CC BY
26
© А.М. Демин, А.М. Иоффе,
В.Л. Зенкин, П.Т. Зубович,2003
УДК 622.831
А.М. Демин, А.М. Иоффе, В.Л. Зенкин,
П.Т. Зубович
ОПЫТ И ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ НА МЕСТОРОЖДЕНИЯХ ВЫСОКОЦЕННОГО СЫРЬЯ
аждое месторождение необходимо рассматривать не только с позиции какого-то одного способа его разработки, а в комбинации с другими способами, так как потери полезных ископаемых в недрах не только преждевременно истощают балансовые запасы, но и отрицательно влияют на экономику горнодобывающих предприятий. При этом теряется не только минеральное сырье, но и часть средств, затраченных на разведку и подготовку месторождения к эксплуатации, уменьшается срок службы предприятий.
Рост добычи полезных ископаемых может быть достигнут, в первую очередь, путем расширения действующих предприятий, чем строительства новых. Для этого необходима переоценка их сырьевой базы с целью вовлечения в эксплуатацию руд, которые не извлекались по техническим и экономическим условиям. Становится весьма актуальным своевременное вовлечение в отработку приконтур-ных и законтурных запасов высокоценных руд на действующих и особенно на отработанных карьерах.
Покажем это на примере разработки одного из урановых месторождений Восточной Сибири. Оно приурочено к крупной зоне разломов в толще верхнеюрских вулканитов и представлено сложноструктурными залежами гидротермальной рудной формации.
Рудные тела в первом приближении можно разделить на три основные пространственно взаимосвязанные морфологические группы:
• штокверкообразные залежи в
К зонах трещиноватости, состоящие из серии сближенных жилообразных рудных тел, часто не увязанных с соседними сечениями;
• крупные крутопадающие жилообразные залежи, тяготеющие к тектоническим разрывным нарушениям;
• пластообразные залежи в горизонтах туфогенно-осадоч-ных пород.
Руды и вмещающие породы характеризуются как среднеустойчивые и неустойчивые.
Средние физико-механичес-кие свойства пород верхнего структурного этажа, полученные в результате анализа и обобщения многочисленных данных лабораторных и натурных испытаний, приведены в табл. 1.
С учетом граничного коэффициента вскрыши (около 16 м3/т) проектом предусматривалась поэтапная разработка месторождения: открытая (в две очереди) с выемкой около 90% всех балансовых запасов, а также подземная - извлечение оставшихся за контуром карьера запасов.
Средняя конечная глубина карьера составляла 270 м, периметр по поверхности 3,2 км. Нерабочие уступы высотой 30 м заоткошены под углами 35-55о.
Анализ практики комбинированной разработки месторождений и результатов научных исследований [1, 2,
3] показывают, что одним из направ-Таблица 1
ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЙ СВОЙСТВА ПОРОД
лений повышения эффективности разработки месторождения в целом является рациональное совмещение в пространстве и времени технологических процессов открытой и подземной добычи.
Г орно-геологические, горнотехнические и горно-экономи-ческие условия разработки законтурных запасов определили, что допустимо применение систем разработки, характеризующих повышенными затратными показателями при условии снижения потерь и вииубоживнвии, а ВакжюНИЗртвииолз ненными совместно с производственниками, такой системой для отработки рудных тел в глубине массива оказалась нисходящая слоевая выемка с погашением выработанного пространства твердеющей закладкой и замена рудного массива искусственным (из твердеющей закладки, пустых пород + твердеющая закладка) при выемке руды в бермах уступов.
Для конкретных условий разработки данного месторождения были реализованы следующие преимущества комбинированного способа:
1) транспортные коммуникации открытых работ использовались для перевозки добытой за контурами карьера руды; при этом погрузка и транспортировка руды выполнялась с использованием карьерного оборудования;
2) добыча законтурных запасов выполнялась из выработанного пространства карьера;
3) подземные выработки проветривались из зоны карьера;
4) доставка закладки и погашение выработанного пространства частично выполнялись из карьера.
