Особенности разработки богатых руд на больших глубинах в условиях Талнахского рудного узла. Часть 1 Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

УДК 622.272 С.Д. Бибик

ОСОБЕННОСТИ РАЗРАБОТКИ БОГАТЫХ РУД НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ В УСЛОВИЯХ ТАЛНАХСКОГО РУДНОГО УЗЛА (часть 1)

Семинар № 17

Талнахский рудный узел, объединяющий Талнахское и Октябрьское сульфидные медно-никелевые месторождения, является в настоящее время основной сырьевой базой ОАО «ГМК «Норильский никель».

Талнахский рудный узел (территория около 100 км2) расположен в Норильском горно-промышленном районе на правобережье реки Норильской. В пределах рудного узла выделяются два месторождения сульфидных медно-никелевых руд: Талнахское и Октябрьское.

В северной части Октябрьского месторождения на глубине 12001800 м расположены 6 залежей и линз медно-никелевых руд. В данной статье рассматриваются разработки залежей С-2ц, С-3, С-3л и С-4 и в дальнейшем приводятся только их описание и системы разработки.

Краткая горно-геологи-ческая характеристика залежей

Перспективные запасы богатых руд рудника «Таймырский» сосредоточены в восточной части Северных второй С-2, третьей С-3 и четвертой С-4 залежах, и линзе С-3л.

Месторождение представлено пирротиновыми, халькопиритовыми, кубанитовыми и медистыми рудами.

Северная залежь С-2 имеет сложную конфигурацию в плане. Мощность залежи варьирует в пределах от

1,0 до 22,3 м и в среднем составляет

9,0 м. Глубина залегания составляет 1200-1400 м. Руды в основном пир-ротиновые. Трещиноватость и нару-шенность вмещающих пород сильная; сульфидных жил: 50 % - средняя, 50 %

- сильная.

Залежь С-2 очередностью разработки и тектоническими нарушениями разбита на следующие три части: северо-западный участок С-2сз, центральный участок С-2ц, и юго-восточный участок С-2юв.

Северная залежь С-4 залегает в виде линзы субширотного простирания, вытянутой до 1250 м, при ширине до 350 м. Площадь залежи 0,42 км2, максимальная мощность до 5,8 м, средняя 3,1 м. Падение

г-0

рудного тела на северо-восток от 5 до 200. Глубина залегания от 1650 м до 1850 м.

Северная залежь С-3 расположена в 500-700 м южнее С-4 и расположена параллельно последней в субширотном направлении. Площадь залежи до 0,78 км2, максимальная мощность 24,7 м, средняя 3,6 м, падение залежи северо-восточное 5-20 градусов. Глубина залегания от 1550 м до 1680 м. Подстилающими и перекрывающими породами залежи так же, как и С-4, служат осадочно-метаморфические образования курейской свиты. Контакты залежи с осадочно-метаморфическими породами чёткие, резкие.

Таблица 1

Характеристика залежей сульфидных медно-никелевых руд

Индекс залежи Длина, м Ширина, м Б, км2 Мощность, м

111І11 тах

С-2 2 000 300-1 000 1,5 1,0 22,3

С-3 1 500 350 0,77 0,4 24,7

С-3л 600 200 0,14 1,0 11,4

С-4 1 400 400 0,48 0,4 8,1

С-5 500 250 0,14 3,1 13,9

С-5л 600 100 0,058 1,8 14,8

С-6 1 200 500 0,58 1,7 32,5

С-6л 700 200 0,12 2,9 21,3

Северная линза С-3л расположена в 600-650 м северо-восточнее С-3 и залегает на глубине от 1550 м до 1600 м.

С-3л представлена в плане эллипсовидным телом размером 650х300 м, занимает площадь 0,19 км2. Максимальная мощность залежи 11,1 м. Падение тела на северо-восток под углом 3-20°.

Основные характеристики рассматриваемых залежей приведены в табл. 2.

Необходимо отметить, что ценность руд залежи С-4 примерно в 4 раза выше ценности руд залежи С-3.

Практически повсеместно над богатыми рудами распространены вкрапленные руды, находящиеся на балансе и также подлежащие отработке.

