CC BY
170
СЕМИНАР 6
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001”
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2001 г.
© И.В. Дюкарев, 2001
УДК 622.22:622.4:622.272
И.В. Дюкарев
АНАЛИЗ СИСТЕМ ВСКРЫТИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ ПРИ ПЕРЕХОДЕ НА ПОДЗЕМНУЮ РАЗРАБОТКУ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ НА КИМБЕРЛИТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ЯКУТИИ. ПОДЗЕМНЫЙ РУДНИК
К «АЛРОСА», Республика Саха (Якутия) (далее по тексту - АК «АЛРОСА»), является одной из крупнейших компаний в мире по добыче и лизации алмазов, основным производителем мазного сырья и экспортером необработанных природных алмазов в Российской Федерации.
Среднегодовой объем реализации алмазов на внутреннем и внешнем рынках превышает 1,5 млрд долл.
Численность работников Компании составляет около 38 тыс. чел.
В АК «АЛРОСА» консолидированы все основные технологические элементы и составляющие производственного процесса алмазной промышленности бывшего СССР: геологоразведка, добыча, обогащение руды и извлечение сырых алмазов, производственная и социальная инфраструктура, сортировка, транспортировка и реализация алмазов. Основное добывающее производство Компании расположено в Республике Саха (Якутия):
Разработку алмазных месторождений ведут крупные структурные подразделения Компании:
Удачнинский ГОК, Айхаль-ский ГОК, Мирнинский ГОК и Анабарский ГОК, который выделился в отдельное добывающее подразделение из Удач-нинского ГОКа и в 1999 году из прииска «Анабар» был преобразован в Анабарский ГОК. Производственные ния АК «АЛРОСА» по добыче алмазов расположены в ной Якутии в зоне вечной мерзлоты. Зимний период длится до восьми месяцев. Температура воздуха в период с декабря по февраль может опускаться до -55 °С. Лето роткое, жаркое, с температурами до +40 °С. В целом, климатические, географические и геологические особенности, характеризующие алмазоносные районы данного региона, создают уникальные условия для разработки месторождений открытым способом.
Коренные месторождения Накынского рудного поля - трубки «Ботуобинская» и «Нюрбин-ская» разрабатываются дочерним предприятием ОАО «АЛРОСА-Нюрба».
Горно-обогатительный комплекс Мирнинского ГОКа состоит из открытого карьера «Мир», обогатительной фабрики №3, автобазы технологического и пассажирского транспорта №1051, производственных объектов на россыпных месторождениях в бассейне р. Ирелях - «Водораздельные Галечники», «Лог Хабардина», «Лог Горелое», сушильной обогатительной фабрики №5 и подземного рудника «Интернациональный».
Основные месторождения алмазов отрабатываются в Якутии с начала 70-х годов 20-го века. Средняя продолжительность эффективного использования карьера при добыче открытым способом составляет в среднем 25-30 лет. В связи с
Таблица 1
ОБЪЕМЫ ДОБЫЧИ ПО ГОДАМ
Ед изм. 1995 г. 1996 г. 1997 г. 1998 г. 1999 г. 2000 г. (прогноз)
Добыча алмазов млн. $ 1260,0 1383,6 1368,7 1507,6 1542,6 1526,1
Таблица 2
ОСНОВНЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ АЛМАЗОВ
Месторождение Г од открытия Год начала разработки
Трубка «Зарница» 1954 1998
Трубка «Мир» 1955 1958
Трубка «Удачная» 1955 1974 2008 (подземный способ)
Трубка «Юбилейная» 1975 1990
Трубка «Интернациональная» 1969 1971 (открытым способом) 1999 (подземным способом)
Трубка «Айхал» 1960 1971 2001 (подземный способ)
Россыпное месторождение на р. Эбелях 1953 1997
Трубка «Сытыканская» 1975 1978
Трубка «Ботуобинская» 1994 1999 (освоение)
Трубка «Нюрбинская» 1996 2002
этим, руководством АК »АЛРОСА» принято решение о разработке новых технологических решений для постепенного перехода от открытого к подземному способу добычи на кимберлитовых месторождениях. Впервые в мире будут применяться наиболее передовые разработки в этой области, ввиду того, что ни на одном месторождении алмазов в мире не применялись подобные комбинированные способы разработки кимберлитов в очень суровых климатических и горно-геологических условиях.
