Эффективность применения льдопородной закладки при отработке многолетнемерзлых месторождений Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОЙ РУДОДОБЫЧИ

© Ю.В. Михайлов, С.В. Горный, 2001

УДК 622:551.34

Ю.В. Михайлов, С.В. Горный

ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ЛЬДОПОРОДНОЙ ЗАКЛАДКИ ПРИ ОТРАБОТКЕ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Эффективность применения

льдопородной закладки при отработке месторождений в условиях криолитозоны (зоны вечной мерзлоты) рассмотрена применительно к Дукатскому месторождению.

Рудные тела Дукатского месторождения имеют невыдержанные контакты с вмещающими горными породами. Опытнопромышленные участки месторождения недостаточно разведаны, контакты рудных тел определяются по результатам тщательного опробования.

Простирание рудных тел составляет от 50 до 300 метров, мощность маломощных рудных тел от 1 до 4-5 м, встречаются раздувы до 7 м, угол падения - от 65 до 90о. Коэффициент крепости руды 13-15, вмещающих пород 18-20. Объемный вес руды и породы в среднем составляет 2,55 т/м3. Температура горного массива - минус 6-7 оС.

Вскрытие запасов рудной зоны. Запасы рудной зоны от рабочего горизонта до поверхности вскрыты штольней и сетью геологоразведочных выработок, выполненных в период разведки месторождения. Доступ к рудным телам осуществляется уклоном, проведенным в лежачем боку рудной зоны и горизонтальными заездами вкрест простирания. От рабочего горизонта до первого слоя уклон выполняется под углом 6о, чтобы обеспечить широкий фронт работ четырьмя забоями.

На вышележащие слои уклон выполняется под углом 10о, что обеспечит вскрытие рудного тела до шестого слоя и позволит использовать отечественное самоходное оборудование. Уклон и заезды выполняются по максимальным габаритам применяемого оборудования. На горизонте шестого слоя выполняется разворот уклона и продолжение его до десятого слоя.

Для отработки маломощных рудных тел принята система разработки восходящими слоями с закладкой выработанного пространства дроблеными горными породами с упрочнением поверхностного слоя льдопородной закладкой в холодный период времени и твердеющей смесью - в теплый период (один-два месяца в году). Закладочный массив призван обеспечить наиболее полное извлечение полезного ископаемого, безопасную и эффективную технологию очистной выемки.

Очистная выемка предусматривает последовательное или параллельное выполнение следующих технологических процессов: бурение, заряжание и взрывание шпуров и скважин, осмотр и оборка кровли и бортов очистной выработки, оформление запасного выхода через вентиляционные восстающие, погрузка и доставка руды, крепление, подготовка слоя к закладке (зачистка почвы, выкрепление рудоспусков и восстающих, устройство перемычек), закладка выработанно-

го пространства с необходимой нормативной прочностью. Выемка руды снизу вверх предусматривает отработку первого (нижнего) слоя, основных слоев и оформление слоя в предохранительном целике.

Выемку нижнего слоя необходимо проводить тупиковыми забоями на полное сечение. Допускается совмещение выемки первого слоя с отработкой второго слоя. Основные слои отрабатывают восстающими наклонными шпурами с отбойкой руды на недозаложенное пространство высотой 1,5-4,0 м. При сухой закладке упрочненный поверхностный слой ее должен обеспечивать устойчивость при работе на нем самоходного оборудования, устойчивость к взрывным работам и предупреждение разубожи-вания рудной массы пустыми породами закладки. Высота отбиваемого слоя регламентируется морфологической сложностью рудного тела и составляет 1,5-2,5 м.

Рудные тела мощностью около 0,8 м необходимо отрабатывать в две стадии: вначале раздельную щелевую выемку руды, затем расширение забоя до проектной величины с использованием отбитой горной массы в качестве закладочного материала. Для обеспечения лучших условий эксплуатационной разведки высота отбиваемого слоя принимается 1,5-2,0 м.

