Методика, техника и технология определения, снижения и ликвидации эксплуатационных потерь в межшаговых и межходовых целиках при дражной разработке россыпей Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.271.1:621.879.443

© М.В. Костромин, Д.М. Грешилов, 2014

М.В. Костромин, Д.М. Грешилов

МЕТОДИКА, ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ, СНИЖЕНИЯ И ЛИКВИДАЦИИ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ПОТЕРЬ В МЕЖШАГОВЫХ И МЕЖХОДОВЫХ ЦЕЛИКАХ ПРИ ДРАЖНОЙ РАЗРАБОТКЕ РОССЫПЕЙ

Рассмотрен вопрос повышения эффективности дражной разработки россыпей. Представлены методики расчета эксплуатационных потерь в межшаговых и межходовых целиках, позволяющих аналитическим путем рассчитать объемы потерь, раз-убоживания при их ликвидации и оценить запасы техногенных россыпей. Описана драга новой конструкции, с помощью которой россыпное месторождение может разрабатываться с минимальными эксплуатационными потерями. Ключевые слова: россыпное месторождение, эксплуатационные потери, дражная разработка, драга, разубоживание песков, подсыпка бортов разреза.

В настоящее время дражные разработки россыпей в России ведутся на обширной территории Дальнего Востока, Северо-Востока, Якутии, Забайкалья, Восточной Сибири, Алтая, Западной Сибири и на Урале.

Характерной особенностью разрабатываемых месторождений является то, что большинство из них (до 90-95%) относятся к трудноразрабатываемым, а входящие в их состав пески - к труднообогатимым вследствие расположения их в географо-климатических зонах с суровым климатом, где почти повсеместно (за исключением южных районов Западной Сибири, Алтая, и Урала) распространена многолетняя и глубокая сезонная мерзлота. Около 40% россыпей являются глинистыми и высокоглинистыми или сцементированными. Кроме глубокозалегающих Ленских россыпей разведаны подобные месторождения на Дальнем Востоке, в Якутии, Забайкалье и других районах, которые, в большинстве своем имеют относительно небольшую мощность продуктивного пласта и мощную толщу пустых пород (до 30-40 м и более). Все это в значительной мере затрудняет разработку месторождений, является причиной низкой производительности, значительных потерь ценного компонента, снижения технико-экономических показателей работы драг в целом. Вышеописанные факторы являются предпосылками разработки технических и технологических решений, направленных на повышение эффективности дражной разработки россыпей.

Количественная характеристика эксплуатационных потерь песков при разработке многих россыпей, особенно глубокозалегающих, таких как Ленские, части Амурских и Забайкальских, имеет существенное значение. При больших эксплуатационных потерях полнота извлечения ценного компонента из недр снижается, а предприятию наносится ощутимый экономический ущерб.

Наиболее характерными и значительными по абсолютному значению являются потери песков в межшаговых и межходовых целиках. Потери песков в межшаговых и межходовых целиках приурочены обычно к наиболее обогащенной приплотиковой части россыпи и если теряемые пески могут составлять относительно небольшой объем, то не извлекаемый металл занимает уже значительно большую часть запасов - 20-30% , а иногда и более [1].

З-Р

Рис. 1. Схема к определению величины межшагового целика

Объем межшаговых целиков определяется площадью их поперечного сечения и шириной разреза (забоя) по плотику россыпи, которые в свою очередь, зависят от величины шага, глубины черпания, мощности драги, физико-механических свойств разрабатываемых пород, необходимой глубины задирки плотика, натяжения черпаковой цепи, формы шлейфа волочения черпаковой цепи и конструкции черпающего устройства (рис. 1).

В отраслевой инструкции [2] нормативные потери и разубоживание песков определяются по упрошенной методике, не учитывающей многие факторы, предопределяющие формирование целика. Эта методика имеет ряд существенных недостатков: для получения профилей поперечных сечений требуется большое количество измерений, производство которых затруднено во время работы драги; сами измерения являются очень трудоемкими и требуют привлечения дополнительных работников; площадь поперечного сечения целика и объем вычисляются весьма приближенно, по средним значениям, не учитывая криволинейную форму забоя в плане и поэтому необходимо было разработать метод определения потерь песков в межшаговых целиках, который учитывал бы тип драги, особенности черпания пород, процесс формирования целика и др.

Учитывая недостатки этой методики, нами была разработана методика аналитического определения потерь в межшаговых целиках. При разработке методики были учтены тип драги, особенности черпания пород, процесс формирования целика, параметры забоя и др.

