Основные принципы конструирования систем разработки месторождений криолитозоны, адаптированных к кластерной организации рудного вещества Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 556.24:622.34(002)

Г.П. Необутов

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ СИСТЕМ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КРИОЛИТОЗОНЫ, АДАПТИРОВАННЫХ К КЛАСТЕРНОЙ ОРГАНИЗАЦИИ РУДНОГО ВЕЩЕСТВА

Рассмотрены особенности кластерной организации рудного вещества на одном из золоторудных месторождений Якутии. Обоснована необходимость применения эффективных геотехнологий из класса систем разработки с закладкой выработанного пространства, в частности с использованием льдопородных опор. Предложены основные принципы конструирования технологических схем рационального освоения месторождений криолитозоны подземным способом с использованием льдопородной закладки.

Ключевые слова: скопления рудного вещества, кластеры, скоплений рудного вещества, льдопородные опоры.

Семинар №18

бразование кластеров -обособленных в пространстве скоплений рудного вещества, в первую очередь связывают с дизъюнктивной нарушенностью, когда миграция рудообразующих растворов происходит по трещинам и разрывам. В этом случае гнезда, как правило, приурочены к пересечению таких зон миграции. Для некоторых видов полезных ископаемых и элементов кластеры связаны с карстовыми пустотами,

геомеханическими барьерами,

пликативными нарушениями и др.

Для золоторудных месторождений неравномерность распределения зо-лота всегда отмечалась как их харак-терное свойство [1]. Выявлено, что кластерная организация рудного ве-щества (КОРВ) проявляется, в основ-ном, в виде гнезд, линз, рудных стол-бов. Важными характеристиками ме-сторождений с КОРВ являются мас-штаб запасов руд, соотношение запа-сов богатых и бедных руд и их взаим-ное расположение, число их природ-ных типов или

промышленных сортов,

пространственное положение, форма и размеры кластеров. Основной особенностью освоения таких залежей

является выполнение условия возможности сохранения в недрах для последующего извлечения забалансовых запасов или целесообразности их попутной выемки и складирования для использования в будущем.

В зоне Надвиговая Бадранского рудного поля, представляющего со-бой эталонный объект для обширной

Верхне-Индигирской провинции на

Северо-Востоке Якутии, выделено 10 прогнозируемых рудных столбов, имеющих сложное строение.

Проведенными ИГДС СО РАН исследованиями выявлено, что активные запасы руды со средним содержанием золота более 20 г/т составляют всего 35% рудного столба, заключая в себе 74% запасов золота; балансовые запасы с содержанием более 8 г/т, соответственно, ~32 и ~85%; запасы руды с содержанием золота менее

бортового составляют 63%, заключая в себе 15% золота. Участки с актив ными запасами в рудной зоне разрознены и представляют собой многозвенные области. Общее поле содержаний золота крайне неравномерное, контрастное.

Структура распределения золота и их площадное соотношение на одном из участков зоны Надвиговой приведены на рис. 1 и 2.

Эти особенности и закономерности вместе с ранее изученными (изменчивость мощности, углов падения рудных тел, устойчивости вмещающих пород, тектонической нарушенности и др.) дают полное основание утверждать о целесообразности коренного пересмотра применения сплошной системы разработки и перехода к рациональным комбинированным

геотехнологиям с селективной выемкой руды, внутрирудничной

предконцентрацией рудной массы и, возможно, других геотехнологий.

Особенность весьма неравномерного распределения металла в руде указывает, что одним из основных резервов повышения экономичес-кой эффективности комплексного освоения недр является исключение добычи, транспортировки и переработки некондиционных руд путем надежного селективного выделения выемочных блоков, пригодных к отработке по дифференцированным в пространстве месторождения и динамичным во времени эксплуатационным кондициям, порционной и покусковой сортировки добываемой горной массы на основе коренного совершенствования систем эксплуатационного опробования,

управления запасами и качеством полезных ископаемых и технологий добычи и глубокой переработки минерального сырья.

Выявленные основные особенности эксплуатации месторождений

криолитозоны с КОРВ (стадийность разработки - добыча в одни периоды

Запасы,

%

20 35

С, г/т

Оруда Я металл

Рис.1. Структура распределения металла и запасов руды по качеству в границах рудного столба №1

Рис. 2. План распределения содержаний золота на участке рудного столба 1 месторождения Бадран: 1, 2, 3, 4 -контуры участков руды с содержанием соответственно менее 4 г/т 4 ^ 8 г/т; 8 ^ 15г/т; более 100 г/т

только обособленных в пространстве зон

концентрации полезных компонентов, в другие -руды, перешедшие в категорию кондиционных; сознательная подработка рудного массива,

предназначенного для

последующего извлечения, горными работами первой стадии; обязательное

выполнение условия

сохранности подрабатываемого массива в статическом равновесии;

образование дополнительных деформаций в

подработанном массиве, которые необходимо

учитывать при ведении горных работ в будущем) предполагают изыскание эффективных и научно обоснованных геотехнологий из класса систем разработки с закладкой выработанного пространства, в частности с использованием льдопородных опор в криолитозоне.

К основным

преимуществам технологии, использующей льдопородную закладку, относятся высокое

извлечение минерального сырья при эффективном поддержании выработанного пространства без сооружения закладочных комплексов и использования дорогостоящих материалов, необходимых при применении твердеющей

закладки на цементной основе; использование имеющихся минеральносырьевых ресурсов, материально-технической базы и природно-климатических особенностей; возможность

комбинирования системы разработки с льдопородной закладкой с мобильными, недорогими вариантами других систем для отработки участков месторождений с относительно низким содержанием полезного ископаемого; снижение ущерба окружающей среде

уменьшением площадей породных отвалов.