Законтурные рудные тела (или их части), выходящие на бермы, отрабатывались открытым способом с при-
Породы Плотность, т/м3 Прочность на сжатие, МПа Коэффициент крепости Сц
Суглинки 2,2 17,3 1-1,5 С
Фельзиты трещиноватые 2,3 147 9-12 С
Фельзиты со столбчатой и мелкоплитчатой отдельностью 2,4 163 12-16
Туфы фельзитов 2,33 148 12-15
Трахидациты 2,45 191 15-18
Андезито-базальты 2,26 154 12-15
Дациты 2,32 154 12-15
Конгломераты, гравелиты 2,20 143 10-12
Таблица 2
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ВЫЕМКИ ЗАПАСОВ
Способ отработки Объем добытой горнорудной массы, тыс. м3 Потери руды, % Разубожи-вание товарной руды, % Себестоимость добычи, руб/м3 (1988 г.) Производительность труда, м3/час-смену Объем уложенной закладки, тыс. м3
забойного рабочего рабочего по горному цеху
Выемка прибортовых запасов с формированием искусственных берм 14,8 0,5 23,1 24,7 93,6 59,0 16,1
Выемка заходками из карьера 14,3 17,3 36,0 60,31 4,87 3,95 13,7
Слоевая выемка на подземном руднике 229,3 5,0 33,0 62,58 5,15 2,01 187,6
менением высокопроизводительного карьерного оборудования и последующим восстановлением проектного контура уступа путем формирования искусственных берм из твердеющей закладки (рис. 1) в следующем порядке.
После выемки очередного подус-тупа высотой 5 м ниже проектной отметки бермы безопасности открытые горные работы продолжались в законтурной зоне, но не далее нижней бровки верхнего уступа. Размер подработки уступа по фронту для условий карьера достигал 80-100 м. После выемки законтурной части рудного тела выработанное пространство отгораживалось закладочной перемычкой и погашалось твердеющей смесью, доставляемой непосредственно к месту укладки в бетоновозах.
Части рудных тел, расположенных ниже искусственных берм, и рудные тела, примыкающие к откосам уступов, отрабатывались заходками из карьера с полной закладкой выработанного пространства твердеющей смесью.
Выемка законтурных запасов, выходящих на бермы, и расположенных ниже искусственных берм или примыкающих к откосам уступов, осуществлялась по мере понижения дна карьера заходками. Для проведения заходок использовалось высокопроизводительное подземное оборудование с дизельным и электрическим приводами. Это позволило достичь высокой интенсивности проходки захо-док и уменьшить зависимость между открытыми и подземными работами. С целью обеспечения полно-
Схема отработки законтурных запасов в бортах
ты закладки заходки проходили с обратным уклоном, причем угол наклона заходок принимался большим угла растекания закладочной смеси. Заходки проходили на глубину распространения рудных тел в массиве. Ширина и высота заходок принимаются в зависимости от применяемого оборудования, мощности рудных тел и устойчивости горных пород и твердеющей закладки.
Рудные тела, находящиеся на расстоянии более 5-10 м от контура борта, отрабатывали слоями в нисходящем порядке с твердеющей закладкой, вскрывая каждый слой короткой штольней из карьера. Это способ осуществлялся также со дна карьера.
Результаты применения выемки прибортовых запасов открытым способом с формированием искусственных берм и выемки заход-ками из уступов и
бортов карьера, а также слоевой выемки при отработке рудных тел на подземном руднике, непосредственно прилегающим к карьерному полю, приведены в табл. 2.
Как видно из табл. 2, себестоимость добычи руды при выемке законтурных запасов открытым способом в 2,6 раза ниже, а производительность тру-
да в 20-30 раз выше, чем при подземном способе разработки.
На основании опытнопромышленных работ доказана высокая технико-экономическая эффективность и безопасность рассмотренных способов и технологий выемки прибортовых запасов высокоценных руд с применением твердеющей закладки в слабых, сильно-нарушенных породах. Использование этих способов позволило значительно сократить потери руд в при-контурной части, вовлечь в отработку запасы, непосредственно примыкающие к контурам бортов карьера и на 1,5-2 года продлить срок существования карьера при сохранении запланированного объема добычи металла.
Золоторудное месторождение «Многовершинное» разрабатывается карьером. В настоящее время возникла необходимость перехода на отдельных участках месторождения к выемке запасов под дном карьера.
