CC BY
31
© А.М. Ковалев, 2009
УДК 622.271:622.235:553.04 А.М. Ковалев
МЕТОД РАЙОНИРОВАНИЯ КАРЬЕРНОГО ПРОСТРАНСТВА
Рассмотрены вопросы организации работ по добыче руд и блочного камня в условиях единого карьерного поля на примере действующего карьера. Описаны методы определения оптимального расположения различных зон в едином карьерном поле с условием сохранности массива блочного камня. Отмечены основные ограничения при организации совместной добычи.
Ключевые слова: добыча руд, добыча блочного камня, районирование карьерного поля, сейсмобезопасность, рациональное использование недр.
A.M. Kovalev
THE METHOD OF ZONE DIVISION OF OPEN-PIT AREA
The work organization for ore block stone mining in the conditions of one open-pit field on the example of a functional open-pit are reviewed. The methods of optimal location of different zones in one open-pit under condition of block stone mass preservation are described. The main limitations of commingled production are pointed out.
Key words: ore mining, block stone mining, zone division of the open-pit field, seismic safety, rational use of mineral resources
Wb настоящие время промышлен-
^^ность Уральского региона представлена развитым горнодобывающим производством с годовым объемом извлекаемой горной массы порядка 170180 млн. м3, большая часть которой складируется в отвалы, причем скальные вскрышные (вмещающие) породы карьеров, как правило, имеют высокие эксплуатационные и декоративные свойства, что позволяет рассматривать действующие карьеры в качестве потенциальной сырьевой базы камнеобраба-тывающих предприятий.
В тоже время имеющиеся в регионе промышленные мощности по обработке природного камня, введенные в послед-
нее время на базе импортных технологий и оборудования, обеспечены местным сырьем не более чем на 35-40% своих проектных показателей, что существенно снижает экономическую эффективность этих проектов. Таким образом, существует проблема ускоренного развития местной сырьевой базы блочного камня для обеспечения, в первую очередь, камнеобрабатывающих предприятий региона.
Природный камень с его уникальными декоративными свойствами был и остается не только незаменимым экологически чистым материалом, но и перспективным экспортным товаром. Более полное использование находящихся в контурах действующих карьеров вскрышных пород и некондиционных руд позволяет отказаться от ввода в разработку новых объектов, уменьшить изъятие земель из народнохозяйственного оборота, сократить экологическое воздействие на прилегающие к горным предприятиям территории, диверсифицировать продуктовую линейку горного предприятия и, в целом, получить значительный экономический эффект.
Однако на действующих горных производствах при внедрении техноло-
гических схем совместной отработки карьеров возникают проблемы адаптации «массового» извлечения горной массы и добычи «штучного» камня, связанные с необходимостью «увязки» (из-за различий в производительности применяемого оборудования, технологий отделения горных пород от массива, фракционного состава подготовленной к выемке горной массы и самих объемов данных производств) горных работ в единый технологический комплекс. Для решения данной задачи, одним из способов «демпфирования» различия технологий добычи руд и получения блочного камня, может стать разделение единого карьерного пространства на отдельные зоны для добычи блочного камня и рудного сырья.
Технология добычи руд предполагает предварительное рыхление массива горных пород взрывом заряда бризантного взрывчатого вещества, в результате которого происходит негативное сейсмическое воздействие на окружающий породный массив, приводящее к увеличению трещиноватости предназначенного для добычи блочного камня продуктивного массива. С другой стороны, технология отделения блочного камня предполагает использование для разрушения массива либо чисто механические способы, либо взрывные, но не допускающие образования дополнительной тре-щиноватости. Таким образом, одним из главных определяющих условий совмещения двух технологий в условиях одного карьера будет обеспечение приемлемых для сохранения массива, подлежащего отработке на блоки горных пород, значений сейсмического воздействия от проведения взрывных работ в рудной зоне.
Для снижения негативного сейсмического воздействия массовых взрывов при добыче рудного сырья следует рай-
онировать в контурах карьера зоны по добыче рудного сырья и блочного камня. Если месторасположение зоны добычи камня не в полной мере позволяет оградить ее от негативного воздействия взрывных работ по руде, то в этом случае применяются дополнительные мероприятия по снижению образования трещиноватости в зоне добыче блочного камня от действия взрывов зарядов взрывчатых веществ в рудной зоне, с последующей оценкой их эффективности. Таким образом, одним из основных условий районирования зон в карьерном пространстве является оценка возможности (вероятности) образования дополнительной трещиноватости от действия массовых взрывов.
Данная проблема встала перед горнообогатительным производством ОАО «Комбинат Магнезит» при обеспечении качественными блоками из горных пород дочернего предприятия по переработке камня - ООО «МГМ». Горнообогатительное производство ОАО «Комбинат Магнезит» представлено тремя карьерами (Карагайским, Мель-нично-Паленихинским и Березовским, соответственно по названию участков Саткинского месторождения магнези-тов, ими отрабатываемыми) и шахтой «Магнезитовая» (отрабатывает Гологор-ский участок того же месторождения). Полезное ископаемое - кристаллический магнезит, используемый, после соответствующей технологической переработки, для производства огнеупорных изделий и масс. Вместе с тем, магнезиты Саткинского месторождения являются высокодекоративным видом пород. Физико-механические испытания образцов магнезита показали их пригодность для получения различных строительных и художественных изделий (таблица).
