Комплексный открыто-подземный способ добычи руды при разработке мощных наклонных залежей Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Ю.В. Демидов, 2002

УДК 622.273

Ю.В. Демидов

КОМПЛЕКСНЫЙ ОТКРЫТО-ПОДЗЕМНЫЙ СПОСОБ ДОБЫЧИ РУДЫ ПРИ РАЗРАБОТКЕ МОЩНЫХ НАКЛОННЫХ ЗАЛЕЖЕЙ

роизводство открытых горных работ на больших глубинах сопровождается значительным ростом объемов вскрыши, усложнением транспортных схем, проветривания и осушения карьера, и, как следствие, ухудшением технико-экономических показателей.

Институтом ИПКОН разработан комплексный открытоподземный способ добычи, заключающийся в разработке месторождения по глубине тремя ярусами: первый отрабатывается открытыми работами до их проектной глубины; второй (открыто-подземный ярус) - одним высоким уступом без разноса бортов карьера с использованием карьерной буровой техники и выдачей руды через подземные выработки; третий - подземными работами этажно-камерной системой или системами с обрушением [1]. Предложенный способ позволяет снизить общие объемы вскрыши, уменьшить ареол нарушения окружающей природной среды за счет сокращения объема внешнего отвалообразования, повысить в целом технико-экономические показатели разработки месторождений.

Однако, как показано в работе [1], рациональной областью применения данного способа является отработка мощных вертикальных и крутопадающих рудных залежей.

При отработке мощных наклонных залежей с углом падения менее 500 контур карьера со стороны лежачего бока, как правило, располагается по контакту рудного тела, а вся основная вскрыша извлекается со стороны висячего бока, при этом под дном карьера остаются значительные объемы руды, доработка которых возможна подземными работами.

В работе [2] отмечается, что одной из главных задач раздела горных наук по комбинированной физикотехнической геотехнологии является установление закономерностей и взаимозависимостей между параметрами системы «карьер-подземные выработки» и последовательность формирования сооружений. Представляется возможным

П рассмотреть схему комплексного открытоподземного способа добычи руды при разработке мощных наклонных залежей, в которой подземные

Рис. 1. 1 - современное состояние карьера, 2 - конечное положение карьера, 3 - рудное тело, 4 - нижний контакт рудного тела, 5 - верхний контакт рудного тела, 6 - вскрыша, подлежащая выемке при отработке запасов открытым способом - У*.

Рис. 2. 1 - современное состояние карьера, 2 - конечное положение карьера, 3 - рудное тело, 4 - нижний контакт рудного тела, 5 - верхний контакт рудного тела, 6 - вскрыша, подлежащая выемке при отработке запасов открытым способом - У,б., 7 - выработки подземного рудника, 8 - зона обрушения, VI- вскрышные породы, подлежащие удалению традиционным способом, V2 - вскрышные породы, обрушаемые при отработке запасов под висячим боком на подземном руднике, Vз - часть вскрыши, которая остается в массиве и не является востребованной для отработки запасов карьера

оружения создаются до полной отработки карьерных запасов.

Введение в эксплуатацию подземного рудника до полной отработки сов карьера позволит перейти на бинированную отработку

ний, которая может обеспечить тельное снижение затрат на добычу ды как на открытых, так и подземных работах, а также повысить ность отработки месторождения. На рис. 1 представлено состояние карьера и положение его на конец отработки. Представляется целесообразным при вводе подземного рудника частично перераспределить запасы, и отработку запасов нижних горизонтов карьера произвести подземным способом. Для этого на горизонте планируемого дна карьера организуется камерная выемка по простиранию рудного тела, размеры и параметры которой должны обеспечить обрушение покрывающих пород до поверхности.

Однако при разработке залежей, имеющих достаточно монолитные и устойчивые покрывающие породы, процесс выхода воронки обрушения до поверхности может быть очень длителен, что может отрицательно сказаться на развитие работ в карьере. Поэтому необходимо управлять этим процессом и получать гарантированный провал покрывающих пород в заданный период времени.