Таблица 2

Краткая характеристика залежей С-2ц, С-3, С-3л, С-4

Показатели Залежи

С-2ц С-3 С-3л С-4

Длина, м до 2000 1200 до 650 1250

Ширина, м 300-1000 650 до 300 350

Площадь, км2 1,5 0,78 0,19 0,42

Средняя мощность, м 9,0 3,6 3,7 3,1

Углы падения, град. 5-20 5-20 3-20 5-20

Абс. отметки почвы, м 1200-1400 1350-1480 1350-1400 1450-1650

Балансовые запасы руды, у.е. 13,97 9,5 2,3 6,3

Горно-геологические и геоме-ханические условия отработки восточных залежей

Горный массив в пределах рассматриваемого поля представлен типичным для месторождения комплексом осадочных и интрузивных пород, имеющих существенно разнящиеся физико-механические свойства.

В целом горные породы в ненарушенном состоянии имеют высокую прочность (осж = 80 - 140 МПа), по мере приближения к зонам тектонических нарушений прочностные свойства их снижаются.

Средние значения коэффициента крепости пород и руд по шкале М.М. Протодьяконова составляют: для богатых руд - 6^10; для вкрапленных руд - 7^10; для медистых руд - 6^16; для вмещающих пород - 2^14.

В породах рудника свободная кремнекислота отсутствует.

Для подсчета балансовых запасов руд приняты следующие объемные веса:

богатые руды залежи С-3, С-4 -4,2 т/м3;

богатые руды залежи С-2 - 4,0 т/м3.

Октябрьское месторождение в соответствии с «Указаниями по безопасному ведению горных работ на Талнахском и Октябрьском месторо-

ждениях, склонных и опасных по горным ударам» относится к склонным по горным ударам, а ниже глубины 700 м - к опасным по горным ударам.

Богатые (сплошные) сульфидные руды склонны к самовозгоранию в раздробленном состоянии, более интенсивно процессы окисления происходят при влажности руды 1-4 % и при фильтрации воздуха через отбитую руду. Эксплуатацию месторождения предусматривается осуществлять в соответствии с требованиями «Инструкции по предупреждению эндогенных пожаров при разработке сплошных сульфидных медно-никелевых руд на подземных рудниках Талнахского рудного узла» от 18.08.78 г.

Температура пород и руд на глубине 1100 м 23-26° С, увеличиваясь с глубиной и достигая 47° С на глубине 1800 м. Поэтому для залежи С-3 и С-4, достигающих этой глубины, необходимо проводить мероприятия по охлаждению воздуха в руднике.

Г оризонты рудника практически безводны, водоприток формируется в основном за счет стволовых вод. В связи с возможностью вскрытия локальных линз, находящихся в толще пород, величина ожидаемого водо-притока на горизонтах может быть значительно увеличена. В интервалах залегания девонских отложений и ниже подземные воды обладают

Рис. 2. Принципиальная схема «рудной подготовки» с расположением доставоч-ных, транспортных и вентиляционно-закладочных выработок на одном уровне

сульфатной агрессивностью по отношению к бетонам.

Планируемые к вводу в эксплуатацию залежи представляют собой маломощные линзообразные тела, разделенные не содержащими интрузию «окнами» осадочных пород. Ширина рудных тел, как правило, намного меньше размеров тектонических блоков, длина в три и более раз превышает их ширину. Расстояния между рудными телами в большинстве случаев соизмеримы с их характерными размерами. Данные характеристики позволяют считать, что отработка любой из залежей существенно не скажется на условиях отработки смежных. Таким образом, выбор места разрезки залежи и направления отработки определяются технико-экономическим фактором и технологией выемки.

В экспертном заключении ВНИМИ отмечается, что условия разработки

рассматриваемых залежей весьма сложные.

Схемы подготовки

В настоящее время на Талнахских рудниках, как правило, применяются наиболее надёжные схемы трехуровневой полевой подготовки блоков с размещением транспортного и вентиляционно-закладочного горизонтов в подстилающих и налегающих породах, соответственно, а выработок так называемого подсечного горизонта -в рудном теле.

