Научно-методические основы освоения месторождения комбинированной геотехнологии Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

СЕМИНАР 7

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"

МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2000 г.

© Д.Р. Каплунов, В.Н. Калмыков, М,ВчРыльникова, 2001

УДК 622.23

Д.Р. Каплунов, В.Н. Калмыков,

М.В. Рыльникова

НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ОСВОЕНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ

Вопросы формирования единой

гии, определяющей сущность

ванной геотехнологии, отличающейся

личным сочетанием открытой и подземной физико-технических работ и физико-химических методов добычи полезных ископаемых, являются одними из важнейших в теории и практике работки месторождений комбинированным собом. Имеющиеся разночтения в определении одних и тех же терминов сдерживают создание нормативной и методологической базы рования, разработку правил безопасности производства работ, особенно в переходной зоне, и ограничивают возможность эффективного

менения комбинированной геотехнологии на отечественных горнодобывающих

ях. Особо актуально вопрос пересмотра нологии стоит в свете принятия Академией ук новой классификации горных наук. Ряд торически сложившихся и общепринятых

минов, включая и само понятие геотехнологии, вошли в противоречие с принятыми в классификации. Кроме того, многообразие схем бинированной разработки, определяемых

личными комбинациями во времени и в пространстве техники и технологии открытых и подземных работ и физико-химических дов добычи, трактуются авторами неоднозначными терминами, в том числе по разному сматривается и само определение ного способа разработки.

Принимая во внимание существенные дополнения В.А. Щелканова и Ю.В. Демидова о необходимости взаимосвязи технологических схем и

взаимного влияния при бинированной отработке

сторождения, а также мнение Д.М. Казикаева о

сти учета физико-химических горных работ, на наш взгляд, при определении

ванной геотехнологии

димо указать на

мость единой технологической схемы освоения запасов место-сторождения различными собами. Согласно толковому словарю русского языка В.И. Даля, комбинация - это любое сочетание чего-либо с чем-либо, слагающее единое целое.

Таким образом, в соответствии с принятой классификацией горных наук и по аналогии с определением комбинированных систем подземной разработки, сущность которых заключается в том, что часть залежи подготавливается по единой схеме, делится систематически на выемочные участки, отработка которых ведется различными системами разработки, комбинированная геотехнология предполагает освоение запасов месторождения различными способами при единой схеме вскрытия и подготовки.

Характеристика возможных способов освоения георесурсов представлена на рис. 1. Согласно блок-схеме, комбинированная геотехнологии может быть осуществлена физико-техническими горными работами и физико-химическими процессами при различном сочетании их во времени и в пространстве. При этом для обеспечения эффективного применения комбинированной геотехнологии обязательным условием является формирование единой схемы вскрытия и подготовки запасов на весь период эксплуатации месторождения при временной и пространственной увязке различных технологий в едином проекте освоения запасов.

Рис. 1. Классификация способов освоения георесурсов

Таким образом, комбинированная геотехнология представляет технологию освоения запасов всего месторождения различными физикотехническими и физико-химическими способами добычи, увязанными во времени и в пространстве путем создания единой схемы вскрытия и подготовки запасов.

На наш взгляд, при характеристике комбинированной геотехнологии существенными признаками являются вариация и последовательность выполнения и возможность совмещения в пространстве и во времени способов, слагающих комбинацию, направление развития фронта работ, состояние массива. Предлагаемая классификация способов в виде блок-схемы представлена на рис. 2.

Вскрытие месторождения при применении комбинированной геотехнологии имеет ряд особенностей, вызываемых: наличием карьерного пространства, как самостоятельной вскрывающей

Как показывает анализ опыта разработки месторождений комбинированным способом в большинстве случаев для вскрытия запасов, подлежащих добыче подземным способом, используются традиционные способы вскрытия выработками, располагаемыми за пределами зон сдвижения. Они характеризуются повышенными объемами капитальных работ, увеличенными сроками строительства рудников из-за необходимости размещения стволов на удаленном расстоянии вследствие занятости территории объектами открытого рудника и повышенного геоме-ханического влияния карьерного пространства.