Получена формула для определения объема межшагового целика [1]:

V =

2РЯ

3

а -

(а - ф)3

а

где а - угол сектора от середины разреза до пересечения в пространстве линий забоев предыдущего и последующего ходов драги, радиан (рис. 1, а); ф -половина рабочего угла маневрирования драги (радиан); Я - радиус черпания драги по плотику (м); Р - площадь поперечного сечения целика, м2;

. I п

а = агеэт--1—,

2Я 2

где 1 - величина шага (м).

Если производится зачистка плотика на величину Z, то уравнение примет вид

V =

2РЯ(Ни - Z)

зн 2

а -

(а - ф)3

а

где Нц - высота межшагового целика до начала зачистки плотика (м).

Используя данные зависимости, можно определить величины межшагового целика и разубоживание при задирке плотика для любой драги при различных горнотехнических условиях. По расчетам потери в целиках достигают 1,02,86% от всего объема горной массы, по отношению к пескам они составляют значительно большую величину (до 7-9%) (рис. 2).

Зная количество песков, остающихся в межшаговых целиках при разработке, можно реализовать известные мероприятия для их устранения. Методику также можно использовать при оценке количества остаточного металла в техногенных россыпях без проведения геологоразведочных работ.

На основе разработанной методики составлена программа для ЭВМ определения величины межшагового целика для всех типов драг, эксплуатируемых в различных горнотехнических условиях.

Одними из самых больших по абсолютному значению являются потери песков в межходовых целиках, образующихся на границе смежных ходов при отработке россыпи взаимно-противоположными параллельными ходами. Площадь поперечного сечения таких целиков может достигать значений в десятки

Рис. 2. Зависимость потерь песков в межшаговом целике от глубины драгирования Н и величины за-шагивания (для 250-литровой драги)

и даже сотни (при глубоком драгировании) квадратных метров и составлять до 20%, в ряде случаев и более, потерь песков.

Однако существующие методики определения потерь песков в межходовых целиках имеют ряд существенных недостатков. Так, например, в отраслевой инструкции [2] потери в межходовых целиках устанавливаются путем графического построения сечений в масштабе 1:50 по створам через каждые 20 м хода драги.

Исходными данными для построения вертикального сечения служат результаты тахеометрической съемки верхних границ разреза, отметки фактического уровня воды и данные параметров глубин по откосам бортов разреза и дну котлована.

Площади целиков по каждому створу замеряют планиметром. Объем промышленных песков (горной массы), оставленных в целиках, определяют путем умножения расстояния между створами на среднюю площадь по соседним створам. Количество полезных компонентов в теряемых породах целика определяют путем умножения объема песков в целике на среднее содержание в нем полезного компонента, уточненное эксплуатационным опробованием. Все это представляет очень трудоемкую работу, иногда даже невозможную, если борта разреза окажутся подваленными дражными отвалами.

Размеры межходовых целиков, в определенных условиях, достигают больших величин, это зависит в первую очередь от глубины черпания, ширины забоя, физико-механических свойств слагающих россыпь пород, системы разработки и организации добычных работ. Дополнительные трудности по дальнейшей ликвидации межходовых целиков возникают из-за возможной подсыпки (подваливания) бортов разреза отвалами. Поскольку выявление и сокращение эксплуатационных потерь песков при дражной разработке россыпей является важной задачей, разработана методика с целью проведения инженерных расчетов объемов потерь песков и использования при проектировании горнодобывающих предприятий [1].

Величину потерь в межходовых целиках можно определить аналитическим путем, зная мощность россыпи (высоту дражного разреза) - Н, форму целика, угол откоса борта разреза (целика) - аб (ат), величину перекрытия смежного хода - Ь.

ИЮ '?/тШ//7Ш/7>у'--'-" ЖЧЧЧ

Рис. 3. Схема к определению величины межходового целика

При этом отпадает необходимость проведения работ тахеометрической съемки, трудоемких графических построений и вычислений. Появляется возможность использовать высокопроизводительную вычислительную технику на базе ЭВМ.

По данным профессора В.А. Кудряшова форма откоса борта разреза (целика) различна для неглубокого (до 8-10 м) и глубокого (свыше 10-12 м) драгирования. При неглубоком драгировании вследствие выполаживания форма откоса близка к прямой линии, а поперечное сечение целика можно представить в виде треугольника. По данным профессора В.Г. Пешкова [3] угол откоса бортов дражного разреза в этом случае составляет 36-50° в зависимости от физико-механических свойств пород россыпи. При глубоком драгировании (по В.А. Кудряшову) форма откоса борта разреза (целика) описывается кривой линией близкой к гиперболе (рис. 3).