Установлено, что закладка выработанного пространства

промораживаемыми породами имеет ряд преимуществ перед другими видами погашения пустот и с технологической точки зрения.

При закладке выработок

промораживаемыми породами

незаполненное подкровельное

пространство заливается водой, которая при замерзании увеличивается в объеме на 9 - 10% и создает дополнительный подпор налегающих пород, что обуславливает более эффективную работу смерзшегося массива как крепи выработки по сравнению с другими видами закладки (твердеющей, сухой, гидравлической и др.). Модуль упругости пород кровли месторождений криолитозоны обычно превышает модуль упругости льдопородной закладки порядка в 3 раза, в связи с чем при выемке вторичных камер вследствие податливости смерзшихся целиков происходит разгрузка давления массива налегающих пород и повышается устойчивость кровли смежных отработанных камер.

Принудительное промораживание закладочных пород дает возможность работать на поверхности закладки уже через 2-3 часа: проходить выработки в

висячем и боковом массивах пород, проводить какие-либо работы по укреплению возводимой закладки и т.д.

Исследования свойств образцов льдопороды, сформированных

послойным намораживанием при различных термовлажностных условиях, показывают большой разброс пределов прочности на одноосное сжатие - от первых единиц до 8 - 9 МПа. Указанное обстоятельство предполагает

возможность создания разнопрочных закладочных массивов, т.е. использовать их несущую способность в мерах необходимости и достаточности. Относительно высокая прочность льдопородной закладки предполагает также возможность ее использования в роли искусственной потолочины, что значительно расширит область применения.

Система разработки с льдопородной закладкой с выемкой слоев ортами-заходками относительно небольшой длины и сечения обуславливает мобильность технологии, позволяет эффективно управлять кровлей. При отработке залежей с КОРВ заходками представляется возможным выявление участков с разнокачественной рудой. При повторной отработке залежи можно использовать выработки первой стадии разработки, заполненные смерзшимися породами, причем в качестве закладочного материала можно

применять не пустые породы, а некондиционную на данный период руду. Опыт разработки месторождения Бадран с льдопородной закладкой показывает, что проведение выработок в искусственном массиве менее

трудоемко, чем по породному.

Поисковое конструирование

вариантов вскрытия месторождений с КОРВ выявило целесообразность использования наклонных выработок,

Рис. 3. Принципиальная схема выемки залежей с кластерной организацией рудного вещества слоями с льдопородной закладкой: 1 - массив вмещающих пород; 2 - блоковый восстающий; 3 -наклонная вскрывающая выработка; 4 - участки залежи с кондиционной рудой; 5 - доставочный штрек; 6 - камера 1- ой очереди в выемке; 7 - - камера 2- ой очереди; 8 - - камера 1- ой очереди в закладке; 9 - участки залежи с некондиционной рудой; 10 - отработанная камера 2- ой очереди; 11 - льдопородный целик; 12 - льдопородная закладка нижних слоев; 13 - соединительная выработка для следующего слоя; 14 - вентиляционный штрек

например, петлевых, диагональных, спиральных съездов, преимуществом которых являются уменьшение расстояния транспортирования руды от забоев к съезду, уменьшение числа перегрузок, например, вместо двухступенчатого - одноступенчатое вскрытие, использование наклонных

выработок с самоходным транспортным или конвейерным оборудованием, применение для вентиляции отдельных стволов или шурфов, а также возможность проведения

соединительных выработок на любой участок (кластер) залежи.

Общее представление о схеме выемки залежей с кластерной организацией рудного вещества слоями с льдопородной закладкой можно составить из приведенного рис. 3.

Основные принципы предлагаемого подхода к конструированию технологических схем рационального освоения месторождений

криолитозоны подземным способом с использованием льдопородной

закладки, адаптированных к кластерной организации рудного вещества, состоят в следующем:

— использование при вскрытии

месторождений наклонных выработок, обеспечивающих возможность

проведения соединительных выработок на любой горизонт участка залежи;

— применение мобильных

технологических схем с выемкой слоев ортами-заходками относительно

небольшой длины и сечения с целью оперативного выявления участков с некондиционной рудой;

— комбинация системы разработки с льдопородной закладкой с мобильными, недорогими вариантами других систем, в частности камерностолбовыми, для отработки участков

1. Необутов Г.П. Совершенствование подземной разработки рудных месторождений с учетом зон концентрации полезных компонентов // «Пути решения актуальных проблем добычи и переработки полезных

месторождений с относительно низким содержанием полезного ископаемого;

— геомеханическое обоснование

конструктивных параметров

технологических схем (размеры искусственных и естественных целиков) необходимо производить с учетом фактора времени с целью обеспечения безопасной отработки временно оставляемой

некондиционной руды в недрах;

— нормативная прочность

льдопородной закладки для различных геомеханических условий разработ-ки месторождений обеспечивается за счет комплексного учета конструкции и технологии ее возведения,

термовлажностных условий

формирования и компрессионных свойств.

Полученные результаты

исследований, изложенные основные положения конструирования схем добычи руды с льдопородной закладкой, адаптированных к кластерной организации рудного вещества, могут явиться основой для практического использования

мобильных геотехнологий при разработке месторождений

криолитозоны.

------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ископаемых Южной Якутии» / II Республиканская научно-практическая

конференция (г.Нерюнгри, 19 - 21 октября 2004 г.). -Нерюнгри: Изд - во ЯГУ, 2005. -С.112-119. ЕШ

— Коротко об авторе --------------------------------------------

Необутов Г.П. - кандидат технических наук, ст. научный сотрудник, Институт горного дела Севера СО РАН им. Н.В. Черского, igds@vsn.ru