Для того, чтобы решить проблему обеспеченности отрасли готовыми запасами и удовлетворить потребности развивающихся отечественных гранильных производств в высококачественном сырье, возникла необходимость перейти на подземную добычу руды на эксплуатируемых в настоящее время трубках. Вывести на максимальную производительность шахты «Интернациональная», произвести строительство подземного рудника на карьере трубки «Мир», а также продолжать интенсивный поиск и разведку новых месторождений, аналогичных «Ботуобинской».
По данным геологоразведки, запасы для подземной добычи в разрабатываемых трубках являются более качественными, чем оставшиеся в них для открытой добычи как по качеству содержания, так и по средней цене камней. Ресурсы для подземной добычи рассчитаны более чем на 50-летний срок работы рудников.
Таким образом, перспективы того, что компания будет обеспечена, согласно данным геолого-
разведки, на достаточно продолжительный срок сырьевыми ресурсами, относительно хорошие. Но вовлечение новых сырьевых ресурсов, также как и реконструкция перспективных, но уже исчерпанных при использовании технологии открытой добычи месторождений, обеспечение планируемых объемов добычи алмазов потребует, естественно, повышенных инвестиций, неординарных технологических решений и модернизации производства.
Подземный рудник "Интернациональный"
Кимберлитовая трубка «Интернацио-нальная» представляет собой крутопадающее овальное рудное тело. Оно было обнаружено в 1955 г. и разведано до глубины 1220 м. Месторождение располагается в районе плотных многолетнемерзлых пород. Верхняя часть трубки разрабатывалась открытым способом на глубину 284 м. Ниже этого уровня поперечное сечение трубки несколько изменяется, и присутствует водоносный горизонт, который препятствует продолжению разработки открытым способом.
Существующим проектом подземной добычи на руднике «Интернациональный» предусмотрена отработка запасов трубки в течение 12 лет с глубины 290 м до 560 м. Вывод рудника на проектную мощность - 500 тыс. т. руды в год - намечен к 2006 г. В более отдаленной перспективе загрузка мощностей рудника будет обеспечена за счет отработки запасов нижележащих горизонтов.
Рудник «Интернациональный» - первый подземный рудник АК «АЛРОСА» - был введен в эксплуатацию в августе 1999 г. Компания намеревается использовать опыт строительства подземного рудника для ведения горных работ на трубках «Айхал» и «Мир». Несмотря на то, что метод подземной разработки более дорогой, чем разработка открытым способом, он экономически обоснован в связи с высоким качеством и содержанием алмазов этой трубки.
Обогатительная фабрика №3 расположена вблизи месторождения «Мир». В настоящее время руда на переработку поступает в основном с наносных Иреляхских россыпей и хвостохрани-лищ. С декабря 1999 г. эта фабрика перерабатывает руду с подземного рудника «Интернацио-наль-ный». Реконструкция фабрики №3 позволит адаптировать технологическую схему извлечения к рудному сырью трубки «Интернациональной».
Анализ системы вскрытия месторождения
Запасы месторождения вскрыты двумя вертикальными центрально-расположен-ными стволами (клетевым и скиповым), пройденными на глубину 1028 м и 1065 м, что обеспечивает отработку запасов 1-ой очереди - до горизонта -560 м (горизонт 8).
Клетевой ствол (диаметром в свету 6,5 м, пройден до отметки -666,7 м) предназначен для спуска-подъема людей, материалов и оборудования, для подачи свежего воздуха, прокладки труб водоотлива, водоснабжения и сжатого воздуха. Ствол оборудуется грузопассажирским одноклетевым подъемом (клеть 5.2х2.6, двухэтажная на две вагонетки ВГ-3.3, подъемная машина МК 5 х 4) и аварийно-ремонтным клетевым подъемом (клеть 1.3 х 0.8, подъемная машина Ц 2х1.5).