Таким образом, величину межходового целика необходимо определять отдельно для условий неглубокого (до 8-10 м) и для условий глубокого черпания (свыше 10-12 м).

При неглубоком драгировании в общем случае площадь поперечного сечения целика Su при равных углах откоса бортов разреза определяется как площадь треугольника [1]

Su =

(Н - btga б )2

t9a6

где Н - глубина россыпи, м; аб - угол естественного откоса слагающих россыпь пород в их сыпучем состоянии, градус.

В случае, когда углы откоса бортов разреза не равны аб1 ф аб2, площадь целика определяется следующим выражением:

S =

[ Н (tg,

а61 + tsaб2) - btSaб1^аб2 ]

2tga6itga бЛд^ + tga^J

При глубоком драгировании площадь поперечного сечения межходового целика 5ц при работе драги без перекрытия смежного хода равна площади фигуры СДЕ ограниченной гиперболами [1]:

S.. = H

H2

tg2 aT

+ Л2 + A2tgaTln

H2

H2

Л

tg2 aT

' tg2 aT

- + A2

- 2 AH.

где Н - глубина россыпи, м; А - некоторая постоянная для данного откоса величина, зависящая от характера пород, имеющая размерность длины, м; ат = аб - угол естественного откоса слагающих россыпь пород в их сыпучем состоянии, градус.

При работе драги с перекрытием смежного хода на величину Ь площадь целика 5 равна площади фигуры СКМ.

Su(CKM) = HC + A2 tgaT£ n

(

H

\

tgaT

+ C

- DF - A2tgaT£

(

D

Л

tgaT

+ F

-2

F +

tga

(H - D),

t J

Рис. 4. Зависимость потерь песков в межходовых целиках от величины перекрытия смежного хода (при глубине Н = 30 м)

где

С =

н2

+ А2

Р = л/Ь(4 А + Ь) + А2;

Перекрытие смежного хода. |

Рис. 5. Зависимость разубоживания песков дражными отвалами от высоты межходового целика и величины перекрытия смежного хода

О = ^^(4 А + Ь)

По результатам маркшейдерских замеров, нанесенных на план полигона, известны местоположения дражных ходов, величина перекрытия смежных ходов, глубина драгирования (мощность россыпи). Зная физико-механические свойства пород по таблицам или по результатам опытно-исследовательских работ определяется угол откоса борта разреза. Объем промышленных песков или горной массы, оставленных в целиках, находится путем произведения площади поперечного сечения пласта (целика) и расстояния соответствующего примерно одинаковой величине перекрытия смежного хода или изменяющейся незначительно.

Потери песков в межходовых целиках могут составлять значительные величины и доходить по расчетам (особенно при глубоком драгировании) до 22% (рис. 4), что существенно влияет на полноту использования недр и технико-экономические показатели работы драги или прииска. Даже при неглубоком драгировании в ряде случаев потери могут составлять 10% и более. Уменьшить или ликви-

дировать эти потери возможно изменением системы разработки (например, смежно-продольная система дражной разработки россыпного месторождения) или перекрытием смежного хода. Так, при глубине драгирования 30 м перекрытие смежного хода на величину 20 м уменьшает потери до 10%, а перекрытие на величину 50 м сокращает потери до 1% (см. рис. 4).

При этом необходимо учитывать, что часто происходит подсыпка бортов разреза дражными отвалами, поэтому при перекрытии смежного хода возможна повторная переработка отвалов, которая приводит к разубоживанию песков [1].

Используя данную методику, составлена программа (для ЭВМ) по определению потерь в межходовых целиках и оперативного ведения расчетов. Используя данную программу можно рассчитать величину перекрытия смежного хода, когда потери будут минимальные или ликвидированы совсем, определить объем разубожи-вания при отработке смежного хода с перекрытием, рассчитать оптимальные углы поворота отвалообразова-телей, которые обеспечат отработку заходки без подсыпки борта разреза отвалами.

Применяя программу для определения потерь в межходовых целиках при дражной добыче в условиях ПК с/а «Даурия» используя результаты вычислений на практике, удалось снизить эксплуатационные потери песков на 9,1%, тем самым достичь экономического эффекта от доизвлечения золота в размере 3700 тыс. руб.

