CC BY
41
УДК 622.271:622.34
ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ЗОЛОТОРУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ В УСЛОВИЯХ ВЫСОКОГОРЬЯ
Б.Л. Тальгамер1, А.В. Франчук2
Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Целью работ является обоснование технологии освоения рудных месторождений в условиях высокогорья. Приведены примеры расположения высокогорных месторождений в мире и России. Перечислены их особенности и сложности освоения, такие как неблагоприятный рельеф местности, более суровые климатические условия, наличие многолетней мерзлоты и ледников, неоднородная геологическая структура, повышенная сейсмичность, удаленность от инфраструктуры и труднодоступность.
Дана общая характеристика одного из самых высокогорных месторождений России, и изложена специфика его эксплуатации, в том числе очень низкие температуры воздуха, относительно небольшие запасы руды, значительная удаленность и труднодоступность, крутые склоны, осложняющие концентрацию технологических процессов, и транспортные связи между ними.
Сделана оценка возможных вариантов разработки данного месторождения, учитывающая коэффициент вскрыши, целесообразную глубину карьера, рельеф поверхности, параметры горного оборудования, порядок отработки запасов, возможность размещения транспортных коммуникаций.
Предложена технология освоения этого золоторудного месторождения, описан порядок его отработки. Приведены основные параметры карьера, технологических процессов и перечень основного горнотранспортного оборудования. Оценены перспективы освоения высокогорных золоторудных месторождений в регионе.
Ключевые слова: высокогорное золоторудное месторождение; технология разработки.
SUBSTANTIATION OF A GOLD DEPOSIT DEVELOPMENT TECHNOLOGY FOR A HIGH MOUNTAIN REGION
B.L. Talgamer, A.V. Franchuk
Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
The article provides the examples of high mountain deposits location both in the world and in Russia. It lists the peculiarities and difficulties of their development, including unfavorable relief, harsh weather conditions, presence of permafrost and glaciers, inhomogeneous geologic structure, increased seismic activity, infrastructure remoteness and inaccessibility.
It gives a general characteristic to one of the most high mountain deposits in Russia and describes its exploitation features, which include very low air temperatures, relatively small ore reserves, isolated location and inaccessibility, steep slopes that complicate the concentration of technological processes and transportation links between them.
Possible variants of this deposit development are evaluated with regard to stripping ratio, reasonable depth of an open-cut, surface relief, mining equipment parameters, procedure of reserves exploitation, possibility to build transportation lines.
The development technology for gold deposit under discussion is proposed and its exploitation procedure is described. The paper also presents the basic parameters of the open-cut, technological processes, gives the list of main mining and transport equipment. It also estimates the development prospects of gold deposits in the region.
Keywords: high mountain gold deposit; development technology.
:Тальгамер Борис Леонидович, доктор технических наук, профессор, директор института недропользования, тел.: (3952) 405197; факс: 405104; е-mail: [email protected]
Talgamer Boris, Doctor of technical sciences, Professor, Director of the Institute of Subsoil Use, tel.: (3952) 405197, e-mail: [email protected]
2Франчук Александр Владимирович, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник научно-исследовательской части, тел.: (3952) 405104, e-mail: [email protected]
Franchuk Alexander, Candidate of technical sciences, Leading Researcher of the Scientific-Research Department, tel.: (3952) 405104, e-mail: e-mail: [email protected]
В мире известно достаточно много высокогорных месторождений, расположенных выше 1500-2000 м над уровнем моря. В первую очередь это месторождения меди в Чили Чукикамата (отметка около 3000 м), Рио-Бланко, Лос-Бронесес, Сур-Сур (3500-3800 м); золоторудные месторождения Кыргызстана Кумтор (более 4000 м), Макмал (около 2800 м), Джеруй (3600 м), а также угольное месторождение Кара-Кече (3200 м).
Высокогорные месторождения России имеют меньшие высотные отметки: Чинейское - около 2000 м, Даль-негорское - до 1380 м, Хибинское - до 1750 м.
