CC BY
35
1АР 8
АД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯ1 10СКВА.^МГГУ.я31яянваряя-я4яфевраляя2(
^ Ю.В. Волков, В.Д. Камаев,
2000
УДК 622.272
Ю.В. Волков, В.Д. Камаев
ОСОБЕННОСТИ ПОДЗЕМНОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ С ВОСХОДЯЩИМ ПОРЯДКОМ ОТРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Для отработки наклонных и крутопадающих месторождений, распространяющихся на большую глубину, в институте разработана технология восходящей выемки месторождений. При создании геотехнологии с восходящим порядком отработки рудных месторождений использован комплексный подход к их освоению, включающий взаимосвязанные решения вопросов добычи, переработки и размещения отходов производства горнорудных предприятий с учетом их воздействия на экологию окружающей среды, и направленный на повышение безопасности и эффективности горных работ.
Сущность разработанной технологии состоит в том, что вскрытие производят на всю глубину месторождения или на глубину разведанных запасов. Затем оборудуют концентрационный горизонт. Проводят подготовительные и нарезные выработки и приступают к добыче руды в самом нижнем этаже, развивая подготовительно-нарезные работы в очередном вышележащем этаже.
При отработке месторождений снизу вверх возможны две технологические схемы вскрытия. Первый вариант: сооружение дро-бильно-дозаторного комплекса на нижнем концентрационном горизонте из расчета приема всех вскрываемых запасов. Второй вариант: месторождение так же вскрывается на всю глубину, но восходящая отработка его производится отдельными технологическими ярусами, высота которых соответствует шагу отработки, при этом на нижнем горизонте яруса проходится весь необходимый комплекс транспортных и технологических выработок. После отработки яруса
все его горные выработки погашаются и переустраивается работа подъема со следующего яруса.
Выбор схемы вскрытия зависит от запасов месторождения и запасов вскрываемого яруса. При значительных запасах месторождения предпочтительней второй способ вскрытия.
При добыче полезного ископаемого на больших глубинах одним из основных факторов, влияющих на выбор технологических схем ведения горных работ и даже выбор техники, является геомеханическая обстановка на месторождении и возможность активного управления ею для достижения максимального экономического и социального эффекта. При восходящей отработке месторождений в формировании напряжений в конструктивных элементах системы разработки отмечается ряд положительных особенностей по сравнению с нисходящей отработкой. При нисходящем порядке отработки необходимо проходить большой объем выработок выпуска и доставки в массиве днища, где уровень напряжений гораздо выше, чем при восходящей выемке запасов.
Для снижения способности приконтурного массива к накоплению больших запасов потенциальной энергии упругой деформации выемку руды при восходящей отработке месторождений следует вести ромбовидными камерами или по системе с податливыми целиками.
Восходящая отработка месторождений кроме улучшения геомеханической обстановки характеризуется рядом технологических, экономических и экологических достоинств по сравнению с нисходящей отработкой.
При вскрытии месторождения вертикальные стволы проходят на всю проектную глубину, а горно-капитальные выработки от стволов к рудному телу только на концентрационных горизонтах, расстояние между которыми определяется высотой технологического яруса. Параметры технологического яруса должны быть увязаны с временем его отработки, соответствующим сроку
службы основного оборудования на горизонте (опрокида, дробилок, дозаторов, насосов водоотлива и т.п.). После отработки яруса все его выработки погашают и переустраивают работу подъема со следующего вышерас-положенного концентрационного горизонта. При высоте технологического яруса 200-300 м затраты на горно-капитальные работы можно снизить в 2-3 раза.
При восходящей отработке первичные камеры заполняют закладкой с нормативной прочностью 1,5-2 МПа, а вторичные камеры можно заполнять породой, сухой закладкой или гидрозакладкой, в то время как при нисходящем порядке выемки во всех камерах нормативная прочность закладки в нижней их части должна быть не менее 5 МПа. Тем самым в предлагаемом варианте расход цемента на 1 м3 суммарной закладки можно снизить в 2-2,5 раза, а себестоимость добычи на 30-35 %.
