CC BY
35
- © Б.Л. Тальгамер, А.В. Франчук, 2015
УДК 622.271:622.34
Б.Л. Тальгамер, А.В. Франчук
ОСВОЕНИЕ ВЫСОКОГОРНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В УСЛОВИЯХ ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ
Перечислены особенности и сложности освоения высокогорных месторождений, в том числе неблагоприятный рельеф местности, более суровые климатические условия, наличие многолетней мерзлоты и ледников, неоднородная геологическая структура, повышенная сейсмичность, удаленность от инфраструктуры и труднодо-ступность. Дана общая характеристика одного из самых высокогорных месторождений России и изложена специфика его эксплуатации, в том числе очень низкие температуры воздуха, относительно небольшие запасы руды, значительная удаленность и труднодоступность, крутые склоны, осложняющие концентрацию технологических процессов и транспортные связи между ними. Изложена специфика залегания высокогорных месторождений, представленных курумами. Факторами, осложняющими разработку подобных месторождений, являются: значительные уклоны поверхности, большая крупность неокатанных кусков породы, удаленность и труднодоступность этих месторождений, небольшие запасы и малая мощность рыхлых отложений. При выборе технологии разработки подобных месторождений практически исключаются возможности применения буро-взрывных работ, использования мощного горно-транспортного оборудования, а так-же оборудования на электроприводе. Из-за крутых склонов, как правило, невозможно применение традиционной технологии. Предложена новая технология разработки курумов с использованием мобильного дизельного оборудования, обеспечивающая безопасность и эффективность добычных работ. Предложенная технология разработки ку-румов включает послойную выемку пород горизонтальными слоями мощными бульдозерами с одновременным формированием рабочих площадок для экскаваторов. Уступы рекомендуется создавать путем горизонтального перемещения полезного ископаемого к верхней бровке и последующего сброса его по откосу до достижения ширины рабочей площадки, обеспечивающей безопасную эксплуатацию добычного и транспортного оборудования.
Ключевые слова: высокогорные месторождения и карьеры, специфика освоения запасов, технология разработки.
По мере отработки запасов с благоприятными гидрогеологическими и горно-техническими условиями залегания, расположенных в освоенных районах с мягким и умеренным климатом в эксплуатацию все чаще вовлекаются сложные для освоения месторождения. Для Восточной Сибири - это, как правило, месторождения, расположенные в высокогорной местности. Если в 90-е годы прошлого века в Иркутской области, Бурятии и Забайкалье таких месторождений разрабатывалось не более
полутора десятков, то в настоящее время в высокогорных условиях осваивается уже несколько десятков таких месторождений. При этом осуществляется добыча различных полезных ископаемых, включая стройматериалы. Конечно, учитывая весьма сложные условия горных работ, в первую очередь в высокогорье добывается дорогостоящее минеральное сырье. В Восточных Саянах сейчас разрабатывается несколько месторождений золота, расположенных на высоте более 1000 м. Кроме того успешно
работают высокогорные карьеры по добыче мрамора (карьер «Перевал»), талька («Камчадал», «Свита жил»), графита («Ботогол»), железной руды («Синий Байц»), кварцитов («Уватское») и даже стройматериалов («Константи-новское»).
Из вновь вовлекаемых в эксплуатацию месторождений Восточной Сибири (без учета общераспространенных полезных ископаемых) почти треть приходится на горные районы с высотными отметками 800-2000 м, хотя доля таких территорий в общей площади региона не превышает 10%.
За рубежом разрабатывается достаточно большое количество высокогорных месторождений, в первую очередь в странах с высокогорным рельефом местности (Чили, Кыргыстан, Таджикистан). Горные работы осуществляются на высоте более 3000 м и даже 5000 м. В России карьеров на такой высоте нет. Одно из самых высокогорных разрабатываемых месторождений Чинейское (Забайкальский край) находится на высоте около 2000 м.