С увеличением высоты расположения месторождений технология их разработки заметно усложняется. Последнее объясняется специфическими условиями их эксплуатации. В первую очередь это очень сложный рельеф местности, более суровые климатические условия, наличие многолетней мерзлоты, крайне неоднородная геологическая структура, повышенная сейсмичность района, удаленность от инфраструктуры.
С нарастанием высотных отметок увеличивается количество осадков (в среднем на 12% на каждые 100 м подъема), снижается количество кислорода в воздухе, увеличивается скорость ветра, понижается среднегодовая температура.
В условиях высокогорья резко осложняется размещение каких-либо технологических и производственных объектов, сооружение транспортных коммуникаций. Требуется или концентрация всех технологических процессов на небольшой площади, что на небольших месторождениях практически неосуществимо, или разобщение этих процессов с удалением их друг от друга на большое расстояние, что при значительных уклонах становится причиной резкого подорожания транспортных связей.
В горах резко усложняется утилизация отходов производства: из-за крутых склонов формирование отвалов вскрышных пород становится либо невозможным, либо очень опасным. При
открытой разработке увеличивается зона разлета кусков при ведении взрывных работ.
Большинство высокогорных карьеров разрабатывается комбинированным способом: верхняя часть рудного тела -открытым способом, нижняя - подземным. Указанный факт также осложняет технологию горных работ.
В связи с отмеченными неблагоприятными факторами производительность оборудования на высокогорных месторождениях на 10-20% ниже, чем на обычных карьерах [1], продолжительность рабочего сезона значительно короче, затраты на добычу полезных ископаемых в несколько раз выше.
В настоящее время закончено проектирование горных работ и начата эксплуатация одного из самых высокогорных месторождений России - Зун-Оспинского золоторудного месторождения.
Данное месторождение расположено в юго-восточной части Восточного Саяна, на склонах и вершине горы Острой с высотной отметкой 2684,0 м, в средней части хребта Китойские гольцы. В административном отношении Зун-Оспинское месторождение находится в Окинском районе Республики Бурятии.
Рельеф альпинотипный. Склоны горы Острой в верхней и средней частях -скалистые, крутые, в нижней части - перекрыты коллювиальными осыпями и пролювиальными шлейфами (рис. 1).
Западный склон горы более пологий, на большей своей площади перекрыт маломощными (до 1,5 м) элюви-ально-коллювиальными отложениями. Перепад высот от основания горы до ее вершины составляет около 600 м.
Климат района резко континентальный. Среднегодовая температура воздуха, по данным Ильчирской метеостанции, составляет минус 7,4°С. Заморозки и снегопады возможны в любое время года. Продолжительность периода с отрицательными среднедневными температурами составляет 7 месяцев, постоянный снежный покров
Рис. 1. Гора Острая, вид с севера
устанавливается в октябре, полностью снег сходит в первой декаде июня. Суровые климатические условия являются причиной повсеместного развития многолетней мерзлоты, глубина оттаивания грунта на северных склонах не превышает 0,5 м, на южных - 1,5 м. Годовое количество осадков составляет 500 мм, из них до 70% приходится на июнь и июль.
Месторождение находится в сейсмически активном районе с вероятной максимальной силой землетрясений 9 баллов по шкале ГЕОФИАН.
В структурном отношении месторождение тяготеет к участку сочленения северо-западной и юго-восточной ветвей гипербазитового пояса и приурочено к юго-западной части межкупольной складки-перемычки. Рудные тела месторождения локализуются в мощной Оспа-Ильчирской зоне меланжированных пород субширотного простирания. Зона меланжа приурочена к лежачему боку синклинальной складки и полого падает на северо-восток под углом 45-50°. Протяженность рудовмещающей структуры ~ 12 км, ширина ее изменятся от 250 до 750 м.
Геологическое строение зоны сложное и определяется тремя этапами развития общей пликативной и дизъюнктивной геологической структуры района работ:
- образование гранито-купольных структур;
- формирование межкупольных зон-перемычек;
- взаимодействие геоблоков.
