Направления обоснования последовательно109 сти и интенсивности разработки сложных рудных залежей Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© Ю.И. Разоренов, В.В. Скорин, 2007

УДК 622.34

Ю.И. Разоренов, В.В. Скорин

НАПРАВЛЕНИЯ ОБОСНОВАНИЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ И ИНТЕНСИВНОСТИ РАЗРАБОТКИ СЛОЖНЫХ РУДНЫХ ЗАЛЕЖЕЙ

Обоснование последовательности и интенсивности разработки месторождений должны решаться на основе учета трех важнейших направлений: получения дополнительных горно-геологических данных о месторождении и повышения качества добываемого полезного ископаемого, увеличения производственной мощности предприятия, повышения интенсивности и уровня концентрации разного вида горных работ (снижение затрат времени на выполнение проходческих и очистных работ). Поэтому выбор и совершенствование технологии подземных горных работ (вскрытия и подготовки новых горизонтов, систем разработки, схем подготовки днищ блоков и т.п.) должны осуществляться на основе системного подхода с учетом возможных последствий влияния этого совершенствования на конечные результаты работы не только рудника и обогатительной фабрики, но и горнообогатительного или горно-металлургического комбинатов в целом, а при необходимости и возможных последствий на других заводах, перерабатывающих концентраты. При этом необходимо учитывать изменение всего комплекса ресурсов: эксплуатационных затрат, производственных фондов, трудовых ресурсов, минеральносырьевой базы, материальных ресурсов, капитальных затрат, что в совре-

менных экономических условиях особенно важно.

При этом должно рассматриваться любое мероприятие по повышению качества добываемой рудной массы и извлечению из нее полезных компонентов (раздельная добыча и переработка руд по сортам, сортировка, предконцентрация и др. мероприятия по улучшению показателей обогащения в увязке с добычей, раздельная выдача руд с оставлением породных прослойков и породы от проходки выработок в выработанном пространстве, с оставлением в шахте части окисленных руд и других вредных для обогащения примесей).

На сложных рудных месторождениях утвержденные в ГКЗ запасы в основном подтверждаются на 65 %, а содержание в них металлов на 74 % , поэтому важнейшим условием повышения эффективности их разработки является максимальное использование вскрывающих выработок (ствол) разведочных выработок и скважин на стадиях подготовки и добычи, а подготовительно-нарезных и очистных выработок для получения дополнительных горно-геологических данных о месторождении и качестве его запасов. Проведение вскрывающей выработки на всю глубину отработки позволяет детально произвести дораз-ведку рудного массива, что чрезвычайно важно для уточнения горно-

геологических данных сложного рудного месторождения, особенно высокой нарушенности. Это позволит уменьшить ошибку в определении запасов металлов в среднем с 52 % до 20-25 %. А это значит, что в 2-2,5 раза может уменьшиться перерасход капитальных и горно-подготовительных работ, что особенно важно в условиях дефицита инвестиций и высоких процентных ставок за кредиты. Кроме этого при более детальном изучении запасов предоставляется возможность увеличения высоты этажа и размеров блоков.

В настоящее время на большинстве рудников цветной металлургии при углах падения залежей от горизонтального до 900 и мощности залежей от 5-10 м до 300 м и более высота этажа принята равной 50 м.

При вариантах вскрытия и подготовки с увеличенной высотой этажа несколько увеличивается время вскрытия и подготовки запасов, но уменьшаются удельные капитальные затраты, уменьшаются затраты на подготовительно-нарезные работы по системе разработки, увеличивается производительность очистных забоев (блоков), изменяется уровень потерь и разубо-живания полезных ископаемых, что может существенно повлиять не только на величину себестоимости добычи и производственной мощности рудника в целом, но и на себестоимость обогащения, а также на полноту использования запасов и качество добываемого полезного ископаемого, а значит и производственную мощность перерабатывающих добываемое полезное ископаемое предприятий (ОФ и металлургических заводов) и затраты на переработку концентратов. При обычных вариантах систем разработки подэтажных штреков, с мага-зинированием руды камерно-столбовых, сплошных, с креплением, подэ-

тажного обрушения и др. (базовый вариант) на рудных залежах малой и средней мощности объем пород от проходки подготовительно-нарез-ных выработок может достигать 7-8 %. В большинстве случаев эта порода не выдается на поверхность для складирования в отвалы и не оставляется в выработанном пространстве рудника, а выдается вместе с добытым полезным ископаемым, в результате чего разубоживание руды достигает 20-25 % и более, что резко снижает извлечение при обогащении и величину извлекаемой ценности. Ликвидация даже небольшой части разубожива-ния добываемого полезного ископаемого породами от проходки подготовительно-нарезных выработок имеет огромное экономическое значение.

