CC BY
44
© С.Г. Страданченко, А.Ю. Прокопов, В.Л. Склепчук, С.А. Масленников, 2012
УДК 622.258
С.Г. Страданченко, А.Ю. Прокопов, В.Л. Склепчук, С.А. Масленников
ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ СКОРОСТНОГО ПРОВЕДЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО КЛЕТЕВОГО СТВОЛА ПОДЗЕМНОГО РУДНИКА «АЙХАЛ»
Обоснована возможность скоростной проходки и крепления вертикального клетевого ствола подземного рудника «Айхал» АК «Алроса». Предложены варианты технических, технологических и организационных решений, позволяющих повысить темпы проведения ствола до 111 и 133 м/мес.
Ключевые слова: подземный способ добычи, месторождение, армировка, породопогрузочная машина.
Стратегическая задача компании «Алроса» — переход на подземный способ добычи. Этот масштабный процесс, начатый пуском рудника «Интернациональный», включает строительство и ввод рудников еще на трех крупнейших месторождениях — «Мир», «Удачная», «Айхал».
Трубка «Айхал» была открыта геологическим отрядом под руководством В.Т. Изарова, Б.А. Афанасьева, и Е.Д. Черного в январе 1960 г., а 31 декабря 1960 г. постановлением Совмина СССР принято решение о строительстве промышленного предприятие на базе трубки. Отработка месторождения «Айхал» открытым способом была завершена в конце 1997 году, карьер достиг глубины 320 м (абс. отм. +235м — для Юго-Западного участка и +195м — для Северо-Восточного).
Институтом «Якутнипроалмаз» было составлено ТЭО постоянных кондиций на отработку глубоких горизонтов месторождения подземным способом. Согласно этим кондициям балансовые запасы категорий С1+С2 для подземной отработки трубки Ай-
хал утверждены до гор. -100 м. Запасы, расположенные ниже до абс. отм. -400 м, признаны забалансовыми. Верхней границей подземной отработки месторождения принят гор. +230 м.
В 1998 году был создан опытно-промышленный подземный участок (ОППУ), впоследствии преобразованный в подземный рудник «Айхал».
Согласно проекту подземной разработки, месторождение вскрывается двумя наклонными стволами — вспомогательным и грузовым, и одним вертикальным клетевым стволом (ВКС). Стволы размещаются на двух площадках (рис. 1). Глубина клетевого ствола — 610 м, длина наклонных — 1363 м и 1387 м. Ввод рудника предусматривается тремя пусковыми комплексами: первый был введен в 2005 году, он обеспечивает годовой объем добычи 80 тыс. тонн руды, второй позволит добывать 200 тыс. тонн руды в год, третий — 500 тыс. тонн руды. В прогнозном плане развития группы «АЛРОСА» до 2015 года запланирован вывод рудника на проектную мощность в 2012 году.
Пронллощадка вертикального отвода
Промплощадка наклонных стволов
Комелек рцработо* злеировсэвоТо депо
Горизонт +180 и. Гордаоих +100 и.
Горизонт 0 к.
Рудо-воро доедуска Горизонт -100 м.
Рис. 1. Схема горных выработок подземного рудника «Айхал»
В сложном комплексе технологически взаимосвязанных капитальных, подготовительных и очистных выработок рудника стволы занимают особое положение. Во время строительства они находятся на критическом пути и в значительной мере определяют продолжительность сооружения предприятия в целом. Во время эксплуатации, являясь главной транспортной, вентиляционной и коммуникационной магистралью, связывающей подземный и поверхностный
комплексы в единую систему, обуславливают надёжность и бесперебойность работы рудника.
Таким образом, скоростная проходка клетевого ствола, при сохранении высокого качества выполнения работ, является необходимой и актуальной задачей, решение которой организацией ОАО «Ростовшахтострой» позволит своевременно ввести третий пусковой комплекс и достичь рудником в 2009 г. проектной мощности в 500 тыс. т. руды в год.