Порядок отработки рудных тел в связи с переходом с открытых на подземные работы определен «Рабочим проектом отработки блока Ю-380-2», которым установлены:
• нижняя граница открытых работ;
• оставление целика между открытыми и подземными работами;
• выемка богатых руд под дном карьера системой подэтажных штреков с погашением выработанного пространства сухой закладкой из вскрышных пород карьера;
• частичная отработка запасов, заключенных между дном карьера и заложенными камерами системой по-дэтажного обрушения под породной подушкой, сформированной на дне карьера из вскрышных пород.
В перспективе возможно применение открыто-подземного способа на месторождении «Мурунтау».
Месторождение разрабатывается открытым способом. Основные параметры карьера: длина - 3200 м, ширина - 2500 м, глубина - 350 м.
Анализ геологических материалов показал, что в бортах карьера могут быть выделены четыре рудных участка, примыкающих непосредственно к его предельному контуру: северный, северовосточный, восточный и центральный. Запасы на этих участках не включены в контур карьера поскольку коэффициент вскрыши для них больше граничного.
Общие запасы руды на рассматриваемых участках составляет свыше 20 млн т.
Эти запасы намечаются к отработке открыто-подземным способом при совмещении открытой и подземной добычи в горизонтальной плоскости. Такой порядок отработки законтурных запасов предопределяет ряд условий, которые должны выполняться при открыто-подземном способе:
• подземные работы не должны сдерживать проектные темпы углубки карьера, не влиять на принятую схему вскрытия и не осложнять работу карьерного транспорта;
• проходка подземных выработок в прибортовом массиве не должна снижать устойчивость подрабатываемых бортов;
• устья вскрывающих штолен необходимо располагать, по возможности, вне зон разломов, в достаточно прочных и нетрещиноватых породах.
Предпроектной проработкой определены 7 технологических схем открыто-подземной добычи, которые могут найти применение при отработке законтурных запасов месторождения, при этом учитывались:
• расположение рудных тел относительно конечного контура карьера;
• теснота технологической взаимосвязи открытых и подземных работ;
• необходимость сохранения бортов карьера от вредного влияния подземных горных работ;
• производительность предприятия по руде;
• интенсивность разработки законтурных запасов;
• последовательность отработки законтурных запасов.
По ориентировочным расчетам в условиях месторождения производительность открыто-подземных работ
составит около 1,2-1,5 млн т руды в год, что может являться резервом для компенсации выбывающих мощностей открытых работ.
Выводы
1. На урановом карьере разработаны и внедрены высокоэффективные и безопасные технологии выемки прибортовых запасов высокоценных руд с применением твердеющей закладки. Использование этих способов позволило значительно сократить потери руд в приконтурной части и вовлечь в отработку запасы, непосредственно примыкающие к контурам бортов карьера, что дало существенный экономический эффект, при этом срок существования карьера был продлен на 1,5-2 года.
2. Для месторождения «Многовершинное» установлен порядок и последовательность перехода с открытых работ на подземные. Проектом предусмотрено использование пространства карьера и пород вскрыши при отработке рудных тел подземным способом.
3. Перспективное для открытоподземных работ месторождение «Мурунтау» характеризуется запасами руды за предельным проектным контуром карьера около 20 млн т с перспективой их увеличения. Предпро-ектной проработкой технологических схем выемки руды за контурами карьера учтены преимущества открытоподземного способа разработки, что позволит без существенных капитальных затрат добывать дополнительно примерно 1,2-1,5 млн т руды в год.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Шнайдер М.Ф., Вороненко В.К. Совмещение подземных и открытых разработок рудных месторождений. -М.: Недра, 1985, - с. 196.
2. Чесноков Н.И., Петросов А.А., Шевченко Б.Ф. Разработка месторождений урана системами с твердеющей закладкой. - М.: Энер-гоатомиздат, 1985, - с. 268.
3. Щелканов В.А. Передовой опыт комбинированной (открытоподземной) разработки рудных месторождений. -М.: Цветметинфор-мация, - 1985, Вып.5.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Демин А.М. - ИПКОН РАН.
-------------------------- «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА-2002» СЕМИНАР № 8
Иоффе А.М., Зенкин В.Л., Зубович П.Т. - ВНИПИпромтехнологии.