В настоящее время проектным бюро Иркутского государственного технического университета закончено проектирование горных работ и одним из гор-
нодобывающих предприятий начата эксплуатация одного из самых высокогорных месторождений России - Зун-Оспинского.
Золоторудное месторождение расположено в юго-восточной части Восточного Саяна, на склонах и вершине г. Острая с высотной отметкой 2684,0 м. В административном отношении Зун-Оспинское месторождение находится в Окинском районе Республики Бурятия.
Рельеф альпинотипный. Склоны горы Острая в верхней и средней частях скалистые, крутые, нижние -перекрыты коллювиальными осыпями и пролювиальными шлейфами. Западный склон горы более пологий, на большей своей площади перекрыт маломощными (до 1,5 м) элювиально-кол-лювиальными отложениями (рис. 1).
Перепад высот от основания горы до ее вершины составляет около 600 м.
Климат района резко континентальный. Среднегодовая температура воздуха, по данным Ильчирской метеостанции, составляет -7,4 °С. Заморозки и снегопады возможны в любое время года. Продолжительность периода с отрицательными среднедневными температурами составляет 7 ме-
Рис. 1. Гора Острая, вид с запада 316
сяцев, постоянный снежный покров устанавливается в октябре, полностью снег сходит в первой декаде июня. Суровые климатические условия обуславливают повсеместное развитие многолетней мерзлоты, глубина оттаивания пород на северных склонах не превышает 0,5 м, на южных - 1,5 м. Годовое количество осадков составляет 500 мм, из них до 70% приходится на июнь-июль.
Месторождение находится в сейсмически активном районе с вероятной максимальной силой землетрясений 9 баллов по шкале ГЕОФИАН.
Общая протяженность рудных зон -9 км, промышленные концентрации золота обнаружены в интервале высот 2000-2600 м.
По гидрогеологическим условиям отработки Зун-Оспинское месторождение является простым, так как массивы гранитов и гипербазитов, слагающие горный хребет, являются безводными.
В целом условия освоения данного объекта во многом аналогичны другим высокогорным месторождениям.
С увеличением высоты расположения месторождений технология их разработки заметно усложняется. Последнее объясняется специфическими условиями их эксплуатации. В первую очередь это очень сложный рельеф местности, более суровые климатические условия, наличие многолетней мерзлоты, крайне неоднородная геологическая структура, повышенная сейсмичность района, удаленность от инфраструктуры.
С нарастанием высотных отметок увеличивается количество осадков (в среднем на 12% на каждые 100 м подъема), снижается количество кислорода в воздухе, повышается скорость ветра, падает среднегодовая температура.
В условиях высокогорья резко осложняется размещение каких-либо
технологических и производственных объектов, сооружение транспортных коммуникаций. Требуется либо концентрация всех технологических процессов на небольшой площади, что на карьерах по добыче руды практически не осуществимо, либо разобщение этих процессов с удалением их друг от друга на большое расстояние, что при значительных уклонах резко удорожает транспортные связи.
В горах резко усложняется утилизация отходов производства: из-за крутых склонов формирование отвалов вскрышных пород становится либо невозможным, либо очень опасным. При открытой разработке увеличивается зона разлета кусков при ведении взрывных работ.
Большинство высокогорных месторождений разрабатывается комбинированным способом: верхняя часть рудного тела открытым способом, нижняя - подземным. Указанный факт также осложняет технологию горных работ.
В связи с вышеизложенным производительность оборудования на высокогорных месторождениях на 10-20% ниже, чем на обычных карьерах [1], продолжительность рабочего сезона значительно короче, затраты на добычу полезных ископаемых в несколько раз выше.