В морфологическом отношении перемычка представляет собой ныряющую складку продольного изгиба субширотного простирания, протягивающуюся вдоль плоскости разрыва, по которому происходило перемещение в горизонтальной плоскости породных масс нижнего структурного яруса.
Вмещающие породы зоны-перемычки расчленены на три толщи (снизу вверх):
- черные углистые сланцы;
- известняки;
- зеленые сланцы с перекрывающими их черными сланцами и прослоями ба-зитов.
Породы, слагающие складку-перемычку, вмещают гранитоиды, представленные плагиогранитами, тоналита-
ми, реже - кварцевыми диоритами сум-сунурского комплекса.
Общая протяженность рудных зон - 9 км, промышленные концентрации золота обнаружены в интервале высот 2000-2600 м.
По гидрогеологическим условиям отработки Зун-Оспинское месторождение является простым, так как массивы гранитов и гипербазитов, слагающие горный хребет, являются безводными. Не ожидается притока вод и ниже границы многолетней мерзлоты.
Условия эксплуатации данного объекта во многом сходны с другими высокогорными месторождениями. Это и неблагоприятные атмосферные параметры, сложность строительства подъездных путей и технологических производств, отсутствие удобных участков для складирования отвалов.
Тем не менее в отличие от других высокогорных месторождений данный объект имеет ряд специфических характеристик. Во-первых, это более суровые климатические условия (особенно по сравнению с высокогорными карьерами Чили, Кыргызстана и Таджикистана), что практически исключает возможность ведения горных работ в холодный период года. Во-вторых, это относительно небольшие запасы полезного ископаемого и труднодоступность района, что не стимулирует недропользователя к созданию нормальной инфраструктуры. В-третьих, это значительная удаленность от хорошо освоенных районов (70 км от ближайшей грунтовой дороги и 350 км от ближайшей железнодорожной станции).
Большая крутизна склонов, покрытых курумником, определяет вероятность схода каменных, а в зимний период - снежных лавин. Опасность селей и лавин существенно возрастает при производстве бульдозерных работ на склонах.
К положительным характеристикам данного объекта с точки зрения недропользователя следует отнести более медленное нарастание коэффициента вскрыши по мере увеличения глубины
карьера, что обусловлено выходом рудного тела на водораздел и крутыми склонами горы. К позитивным факторам также следует отнести более благоприятные условия для проветривания карьера.
Разработка Зун-Оспинского месторождения намечается комбинированным способом. Верхняя часть рудного тела до горизонта 2490 м будет разрабатываться открытым способом, а нижележащие запасы будут осваиваться с использованием подземных работ.
Предварительная оценка возможной глубины карьера производилась на основании сравнения среднего и граничного коэффициентов вскрыши. Результаты расчетов показали, что при достижении уровня 6,5 м3/т экономически выгодным становится переход на подземный способ разработки, в то же время разработка месторождения открытым способом с положительной рентабельностью возможна до уровня 32,7 м3/т. Окончательно обоснование глубины карьера выполнено в зависимости от горно-геологических условий по результатам графических построений.
При выборе возможной глубины карьера учитывались, главным образом, особенности рельефа местности, влияющие на размещение транспортных коммуникаций.
Минимальная ширина дна карьера определена по возможности разворота автосамосвала и составляет 20,0 м. Высота уступа погашения (сдвоенного) - 20,0 м, угол откоса уступа погашения - 65°, ширина бермы безопасности - 9,0 м.
На геологических разрезах с учетом углов откоса борта и уступов, высоты уступов и минимальной ширины дна карьера отстраивались предельные контуры карьерной выработки.
