Обоснование параметров открытой разработки мощных нерудных месторождений с внутренним отвалообразованием Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

СЕМИНАР 15

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2000”

МОСКВА, ' МГГУ, ' 31 ' января - 4 февраля 2000 года

:! ^ В.И. : Симоненко, 2000 : :::::::

:!:! УДК 622.271

У В.И. Симоненко

¡1 ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ОТКРЫТОЙ Ц РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ НЕРУДНЫХ

Ц МЕСТОРОЖДЕНИЙ С ВНУТРЕННИМ

И ОТВАЛООБРАЗОВАНИЕМ

В

условиях начавшейся на Украине реформы по приватизации земли, усиления ответственности на нарушение природных ресурсов и реализации других законов о земле, получение новых земельных отводов горнодобывающими предприятиями становится про-блематичным. Поэтому большинство карьеров должны отрабатываться с использованием своего выработанного пространства для складирования вскрыши и других отходов производства. Указанные требования относятся ко всем предприятиям, осуществляющим разработку месторождений полезных ископаемых открытым способом. Не являются исключением также нерудные месторождения, занимающие меньшие площади по сравнению с рудными, угольными и россыпными. К ним относятся месторождения известняков, доломита, кварцитов, графита, песчаников, мергелей, мела, гранитов и гранодиори-тов.

Внутреннее отвалообразование вскрышных пород с наибольшей эффективностью осуществляется при бестранспортной системе разработки. Исследованиями [1] были установлены пределы использования бестранспортной системы для условий применения драглайнов типа ЭШ-6/45, ЭШ-10/60, которые по производительности подходят для отработки исследуемых месторождений. Ими

Рис. 1. Схема отработки нерудного карьера крутыми слоями: а, б, в, г -

очередность отработки слоев; В, Н - верхняя и нижняя группы уступов по вскрышным породам; I, II - то же по полезному ископаемому; 1, 2.. .7 - обозначено в тексте

можно отрабатывать вскрышной уступ высотой до 20 м при мощности пласта полезного ископаемого до 5 м. Подобные условия имеются, например, в Положском карьере огнеупорных глин, на Мурзинском и Новосе-лецком глиняных карьерах Ватутин-ского огнеупорного комбината. При увеличении мощности вскрыши и пласта полезного ископаемого будут пропорционально возрастать и параметры экскаваторов-драглайнов. Соответственно необходимо обеспечивать повышение производительности нерудных карьеров как по вскрыше, так и полезному ископаемому, что в данный период не целесообразно. Транспортно-отвальная система разработки по аналогичным причинам также не может использоваться.

Нерудные месторождения известняков, доломитов, кварцитов, песчаников, мела, мергелей имеют пологое или слабонаклонное залегание. Залежи полезного ископаемого, как правило, пластообразные и линзообразные. Покрывающие породы представлены рыхлыми четвертичными и третичными отложениями: глинами, супесями, песками, иногда с включениями брекчеи. Скальные вскрышные породы - это некондиционные вывет-релые и сильно переслоенные песчано-глинистыми включениями полезные ископаемые. Они размещаются поверху продуктивной толщи залежи и перекрыты рыхлой вскрышей. Вмещающие вскрышные породы занимают незначительную часть общих объемов вынимаемых пустых пород. Они приурочены к межпластовым слоям. На карьерах по добыче флюсовых известняков и доломитов в продуктивную толщу сортового ископае-

мого могут вклиниваться его некондиционные виды. Их используют для производства щебня и песчаных материалов, потребляемых в промышленности, гражданском и дорожном строительстве.

Мощность покрывающих рыхлых пород на указанных месторождениях колеблется от 10 до 50 м. На отдельных карьерах, например, Псилерах-ском известняковом, она достигает 80-100 м. Скальная вскрыша мощностью до 40-45 м встречается на крупных известняковых и доломитовых карьерах, где осуществляется добыча флюсового сырья. Месторождения песчаников, кварцитов и известняков для производства строительного щебня, извести, цемента, соды, сахара характеризуются меньшей мощностью скальной вскрыши - до 3-5 м.