Рис. 2. Сечение вертикального клетевого ствола
Основные характеристики вертикального клетевого ствола (рис. 2):
• назначение ствола — выдача исходящей струи воздуха, подъем добываемой горной массы (руды и породы) и аварийный выход людей;
• диаметр в свету — 7,0 м;
• глубина — 610,5 м;
• армировка — жесткая с рельсовыми односторонними проводниками;
• постоянная крепь — монолитный бетон толщиной 500 мм, класс бетона
— В20 в интервале отм. -25,0 ч — 250,0 м;
• оснащение ствола — две однока-натные подъемные установки, оборудованные клетью 31НВ4.5А (грузоподъемность — 11,5 т, размеры в плане -4500x1500 мм, вместимость
— 30 человек), противовесом ПП.100 (11,5 т), подъемной машиной 2Ц-3.5х1.8Д.
С учетом проектной и нормативной документации [1 — 6] авторами разработан метод скоростной проходки и крепления ВКС, основанный на следующих положениях:
• применение полного комплекта подвесного проходческого оборудо-
вания и вынесения части операций из забоя на поверхность;
• применение глубоких шпуров, дающих большую скорость проходки горных выработок, чем короткие;
• максимальное совмещение операций;
• применение двухбадь-евого подъёма для совмещения операций по спуску и подъему проходческих машин и инструментов, рабочих и материалов;
• увеличение скорости спуска и подъема проходчиков в бадье в пределах максимально допускаемой
скорости;
• соответствие горно-геологическим и техническим условиям организации взрывных работ;
• максимальная механизация проходческих процессов, как-то: применение сверхтвердых сплавов для бурения шпуров, отбойных молотков и пневмомониторов для разрыхления породы, грейферов для погрузки породы и пр.;
• максимально целесообразное насыщение забоя бурильными машинами и проходчиками;
• применение комплексных бригад с разделением труда в них между проходчиками при совмещении профессий;
• применение непрерывности процессов (за исключением взрывания) и сменяемости проходчиков в забое ствола;
• научно-обоснованная организация работы, полное использование механизмов и уплотнение рабочего дня.
Геологические и гидрогеологические условия проходки. Геологический разрез ствола представлен: кы-лахская и сктыканская свиты О2-3и;
сохоолоохская свита Ордовикской системы 01-255; олдондинская свита 0101; онхойюряхская свита Е30п; мор-кокинская свита £зшгк1 — £3шгк2.
Породы представлены мергелями, доломитами, отдельными слоями гипса, известняков, прочностью по шкале проф. Протодьяконова от 2 до 7, в основном 3—4. Ожидаемый при проходке водоприток не превышает 6 м3/ч.
Таким образом, геологическая и гидрогеологическая обстановка благоприятна, массив сложен мягкими и частично средней крепости породами, стенки ствола достаточно устойчивы, в подобных условиях проведение скоростной проходки считается обоснованным.
Технологическая схема проходки. При выборе технологической схемы основными критериями служили: обеспечение максимальной безопасности труда; минимизация дополнительных затрат; максимальное использование имеющегося (эксплуатируемого) оборудования; наличие опыта ведения подобных работ у коллектива, сформированного для проходки ствола (оценка производилась в форме устного опроса ИТР и тестирования рабочих).
В итоге наиболее рациональной в данных условиях была признана совмещённая схема проходки, по буровзрывной технологии, с возведением монолитной бетонной крепи в передвижной металлической опалубке с забоя ствола. Главным недостатком явилось то, что при принятой толщиной крепи (500 мм) затруднено качественное оконтуривание ствола. Анализ проходок в подобных условиях даёт величину КИС 10—15 %. В данном случае было признано рациональным, снизить переборы за счёт введения соответствующих мер при разработке параметров БВР (см. рис. 4).
Оборудование, располагаемое в сечении ствола. В сечении ствола размещается: установка для бурения БУКС-1М; трёхэтажный подвесной проходческий полок с породопогрузочной машиной 2КС-2У/40; бадьи проходческие (БПСМ-3.0); передвижная металлическая опалубка диаметром 7 м; спасательная лестница; технологические трубопроводы; кабели (освещения, сигнализации, связи, контрольный, взрывания, газовой защиты); канаты (подвески бадей, подвесного полка, спасательной лестницы, кабелей, телескопов бетоново-дов и вентиляции, маневровые и др.)