Однако, в отличие от других высокогорных месторождений Зун-Оспинское имеет ряд специфических характеристик. В первую очередь, это более суровые климатические условия (особенно по сравнению с высокогорными карьерами Чили, Кыргызстана и Таджикистана), что практически исключает возможность ведения горных работ в холодный период года. Во-вторых, относительно небольшие запасы полезного ископаемого и труд-нодоступность района, что не стимулирует недропользователя к созданию нормальной инфраструктуры. В тре-
тьих, это значительная удаленность от хорошо освоенных районов (70 км от ближайшей грунтовой дороги и 350 км от ближайшей железнодорожной станции). Большая крутизна склонов, покрытых курумником, определяет вероятность схода каменных, а в зимний период - снежных лавин. Опасность селей и лавин существенно возрастает при производстве бульдозерных работ на склонах.
К положительным характеристикам данного объекта с точки зрения недропользователя следует отнести более медленное нарастание коэффициента вскрыши по мере увеличения глубины карьера, что обусловлено выходом рудного тела на водораздел и крутыми склонами горы. К позитивным факторам также следует отнести более благоприятные условия для проветривания карьера.
Вместе с тем, несмотря на достаточное высокое содержание золота в руде, максимальная экономически целесообразная глубина карьера не будет превышать 80 м, высота нагорной части 95 м, коэффициент вскрыши 6,6 м3/т.
Дальнейшая разработка рудного тела будет осуществляться подземным способом.
Выбор оборудования для производства горных работ произведен в соответствии с горно-геологическими параметрами месторождения, горнотехническими и климатическими условиями разработки, принятой системой разработки, объемами горных работ. Месторождение находится в отдаленной труднодоступной местности, в условиях отсутствия какой-либо энергетической и транспортной инфраструктуры. В связи с этим, помимо соответствия основных технологических характеристик параметрам месторождения, к принятому оборудованию предъявляются дополнительные требования: дизельный привод,
работа без заметного снижения мощности на высотах до 2700 м над уровнем моря, повышенные проходимость, износоустойчивость рабочего оборудования и ходовой части, максимально возможные надежность и длительность межремонтного периода.
С учетом вышеизложенного в проекте принят комплекс горно-транспортного оборудования фирмы Caterpillar.
На выемке и погрузке полезного ископаемого и вскрышных пород используется экскаватор типа обратная лопата CAT 349D (вместимость ковша 2,1 м3). Транспортирование рудной массы до рудного склада на расстояние 8,5 км производится полноприводными шарнирно-сочлененными автосамосвалами CAT 725D (г/п 23,6 т), пустые породы транспортируются этими же самосвалами во внешний отвал, расположенный на склоне горы к югу от карьера, расстояние транспортирования составляет в среднем 1800 м.
Вскрышные породы и рудная масса подвергаются рыхлению взрывным способом, на обуривании взрывных скважин применяется буровой станок CAT MD5075 Track Drill или подобный с диаметром бурения 110 и 127 мм.
Выемку и отвалообразование взорванных скальных пород на труднодоступных участках, куда невозможно обеспечить безопасный подъезд автотранспорта (вершины, узкие участки на косогорах) осуществляет бульдозер CAT D8R. Этот же бульдозер на косогорах производит подготовку рабочих площадок для экскаватора и буровых площадок для бурового станка.
Отвалообразование вскрышных пород выполняется бульдозером САТ D6R.
Перегрузочные операции на рудном складе осуществляет фронтальный погрузчик CAT 966H (вместимость ковша 3,5 м3).
Сооружение технологических автодорог на нагорные горизонты ка-
Рис. 2. Уватское месторождение кварцитов (элювиальная россыпь)
рьера и межплощадочнои автодороги до склада руды производится бульдозером CAT D8R с использованием механического рыхления. На участках с особо крепкими породами используется экскаватор CAT-349D, ос-нащенныи навесным оборудованием (зубрыхлитель и гидромолот).
По результатам проведения подготовительных работ (первые два сезона) используемое оборудование показало себя прекрасно. В скальных породах были сооружены транспортные коммуникации (межплощадочная автомобильная дорога с вершины к подножию г. Острая), площадка обогатительной фабрики, подготовлено ложе хвостохранилища.
