Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών Ανάλυση σχεδιασμού εκμετάλλευσης με κατακρήμνιση οροφής με διαδοχικούς ορόφους Ανδρέας Μπενάρδος Δρ. Μηχανικός Μεταλλείων Μεταλλουργός Ε.Μ.Π.
Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης Με Κατακρήμνιση το κενό που δημιουργείται από την εξόρυξη, κατακρημνίζεται και γεμίζει από μόνο του. Η κατακρήμνιση αφορά μερικές φορές μόνο την οροφή, ενώ το μετάλλευμα εξορύσσεται με εκρηκτική ύλη. Σε μερικές όμως περιπτώσεις, η κατακρήμνιση εφαρμόζεται, εν μέρει ή ολοκληρωτικά και στο ίδιο το μετάλλευμα, που με τον τρόπο αυτό, εξορύσσεται αυτόματα
Μέθοδοι Υπόγειας Εκμετάλλευσης Με Κατακρήμνιση το κενό που δημιουργείται από την εξόρυξη, κατακρημνίζεται και γεμίζει από μόνο του. Η επιτυχία της μεθόδου εξόρυξης με κατακρημνιζόμενα μέτωπα, οφείλεται στην κατάλληλη εκμετάλλευση του γεγονότος ότι, όταν αδειάσει ένας κενός υπόγειος χώρος διασπάται και η συνέχεια της υποστήριξής του και κατακρημνίζεται. Με αυτές τις μεθόδους, η εργασία εκτελείται σύμφωνα προς την κατεύθυνση της ενέργειας των φυσικών νόμων, από όπου παρέχεται η δυνατότητα πραγματοποίησης χαμηλών παραγωγικών τιμών, που επιτρέπει την αξιοποίηση πτωχών κοιτασμάτων. Μαζί με την κατακρήμνιση του μεταλλεύματος, γίνεται και η κατακρήμνιση των πετρωμάτων της οροφής
Μηχανισμός δημιουργίας και επέκτασης της θραυσμένης ζώνης κατακρήμνισης (ζώνη διαταραχής)
Μέθοδος κατακρήμνισης διαδοχικών ορόφων (Sub-level caving Method)
Μέθοδος κατακρήμνισης διαδοχικών ορόφων (Sub-level caving Method) Η εξόρυξη πραγματοποιείται μέσα σε διαδοχικούς ορόφους, με το κατώτερο τμήμα να αποσπάται με χρήση εκρηκτικών υλών, ενώ το ανώτερο κατακρημνίζεται. Αυτή την κατακρήμνιση ακολουθείται παράλληλα από την κατακρήμνιση των υπερκείμενων του ορόφου άγονων, με τα οποία τελικώς πληρούνται τα κενά που δημιουργούνται
Βασικά στοιχεία σχεδιασμού Αραίωση (Dilution) Μοντέλο Ανάμιξης, Kvapil (1982) Το σημείο στο οποίο αρχίζει η απόληψη στείρων στο χώρο φόρτωσης (σημείο έναρξης αραίωσης) καθορίζει την απόληψη των αποθεμάτων και, κατά συνέπεια, τον επιτυχή σχεδιασμό της εκμετάλλευσης Το σημείο έναρξης της αραίωσης στη μέθοδο κατακρήμνισης με διαδοχικούς ορόφους τοποθετείται στο 20-40% της απόληψης του μεταλλεύματος Το ποσοστό αθροιστικής αραίωσης της μεθόδου είναι της τάξης του 30-50% με συντελεστές απόληψης της τάξης του 60%
Βασικά στοιχεία σχεδιασμού Καμπύλες υπολογισμού αραίωσης (όσο αργότερα υπάρξει το σημείο έναρξης της αραίωσης τόσο βελτιώνονται οι συνθήκες απόληψης)