Отработка первого слоя одновременно выполняет функцию геологоразведочной выработки с возможностью использования всего комплекса мероприятий по эксплуатационной разведке. С отставанием от забоя первого слоя выполняют ряд мероприятий по уточнению конфигурации рудного тела во втором слое и содержания металла в нем бурением как вертикальных, так и горизонтальных шпуров. При необходимости дополнительную информацию получают из поперечных геологоразведочных выработок. Пустые породы используют в качестве закладочного материала.

Таким образом, восходящая слоевая выемка руды позволяет выполнять очистные работы строго по конфигурации рудного тела, контролировать качество отбиваемой и отгружаемой руды, производить работы по доразведке рудных тел и вовлекать в добычу забалансовые и неучтенные при разведке рудные залежи, часто с высоким содержанием металла.

Согласно нормативным документам, согласованных с Госгортехнадзором, основными видами потерь и разубоживания, при выемке крутопадающих маломощных рудных тел системой горизонтальных слоев восходящим порядком и закладкой выработанного пространства, являются:

• потери на почве заложенного слоя - 2 %;

• потери на почве выработанного пространства - 2 %;

• потери при погрузке, транспортировке, разгрузке, складировании и сортировке - 0,2 %;

• потери при проведении горноподготовительных и нарезных работ

- от 1,2 % до 2 %;

• разубоживание руды в результате прирезки вмещающих пород при отбойке со стороны лежачего и висячего боков рудного тела: при прирезке 0,15 м - 2 %, при 0,25-3,7 %;

• разубоживание руды из-за примешивания пустой породы от поперечных заходок эксплуатационной разведки - 1 %;

• разубоживание от отслоившихся боковых пород - 5 %;

• разубоживание от прихвата породы упрочненной поверхности закладки - 3 %;

• разубоживание при проведении горно-подготовитель-ных и нарезных работ - 15-26 %.

Для условий Дукатского месторождения при отработке маломощных рудных тел III рудной зоны приняты следующие показатели: потери -2 %, разубоживание - 8 %.

Одним из основных и наиболее трудоемких технологических про-

цессов при отработке маломощных рудных тел горизонтальными слоями является закладка выработанного пространства. В качестве закладки принят вариант применения сухой закладки с упрочненным поверхностным слоем из льдопородной закладки. В качестве закладочного материала используются дробленые породы от добычных подземных (от проходческих работ или от подрывки вмещающих пород) или открытых горных работ (из отвалов вскрышных пород карьера, запасы которых по расчетам достаточны на 10-летний период работы). Гранулометрический состав закладочного материала выбирают из условия минимального уровня потерь и разубоживания руды.

Закладочный массив в течение всего времени ведения горных работ подвергается как статическим, так и динамическим нагрузкам. Поэтому механическая прочность закладочного массива определяется его способностью противостоять как воздействию пригрузки горного массива и собственного веса, так и нагрузке от буровзрывных работ и работы самоходного оборудования.

Основной характеристикой закладки является временное сопротивление при одноосном сжатии, определяемое при стандартных испытаниях образцов. При оценке состояния закладочного массива и правильности применяемой технологии закладки используют понятия нормативной, марочной и фактической прочности закладки [1]. При использовании в качестве закладочного материала сухой дробленой породы поверхностный слой закладки должен обеспечить нормативную прочность через сутки после формирования, порядка 20-25 кгс/см2 при мощности упрочненного (поверхно-стно-го) слоя 0,3-0,5 м.

При образовании слоя закладки первоначально следует отсыпать породами с размерами куска не более 400 мм на высоту, меньшей технологической высоте слоя на 0,5 м, за-

тем поверхностный, упрочненный слой толщиной 0,5 м из льдопородной закладки.

Использование гравийно-

песчаной массы в качестве закладочного материала позволяет получить наиболее плотную упаковку кусков закладки и уменьшает проникновение отбитой рудной мелочи в закладку. После отсыпки необходимо выровнять поверхность закладки и, при необходимости, уплотнить катком, в месте образования уклона - придать необходимый угол наклона.

