CC BY
81
© В.М. Лизункин, Р.В. Ситников, М.В. Лизункин, Е.Н. Чо-Дин-Чо, 2009
В.М. Лизункин, Р.В. Ситников, М.В. Лизункин,
Е.Н. Чо-Дин-Чо
ОСОБЕННОСТИ УСЛОВИЙ И ОБОСНОВАНИЕ НАПРАВЛЕНИЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ МАЛОМОЩНЫХ ПОЛОГИХ И НАКЛОННЫХ ЖИЛ БОМ-ГОРХОНСКОГО ВОЛЬФРАМОВОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ
1ГТ ом-Горхонское вольфрамовое месторождение располо-ЛЗ жено в Петровск-Забайкальском районе Читинской области в 18 км северо-восточнее железнодорожной станции Ново-павловка. Рудные тела представлены кварц-гюбнеритовыми жилами. Главным рудным телом месторождения, в котором сосредоточено 80% запасов, является жила № 1 и ее смещенная тектоническим нарушением часть - жила 1/16. Нарушения имеют сбросовосдвиговый характер с амплитудой смещения в горизонтальной плоскости от 3 до 5 м, в вертикальной - от 1 до 2 м. Вмещающие породы - крупнозернистые порфировидные биотитовые граниты.
Морфология жилы изменчивая, характеризуется чередованием раздувов и пережимов и осложняется возле тектонических нарушений. В большинстве случаев около них или вблизи жила резко меняет направление, мощность или выклинивается. Нередко от жилы отходят апофизы под острым углом.
Средняя мощность рудного тела равна 1,1 м, в раздувах достигает 2,5-6,0 м, в пережимах 0,05-0,2 м. Угол падения изменчив и варьирует от 6 до 50° (в среднем 18...20°).
Распределение металла в жиле весьма неравномерное. Среднее содержание трехокиси вольфрама (главный минерал гюбнерит связан преимущественно с кварцем) составляет 0,65%. Кроме вольфрама, имеются попутные компоненты - висмут и олово, имеющие среднее содержание соответственно 0,06% и 0,04%. В целом руда средней ценности, не склонна к слеживанию и самовозгоранию.
Результаты статистической обработки исходных данных (мощности, угла падения, содержания) по блоковым карточкам (9 блоков, 1636 измерений) подтвердили высокую изменчивость элементов залегания жилы.
Характер изменчивости гипсометрии жилы по простиранию значительно выше, чем по падению - восстанию, так как радиус и показатель кривизны (критерии по Ф.Н. Воскобоеву и др.) по простиранию на порядок больше, чем по падению - восстанию. Погоризонтный анализ радиуса и показателя кривизны по простиранию не выявил какой - либо закономерности их изменения как в направлении простирания, так и падения жилы.
Корреляционным анализом (по коэффициенту корреляции) установлено, что между мощностью и углом падения, углом падения и содержанием металла, мощностью и длиной рудного тела по восстанию, содержанием металла и длиной жилы по восстанию связь отсутствует. Незначительная связь существует между содержанием и мощностью жилы, т.е. с увеличением мощности происходит некоторое увеличение содержания (г= 0,14104). Существенная связь (г = -0,633) имеет место между углом падения и длиной рудного тела по восстанию - падению. С увеличением глубины разработки угол падения увеличивается. Слабая связь существует между радиусом кривизны и стрелой прогиба (г = 0,20548), а также между показателем кривизны и длиной хорды (г = 0, 20809).
Крепость пород по шкале профессора М.М. Протодьяконова колеблется от 10 до 16. Плотность руды и породы составляет в целике 2,7 т/м, в разрыхленном состоянии 1,73 т/м , влажность 2,9 %. Предел прочности пород на сжатие от 92,8 до 130,5 МПа, предел прочности при растяжении от 6,1 до 7,7 МПа, скорость продольных волн от 4,13 до 4,59 км/с, модуль упругости от 39,6 до 48,9 ГПа, коэффициент Пуассона от 0,22 до 0,26.
В целом, руды и вмещающие породы прочные, упругие (жесткие), различие их физико-механических свойств имеет место из-за состава (чем больше кварца, тем они прочнее и жестче), трещиноватости и структуры.