Βασικά στοιχεία σχεδιασμού Οι μικρές και αραιά τοποθετημένες στοές παραγωγής τείνουν να αυξήσουν την αραίωση και να μειώσουν την απόληψη Το μικρό μήκος των ορόφων (και του ελλειψοειδούς εκμετάλλευσης) και η ομοιόμορφη και καλή τοποθέτηση των στοών μπορούν να λειτουργήσουν συνδυαστικά και να βελτιώσουν την μεταξύ τους αλληλεπίδραση Προσπάθεια για συνδυασμένη αποκομιδή του μεταλλεύματος που βελτιώνει τις συνθήκες ροής του
Βασικά στοιχεία σχεδιασμού Σημείο έναρξης αραίωσης 40-70% Αθροιστική αραίωση της τάξης του 15-30% Απόληψη περί το 70-80%
Βασικά στοιχεία σχεδιασμού Η παραγωγή κατανέμεται ομοιόμορφα σε όλες τις στοές παραγωγής που βρίσκονται στον ίδιο όροφο Δημιουργείται μια ζώνη μικρής συνεκτικότητας που διευκολύνει την ροή του υλικού Τα στείρα υλικά συμπιέζονται από το βάρος των υπερκειμένων και οι πλευρικέςκυρίωςαπώλειεςτου μεταλλεύματος ελαχιστοποιούνται
Βασικά στοιχεία σχεδιασμού Γεωμετρία του ελλειψοειδούς χαλάρωσης και εκμετάλλευσης (απόσπασης)
Βασικά στοιχεία σχεδιασμού Η διαφοροποίηση της απόστασης μεταξύ των παραγωγικών στοών διαφοροποιεί τα χαρακτηριστικά της μεθόδου και την αποδοτικότητά της Η απόσταση μεταξύ των ορόφων επιλέγεται συνάρτηση της ικανότητας διάτρησης του εξοπλισμού, μέχρι τα 30m Τα διατρήματα είναι συνήθως διαμέτρου 115 mm με φορτίο Β=20D. O μέγιστος λόγος απόστασης φορτίου είναι 1,3 ώστε να επιτευχθεί καλός κατακερματισμός
Βασικά στοιχεία σχεδιασμού Διαφοροποίηση του βαθμού κερματισμού στη στήλη της κατακρήμνισης
Βασικά στοιχεία σχεδιασμού Ηχρήση διατρημάτων υπό κλίση διευκολύνει: Σε καλύτερη συμβατότητα μεταξύ σχήματος απόσπασης και ελλειψοειδούς Στην καθυστέρηση της έναρξης της αραίωσης Στην τοποθέτηση (όρυξη και γόμωση) των διατρημάτων
Βασικά στοιχεία σχεδιασμού
Mufulira Mine - Zambia Kiruna Mine - Sweden
Γεωμετρικοί Παράμετροι του Ελλειψοειδούς Υπάρχουν 2 τύποι ελειψοειδών, το ελλειψοειδές της χαλαρωμένης ζώνης και το ελλειψοειδές της ζώνης απόσπασης Ο λόγος του ύψους τους είναι (h L :h n ) είναι 1:2.5 Draw cone representation (Kvapil 1980) h L 2.5 h n Ο λόγος του όγκου τους είναι (V EL :V EE ) είναι 1:15 V EL 15 V EE
Εκτίμηση της κίνησης του θραυσμένου πετρώματος Μοντελοποίηση της ροής του θραυσμένου πετρώματος σε διάφορες θέσεις σε σχέση με το επίπεδο απόληψης
Δημιουργία του ελλειψοειδούς χαλάρωσης του πετρώματος Μοντελοποίηση της ροής του θραυσμένου πετρώματος σε διάφορες χρονικές στιγμές