На основании полученных сечений на маркшейдерском топоплане, совмещенном с планом расположения разведочных выработок (скважин, канав, штолен), отстраивался план карьера. Отстроенный карьер ниже горизонта 2565 м распадается на две карьерные выра-
ботки, которые обозначены как участок № 1 и участок № 2. В отстроенную карьерную выработку были вписаны транспортные коммуникации. При формировании транспортной схемы карьера были реализованы следующие решения: гру-зотранспортная связь с горизонтами участка № 1 осуществляется по отдельным полутраншеям с дневной поверхности, для вскрытия горизонтов ниже отметки 2515 м сооружается траншея внешнего заложения; грузотранспортная связь с горизонтами участка № 2 осуществляется посредством траншеи внутреннего заложения с горизонта 2565 м участка № 1 (рис. 2, 3).
Высокие прочностные и несущие свойства пород, небольшая глубина выработок (до 100 м), расположение карьера на склоновых частях сопки и взаимное перекрытие бортов участков № 1 и
№ 2 практически исключают возникновение деформаций и обрушение бортов.
Принятая отметка дна карьера -2490 м; максимальная глубина карьера -80,0 м; высота нагорной части - 95,0 м; общая площадь карьера - 67,5 тыс. м2; углы откосов рабочих уступов - 75°; угол откоса уступа погашения - 65°; максимальный угол откоса борта - 50°; объем горной массы и балансовые запасы руды в контуре карьера -2550,7 тыс. м3; эксплуатационные запасы руды - 440,0 тыс. т; средний коэффициент вскрыши - 6,6 м3/т; эксплуатационный коэффициент вскрыши - 5,4 м3/т; срок отработки запасов - 11 лет; принятая проектом годовая производственная мощность - 40,0 тыс. т. Всего к отработке открытым способом принято 85% разведанных запасов.
Рис. 2. План карьера на конец отработки
Рис. 3. Поперечное сечение карьера (участки № 1 и № 2)
Рудные тела предусматривается отрабатывать горизонтальными слоями (уступами) высотой 5 м.
Разработка начинается с общих для участков № 1 и № 2 горизонтов, далее (с отметки 2565 м) идет разделение на участки. Участки разрабатываются одновременно посредством перемещения экскаватора с участка на участок в зависимости от наличия взорванных блоков и подготовленных запасов. Данная схема позволяет обеспечивать равномерное понижение горных работ на каждом участке и при необходимости выполнять внутрикарьерное усреднение руды.
Транспортный доступ к верхним нагорным горизонтам осуществляется с поверхности, имеющей отметки, равные отметкам рабочих горизонтов. Горизонты отрабатываются последовательно сверху вниз, фронт работ при этом подвигается в северном (участок № 1) и в юго-западном (участок № 2) направлениях. Отработка уступов предусматривается продольными заходками.
Вскрышные породы транспортируются во внешний отвал, расположенный в южном направлении, в распадке, на безрудных площадях. Расстояние транспортирования составляет 1,8 км.
Добычные работы выполняются выемочно-транспортным комплексом с
применением буровзрывного рыхления. Полезное ископаемое транспортируется автосамосвалами на рудный склад, расположенный у подножия горы Острой в непосредственной близости от обогатительного комплекса. Расстояние транспортирования рудной массы составляет 8,5 км.
Выбор оборудования для производства горных работ произведен в соответствии с горно-геологическими параметрами месторождения, горнотехническими и климатическими условиями разработки, принятой системой разработки, объемами горных работ. Месторождение находится в отдаленной труднодоступной местности, в условиях отсутствия какой-либо энергетической и транспортной инфраструктуры. В связи с этим помимо соответствия основных технологических характеристик параметрам месторождения к принятому оборудованию предъявляются дополнительные требования: дизельный привод, работа без заметного снижения мощности на высотах до 2700 м над уровнем моря, повышенные проходимость, износоустойчивость рабочего оборудования и ходовой части, максимально возможные надежность и длительность межремонтного периода.
С учетом вышеизложенного в проекте принят комплекс горнотранспортного оборудования фирмы Caterpillar.
На выемке и погрузке полезного ископаемого и вскрышных пород используется экскаватор типа обратной лопаты CAT 349D (вместимость ковша -2,1 м3). Транспортирование рудной массы до рудного склада на расстояние 8,5 км производится полноприводными шарнирно-сочлененными автосамосвалами CAT 725D (г/п 23,6 т), пустые породы транспортируются этими же самосвалами во внешний отвал.
