Установлены функциональные зависимости объема технической воды от производственной мощности подземного рудника,  расхода технической воды от объема закладочных работ; производственной мощности рудника от  глубины ведения горных работ; притока воды в подземные горные выработки от производственной мощности подземного рудника.
  5. Для условий разработки медно-колчеданных месторождений Урала системами с твердеющей закладкой годовой объем водоотведения Qв (млн.м3/год) связан с производственной мощностью рудника Ар (млн.т/год) и глубиной ведения горных работ (Н) степенной зависимостью .
  6. Доказано, что повышение эффективности управления потоками рудничных вод базируется на принудительном осаждении примесей. Для обоснования параметров технологии очистки шахтных вод от твердых примесей определено долевое поступление твердых частиц в главные водосборники подземных рудников. Основной объем шламов поступает от материала подсыпки автодорог 37,1%, буровой мелочи – 33,1 %, от закладочных работ – 27,47 %.
  7. Предложена методика расчета параметров главных водосборников, совмещенных с отстойниками твердых частиц, в том числе оснащенных усовершенствованной конструкцией управляемого осаждения шламов. Применение новой конструкции перегородки на Учалинском подземном руднике позволило сократить длину предварительного отстойника, совмещенного с главным водосборником, до 86,4 м, то есть в 2,9 раза.
  8. Усовершенствованы конструкции железобетонных перемычек для отведения избытка технологических вод из закладочного массива. Применение их на Учалинском подземном руднике обеспечило уменьшение периода времени потери подвижности закладочной смесью на 28 ч на каждый подэтаж. Это обеспечивает в целом сокращение времени заполнения камеры закладочной смесью на 2,5 – 3,5 суток, что является резервом роста производственной мощности рудника не менее чем на 4,6 %.  Экономический эффект от реализации усовершенствованной технологии водоотведения на Учалинском подземном руднике составит 27,36 млн. руб. в год.

                                                                                     

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Издания, рекомендованные ВАК Минобрнауки РФ

1. Мингажев М.М. Совершенствование технологии водоотведения и водоотлива при отработке медно-колчеданных месторождений с твердеющей закладкой / Рыльникова М.В., Олизаренко В.В.//Маркшейдерский вестник, 2012.-№2.–С.16-24.

2. Мингажев М.М. К вопросу повышения эффективности отработки рудных месторождений камерными системами с твердеющей закладкой совершенствованием сбора, очистки и использования шахтной воды/ Олизаренко В.В. //Горный информационно-аналитический бюллетень. –М.: МГГУ, 2010. -№6. – С. 31-34.

3. Мингажев М.М. Определение времени заиливания и периодичности очистки главных водосборников подземных рудников /Олизаренко В.В.// Горный информационно-аналитический бюллетень. –М.: МГГУ, 2010. -№6. – С. 27-30.

                                                   Прочие научные издания

4. Мингажев М.М. Определение выхода компонентов твердого и воды закладочной смеси в главные водосборники насосных станций подземных рудников / Олизаренко В.В.// Материалы международной конференции «Роль стратегии индустриально-инновационного развития Республики Казахстан», 22-23 октября 2009 г. – Рудный: Изд-во РИИ, 2009. - С. 129-134.

5. Мингажев М.М. Экспертная оценка      источников шламообразования подземных рудников /Олизаренко В.В.// Материалы 67-й научно-технической конференции: сб. докладов,  –Т. 1. –Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И.Носова», 2009. – С. 146-150.

6. Мингажев М.М. Устойчивость и дренажная способность изолирующих перемычек закладываемых камер /Олизаренко В.В.// Материалы 68-й научно-технической конференции: сб. докладов,  –Т. 1. –Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И.Носова», 2010. – С. 212-215.

7. Мингажев М.М. Совершенствование технологии водоотлива при подземной разработке медно-колчеданных месторождений с твердеющей закладкой / Олизаренко В.В. //Комбинированная геотехнология: теория и практика освоения недр: материалы междунар. науч.-техн. конференции.–Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им Г.И.Носова», 2011. – С. 113-116.

8. Мингажев М.М. Рудничный водоотлив при отработке медно-колчеданных месторождений Южного Урала: монография / Олизаренко В.В. – Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ им. Г.И.Носова», 2010. – 252 с.      

 
Авторефераты по темам  >>  Разные специальности - [часть 1]  [часть 2]



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.