Высота засыпки бортов дражного разреза отвалами, определяемая по известным методикам, может быть значительной, достигающей в некоторых случаях, половины мощности россыпи, а иногда и более. В оставляемом, во избежание разубоживания, целике потери относительно всей горной массы достигают 5% и более, относительно пласта песков возрастают до 10% и более (не глубокое драгирование, до 10 м). При отработке целика разубоживание песков дражными отвалами может возрастать до 25% и более (рис. 5).

В целях сокращения разубоживания применяется разработка месторождения косым забоем. Однако при этом резко снижается производительность драги, а полностью устранить подсыпки борта разреза отвалами и разубоживание не удается.

Для предотвращения подсыпки бортов дражного разреза дражными отвалами нами была разработана драга с конструктивными изменениями галечного отвалообразователя и эфельных колод (патент на изобретение №2380540). Драга данной конструкции изготавливается так, чтобы галечный отвалообра-зователь и эфельные колоды имели возможность поворота в левую и правую стороны относительно продольной оси драги. При работе стакер и хвостовые колоды поворачиваются в сторону, противоположную сухому борту разреза, и таким образом становятся под некоторым углом к продольной оси драги. Угол поворота галечного отвалообразователя и эфельных колод определяется в зависимости от высоты засыпки и площади условного перекрытия борта разреза отвалами, вычисляемой по известным методикам.

Так, например, при работе 250-литровой драги с глубиной черпания 1012 м, эфельностью 62% стакер нужно повернуть от продольной оси драги на 14-15°, а эфельные колоды на 38-39° (рис. 6). Работа драги новой конструк-

Рис. 6. Схема 250-литровой драги с поворотными отвалообразователями, при разработке россыпи с эфельностью 62%

ции предусматривается системами поперечных ходов или смежно-продольными лентами.

Применение драги с измененной схемой отвалообразования позволяет отрабатывать россыпь без подсыпки бортов дражного разреза дражными отвалами, что исключает увеличение разубоживания песков при увеличении величины перекрытия смежного хода драги.

_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Костромин М.В., Юргенсон Г.А., Позлутко С.Г. Проблемы дражной разработки континентальных россыпей. - Новосибирск: Наука, 2007. - 180 с.

2. Сборник инструктивных материалов по охране и рациональному использованию полезных ископаемых. - М.: Недра, 1977. - С. 71-78.

3. Пешков В.Г. Теория и практика разработки россыпей многочерпаковыми драгами. - М.: Недра, 1980. - 352 с. ЕЕЭ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_

Костромин Михаил Витальевич - доктор технических наук, профессор,

e-mail: kostromin@mail.chita.ru,

Забайкальский государственный университет,

Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН,

Грешилов Дмитрий Михайлович - аспирант, e-mail: altvista@mail.ru,

Забайкальский государственный университет.

UDC 622.271.1:621.879.443 TECHNIQUE, TECHNICS AND TECHNOLOGY OF DEFINITION,

DECREASE AND LIQUIDATIONS IN INTERSTEP-BY-STEP AND INTERRUNNING SIGHTS AT DRAGED TO DEVELOPMENT OF LOOSES

Kostromin M.V., Doctor of Technical Sciences, Professor, e-mail: kostromin@mail.chita.ru, Transbaikal State University,

Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, Greshilov D.M., Graduate Student, e-mail: altvista@mail.ru, Transbaikal State University.

The article is devoted to a question of increase of efficiency дражной development of ¡ooses. In clause design procedures of operational losses in the interstep-by-step and interrunning sights allowing analytical by to calculate volumes of losses are presented or to estimate stocks of technogenic looses. As in clause the drag of a new design by means of which россыпное the deposit can be developed with the minimal operational losses is described.

Key words: placer deposit, operating losses, dredging development, dredge, padding the sides of the incision.

REFERENCES

1. Kostromin M.V., Yurgenson G.A., Pozlutko S.G. Problemy drazhnoi razrabotki kontinental'nykh rossy-pei (Problems of dredge mining of continental placers), Novosibirsk, Nauka, 2007, 180 p.

2. Sbornik instruktivnykh materialov po okhrane i ratsional'nomu ispol'zovaniyu poleznykh iskopaemykh (Book of guidance on preservation and sound use of minerals), Moscow, Nedra, 1977, pp. 71-78.

3. Leshkov V.G. Teoriya i praktika razrabotki rossypei mnogocherpakovymi dragami (Theory and practice of placer mining by bucket dredges), Moscow, Nedra, 1980, 352 p.