В результате обследования перечисленного оборудования был сделан вывод: оборудование находится в удовлетворительном состоянии, технически исправно и может быть использовано при ведении скоростной проходки.
Параметры БВР. Наблюдения и замеры ведения буровзрывных работ на ВКС рудника «Айхал» (аналогичные результаты были ранее получены при анализе проходок стволов на рудниках «Мир» и «Удачный») показывают следующее. При отступе постоянной крепи от забоя 2—3 м, и расстоянии от устья крайнего ряда шпуров до проектного контура 200 мм (в соответствии с рекомендациями для пород средней крепости и мягких) наблюдаются значительные переборы (рис. 3, а), что приводит к перерасходу бетона, увеличению объёма выдаваемой породы и замедлению темпов проходки.
Как следствие при бурении отступ шпуров крайнего ряда, на практике, увеличивают (см. рис. 1, б), что приводит к образованию характерного «козырька». Отделение этого выступа с помощью отбойных молотков является трудоёмкой и длительной операцией увеличивающей продолжитель-
0,15-*
«Козырек*
а)
б)
Рис. 3. Влияния расположения и угла оконтуриваюших шпуров
ность второй фазы погрузки (разборки) на 10—20 %.
В подобных условиях (крепь значительной толщины, возводимая по совмещённой схеме) эффективным решением является бурение за крайним рядом оконтуривающих комплекта дополнительных укороченных шпуров (рис. 1, в). Для данного случая рациональной признана длина дополнительных шпуров /шп= 1,4 м, угол наклона 75°.
Разработанный паспорт БВР (рис. 4) составлен с учётом требований скоростной проходки. Предлагаемое ВВ Аммонит 6ЖВ, в виде патронов диаметром 36 мм, является максимально мощным из рекомендуемых для данного типа пород, количество шпуров снижено до 100 шт. основных (/Шп=4,2; 3,9 м), и 17 дополнительных (/шп = 1,4 м). После проведения опытного взрывания и, при необходимости, доработки, паспорт БВР рекомендуется использовать без изменений во всё время ведения скоростной проходки.
в)
наклона
Для выдерживания размеров и предусмотренных углов наклона шпуров рекомендуется использование соответствующих шаблонов.
Перед проведением взрывных работ рекомендуется патроны на поверхности укладывать в специальные полиэтиленовые чехлы, это позволит сократить затрачиваемое на заряжание время на 5—10 %.
Бурение. Совместить спуск установки БУКС-1М и начальный этап бурения с окончанием второй фазы погрузки породы (возможно время совмещения ок. 1 ч), для чего разбив забой на сектора выполнять их разборку поочерёдно. Для бурения шпуров с /^=1,4 м использовать перфораторы, работу выполнять в совмещении с основными процессами (см. рис. 5).
Для организации эффективного бурения при скоростной проходке рекомендуется внедрить следующие организационно-технические мероприятия: заменить бурильные головки на Б-501-А; заменить пневморазводку буровой установки на шланги повышенного диаметра 38 мм; заменить шланги для промывки шпуров на высоконапорные диаметром 18 мм; увеличить ёмкость масляных баков для смазки буровой установки; изготовить (закупить) буровые штанги из усиленной буровой стали диаметром 33 мм.