Вмещающие породы являются достаточно устойчивыми, не склонными к горным ударам, так как позволяют большую часть выработок проходить без крепления, кроме мест вблизи крупных тектонических трещин.
Мелкие трещины разбивают породы на блоки, расстояние между которыми от 0,3 до 0,5 м, т.е. 2-3 трещины на 1 м.п. Ширина их изменяется от нескольких мм до 0,08-0,15 м. Мелкие трещины заполнены чаще супесчано-глинистым материалом, крупные открыты или частично заполнены глиноземом. Смещения рудных тел от этих трещин, с точки зрения технологии очистной выемки, не существенны. Они представляют опасность, когда нарушают непосредственную кровлю, представленную слоистыми слаботрещиноватыми гранитами, залегающими согласно с жилой. В этом случае возможны крупные вывалы с висячего бока в форме свода на высоту до 1,5-2 м, а при больших обнажениях - до 3-5 м.
Отработка Бом-Горхонского вольфрамового месторождения начата с 1986 года открытым способом. В 1991 году опытнопромышленным блоком по жиле №1 горизонта штольни №7 продолжилось освоение месторождения подземным способом.
На сегодняшний день месторождение вскрыто семью штоль-невыми горизонтами, из которых в настоящее время действуют четыре. Ниже штольневых горизонтов месторождение будет отрабатываться через вертикальный ствол.
Высота этажа принята равной 30 м по вертикали. Сечения горноподготовительных выработок определены исходя из габаритных размеров проходческого и технологического оборудования с учетом принятого типа крепи и зазоров, регламентированных действующими нормами и правилами.
Для отработки запасов штольневых горизонтов применяют камерно-столбовую систему разработки с мелкошпуровой отбойкой.
Горно-подготовительные работы включают проходку откаточного и вентиляционного штреков, блокового восстающего, погрузочного орта и ниш под скреперные лебедки. В нарезные работы входит проведение из восстающего рассечек для оформления под-штрековых, надштрековых и панельных целиков, вентиляционных сбоек.
Проходка всех подготовительно-нарезных выработок осуществляется с применением оборудования, используемого на очистной выемке.
Бурение шпуров производится перфораторами типа 1111-63, ПП-54 с пневмоколонок 1111-9. Отбитая руда из очистного забоя доставляется в аккумулирующий орт-заезд или непосредственно в вагонетки скреперными лебедками типа 2ЛС-30С с емкостью ков-
ша 0,2-0,3 м . Погрузка руды из аккумулирующей выработки в вагоны УВ0-0,8 производится породопогрузочной машиной ППН-1С с последующей выдачей на поверхность электровозами типа 4КР-600.
Очистное пространство поддерживается регулярно оставляемыми панельными, подштрековыми и надштрековыми целиками и распорной деревянной крепью. Участки руды с забалансовым содержанием оставляют в очистном пространстве в качестве целиков. В целях безопасности труда и сохранения запасных выходов над-штрековые и подштрековые целики не погашаются.
Применяемая система разработки характеризуется следующими технико-экономическими показателями. При длине блока по восстанию 90 м, простиранию 40-50 м и выемочной мощности 1,6 м производительность забойного рабочего составляет в среднем 23 м /чел.смену, потери руды - 9,7%, разубоживание - 38%, время отработки блока - 10,3 месяца.
Основные технико-экономические показатели свидетельствуют о низкой эффективности применяемой технологии вследствие использования малопроизводительного бурового и погрузочно-доставочного оборудования, оставления рудных целиков и прихвата вмещающих пород для обеспечения необходимой высоты очистного пространства.