Отработка маломощных залежей трёхуровневыми схемами подготовки в традиционном исполнении приводит к большим затратам на подготовительно - нарезные работы (ПНР), снижение которых может быть достигнуто при максимальном размещении транспортных и вентиляционнозакладочных выработок в рудном теле («рудная подготовка»). Однако проработки «рудной подготовки» примени-

тельно к Восточным залежам показали, что данная схема подготовки трудно реализуема в части транспорта, закладки и вентиляции.

«Рудная подготовка» в чистом виде не может быть эффективно реализована даже при отработке маломощных (3-6 м) залежей. Для их надежной производительной отработки необходимо иметь, по крайней мере, магистральные транспортные и вентиляционно-закладочные выработки, пройденные соответственно в подстилающих и налегающих породах, предпочтительнее в 15-20 м от рудного тела.

При этом возможны и варианты схем подготовки, при которых подготовительные выработки доставоч-ного горизонта, а также часть закладочных уклонов на флангах панелей, если это позволяет гипсометрия залежи, могут быть полностью размещены в руде.

Окончательный выбор трассировки выработок доставочного и вентиляционно-закладочного горизонта производится на стадии локального проектирования по данным эксплуатационной разведки, которая должна производиться по мере развития работ по подготовке залежи.

Системы разработки

Отработка запасов залежей С-2ц, С-3, С-3л и С-4, отнесённых к руднику «Таймырский», сопряжена со значительными трудностями и будет производиться в весьма сложных условиях. Значительная ценность сплошных сульфидных (богатых) руд, большая глубина разработки (от 1200 до 1850 м) и связанное с ней повышенное горное давление при значительной нарушенности пород обуславливают отработку запасов системами с полной закладкой выработанного пространства твердеющими смесями.

Недостаточная разведанность рудных залежей С-3 и С-4, прогнозируемая сложная морфология и незначительная их мощность (в среднем 3-4 м) крайне затрудняют возможность детальной проработки и выбора рациональных вариантов подготовки и систем разработки для рассматриваемого участка. При этом необходимо также учитывать тектоническую нарушенность залежей, устойчивость руд и вмещающих пород и их удароопасность.

Выбор системы разработки для этих залежей определяется, в основном, их морфологией, расположением на больших глубинах и значительной нарушенностью руд и пород. Выбор систем разработки затрудняется сложностью подготовки при существенно изменяющихся даже в пределах панели углах падения и мощности залежи. Отработку залежей необходимо вести различными модификациями сплошной камерной системы разработки (СКС) с выемкой камер впри-сечку и закладкой выработанного пространства твердеющими смесями.

Система СКС в условиях залежей с небольшими изменчивыми мощностями довольно универсальна, поскольку позволяет отрабатывать их, регулируя высоту и ширину заходок. В связи с изменяющимися мощностью и углами падения при конструктивном испол-нении модификаций камерной систе-мы разработки для упрощения подго-товки запасы рекомендуется отрабатывать одним - двумя уровнями. К достоинствам системы можно отнести простоту её конструктивного исполнения и организации работ по её реализации. При малых мощностях залежей практически вся руда при этой системе добывается проходкой тупиковых забоев и для обеспечения приемлемой производительности участка требуется иметь в одновременной отработке значительное число панелей.

Общими решениями для предлагаемых вариантов СКС являются:

■ необходимость применения сплошного порядка отработки лент или камер для исключения повышенных концентраций напряжений во временных целиках;

■ уступная конфигурация фронта очистных работ для повышения производительности панелей, при которой опережение (отставание) фронта очистных работ на смежных уступах в группе панелей должно быть не более 20 м;

■ ведение очистных и проходческих работ буровзрывным способом;

■ обязательная предварительная разгрузка массива путём бурения разгрузочных скважин большого диаметра (120-160 мм) впереди фронта очистных работ;

■ проветривание проходческих и большинства очистных забоев вентиляторами местного проветривания (ВМП);

■ применение на основных и вспомогательных технологических процессах самоходного оборудования, предпочтительнее с электрическим приводом, что существенно снижает расход воздуха на проветривание.

Система позволяет производить полную отгрузку и зачистку почвы за-ходок ПДМ, а также контроль кровли и бортов заходок.