Погрузка породы. Погрузка породы является наиболее длительным процессом. Для сокращения её продолжительности рекомендуется привлечь опытных водителей КС, выделить их из состава звеньев, организовать работу «по вызову». Как показывает опыт скоростных проходок, дан-
Л? л/п Н»именамими? iioKma tt.nn Ед. Н)«. £Сол-ап
1 Плошздь сеч с ни* ствола, а састу/в прох. М'1 38.5/50.3
г Диаметр шпуров чч ■12
3 Коэффициент крепости пород 3-5
Количества шпуров на никл
•врубовых шт. 7
■ вспомогательных ЮГ 59
окиитуривакшшх ШТ. 34
^^допол ННТСЛЬН ых ШТ. 20
5 Глубина шпуров -врубовых и 4Д
-ВСПОМ0ГЗТСЛЬПЬ(Х м .1,1
оконтурмвающнх N
-Д0П0ЛННТСЛЫ1 ЫХ ч 1,1
6 Общая длина шпуров им цикл и 420.1
7 КИШ (расчетный) М.'Я
в Применение ВВ 6ЖВ
Заряд на шнур -врубовых ИГ 3
-аеп омогл ильны х кг 2,7
окотурнваюшнх кг 2.4
-дол олннтел ьн ых кг ОЛ
К) Расход ВВ на цикл кг 273,9
11 Длиназабойки ы
12 Количество взорванной за никл породы 186
13 Расход ВВ на 1 м* породы Щ 1.47
ная мера снижает время выполнения процесса на 15—18 %, а такую трудоёмкую операцию как планировка породы под опалубку позволяет механизировать на 70—80 %.
Возведение постоянной крепи. Во время визуального обследования состояния постоянной бетонной крепи на уже пройденном участке были выявлены локальные нарушения крепи в виде каверн глубиной до 50—70 мм и неудовлетворительное сцепление по поверхностям сопряжений отдельных заходок крепления.
Для обеспечения высокого качества крепления и независимости ведения работ, а также сокращения транспортных расходов рекомендуется установка на промплощадке блочных бетонорастворных узлов, например, положительно зарекомендовавших себя СБ-145 или БСЗ-2Ч1500.
Процесс бетонирования предлагается совместить с погрузкой породы
Рис. 4. Рекомендуемые параметры БВР при скоростной проходке ВКС
[ (разборкой забоя). Для этого в первую очередь укладывается 15—16 м3 бетона, с введённым ускорителем схватывания (рекомендуемый для данных условий, хлористый кальций), после окончания заливки в течение часа бетон необходимо выдержать и после этого возобновить погрузку породы. Для более эффективного определения времени продолжения работ по погрузке организовать отбор проб (заливку кубиков) бетона непосредственно перед спуском смеси (после добавления ускорителя схватывания). Вслед за окончанием бетонирования кубики проверять, и при достаточной прочности сразу же возобновлять погрузку.
Наращивание трубопроводов. Наращивание трубопроводов предусмотрено, выполнять последовательно с остальными операциями, но возможно совмещение данного процесса с буре-[ нием шпуров или возведением бетонной
■■/к Операция цикла Ед. ИЗМФ Объём Прод. 1 смена 2 смена 3 смена
ИНН. 9 10 п 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4 5 6 7 8
1 Спуск буровою обор-я шт. 1 20 п
2 Бурение шпуров п.м. 392 220
3 Бурение шнуров перфораторами п.м. 24 60 1
4 Выдача БУКС HIT. 1 20
5 Спуск ВМ и заряжание забоя шт. 117 140 —1
6 Подъем полка п.м. 25 20 • т
7 Взрывание и проветривание шт. 1 30 1 1
8 Спуск полка п.м. 25 20 —
9 Приведение чабоя в безопасное состояние шт. 1 20 П
10 Уборка породы первой фазы м3 171 460 1 1
| 1 1 1
11 Отрыв, спуск, центр, опалубки шт. 1 60 1 L- 1 1 1
12 11ланировка породы шт. 1 30 1 — 1 1
13 Укладка бетона. 1 -я фаза м' 16 130 1 Г" 1 1 1 I
14 Укладка бетона. 2-я фаза м3 34 150 1 1 1 ~Г ч
15 Уборка породы, 2-я фаза м3 15 120 1 1 1 1 1
16 11арашивание трубопроводов П 1200, 168, 159,68. 103 мм. п.м. 3.7 120 1 1 1 1 1 1
17 Прием и сдача смспы см. I 10 J ■
Рис. 5. Циклограмма работ по скоростной проходке ВКС рудника «Айхал» темпами 111 м/мес.