Даже при высокой нормативной прочности закладки при нисходящей отработке выемка нижележащих камер приводит к нарушению находящейся в их кровле закладки под действием высоких статических и динамических напряжений. Над отрабатываемыми камерами первой очереди закладка в кровле может обрушиться на высоту 4 м, а в камерах второй очереди — до 8 м. В этом случае разубожива-ние от закладки составит до 6 %, а ущерб от этого можно найти по зависимости
Уз = (Ц - С),
1 - Р1 1 - Р2
где П, Р1, Р2 — коэффициенты потерь и ра-зубоживания, соответственно, фактического и базового; Ц — извлекаемая ценность, руб/ т; С — эксплуатационные расходы, руб/т.
На примере работы Гайского рудника Уз = 12 руб/т и при добыче 3 млн т руды в год ущерб достигает 36 млн руб. Предлагаемая технология ущерб от разубоживания закладкой исключает.
Другим преимуществом новой геотехнологии является возможность размещения во вторичных камерах всей породы с проходческих работ, объем которой достигает 100150 тыс. м3/год, т.к. подготовительные работы ведутся на вышележащих этажах по отношению к очистным работам. При традиционной технологии эту породу транспортируют к стволу, поднимают на поверхность и
складируют в отвал. Затраты на это достигают 25 руб/т, и при объеме породы 125 тыс. м3 в год ущерб составит около 8,5 млн руб/год.
Учитывая простоту утилизации породы в шахте появляется возможность обогащения руды в подземных условиях.
При добыче магнитных руд целесообразно установить у рудного тела малогабаритные дробилки крупного и мелкого дробления и магнитный сепаратор. Отсепарированная сухая руда по конвейерному тракту транспортируется к стволу, а порода конвейером подается в пустую камеру. В этом случае 3040 % от объема вынутой горной массы можно оставить в шахте. Если же процесс довести до мокрой сепарации, то в шахте можно оставить до 50 % отходов (щебень и хвосты). При добыче цветных металлов в шахте в виде хвостов можно оставить до 70-90 % добытой горной массы. Кроме сокращения затрат на транспортирование до обогатительной фабрики в этом случае не надо будет нести затраты за загрязнение окружающей среды. Так по Свердловской области плата за складирование на поверхности нетоксичных отходов черной металлургии составляла 0,2 руб/т, а за токсичные отходы цветной металлургии +У класса — 157 руб/т. При добыче 1 млн т руды черных металлов за счет размещения отходов под землей можно сэкономить до 0,1 млн руб., а при добыче цветных металлов до 100 млн руб. В регионах с высокоценными землями и густонаселенных эта плата намного выше.
При доработке месторождений под карьером восходящей выемкой ликвидируется проблема связи очистного пространства с карьером.
Выполненная экономическая оценка эффективности восходящей выемки со вскрытием месторождения на всю его глубину показала следующее: несмотря на необходимость увеличенных первоначальных инвестиционных затрат на проходку стволов на всю глубину месторождения чистый дисконтированный доход по сравнению с поэтапным вскрытием сверху вниз несколько выше даже при равенстве эксплуатационных затрат (однако срок окупаемости инвестиций удлиняется на 2-3 года). Такой эффект достигается за счет снижения затрат на проход-
ку стволов по сравнению с их углубкой, исключения проходки выработок углубочного комплекса, резким сокращением сроков строительства стволов. В отдельных случаях за счет исключения подъема пустых пород появляется возможность сократить количество стволов шахты.
Технологические преимущества восходящей выемки, как указывалось выше, позволяют снизить эксплуатационные затраты до 30 %. Экономическая эффективность восходящей выемки по сравнению с отработкой месторождения сверху вниз, выраженная в чистом дисконтированном доходе, может достигнуть 35-35 %.
|||^^ о: о: о: о: о: о У
Волков Юрий Владимирович - доктор технических наук, зав. лабораторией подземной геотехнологии, Институт горного дела Уральского отделения РАН, г. Екатеринбург.
Камаев Владимир Дмитриевич - старший научный сотрудник лаборатории подземной геотехнологии, Институт горного дела Уральского отделения РАН, г. Екатеринбург.