Эти недостатки могут быть устранены при комплексном проектировании освоения запасов комбинированной геотехнологией путем увязки проектных решений по способам разработки, в том числе в части размещения вскрывающих выработок с учетом перспектив развития горных работ в карьере и на шахте и функционирования

выработки; увеличенным размером зон, вовлекаемых в процесс деформирования массива под влиянием горных работ; зависимостью от принятого порядка освоения месторождения и распределения запасов по способам разработки.

их на всех этапах разработки. Добиться существенного снижения затрат и сроков строительства, используя традиционные способы вскрытия не возможно. Выход находится в использовании карьера в качестве вскрывающей выработки и в

Рис. 2. Классификация способов комбинированной геотехнологии

создании единой транспортной схемы для вывоза рудной массы.

Такой опыт имеется как в отечественной, так и в зарубежной практике. Применяются следующие варианты использования карьера в качестве:

рудовыдачной выработки, вспомогательной вскрывающей выработки, вспомогательной выработки на стадии строительства. Для использования карьера в качестве рудовыдачной выработки с горизонтальных берм бортов или с дна карь-

ера проходятся штольни, вертикальные или наклонные стволы, наклонные подземные съезды, предусматривающие движение самоходного оборудования.

Имеется также большой опыт использования карьерного пространства для размещения вспомогательных подземных выработок для доставки материалов, оборудования в подземный рудник, подготовки подземных блоков к очистной выемке, подачи свежего и выброса загрязненного воздуха. Благоприятствует использование карьера для нужд подземного

рудника и возможность размещать в карьерном пространстве породу от проходки подземных выработок. Существенно снижаются затраты комбинированной геотехнологии при формировании единой системы водоотливных и дренажных выработок.

Использование карьера в качестве вскрывающей выработки для освоения подземных запасов предполагает сооружение в карьере перегрузочных узлов, размещение вентиляционных установок, поддержание карьерных съездов и коммуникаций длительный период эксплуатации под-

Рис. 3. Классификация способов вскрытия при освоении запасов комбинированной геотехнологией

карьерных запасов, что зачастую при большой глубине карьера требует оставления в качестве барьерных целиков части прикарьерных запасов.

Использование глубоких карьеров в качестве рудовыдачной выработки не всегда бывает оправданным, вследствие необходимости поддержания всех бортов карьера во время разработки запасов подземным способом и высоких затрат на транспорт карьерным оборудованием. В этом случае целесообразно использовать подземные вскрывающие выработки для освоения запасов глубоких горизонтов карьера. В основании последнего сооружается капитальный рудоспуск, и транспортирование рудной массы с открытых горных работ осуществляется по квершлагам и вертикальным или наклонным стволам, штольням.

На основании анализа применяемых и проектных решений по вскрытию предлагается следующая классификация способов вскрытия при освоении запасов месторождения комбинированной геотехнологий (рис. 3).

Следует отметить, что при выборе в карьере места заложения вскрывающих подземных выработок исходят из требований безопасности и удобства работ, минимальной запыленности, возможностей снабжения энергией, водой, наличия площадок для организации пунктов перегрузки. При определении положения подземных вскрывающих выработок учитываются, наряду с традиционными факторами, перспективы развития горных работ в карьере и условия сдвижения массивов пород под влиянием подземных и открытых горных работ.

Выбор предпочтительного варианта вскрытия осуществляется на основе совместного учета технических (схема вскрытия, системы открытых и подземных работ, место заложения вскрывающих выработок, вид транспорта и способ подъема и т.д.), организационных (сроки строительства, календарная увязка планов горных работ) и экономических соображений с учетом распределения во времени сроков осуществления затрат и получения доходов.

Применение комбинированной геотехнологии освоения запасов при единой схеме вскрытия и подготовки с размещением основных вскрывающих выработок с учетом перспективы развития горных работ позволит существенно снизить капитальные и эксплуатационные затраты предприятий. При этом карьерные транспортные

съезды и сам карьер также следует рассматривать как вскрывающие выработки. Вскрывающие подземные выработки используются не только для освоения запасов подземных горизонтов, но и для вскрытия глубоких горизонтов карьера.