п/п Операция цикла Ед. изм. Объем Прод. ] смена 2 смена 3 смена
иин. 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 1 2 3 4
1 Спуск бурОНО! 0 обор-я шт. 1 20 П
2 Бурение шпуров п.м. 392 220
3 Бурение шпуров перфораторами п.м. 40 72 1
4 Выдача БУКС шт. 1 20 Ц
5 Спуск ВМ и заряжание забоя шт. 119 140
1
6 Польём полка п.м. 25 20 к Т
7 Взрывание и проветривание шт. 1 30
8 Спуск полка п.м. 25 20 —
9 Приведение забоя в безопасное состояние шт. 1 20 п
10 Уборка породы первой фазы м3 171 350 1 1
1 - 1 1 1
11 Отрыв, спуск, центр. шт. 60 1 | 1
опалубки 1 п 1 1
12 Планировка породы шт. 1 30 4-г
13 Укладка бетона, 1-я фаза м> 16 130 1 1 1 1 1 1
14 Укладка бетона. 2-я фаза м' 34 150 1 1 1 1
| | 1
15 Уборка породы, 2-я фаза м1 15 120 1 1 | 1
16 Наращивание трубопроводов 0 1200. 168. 159,68, 103 мм. п.м. 3,7 120 1 1 1 1 1 1 1
17 Приём и сдача смены см. 1 10 в I ■
Рис. 6. Циклограмма работ по скоростной проходке ВКС рудника «Айхал» темпами 133 м/мес.
крепи. Таким образом, существует резерв повышения скорости проходки до 111 м/мес (см. рис. 5 и 6).
Подвеска кабелей. Подвеску кабелей освещения, связи, блокировки и взрывания рекомендуется выполнить на канатах диаметром 22—25 мм.
Подъём. Для рассмотренных условий проходки ВКС рудника «Айхал» наиболее «узким» местом, сдерживающим темпы проходки, является подъём. Используемые при проходке постоянные двухбарабанные подъёмные машины 2Ц-3,5-1,8 обеспечивают выдачу породы бадьями с объёмом до 3 м3, что, для ствола диаметром 8 м вчерне и глубиной более 600 м, является недостаточным. При возможности установки передвижных подъёмных машин (рекомендуются типа МПП-17,5) и замене проходческих бадей БПСМ-3 на БПС-4, без внесе-
1. Рабочая документация проектной конторы «Шахтспецстройпроект» на проходку и крепление клетевого ствола рудника «Айхал».
2. Единые правила безопасности при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом. ПБ 03-553-03.
3. Единые правила безопасности при взрывных работах. ПБ 13-01-92 (с изм. 1 — ПБ 13-91-95)
ния изменений в конструкцию полка, скорость проходки можно значительно увеличить (до 133 м/мес, рис. 6).
Перед началом скоростной проходки особое внимание обратить на:
• проведение углубленного профилактического ремонта горнопроходческого оборудования;
• создание запаса смазочных материалов и запасных частей для горнопроходческих машин;
• создание запаса расходных материалов.
Внедрение различных вариантов предложенных технических и технологических решений позволит повысить расчетные темпы проходки ВКС до 111 м/мес. (циклограмма работ приведена на рис. 5) или до 133 м/мес. (рис. 6), тем самым обеспечить сроки ввода 3-й очереди строительства подземного рудника «Айхал».
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
4. СНиП 3.01.01-85* «Организация строительного производства».
5. СНиП 3.02.03-84. «Подземные горные выработки».
6. Инструкция по охране труда для проходчика, занятого на сооружении вертикальных стволов. — Харьков: Шахтспецстройпроект, 1990. ГТТТТ?
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Страданченко Сергей Георгиевич — доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой, директор,
Прокопов Альберт Юрьевич — кандидат технических наук, доцент, заместитель директора по образовательной деятельности, е-шаИ: prokopov72@rambler.ru,
Масленников Станислав Александрович — аспирант, горный инженер, ассистент, е-шаИ: maslennikovsa@mail.ru.
Шахтинский институт Южно-Российского государственного технического университета, (Новочеркасского политехнического института).
Склепчук Вячеслав Леонидович — горный инженер, зам. главного инженера по технадзору «Ростовшахтострой», е-mail: mail@rshs.ru,