Основными параметрами, которые определяют выход воронки обрушения на поверхность, являются ширина панели подработки вкрест простирания рудного тела, длина панели по простиранию, высота от кровли панели до поверхности, напря-женно-деформируемое состояние и структура массива.

Наиболее сложным вопросом в данной технологии является вопрос создания первой воронки провала покрывающих пород. Для решения его необходимо создать определенные площади подработки. Подземное очистное пространство возможно обеспечить созданием камеры по простиранию рудного тела. На основании данных практики для условий Хибинских рудников, гарантированное обрушение покрывающих пород происходит при выполнении соотношения:

— = 0.95 -г-1.2 L

где Н - мощность покрывающих пород, м; L - величина подработки по простиранию рудного тела, м.

Учитывая это, протяженность камеры по простиранию рудного тела должна быть равной или большей величины мощности покрывающих пород, расположенной над камерой.

В случае невозможности создания камеры требуемых размеров возможно образование двух и более камер с разделительными целиками. Затем необходимо определить допустимую высоту толщи покрывающих пород от кровли подземной выемки до поверхности - Идоп. Если существующая в реальности И больше Идоп., то карьером снимается часть вскрыши до соблюдения условия И<Идоп.. Руда из камер выпускается, оставляя на днище ее часть в объеме 10-15% для обеспечения подушки, с целью нейтрализации воздушной волны в случае массового обрушения потолочины. После выемки камер в необходимом количестве по условиям расчета требуемой площади подработки производится взрывание целиков. Одновременно с выемкой камер на уступах карьера в местах, совпадающих по вертикали с предполагаемой границей обрушения покрывающих пород, обуриваются строчки скважин глубиной до 30 м, которые взрываются с максимальным весом заряда на одно замедление вместе с муждукамерными целиками на подземном руднике.

По данным исследований сейсмического воздействия массовых взрывов на карьере на кровлю подземных камер установлено, что для малотрещиноватых пород разрушения массива может происходить при весе заряда на одно замедление 15-20 т на расстоянии 150-200 м. Таким образом, совместное взрывание целиков в подземном руднике и оконтуривающих зарядов на карьере должно вызвать гарантированное обрушение покрывающих пород над камерами до поверхности. После образования обрушения часть обрушенных пород разместится в выработанном пространстве подземных камер, а часть покрывающих пород в карьере следует обозначить возможную зону развала и разлета кусков, в которой в этот период не должно находиться карьерное оборудование и коммуникации. После создания воронки провала начинается выпуск руды на подземном руднике от разрушения целиков. В результате выпуска в зоне обрушения образуется воронка, примыкающая к стенке обрушения, которая является надежной защитой от разлета возможных отслоений кусков породы от стенки обрушения, что гарантирует безопасную работу карьерного оборудования по уборке обрушенных пород в рабочей зоне карьера. После образования первого обрушения покрывающих пород в этом районе производятся вскрышные работы на карьере на уступах, выходящих в зону обрушения покрывающих пород над очистной камерой (рис. 2).

При понижении горных работ на карьере будет увеличиваться высота обнаженной стенки обрушения со стороны висячего бока. Для обеспечения безопасных условий работы карьерного оборудования производится отработка запасов в треугольнике висячего бока на подземном горизонте очистными секциями длиной 100-120 м по простиранию рудного тела, либо длинными лентами с использованием самоходного оборудования. При этом граница обрушения сместится на величину подработки вкрест простирания рудного тела, увеличивая тем самым расстояние до зон активных технологических операций на карьере, либо при выпуске руды, покрывающие породы заполняют выработанное подземное пространство, обеспечивая понижение уровня покрывающих пород у стенки обрушения и создавая «ловушку» для возможных отслоений кусков породы от обнаженной стенки.

Главным вопросом при реализации предлагаемой технологии остается обеспечение гарантированного обрушения покрывающих пород под камерой. При создании обрушения следует учитывать следующие принципы:

1. Использование имеющейся плоскости обрушения от подземной разработки соседней части рудной залежи.