На разрабатываемых в Украине месторождениях залежь нерудных полезных ископаемых имеет мощность от 10-15 до 170-225 м. Большинство маломощных месторождений отрабатываются по технологии с внутренним отвалообразованием. Например, месторождение ассоциации »Укрсах-камень»: Добрянское, Тягинское, Тернопольское известняковые, Баничское кварцитовое, Марусинское песчаниковое с мощностью полезных ископаемых 10-30 м. Вскрышные породы автотранспортом перевозятся во внутренние отвалы выработанного пространства на расстояние 1,5-2,5 км.

Когда мощные залежи нерудных ископаемых разрабатываются тремя-четырьмя и большим количеством уступов, к внутреннему отвалообразова-нию приступают только во второй половине эксплуатационного периода, а то и к его завершению. На протяжении 15-20 лет вскрыша складируются во внешних отвалах, для которых необходимо отводить землю. Горные работы ведутся по аналогии с железорудными карьерами. С углубкой со скоростью 6-8 м/год и горизонтальным подвиганием 60-80 м/год. Такая технология разработки применяется на всех карьерах по добыче флюсового, гранитного и гранодиоритового сырья. Она не позволяет сформировать выработанное пространство карьеров под отвалы вскрыши на более раннем периоде эксплуатации. Ниже описана новая технология двухэтапной отработки мощных нерудных месторождений.

На первом этапе (рис. 1) осущест-

вляется строительство карьера первой очереди и его отработка до подошвы 3 залежи полезного ископаемого 2. Этот карьер формируется путем интенсивной углубки с наибольшей допустимой скоростью при применении автотранспорта. Из карьера первой очереди вскрыша вывозится во временный приконтурный отвал 5. Он отсыпается перед фронтом горных работ на земной поверхности в границах контуров 1 карьерного поля. Почвенно-плодородный слой предварительно снимается и складируется за контуром 1 в бурты. К окончанию формирования карьера первой очереди его рабочий борт отстраивается под максимальным устойчивым углом наклона. Он состоит из участков временно нерабочего борта (УВНБ) 4. В каждый УВНБ включены несколько уступов, заоткошенных под нерабочим углом откоса. На уступах УВНБ оставлены транспортные и предохранительные бермы. Отдельные УВНБ разграничены между собой площадками большой ширины.

После отстройки карьера первой очереди все горные работы по рабочему борту ведутся в крутом слое от верхнего уступа к нижнему. Начинается отработка вскрыши в приконтур-ном отвале 5 на верхней группе уступов В. породы вскрыши перевозятся на кровлю полезного ископаемого и складируются под откосом УВНБ 4 в прибортовом отвале 6. Сюда же доставляется вскрыша покрывающей

толщи из уступов группы Н. Одновременно отрабатывается карьер первой очереди до дна 3. Можно использовать также комбинированную схему. Часть вскрыши из верхней группы уступов приконтурного отвала

5 вывозить непосредственно во внутренний отвал. Породы из уступов покрывающей вскрыши (группы Н) -доставляются в прибортовой отвал 6.

Добыча ведется путем выемки полезного ископаемого в крутом слое группы уступов I аналогичным способом: от верхнего горизонта к нижнему. При этом параллельно разрабатывается вскрыша прибортового отвала

6 поуступно и переносится на нижерасположенный УВНБ под откос крутого слоя группы уступов II. Постепенно понижаясь в пределах крутого выемочного слоя горные работы достигают дна карьера 3. Вскрыша отвала 6 переносится на дно, а затем под противоположный борт во внутрен-

ний отвал 7. В дальнейшем выемка пород выполняется аналогично в крутом слое от верхнего вскрышного к нижнему добычному уступам. До окончания второго этапа отработки месторождения все вскрышные породы перемещаются в выработанное

Таблица 1

ВЫРАЖЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЕТА И ВЕЛИЧИНА ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ТЕХНОЛОГИИ НА КАРЬЕРАХ ПЕРВОЙ ОЧЕРЕДИ ПРИ ОТРАБОТКЕ МОЩНЫХ НЕРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Наименование параметров и их определение Параметры для базовых нерудных карьеров