Значительный вклад в развитие и совершенствование технологии разработки пологих и наклонных маломощных рудных месторождений внесли научные исследования, выполненные институтами: ИПКОН РАН (г.Москва), Горным институтом КФ РАН (г.Апатиты), ИГД СО РАН (г.Новосибирск), ГИПРОцветмет (ВНИПИГОРцветмет) (г.Москва и его Читинский филиал), ГИ-ПРОНИКЕЛЬ (г.Санкт-Петербург), СИБцветметНИИпроект (г.Красноярск), Средазнипроцветмет (г.Ташкент), ВНИИцветмет (г.Усть-Каменогорск), ИГМ АН ГССР (г.Тбилиси), ПромНИИпро-ект (г.Москва), УНИПРОмедь (г.Екатеринбург), Московским горным институтом, Московским геологоразведочным институтом, Ленинградским горным институтом, Красноярским институтом цветных металлов, Иркутским, Читинским, Дальневосточным и Новочеркасским политехническими институтами и другими предприятиями и организациями.
Анализ отечественного и зарубежного опыта разработки аналогичных месторождений показал, что совершенствование технологии и ее основных процессов идет по следующим направлениям.
Полнота извлечения (минимальные потери) обеспечивается применением систем разработки со сплошной выемкой, закладкой выработанного пространства, заменой рудных целиков на искусственные или крепь.
Снижение разубоживания может быть достигнуто путем раздельной выемки руды и породы. При этом допускается некоторое увеличение себестоимости добычи руды. Из известных способов раздельной выемки наибольший интерес представляют варианты с использованием энергии взрыва для разделения руды от породы, что позволяет осуществлять не только качественную выемку полезного ископаемого, но и использовать отбитую породу в качестве закладочного материала. Применение раздельной выемки целесообразно в очень тонких жилах, имеющих четко выраженный и не прочный контакт с вмещающими породами, при спокойном залегании рудных тел, отсутствии околожильного оруденения, ответвлений и апофиз, т.е. имеет ограниченную область при использовании буровзрывной отбойки. Повышение эффективности раздельной выемки возможно за счет применения малогабаритного высокопроизводительного бурового и погрузочно-доставочного оборудования.
Другое направление - валовая выемка с использованием высокопроизводительного бурового, погрузочно-доставочного оборудования (как переносного, так и самоходного), применяемого при отработке мощных и средней мощности рудных тел. При этом добычное оборудование размещается либо в очистном пространстве (Миргалимсайский рудник) при пологом залегании рудных тел, либо в подэтажных выработках. Отбойку руды осуществляют скважинами малого диаметра (50-70 мм), которые бурят буровыми установками БУП-1, КС-50, УБК-1, БУП-70, КБУ-50, КБУ-80, GLH (США) и т. п. Доставка руды в блоке производится мощными скреперными лебедками (30-55 кВт), самоходными ПДМ ковшового типа, частично энергией взрыва. Выработанное пространство закладывается породой, либо поддерживается целиками. Направление перспективно (высокая производительность труда, близкая к производительности при отработке средней мощности рудных залежей). Недостатками валового способа выемки являются повы-
шенное разубоживание руды и увеличенный объем подготовительно-нарезных работ при ограниченных запасах в рудных телах. Снижение разубоживания может быть осуществлено предварительной рентгено-радиометрической сепарацией руды. Сепараторы, производимые ООО «РАДОС» (г.Красноярск), успешно внедрены и работают более чем на 30 горнодобывающих предприятиях, в т.ч. в ОАО « Приаргунском производственном горнохимическом объединении» (г. Краснокаменск), Гайском и Учалинском ГОКах (Урал), Приморском ГОКе и др.
Имеется опыт применения плоских пучков параллельно сближенных скважин при отработке маломощных крутопадающих жил, позволяющий за счет перераспределения энергии взрыва значительно снизить законтурное разрушение пород и более чем в три раза сократить примешивание пустых пород [Викторов С.Д., Гал-ченко Ю.П., Закалинский В.М., Рубцов С.К. Разрушение горных пород сближенными зарядами. М.,2006. С. 177-178].
Следующее направление - снижение выемочной мощности при валовой выемке и повышение производительности труда. Это направление связано с созданием специализированного бурового и погрузочно-доставочного оборудования, способного работать при малой выемочной мощности. Например, на золотых рудниках ЮАР, на рудниках «Миргалимсайский», «Карнасурт», «Холтосон» и «Ирокинда» имеется опыт бурения шпуров буровыми каретками с автоподатчиками в очистном пространстве высотой 0,8 -1,2 м с увеличением производительности труда
ГРОЗ не менее чем в 1,15-1,2 раза. Буровые каретки и автоподатчики обычно изготавливаются силами предприятия и серийно не выпускаются, что сдерживает более широкое их применение. При этом доставка руды из забоя может осуществляться многоскребковыми доставочными установками, скреперными лебедками или качающимися конвейерами.