Затраты на вскрытие можно уменьшить, применяя упрощенные схемы вскрытия, групповые схемы вскрытия с концентрационными горизонтами, с увеличенной высотой этажа, а также способы вскрытия и подготовки без оставления междуэтажных и междукамер-ных целиков полезных ископаемых, различного рода охранных целиков и т.п.

Например, при разработке жильных месторождений различными системами разработки наиболее широко применяется рудная подготовка днищ дучками и воронками, хотя она требует оставления надштрековых и подштрековых целиков, из-за чего потери руды достигают 10-12 % и более. Кроме того, она усложняет работы по проходке выработок, доставке и транспортированию добытого полезного ископаемого. Полевая подготовка позволяет уменьшить потери, ускорить проходку выработок, улучшить работу транспорта, но ее применение создает трудности с выдачей породы, из-за чего подчас увеличивается не только время подготовки, но и разубоживание руды (по-

роду часто пускают в общий поток добытого полезного ископаемого).

Очень важно иметь в виду, что замена традиционной схемы рудной подготовки днищ блоков с образованием ниш, дучек и воронок полевой подготовкой с проходкой только горизонтальных ниш или слабонаклонных выработок позволяет примерно вдвое быстрее подготавливать запасы блоков к очистной выемке, а в период очистных работ существенно повысить производительность блоков по выпуску руды, а также удешевить ее транспортирование по основному горизонту. Поэтому предоставляется возможность существенного увеличения производственной мощности рудника и снижения себестоимости добычи.

Для того, чтобы существенно увеличить вскрытые запасы и уменьшить объем проходческих работ по подготовке блоков, не разубоживать руду породой от проходки полевых выработок и не оставлять руду в подштре-ковых и надштрековых целиках, а также для более детальной разведки запасов, предлагается новый способ разработки месторождения в восходящем порядке.

При новом варианте системы по-дэтажных штреков вместо формирования комплекса выработок днища блока проходят один орт, вместо проходки двух восстающих (один в междукамерном целике, другой в камере - отрезной) проходят один отрезной восстающий, а в междукамерном целике проходят только орт, вместо выемки блоковых запасов в две очереди (в первую очередь камер, во вторую междукамерных целиков и потолочин) при новом варианте запасы вынимаются в три очереди (камеры, междукамерные целики и потолочина), вместо выпуска всей рудной массы через выработки днища при новом варианте выпуск осуществляет-

ся через орт в нижней части камеры и орты промежуточных горизонтов. Поскольку запасы руды в потолочине невелики, а остальные запасы могут быть извлечены без существенного разубо-живания, то и в целом по блоку потери и разубоживание при этом варианте системы будут в несколько раз меньше, чем при базовом варианте. Улучшаются и другие технико-экономические показатели отработки блока.

Таким образом, суть нового способа разработки крутопадающих и наклонных рудных тел системой подэ-тажных штреков, заключается в скважинной отбойке запасов камер на открытое очистное пространство с последующим обрушением целиковых запасов, при котором с целью увеличения устойчивой высоты камер и этажей и снижения объемов подготовительно-нарезных работ, уменьшения потерь и разубоживания руды, сокращения сроков подготовки и отработки запасов блоков камеры верхнего этажа по отношению к камерам нижележащего этажа располагают в шахматном порядке, причем камеру выполняют в виде вытянутого вверх шестигранника, оставляя целики в виде сот с вытянутыми вверх ячейками, а выпуск руды из каждой камеры осуществляют через торцы ортов и квершлагов (выпускные выработки) на основном и промежуточных горизонтах. Применение нового варианта технологической схемы разведочно-эксплуатационных, подготовительных и очистных работ позволит на эту величину уменьшить разубоживание, извлечение полезных компонентов при обогащении увеличится на 2-3 %, а извлекаемая ценность добываемого полезного ископаемого (рудной массы) увеличится на 3-4 %.

Потери руды в недрах за счет ликвидации подштрековых и надштрековых целиков могут быть снижены до

уровня 4-5 % вместо 12-15 % при традиционных вариантах систем разработки подэтажными штреками, с магазинированием руды, с распорной крепью и др.

При новом варианте общий объем подготовительно-нарезных выработок в блоке в 2,4 раза меньше. При отработке камерных запасов потери и разубоживание по сравнению с базовым вариантом при новом способе будут меньше, так как ширина камеры по сравнению с базовым вариантом меньше за счет клинообразной формы потолочины (поскольку обрушения пород висячего бока обычно проходят в основном в верхней части камеры), за счет уменьшения доли целико-вых запасов более чем вдвое (с 43 % до 20,6 %), а также за счет того, что часть целиковых запасов извлекается под защитой потолочин.