Далее приступают к упрочнению поверхности слоя. Упрочняющим материалом в холодное время года служит льдопородная закладка, параметры которой рассчитывают по разработанным зависимостям, в теплое время - твердеющие смеси, в частности - набрызг-бетон.

В соответствии с расчетами льдопородный слой необходимо формировать в соотношении крупной фракции - 55-60 %, мелкой фракции с водой - 45-40 % [2]. Для условий Дукатского месторождения при температуре минус 20о льдопородная смесь составила: щебень с размерами куска 70 мм - 60 %. Песок 2-5 мм - 30 %, вода - 10 %; в переводе на количественные показатели на 1 м3 льдопородной смеси -это соответственно 1600 кг щебня, 700 кг песка 170 кг воды. Испытания образцов из такой «закладки» показали, что марочная прочность их составляет более 100 кгс/м2, что намного превышает требуемый показатель прочности при обнажениях в 10 м. В теплый период времени упрочнение поверхностного слоя проводят набрызг-бетоном. Набрызг-бетон отличается большой плотностью и высокой прочностью (веж = 400-700 кгс/см2, sUBZ = 80-150 кгс/см2). Ориентировочный состав Ц:П:Щ = 1:2:2 (по весу). Расход цемента марки 400-500 составляет 400-430 кг на 1 м3 готовой бетонной смеси. Для подачи набрызг-бетона необходимо применять машины НБК-2, МНБ-1,8, НБК-1, МНБ-4,5.

Инертные заполнители, составляющие основную по массе долю закладочной смеси получают на дробильно-сортиро-вочном пункте. Полный цикл получения инертной массы представляет следующее: транспортные средства разгружают горную массу, получаемую на карьере, в приемный бункер для скальных пород С-885, затем материал с крупностью куска не более +500 мм

- в агрегат крупного дробления СМД-83. Дробленый материал поступает на агрегат промежуточной сортировки С-906. Получаемый при этом кусок +70 мм используют в качестве сухой закладки или подают его в агрегат мелкого дробления С-987 для получения мелкого щебня и песка. Горная масса из агрегата промежуточной сортировки С-906 поступает в агрегаты С-905 и С-987,

работающие в замкнутом цикле с агрегатом С-906. Производительность дробильно-закладоч-ного комплекса составляет более 70 м3/час, что полностью обеспечивает рудник сухой закладкой и инертными материалами для твердеющей смеси [3].

Главной отличительной особенностью слоевой системы разработки с формированием льдопородной закладки является возможность применения полного механизированного комплекса самоходного оборудования, обеспечивающего высокую производительность предприятия с минимальными потерями руды.

Выполненные расчеты показывают, что предлагаемая схема отработки Дукатского месторождения позволяет:

• обеспечить высокий уровень механизации и увеличить производительность забойного рабочего с 12-18 т/см до 35-40 т/см;

• снизить потери руды до 2 %, разубоживание до 8-10 %;

• снизить объем подготовительно-нарезных работ с 7-9 до 2-5 м/1000 т;

• обеспечить максимальное извлечение руды при меняющейся конфигурации и мощности рудного тела (в местах раздува и в ответвлениях);

• получить дополнительный объем руды из участков, отнесенных к забалансовым, из выработок эксплуатационной разведки;

• наряду с ценной рудой получить дополнительный источник закладочного материала из присе-чек и поперечных заходок.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Технологическая инструкция по производству закладочных работ на рудниках Норильского комбината. // Мин-цветмет СССР, ВПО Союзникель. - Норильск, 1981, - 41 с.

2. Емельянов В.И., Михайлов Ю.В., Иванов В.В. По-

вышение эффективности подземной добычи ценных руд и песков в условиях криолитозоны. // Горный информацион-

но-аналитический бюллетень, «Неделя горняка - 1998» № 3., М.: 1999, с. 81-82.

3. Дудко А.А., Клушанцев Б.В. Отечественные и зарубежные передвижные дробильно-сортиро-вочные установки. - М.: 1969.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

X Михайлов Юрий Васильевич — профессор, доктор технических наук, Московский государственный открытый университет. Гопный Сергей Владимирович — Московский государственный открытый университет.

и