При этом существенным является тот факт, что по своим физико-механическим и декоративным свойствам магнезиты Саткинского месторождения не уступают гранитам многих известным месторождений, но благодаря своей карбонатной природе технологические процессы получения изделий из магнезита менее затратны.
В ходе исследования возможность совместной добычи руд и блочного камня было установлено, что наиболее благоприятными условиями для этого располагает Карагайский карьер. Для добычи блочного камня в контурах карьера была выделена зона для разработки забалансовых магнезитов, что потребовало незначительной разноски западного торца карьера. Зона добычи блочного камня отстоит от рудной зоны не только в плане, но и вертикальной проекции, так как добыча магнезитов для производства огнеупоров ведется на нижних горизонтах карьера (гор. 143 м), а для распиловки на блок выделены верхние уступы карьера (гор. 359 м) в профилях 4-12. Таким образом, минимальное расстояние в плане между участками составило более 350 м, а по вертикали - 216 м (рис.. 2).
Определение расположения технологических зон проводилось по критерию сейсмобезопасного расстояния от места проведения массовых взрывов до «охраняемого» массива на основании сопоставления скорости смещения горных пород в охраняемом массиве с допустимой скоростью смещения, обусловленной физико-механическими свойствами горных пород [1]:
7 < [V], (1)
где V, [V] - соответственно прогнозируемая и допустимая величина скорости смещения грунта при взрыве, см/с.
Следует отметить, что скорость смещения горных пород при взрыве заряда
Рис. 1. Зависимость массы сейсмобезопасного заряда от расстояния до охраняемого объекта
зона ■ зона
добычи руд блочного калтя 1
1
гор. 143 1 1
не менее 350 м 1 1
Рис. 2. Зонирование карьерного пространства
взрывчатого вещества массой Q на расстоянии г от эпицентра взрыва зависит не только от физико-механических свойств горных пород, но и от конкретных условий проведения взрывных работ. Большое влияние на величину скорости смещения вносят такие характеристики как диаметр заряда (скважины), обводненность взрываемого блока, количество свободных поверхностей разгрузки [2].
При исследовании сейсмического воздействия массовых взрывов в условиях Саткинского месторождения маг-незитов была получена[3,4] эмпирическая зависимость, которая позволяет определить массу мгновенно взрываемого заряда Q, при взрыве которого на рас-
стоянии г скорость смещения горных пород не превышает величину V:
^ ~~ 3 42 р 2 Ср К1К2 (2}
где [с] - предел прочности
на сжатие, МПа; Кф - коэффициент трещиноватости массива; К1, К2, К3 - соответственно коэффициенты учитывающие диаметр
скважинного заряда, количества поверхностей разгрузки и обводненность взрываемого блока; Кв - коэффициент требуемого уровня надежности.
Для усредненных значений физико-механичес-ких свойств горных пород Сат-кинского месторождения магнезитов была построена зависимость массы сейсмо-безопасного заряда от расстояния до охраняемого массива (рис. 1). При этом в расчетах принималось, что заряд размещен в обводненной скважине диаметром 250 мм и разгрузка происходит на две свободные поверхности.
Исходя из параметров проведения массовых взрывов в рудной зоне, было установлено, что минимальное расстояние от наиболее приближенного взрывного блока до зоны добычи блочного камня должно составлять не менее 350 м. В том случае, если это технологически неосуществимо, необходимо применять дополнительные меры защиты «блочной» зоны. Так, для условий Кара-гайского карьера, сооружение на пути распространения сейсмических колебаний дополнительной поверхности разгрузки позволяет уменьшить сейсмобе-зопасное расстояние на 40%, а умень-
шение диаметра взрывных скважин (с 250 до 220 мм) - на 22%.
Вышеописанная методика районирования карьерного пространства позволила организовать на предприятии добычу блочного камня в условиях действующего рудного карьера, обеспечить более комплексное использование природных ресурсов и получить новый товарный продукт.
Выполненное по данной методике районирование в условиях Карагайского карьера обеспечило полную сохранность массива для добычи блочного камня. Вместе с тем, практическое внедрение работы показало необходимость установления методов согласования режимов ведения горных работ по этим технологиям.
1. Друкованый М.Ф. и др. Управление действием взрыва скважинных зарядов на карьере. М.: Недра, 1980
2. Оксанич И.Ф. и др. Закономерность дробления горных пород взрывом и прогнозирование гранулометрического состава, М.: Не-дра,1982.
3. Отчет о НИР «Разработка сейсмобе-зопасной технологии ведения взрывных работ
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
на МПК комбината Магнезит, Свердловск, ИГД, 1990
4. Давыденко А.И., Кокарев Н.А., Иванов А.Д. и др. Исследование сейсмичности массовых взрывов на Карагайском карьере комбината «Магнезит».- Огнеупоры, 1982, №5, с.27-30.
— Коротко об авторе
Ковалев А.М. - зам. начальника отдела развития минерально-сырьевой базы Департамента инвестиций и стратегий, ООО «Группа Магнезит», [email protected]
д
- ДИССЕРТАЦИИ
ТЕКУЩАЯ ИНФОРМАЦИЯ О ЗАЩИТАХ ДИССЕРТАЦИЙ ПО ГОРНОМУ ДЕЛУ И СМЕЖНЫМ ВОПРОСАМ
Автор Название работы Специальность Ученая степень
УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ВОРОШИЛОВ Георгий Александрович Обоснование оптимальных уклонов автодорог при разработке нагорно-глубинных карьеров 25.00.22 к.т.н.