Скиповой ствол (диаметром в свету 5,5 м, пройден до отметки -628,4 м) предназначен для выдачи руды и породы, вентиляции (исходящая струя), прокладки труб дегазации, водоснабжения, подачи закладки, а также для запасного выхода. В соответствии с решением технического совещания при главном инженере АК "АЛРОСА" от 11.12.97 г. ствол оборудуется:
♦ для выдачи руды с гор. № 4, 6 и 8 односкиповым подъемом с противовесом (скипы емкостью 9,5 м3, подъемная машина типа МПБ 6.3 -2.8 - 2.8Д с двигателем постоянного тока);
♦ для выдачи породы и выполнения вспомогательных операций при строительстве гори-
зонтов 4, 7 и 8 одноконцевым подъемом с одноэтажной клетью на одну вагонетку ВГ-3.3 (подъемная машина типа МПБ 5 -3.15).
Высота этажа принята 90 м при следующих отметках горизонтов: +70 м (№1), -20 м (№2), -110 м (№3),-200 м(№4),-290 м (№5),-380 м (№6),-470 м (№7), -560 м (№8), -650 м (№9), -740 м (№10) и -830 м (№11).
При проходке стволов сопряжения с горизонтами, расположенными в метегеро-ичерском водоносном горизонте (+70 м, -20 м и -110 м), пройдены не были.
Рабочим проектом института «Гипроникель» предполагалась первоочередная отработка запасов единым блоком в отметках -268/-380 м с активной высотой этажа 90 м.
Учитывая значительное отставание работ по ликвидации незатампонированных геологических скважин и необходимость ввода рудника в эксплуатацию в установленные сроки, принято решение (протокол технического совещания от 21-26 апреля 1997 г., г. Мирный) о расположении вентиляционно-закладочного горизонта эксплуатационного блока на отм. -290 м, что обеспечит его относительно независимую подготовку от специальных работ по поиску и ликвидации геологических скважин. Тем самым активная высота блока уменьшилась до 75 м, а балансовые запасы до 841.8 тыс. т.
Запасы в отметках -380/-290 м вскрываются по техническим решениям институтов «Днепро-гипрошахт» (выработки околоствольных дворов
5 и 6 горизонтов) и «Гипроникель» (остальные горизонтальные выработки 5 и 6 горизонтов).
Запасы на откаточном горизонте 6 вскрыты двумя квершлагами № 1 и 2, а на вентиляционном горизонте 5 - одним квершлагом.
Квершлаги на всех горизонтах пройдены от границ околоствольных дворов до кольцевых подготовительных выработок, расположенных в непосредственной близости или по контуру ким-берлитовой трубки.
Функции откаточного горизонта: транспорт горной массы, материально-техническое обеспечение горных работ, подача свежего воздуха для проветривания. На горизонте располагаются камеры разного назначения, обеспечивающие выполнение основных и вспомогательных процессов горного производства.
Функции вентиляционного горизонта: выдача исходящей струи воздуха, материально-
техническое снабжение верхней части блока, транспорт породы от проходческих работ.
Одной из вскрывающих выработок является закладочный уклон, пройденный от горизонта 4 (от сопряжения со стволом СС) до отметки -268 м.
Для прокладки закладочного трубопровода от гор. -268 м до кольцевого вентиляционнозакладочного штрека горизонта -290 м принято решение (протокол технического совещания от 8 декабря 1997 г., г. Мирный) продлить его до отметки -290 м с использованием уклона для выдачи исходящей струи воздуха на горизонт 4.
Двумя непосредственными механизированными выходами с каждого горизонта на поверхность с разнонаправленными вентиляционными струями являются клетевой и скиповой стволы, оборудованные клетевыми подъемами. В районе трубки между горизонтами 5 и
6 предусмотрена проходка спирального съезда и лифтоподъемника, обеспечивающие механизированную доставку людей к месту работы (слоевые заезды) и на эксплуатационные горизонты, соединенные вскрывающими квершлагами с вертикальными стволами. Для отработки запасов первоочередного опытнопромышленного блока рекомендована «Гипро-никелем» камерно-целиковая система с твердеющей закладкой, восходящим порядком выемки слоев в четырех уровнях и комбайновой отбойкой руды (КЦСВ-4).