Γεωμετρικοί Παράμετροι του Ελλειψοειδούς Η μορφή που θα υπάρξει τελικά στο ελλειψοειδές της ζώνης απόσπασης (ellipsoid of extraction) και αντίστοιχα από στο ελλειψοειδές χαλάρωσης (ellipsoid of loosening) δηλαδή το μέγεθος και η εκκεντρότητά του, εξαρτάται από μια σειρά παραγόντων (μέγεθος και μορφή τεμαχίων, ύψος ροής, γωνία τριβής, αντοχή, υγρασία, ρυθμό απαγωγής, κ.α.) Δύο από τους σημαντικότερους είναι: α. Το μέγεθος των τεμαχίων που εξαρτά την κινητικότητά τους β. Το μέγεθος του ανοίγματος απαγωγής των υλικών (εξαρτάται από το πλάτος της στοάς αλλά και από τη μορφή της διατομής της)
Μέγεθος και εκκεντρότητά των ελλειψοειδών συναρτήσει της κινητικότητας των τεμαχίων
Ενεργό άνοιγμα (effective width) σε σχέση με τη μορφή της στοάς παραγωγής Π.χ. για στοά πλάτους Wd=5m προκύπτει ότιτοενεργόάνοιγμαείναιπερίτο70%, συνεπώς: α=5x70%=3,5m
WT W + a 1.8 Το μέγιστο άνοιγμα (πλάτος) του ελλειψοειδούς δημιουργείται σε απόσταση 2/3h από την οροφή της στοάς Προσεγγιστικοί υπολογισμοί των γεωμετρικών χαρακτηριστικών του ελλειψοειδούς εκμετάλλευσης
Ο σχεδιασμός γίνεται ώστε το μέγιστο πλάτος του ελλειψοειδούς να βρεθεί στο επίπεδο των στοών του ανώτερου επιπέδου έτσι ώστε να διασφαλίζεται η αλληλεπίδραση μεταξύ των ελλειψοειδών Ως εμπειρικός κανόνας το ελλειψοειδές πρέπει να φτάνει στο σημείο Α (σημείο τομής 2 επιπέδων που περνούν από τα σημεία 1 και 2 με κλίση 60 ο )
Η απόσταση μεταξύ των στοών (S D ) υπολογίζεται ως εξής: Για ύψος ορόφου hs 18 m,τότε η απόσταση στοών: S D W T /0,60 Για ύψος ορόφου hs > 18 m,τότε η απόσταση στοών: S D W T /0,65 Πολλές φορές χρειάζεται για καλή αλληλεπίδραση να είναι S D h s
b d T 2
Αν έχει γίνει συνολικά εξόρυξη 70% μεταλλεύματος + στείρων της ζώνης κατακρήμνισης (60% μετ., 10% στείρα σημείο Α), τότε όταν εξορυχθούν 120%, αυτά θα είναι κατά 75% μετάλλευμα και κατά 43% στείρο (σημείο Β)
Παράδειγμα Σχεδιασμού Πλάτος στοάς παραγωγής: W D =5m Ύψος στοάς παραγωγής: h D =3,5m Ειδικό βάρος μεταλλεύματος: υψηλό Μορφή διατομής στοάς: επίπεδη οροφή Εκτίμηση ύψους εξόρυξης: h T =21m
a = 70%*W D a = 70%*5m = 3,5m h = ht hd = 21 3,5 =17,5m hs = hd + 2/3h - 2 hs = 3,5 + 2/3 * 17,5 2,5 hs = 12,6 12,5 m 3.5 m 2,5 m
Για ht =21 m προκύπτει ότι W =6,8 m Άρα: Wt = 6,8 + 3,5-1,8 = 8,5 m dt 8,5 / 2 = 4,25 m Ακόμη, επειδή ht>18m προκύπτει: S D W T /0,65 = 8,5/0,65 => S D 13,1 m Και για καλή αλληλεπίδραση υπολογίζεται ότι S D h s, επομένως είναι S D 12,5 m
Για το φορτίο της ανατίναξης είναι: b dt/2 4,25 / 2 2,12m b d T 2 Συμπερασματικά είναι: Ύψος ορόφων: hs=12,5m Απόσταση στοών: Sd 12,5 m = 12,5m Πλάτος στοάς: Wd=5m Ύψος στοάς: hd=3,5m Πλάτος ελλ. εκμ.: Wt=8,5m Βάθος ελλ. εκμ.: dt=4,25m Φορτίο διατρημάτων: b=2m
b =2.0 m ht=21m S D =12,5m hs=12,5m