Большой протяженности Средней Малой

Пи Пв Lк (определены при систематизации карьеров) 1764 828 2210 1323 1295 2240 1226 463 1660 1015 360 1800 780 310 840 417 135 740 115 5 460

Наименование параметров и их определение Параметры для базовых нерудных карьеров

Вк Нк НВ (определены при систематизации карьеров) 930 200 38 1250 130 60 670 75 19 580 45 12 626 107 22 435 73 14 250 78 17

Всп - 0,5( ВОв +Lдп)•Нoв(Bд+ +НовС5авиУ[Нну(Вд+ДН1)]+0,5ДН2+ +Ьтп 83 136 55 28 68 48 72

Воп - Всп - Ьтп 71 124 43 16 56 36 60

Вону - Воп - ЛН2 61 117 32 10 48 25 54

Нпо-kpоНв[LкпBк-Нв(Lкп+Bкctgбyв+ + НВ ^2був]/КтВг^к-Ькп) 26 28 5 2 27 7 50*

НВО =■*!^Д1ВД + 4(^Д1 + вд) ' 95 78 30 19 52 30 49

• сШаБИ ' КроНв1Фввфв -Ьд^дЩЬд! + Вд)с^аБИ

ННУ-НвоБ (Установлено расчетами на устойчивость прибортового отвала) 54 35 56 32,5 42,5 59 31

Пну-^к-Нв)/Нну 3 2 1 1 2 1 2

Lкп-Lдп+AНl+AНз+nнyНнyctgбyи+ +(пну-1)Всп 826 654 278 158 450 238 320

Lдп-Нво(ctgбоp-ctgбБи)+ ВОв 132 100 44 30 76 52 86

Примечание: * часть вскрыши на площади 1,5 га размещается во внешнем отвале; АН1 - (НК - Нв)с^бБИ; ДН2 - Нщ^с^бш - -ctgбyИ); ДН3 -Нв(^6бв + ctgбyв); Lфв - Lк - НвctgбБв; Вфв - Вк - НвctgбБв; Вов = 25-35 м; Ьщ - Lд - 60; Вс - 36-40м.

Таблица 2

РЕЗУЛЬТАТЫ ОЦЕНКИ ТЕХНОЛОГИИ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ МОЩНЫХ НЕРУДНЫХ ИСКОПАЕМЫХ С ВНУТРЕННИМ ОТВАЛООБРАЗОВАНИЕМ

Наименование Оценочные показатели по базовым карьерам

Количество исследованных нерудных карьеров, шт. 10 8 6 10 12 8 10

Наименование оценочные показатели по базовым карьерам

Количество исследованных нерудных карьеров, шт. 10 8 6 10 12 8 10

Средний геологический коэффициент вскрыши, м3/м3 0,47 0,98 0,38 0,35 0,4 0,32 0,44

Средний текущий коэффициент вскрыши с учетом объемов повторной переработки вскрыши прикон-турного отвала, м3/м3 0,74 1,28 0,47 0,39 0,8 0,56 0,88

Коэффициент переэкскавации вскры-ши в прибортовых отвалах, м3/м3 1,4 0,7 0,55 0,66 0,65 0,36 0,52

Срок строительства карьера первой очереди, лет 11 11 3 1,5 9 6 12

Срок существования карьера, лет 87 106 38 30 33 30 28

Высвобождаемые площади внешних отвалов, га 154 285 40 37,2 35,5 19,2 10

Себестоимость разработки, перевозки и отвалообра-зования 1 м3 вскрыши, грн.: - во внешних отвалах; - во внутренних отвалах 4 2 5 5 т" со" 0,9 0,823 0,66 0,445 0,78 0,695 0,565 0,493 5 5 о" о"

пространство карьера в полном объе- рекультивируется участками вслед за передаются в сельхозиспользование.