При разработке пологих и наклонных маломощных месторождений значительная доля богатой рудной мелочи остается на почве выработанного пространства. Для ликвидации потерь применяют высоконапорный гидросмыв, вакуумные установки MEGA VAC 75, TRANSVAC-55 производства ЮАР (опыт рудника «Ирокинда» ОАО «Бурятзолото»)
На этом же руднике для временного поддержания кровли призабойного пространства применяют более эффективные, современ-
ные виды крепи: многоразовую взрывозащищенную гидравлическую крепь ELBROC ОМШ 80, сталеполимерную крепь СПАК.
В угольной промышленности и на некоторых рудниках применяются способы управления горным давлением самообрушением или принудительным обрушением пород кровли, созданием изолирующих бутовых полос и креплением «кострами» вместо метода естественного поддержания очистного пространства целиками.
В 70-80 годах прошлого столетия в СССР проводились исследования по созданию поточных технологий на основе непрерывных способов разрушения крепких руд (механических, электрических и комбинированных), конвейерной доставки и поддержания кровли механизированными крепями. Были попытки создать буровую установку на базе комбайна 2КВ для выбуривания жил. Результаты экспериментальных исследований и опытно-промышленных испытаний показали перспективность таких технологий. Однако в 90-е годы все научно-исследовательские работы были прекращены, что не позволило в полной мере завершить эти исследования и внедрить поточные технологии в производство. Аналогичные исследования проводились в ЮАР.
Таким образом, анализируя отечественный и зарубежный опыт разработки аналогичных месторождений, считаем, что перспективными направлениями совершенствования технологии разработки Бом-Горхонского вольфрамового месторождения могут быть:
-применение системы разработки со сплошной выемкой или камерно-столбовой без оставления междукамерных целиков;
-использование высокопроизводительного малогабаритного бурового и погрузочно-доставочного оборудования;
-применение для отбойки руды плоских пучков параллельно сближенных скважин малого диаметра или шпуровой отбойки с бурением шпуров (в т.ч. малого диаметра 28-32 мм) передвижными буровыми установками;
-использование комбинированной доставки руды (силой взрыва, самоходными ПДМ по подэтажным выработкам с зачисткой руды высоконапорным гидросмывом или вакуумными установками);
-управление горным давлением путем поддержания призабойного пространства взрывозащищенными гидростойками и сталеполимерной анкерной крепью типа СПАК, а выработанного пространства - принудительным обрушением вмещающих пород или поддержанием «кострами» или кустовой крепью;
-предварительное обогащение руды (в шахте или на поверхности) рентгено-радиометрическими сепараторами.
-использование комбинированной доставки руды (силой взрыва, самоходными ПДМ по подэтажным выработкам с зачисткой руды высоконапорным гидросмывом или вакуумными установками);
-управление горным давлением путем поддержания призабойного пространства взрывозащищенными гидростойками и сталеполимерной анкерной крепью типа СПАК, а выработанного пространства -принудительным обрушением вмещающих пород или поддержанием «кострами» или кустовой крепью;
-предварительное обогащение руды (в шахте или на поверхности) рентгено-радиометрическими сепараторами.
— Коротко об авторах -------------------------------------------------
Лизункин В.М. - доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой подземной разработки месторождений полезных ископаемых Читинского государственного университета, [email protected] Ситников Р.В. - аспирант Института природных ресурсов, экологии и криологии Сибирского отделения Российской академии наук (ИПРЭК СО РАН, г.Чита),
Лизункин М.В. - аспирант Института природных ресурсов, экологии и криологии Сибирского отделения Российской академии наук (ИПРЭК СО РАН, г.Чита),
Чо-дин-чо Е.Н. — аспирант Читинского государственного университета, [email protected]