Вскрышные породы и рудная масса подвергаются рыхлению взрывным способом, на обуривании взрывных скважин применяется буровой станок CAT MD5075 Track Drill или подобный станок с диаметром бурения 110 и 127 мм.
Выемку и отвалообразование взорванных скальных пород на труднодоступных участках, куда невозможно обеспечить безопасный подъезд автотранспорта (вершины, узкие участки на косогорах), осуществляет бульдозер CAT D8R. Этот же бульдозер на косогорах производит подготовку рабочих площадок для экскаватора и буровых площадок для бурового станка.
Отвалообразование вскрышных пород выполняется бульдозером САТ D6R.
Перегрузочные операции на рудном складе осуществляет фронтальный погрузчик CAT 966H (вместимость ковша - 3,5 м3).
Сооружение технологических автодорог на нагорные горизонты карьера и межплощадочной автодороги до склада руды производится бульдозером CAT D8R с использованием механического рыхления. На участках с особо крепкими породами используется экскаватор CAT-
349D, оснащенный навесным оборудованием (зуб-рыхлитель и гидромолот).
По результатам проведения подготовительных работ (первые два сезона) используемое оборудование показало себя прекрасно. В скальных породах были сооружены транспортные коммуникации (межплощадочная автомобильная дорога с вершины к подножию горы Острой), площадка обогатительной фабрики, подготовлено ложе хвостохрани-лища.
Предусмотрено создание одного внешнего транспортного отвала, общий объем которого в плотном теле составляет 2391,0 тыс. м3, реальный объем (с учетом остаточного коэффициента разрыхления) - 2869,0 тыс. м3.
Отвал намечено располагать в распадке. Достаточно небольшой уклон дна распадка (15-17°) и наличие боковых удерживающих поверхностей способствуют повышению устойчивости отвала. Проектные параметры отвала: высота отвала - 150 м, максимальная высота нижнего яруса - 60 м, высота последующих ярусов - 30 м; количество ярусов - 4; ширина межъярусной бермы - 30 м; результирующий угол откоса отвала -28° (рис. 4).
По результатам анализа итогов опытных работ и оценки ресурсной базы месторождения недропользователем принято решение о строительстве собственного обогатительного комплекса. Обогатительная установка расположена у подножия горы Острой на берегу р. Зун-Оспы в 800 м к северо-востоку от карьера. Монтаж обогатительного оборудования на данный момент находится на завершающей стадии. Хвостохрани-лище полусухого типа представляет собой отвал отходов обогащения, отсыпанный на изолированное основание и огражденный предохранительной дамбой.
Рис. 4. Продольное сечение транспортного отвала
Складирование хвостов рекомендуется проводить в виде кека фильтрации («сухое» складирование). Указанный способ складирования в настоящее время опробован и эксплуатируется на многих предприятиях. При должной организации природоохранных мероприятий техногенное негативное воздействие на окружающую среду будет минимальным. Хвосты, представленные кеком фильтрации, транспортируются погрузчиком САТ 966Н и размещаются в террикон хвостохранилища.
Геологоразведочные работы по оценке запасов ниже проектного контура карьера, проводимые в последние два сезона, дали положительные результаты. В связи с этим недропользователем рассматривается вопрос об увеличении
производственной мощности карьера и скорейшем вовлечении в отработку подземных горизонтов. Учитывая, что Зун-Оспинское месторождение занимает весьма незначительную часть лицензионного отвода, на площади которого выявлено еще около двух десятков рудо-проявлений, можно говорить о формировании нового перспективного золотодобывающего района Восточной Сибири.
Библиографический список
1. Нифадьев В.И., Усманов С.Ф. Особенности разработки высокогорных месторождений // Вестник КРСУ. 2009. № 4 (9). С. 175-179.
Рецензент доктор гео лого-минералогических наук, профессор Иркутского государственного технического университета В.А. Филонюк