2. Начало работ по образованию камеры следует производить в месте минимальных отметок поверхности.

После образования обрушения до поверхности в его зоне образуется воронка за счет выпуска руды из камеры и заполнение ее покрывающими породами.

Дальнейшие работы на карьере ведутся следующим образом. Вскрышные уступы доводятся до кромки заполненного обрушенного пространства. После взрывания приграничного слоя часть покрывающих пород из зоны обрушения будет поступать в карьерное пространство и подлежит вывозке в отвалы.

Отработка руды открытыми работами производится до отметок на уровне середины высоты камеры. Оставшиеся запасы от дна карьера до контакта лежачего бока отрабатываются подземными работами системой подэтажного обрушения с использованием самоходного оборудования. Известно, что применение варианта подэтажного обрушения предусматривает наличие разрушенных покрывающих пород над отрабатываемым массивом, толщина слоя которого должна быть не менее 1,5-2И (где И - высота подэтажа). Поэтому для обеспечения этого условия при открытой разработке оставляется целик на высоту сдвоенного уступа между конечным контуром карьера и очистной камерой. Взрывание этого целика возможно как из карьера, так и из подземных выработок. После взрывания барьерного целика и выпуска руды на подземные выработки, часть покрывающих пород из зоны обрушения над камерой разместится на дне карьера, что позволит создать достаточный слой покрывающих пород для использования системы подэтажного обрушения при выемке запасов из треугольников лежачего бока.

Таким образом, новая технологическая схема комбинированной отработки мощных наклонных залежей позволяет сократить объемы вскрыши по сравнению с раздельной выемкой и повысить интенсивность разработки месторождения.

При раздельной выемке общий объем вскрыши Уоб. равен сумме У1,У2,Уз (рис. 2) где У1 -объем вскрыши в массиве, который подлежит удалять с использованием БВР (традиционным способом) при эксплуатации карьера; У2 - объем вскрыши, который разрушается при обрушении после взрывания камеры и значительная часть его подлежит удалению в отвалы с про-

835 -

у 7

7<5 \ 1 /г- у / ' / /

595 ч_ < /

1 1 § 1 2 1 1 / ч 0 1 2 / 5 1 1

изводством буровзрывных работ для разрушения негабаритов; У3 - часть вскрыши, которая остается в массиве и не является востребованной для отработки запасов карьера.

Использование представленной технологии при отработке мощных наклонных рудных залежей позволяет сократить затраты на производство вскрыши на величину А.

А = У2 [(1 - К )(Сб + Св) + (1 - К )(СЭ + Ст)] + + Vз(С б + С в + Сэ + Ст), руб.

где К - коэффициент, учитывающий долю работ по разделке негабаритных кусков, находящихся в обрушенных покрывающих породах К= 0,2-0,3; К1 - коэффициент, учитывающий долю обрушенных покрывающих пород, вывозимых в отвал, К1= 0,6-0,7; Сб - стоимость бурения 1 м3 породы; Св -

стоимость взрывания 1 м3 породы; Сэ - стоимость экскавации 1 м3 породы; Ст - стоимость транспорта 1 м3 породы.

Кроме того, использование новой технологической схемы комбинированной разработки позволяет значительно повысить интенсивность выемки запасов мощных наклонных рудных залежей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Агошков М.И., Терентьев В.И., Кази-

каев Д.М., Верпаковский К.Б .Комплексный

открыто-подземный способ разработки мощных крутопадающих рудных месторо-

ждений. В кн. «Основные направления развития открыто-подземного способа разработки месторождений. Ротопринт ИПКОН АН СССР.1987.

2. Горные науки освоения и сохранения недр земли» ( под редакцией академика К.Н.Трубецкого). - М.: из-во Академии горных наук, 1997.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Демидов Ю.В. - профессор, доктор технических наук, Горный институт КНЦ РАН,