Отказ от двух самостоятельных схем вскрытия шахтного и карьерного полей путем применения единой схемы с комплексной увязкой технологии открытых и подземных работ, а в ряде случаев и физико-химических геотехнологий в едином плане горных работ по освоению запасов месторождения, расширит область эффективного применения комбинированной геотехнологии и позволит избежать негативных последствий переходного периода с одного вида горных работ на другой при рассмотрении их в раздельных проектах.

Запасы переходных зон, расположенные на границе открытых и подземных горных работ за счет наличия на одном рудном поле оборудования и технологий различных способов разработки, предусматривает возможность такого сочетания элементов известных технологий различных видов горных работ.

Кроме того, при последовательной открытоподземной геотехнологии, а также при параллельной разработке запасов открытым и подземным способами, имеется возможность отработки части запасов, расположенных в переходной зоне на границе карьерного и шахтного полей, комбинированными горными работами.

Комбинированные горные работы - это работы, осуществляемые на выемочном участке единым фронтом очистных работ и по единой технологической схеме, предполагающей комбинацию элементов различных физико-технических и физико-химических геотехнологий.

центральное] [периферийное! ¡рассредоточенное Рис. 4. Классификация систем открыто-подземной разработки

Варианты геотехнологии, осуществляемой комбинированными горными работами, характеризуются многообразием технологических схем, предполагающих различные комбинации оборудования и процессов открытых, подземных работ и физико-

химических методов, возможным продольным, поперечным, радиальным и кольцевым развитием фронта горных работ с применением без-уступной технологии и специальных методов добычи. Кроме этого они предполагают при-

менение карьерных и шахтных транспортных коммуникаций, использование признаков систем разработки открытых и подземных, таких как закладка выработанного пространства, оставление рудных и породных целиков и создание искусственных, обрушение руды и вмещающих пород, пригрузкой бортов путем внутреннего отвалообразования.

Специфические особенности технологии освоения переходных зон, выражающиеся в наличии единого карьерного и подземного очистного пространства, общих несущих элементов горных конструкций, возможностями использования оборудования и технологий различных видов горных работ, определяют объективную невозможность выполнения правил безопасности при подземных и открытых горных работах.

Это сдерживает вовлечение запасов переходных зон в разработку, вынуждает предприятия разрабатывать специальные мероприятия и осуществлять выемку запасов по локальным проектам, чаще в опытно-промышленном порядке. В результате отработка запасов переходных зон сопряжена с повышенными трудностями и экономическими затратами, опасностью производства работ.

Причиной этих негативных явлений является отсутствие нормативной базы проектирования и правил безопасности работ в данных специфических условиях. Основой для созда-

ния такой нормативно-технической документации является классификация систем открытоподземной разработки переходных зон. В качестве основного классификационного признака при систематизации вариантов выступают состояние подрабатываемого массива и способ управления им (рис. 4). В качестве дополнительных признаков в классификации используются признаки систем открытой разработки - направление развития фронта работ и положение забоя.

Упорядочение и уточнение терминологии, классификация систем открыто-подземной разработки позволят более обоснованно подойти к формулированию правил безопасности работ в переходных зонах, разработать методические положения норм технического проектирования.

Предлагаемая классификация систем открыто-подземной разработки не исключает применение физико-химических геотехнологий. Физико-химические технологии эффективны для доработки бедных руд, выклинивающихся участков залежей, приконтактных зон, запасов, расположенных в сложных горнотехнических условиях, где применение физико-технических геотехнологий нерентабельно. Комбинация физико-химических и физико-технических процессов обеспечит комплексность освоения запасов и повысит уровень передела товарного продукта горно-обогатительного производства.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ =-

/----------------------------------------------------------------------------7

Каплунов Давид Родионович - чл.-корр. РАН, профессор, доктор технических наук, Институт проблем комплексного освоения недр РАН.

Калмыков Вячеслав Николаевич - профессор, доктор технических наук., Магнитогорский государственный технический университет.

Рыльникова АЛ В — ЛЛягнитогорский государственный технический университет

X__________________________________________________________________________X