Поскольку практически все варианты СКС обеспечивают отработку залежи при угле склонения до 20°, область применения каждого конкретного варианта определяется, в основном, мощностью и устойчивостью руд и пород кровли.

Подготовка блока, как правило, заключается в его оконтуривании уклонами на 3-х горизонтах - транспортном , вентиляционно-закладочном и доставочном (горизонт подсечки). В пределах рудного горизонта по границе секций проходят доставочные штреки и уклоны. Панель шириной

100-120 м доставочными штреками (ДШ) разбивается по всей её длине на блоки шириной 100-200 м (шаг подготовки). Блок разделяется на заходки шириной 4-8 м (в среднем 6 м). Нарезка заключается в проведении дос-тавочных уклонов, как правило, для их выполаживания, с доставочными штреками они сопрягаются под углом не менее 60°.

Обеспечение приемлемой производительности очистного забоя достигается путём разделения заходки на две секции при отработке запасов сразу на полную мощность рудного тела, при этом длина каждой секции принята не более 60-70 м с отработкой в одну (тупиковым забоем) или две (с верхней подсечкой или защитным слоем) стадии.

Отгрузка отбитой руды производится ПДМ через торец заходки, она доставляется к рудоспускам, пройденным по границам панелей (через 120-240 м), откуда перепускается на автотранспортный или непосредственно на откаточный горизонты. После зачистки почвы (днища) перед закладкой вся площадь рудного борта заходки укрывается закрепленной двухслойной полиэтиленовой пленкой с воздушными прослойками или поролоновым или полиуретановым материалом. Заходку на всю высоту заполняют твердеющей закладкой, которая подаётся через скважины или за перемычку в наивысшее место закладываемой выработки. Нормативная прочность закладки регламентируется высотой заходки, в стенках заходок её следует принимать не менее 1 МПа при мощности залежи до 10 м и 1,5 МПа при большей мощности.

Укрытие рудного борта двойной полиэтиленовой пленкой с воздушными прослойками или другими материалами (полиуретан, поролон и др.) служит защитным экраном для погашения взрыв-

ной волны при отработке следующей заходки (камеры), предотвращая разрушение закладочного массива. Так же одним из вариантов создания защитного экрана, может служить покрытие рудных бортов «монтажной» пеной.

Существующие в настоящее время системы разработки без использования

защитного экрана за счет закладочного материала дают разубоживание от 9 до 15 % и потери руды до 2-3 %. Предлагаемый вариант защиты рудных бортов двойной полиэтиленовой пленкой с воздушными прослойками позволяет снизить разубоживание руды закладкой до 3 % и потери до 1 %. ШИН

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

Бибик С.Д. - доцент кафедры «Разработка месторождений полезных ископаемых» ГОУ ВПО «Норильский индустриальный институт».

Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 17 симпозиума «Неделя горняка-2007». Рецензент д-р техн. наук, проф. Е.В. Кузьмин.

------------------------------------ © М.М. Хайрутдинов, 2008

УДК 622.272 М.М. Хайрутдинов

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ДВИЖЕНИЯ ЗАКЛАДОЧНОГО МАТЕРИАЛА ПО ТРУБАМ

Семинар № 17

Скорость движения растворов при самотечной транспортировке должна быть не менее 0,25 м/сек. Уменьшение скорости приводит к расслоению раствора в трубопроводе и образованию пробок. Нормальной скоростью считается 0,4-0,5 м/сек, а при пневматической транспортировке

- 1,8-2,2 м/сек.

Т ранспортабельность закладоч-

ной смеси характеризуется пластичностью. Рациональная пластичность свежеприготовленной смеси, определяемая по величине погружения

стандартного металлического конуса (СтройЦНИИЛа), должна составлять 8-12 см при транспортировке по трубам и 4-5 см (жесткие смеси) при доставке другими видами транспорта (в вагонетках, конвейерами, под действием силы тяжести и т.д.) Регулируется пластичность главным образом количеством воды, вяжущих веществ, а иногда применением специальных добавок - пластификаторов.

Одним из критериев транспортабельности является транспортная концентрация, под которой понимается