Обоснование и выбор системы разработки КЦСВ-4 выполнен исходя из горногеологических условий по состоянию изученности на момент разработки проекта.
При отклонении их в худшую сторону (недостаточная устойчивость целиков, увеличение объемов крепления заходок и т.д.), не исключается вероятность перехода на другие варианты системы разработки. Техническая возможность такого решения уже заложена в самой схеме подготовки блока, которая является универсальной для различных порядков выемки. Вынужденный переход практически не будет сопровождаться снижением объемов добычи.
Рудное тело в плане по длинной оси разделяется на 12 лент шириной 5,1 м каждая. По высоте весь блок разбит на 21 выемочный слой высотой 3,5 м. Очистные работы начинаются на 10 м выше откаточного горизонта с отметки
-370 метров. Для обеспечения вентиляции за счет общешахтной депрессии каждая лента сбивается с вентиляционным восстающим.
При отработке последнего - 21 слоя образуется очистная заходка высотой 5 м, которая закладывается под кровлю, и работы в блоке заканчиваются.
Анализ системы вентиляции рудника.
В соответствии с расчетом вентиляции рудника, выполненным институтом «Днепроги-прошахт», общий расход воздуха для проветривания рудника составляет 200 м3/с при депрессии 285 даПа.
На руднике существует центральная схема вентиляции, способ проветривания - всасывающий.
Проветривание рудника осуществляется главной вентиляторной установкой, оборудованной по проекту института «Днепрогипро-шахт», двумя вентиляторами ВОД-50 с электроприводом СДС3.18-39-20У4 мощностью 2000 кВт.
В период полного развития работ в блоке в рудник необходимо подавать до 215 м3/с воздуха, при этом депрессия горных выработок составит 266 даПа. Вентилятор обеспечивает заданный режим проветривания при работе с углом установки поворотных лопаток 360. Основные расчетные параметры установки, с учетом потерь давления и подсосов воздуха в надшахтных сооружениях, снижения сопротивления вентиляционной сети с помощью подачи дополнительного воздуха в вентиляторную установку через противосрывное устройство, составят:
Реверсирование воздушной струи осуществляется изменением направления вращения ротора электродвигателя. В холодное время года подаваемый воздух подогревается в калориферных установках. Работа вентиляторной предусматривается в автоматическом режиме с выводом необходимых параметров в диспетчерскую рудника.
При проходке проектом предусматривается дегазация горных пород. На поверхности институтом «Днепрогипро-шахт» предусмотрена
подача, м3/с 320
давление, даПа 318
мощность на валу вентилятора, кВт 1270
годовой расход электроэнергии, млн.кВтч 12,25
вакуум-насосная станция производительностью 50 м3/мин.
При отработке опытно-промышленного блока, для вспомогательных целей (бурение шпуров под штанговую крепь, нанесение набрыз-гбетона, пылеподавление, очистка закладочного трубопровода в конце цикла закладки, в механизмах вагонообмена и т.д.), предусматривается использование энергии сжатого воздуха. Компрессорную станцию проектирует институт «Якутнипроалмаз». Станция оборудована шестью компрессорами 4В10-120/9 (подача 124.5 м3/мин, давление 0.9 МПа, мощность электропривода 800 кВт).
Прокладка труб дегазации и сжатого воздуха по горным выработкам осуществляется по
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
рабочей документации институтов «Днепроги-прошахт» и «Гипрони-кель». Трубопровод дегазации прокладывается из труб Ду250, трубопровод сжатого воздуха - из труб Ду 150.
Как показывает опыт отработки рудника, принятые способ и схема вентиляции не обеспечивают надлежащей эффективности проветривания на рабочих местах. Большие внутренние утечки в параллельных выработках обуславливают низкие коэффициенты доставки. Скорости движения воздуха в забоях соответствуют минимально-допустимым, что не способствует эффективному удалению вредных примесей, а также не обеспечивают нормативных параметров микроклимата.
Дюкарев Игорь Владимирович - соискатель, Московский государственный горный университет.