Кроме этого благодаря сокращению объема подготовительно-нарезных работ соответственно сократятся сроки подготовки запасов к эксплуатации в 2,07 раза. Это значит, что при новом варианте системы можно при той же рудной площади участка обеспечить увеличение производственной мощности по добыче рудной массы в 2 раза, а снижение объема подготовительно-нарезных работ системой подэтажных штреков при подготовке залежей мощностью 6,5 м только горизонтальными выработками (вместо обычных днищ) вдвое позволяет в 1,5 раза повысить интенсивность подготовки и отработки блоков или иметь в работе в 2 раза меньшее число блоков, или обходиться в 2 раза меньшими оборотными средствами для рентабельной работы рудника, обогатительной фабрики и комбината в целом.

Если принять, что добыча руды с этого участка составляет 30 % от добычи в целом по руднику, то в случае

использования возможности увеличения производственной мощности себестоимость добычи за счет условнопостоянных затрат снизится на 15 %.

Кроме этого увеличится полнота извлечения руды при добыче и снизится ее разубоживание, что позволит увеличить производственную мощность рудника не только по рудной массе, но и по конечному продукту (металлам в концентратах).

При больших объемах пород от проходки выработок необходимо применять варианты системы с оставлением всей породы в выработанном пространстве.

На основе проведенных исследований можно прийти к выводу о том, что основными наиболее эффективными направлениями обоснования последовательности и интенсивности разработки месторождений являются следующие:

1. Для обеспечения достаточного оптимального уровня достоверности геологоразведочных данных о величине запасов и качестве полезных ископаемых необходимо вскрытие месторождения производить на всю глубину разработки.

2. Для снижения капитальных затрат на вскрытие и подготовку горизонтов, ускорения подготовки запасов блоков к очистным работам, а также для увеличения производительности блоков на стадии очистных работ необходимо увеличить высоту этажа, например, до 75 или 100 м. Это позволит при тех же рудных площадях увеличить производственную мощность рудников и снизить себестоимость добычи и переработки рудной массы.

3. Для уменьшения потерь и разу-боживания руды и повышения скорости подготовки и отработки блоков необходимо на руднике при всех применяемых системах разработки отказываться от схем подготовки днищ блоков

скреперными штреками с нишами, дуч-ками и воронками и переходить на подготовку днищ только горизонтальными транспортными и траншейными выработками с выпуском через торцы заездов при применении мощных по-грузочно-доставочных машин.

4. Для снижения разубоживания руды при системах с обрушением, по-дэтажных штреков и др. необходимо изменить параметры погрузочных заездов, в частности, их высоту, и применить соответствующие управляющие устройства в торцах заездов, что позволит увеличить ширину живого сечения потока выпускаемой рудной массы, а также высоту, ширину и объемы эллипсоидов выпуска. Увеличение ширины эллипсоидов выпуска и их высоты, особенно при увеличении высоты этажа, позволит не только снизить потери и разубоживание руды, но и существенно расширить сеть выпускных выработок, а значит снизить затраты средств и времени на подготовку днищ блоков, ускорить подготовку блоков и увеличить производственную мощность рудников.

5. Особенно важно снизить разубоживание руды при системах с твердеющей закладкой, потому что разубоживание руды закладочным материалом на цементной основе снижает извлечение при обогащении в несколько раз больше, чем разубоживание породой. Один из путей снижения разубоживания и уменьшения затрат на закладку вместо твердеющей закладки применить забалансовую

рудную массу из заранее отработанных блоков, что обеспечит более полное извлечение запасов и снижение разубоживания до уровня 8-10 %: Второй путь - установить оптимальную прочность и устойчивость закладочного массива (для разных размеров первичных камер), что потребует некоторого увеличения затрат на закладку, но обеспечит оптимальный уровень потерь и разубоживания, при котором эффективность систем разработки с закладкой будет максимальной.

В сложившихся экономических условиях дефицита инвестиций, риск строительства и эксплуатации месторождений, разведанных в слабой степени и сложных по геологическому строению, максимален. Однако вскрытие на всю глубину с отработкой в восходящем порядке позволит более детально изучить месторождение, а реализация предлагаемых технологий добычи, обеспечивающих высокое качество добываемого полезного ископаемого, при минимальных объемах горно-подготовительных работ позволит обеспечить эффективную отработку месторождения. После детального изучения месторождения производственная мощность предприятия может быть увеличена в соответствии с величиной и качеством изученных дополнительных запасов полезного ископаемого. По мере освоения запасов и совершенствования технологии добычи и переработки могут быть вовлечены в эксплуатацию и более бедные запасы.

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шестаков В.А. Проектирование горных предприятий. М., МГТУ, 2003, 800 с. ШИЗ

Коротко об авторах__________________________________________________________

Разоренов Ю.И., Скорин В.В. - ЮРГТУ (НПИ).

Статья представлена Южно-Российским государственным техническим университетом. Рецензент д-р техн. наук, проф. В.Н. Игнатов.