ме. Поверхность внутреннего отвала подвиганием рабочего борта. Участки На карьерах, отрабатывающих интру-

Рис. 2. Схема к расчету параметров карьера первой очереди и отвалов вскрышных пород при открытой разработке нерудных месторождений этапами

УВНБ на рабочем борту пну и производительность карьеров (тыс. м3/год) по полезному ископаемому ПИ и вскрышным породам Пв. Расчет этих параметров осуществляются по формулам, приведенным в табл. 1, здесь же даны и их численные величины.

Эффективность предложенной технологии открытой разработки мощных нерудных ископаемых оценим по сравнению с технологией при внешнем отвалообразовании пород. оценку будем производить по двум критериям: себестоимости разработки, погрузки, транспортировки и от-валообразования 1 м3 вскрышных пород и площади земельных отводов, занимаемых под отвалами вскрыши. Результаты сравнения (табл. 2) этих технологий открытой разработки показывают преимущество предложенной с внутренним отвалообразовани-ем.

При почти равнозначных затратах (себестоимости) выемки, погрузки, перевозки и отвалообразо-вания вскрышных пород на карьерах технология разработки месторождений двумя этапами с внутренним отвалообразованием обеспечивает сбережение значительных объемов земельных ресурсов. С учетом необходимости размещения транспортных коммуникаций к внешним отвалам площадь высвобождаемых земель по карьерам составит более 25...300 га. Выполненные исследования позволяют рекомендовать использование разработанной технологии в практике при отработке, проектировании, реконструкции действующих и строительстве новых нерудных карьеров.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Теория и практика бестранспортной системы разработки ме- 2. Усик И.И., Симоненко В.И. Строительство и параметры не-

сторождений / М.Г. Новожилов, В.С. Эскин, Г.Я. Корсунский. - К.: рудных карьеров флюсового и каменного сырья // Науковий вюник НГА

Вища школа, 1973. - 208с. Украши. - 1990. - N° 4. - С. 39-42.

зивные и эффузивные магматические нерудные полезные ископаемые, можно использовать аналогичную технологию. Такие карьеры, разрабатывающие графитовые, гранитные, мигматитовые и др. месторождения, имеют свою конечную проектную глубину. Она устанавливается по горногеологическим и гидрогеологиче-скимэкономическим условиям, или ограничивается наземными сооружениями (поселки, города), водоемами, реками, автомобильными и железными дорогами, линиями электропередач.

Для обоснования параметров предложенной технологии открытой разработки мощные нерудные месторождения Украины систематизированы с выделением базовых карьеров [2]. Они разделены на три группы по протяженности карьерного поля: большой ^к > 1200 м), средней ^к = 500-1200 м) и малой ^к = 200-500 м) протяженности. В каждой из групп выполнено разделение по мощности отрабатываемой залежи полезного ископаемого, которая определяет конечную глубину карьера. Базовые (усредненные) карьеры 1, 2 и 5 типов (таблица 1) характерны для известняковых и доломитовых карьеров флюсового сырья. Карьеры 3, 4 и 6 типов

- месторождения строительных и концерна «Укрсахкамень» известняков, кварцитов, песчаников. Месторождения графита, гранитов, мигматитов и др. изверженных строительных материалов характеризуются базовыми карьерами 3, 5, 6 и

7 типов.

К основным параметрам, обеспечивающим применение данной технологии, относятся следующие (рис. 2). Линейные размеры (в метрах): длина карьера первой очереди по поверхности Lкп; длина его дна Lдп; ширина нижней площадки УВНБ Всп; ширина крутого выемочного слоя Вс; ширина верхней Вону и нижней Воп площадок прибортового отвала; ширина площадки по верхнему ярусу внутреннего отвала Вов; высота при-бортового отвала Нвоб, соответствующая высоте участка временно нерабочего борта Нну; высота внутреннего Нов и приконтурного Нпо отвалов. Углы откосов (в градусах): вскрыши в прибортовом аво, приконтурном аоп и внутреннем аор отвалах; результирующие углы откосов нерабочего борта по ископаемому аБи и наносам аБв; результирующие углы откосов рабочего борта по наносам аУв и по полезному ископаемому в пределах УВНБ ауи. Количество