Достаточно большое количество полезных ископаемых, в том числе золота, кварцитов, стройматериалов находится в небольших элювиальных россыпях и курумах, расположенных на склонах гор. Указанные россыпи имеют небольшую мощность 1,0-4,0 м и залегают на склонах с уклоном 10-50°. При этом рыхлые отложения представлены крупнообломочным плохо окатанным материалом.
В настоящее время существует много эффективных технологий разработки месторождений полезных
ископаемых, сложенных рыхлыми отложениями (россыпи, месторождения песка, песчано-гравийных смесей, глины). Однако по мере увеличения крупности слагающих месторождение пород разработка последних резко осложняется. Увеличение валунисто-сти рыхлых отложений свыше 20-30% практически исключает возможность применения гидромеханизированного и дражного способов разработки, резко осложняет выемочные работы при использовании горного оборудования малой и средней мощности. При этом, как показала практика, предварительная подготовка валуни-стых отложений к выемке с помощью буровзрывных работ положительных результатов почти не дает. Раздробить отдельные куски пород с помощью взрыва не удается, так как образовавшиеся газы уходят через имеющиеся в массиве щели и трещины.
Особенно осложнен выбор технологии разработки элювиальных россыпей и курумов, где мелкозернистого материала очень мало, а крупнозернистые фракции представлены плохо и совсем не окатанными кусками. Описанное положение усугубляется тем, что упомянутые россыпи и курумы располагаются на достаточно крутых
склонах. На рис. 2 показано месторождение кварцитов, представленных курумом (элювиальной россыпью).
По мере нарастания крупности кусков в разрабатываемом массиве для обеспечения эффективной разработки месторождений необходимо увеличивать мощность и рабочие параметры выемочного оборудования. Однако этот принцип мало приемлем для ку-румов и элювиальных россыпей, мощность которых невелика (в среднем 1,5-3,0 м), что делает неэффективным использование крупных экскаваторов, рациональная высота уступов для которых должна быть не менее 8-10 м.
Таким образом, специфические характеристики курумов и элювиальных россыпей: высокая крупность обломочного материала, малая мощность рыхлых отложений, большой уклон подстилающих пород, а также незначительные запасы полезного ископаемого, существенно осложняют выбор рациональной технологии разработки таких месторождений.
Существующие технологии разработки подобных месторождений, основанные на транспортировании полезных ископаемых бульдозерами сверху вниз с формированием навала в нижней части запасов при достаточно больших уклонах (более 35°) влекут высокую опасность горных работ, увеличивают износ землеройного и транспортного оборудования, а в ряде случаев просто неприемлемы из-за невозможности подъема бульдозера задним ходом по склону, имеющему уклон более 30°.
При разработке маломощных наклонно залегающих месторождений землеройно-транспортной техникой ширина рабочей площадки, как правило, недостаточна для выемки полезного ископаемого по транспортным схемам. При этом, на начальной стадии освоения месторождения выемка полезного ископаемого осложняется полным отсутствием рабочей
площадки. Формирование рабочей площадки путем поперечных заходок землеройно-транспортной техники с перемещением полезного ископаемого сверху вниз на достаточно крутых склонах осложняется трудностью возврата горных машин вверх по склону. Поэтому выемка полезного ископаемого должна производиться горизонтальными слоями.
Таким образом, приемлемая технология разработки курумов должна включать послойную выемку пород мощными бульдозерами с одновременным формированием рабочих площадок для экскаваторов. Формирование рабочих площадок должно осуществляться по падению россыпи. Отработка месторождения сверху вниз позволяет сократить затраты на формирование рабочих площадок за счет сброса полезного ископаемого по откосу. Уступы рекомендуется создавать путем послойной выемки и горизонтального перемещения полезного ископаемого к верхней бровке уступа и последующего сброса его по откосу до достижения ширины рабочей площадки, обеспечивающей безопасную эксплуатацию добычного и транспортного оборудования [2].
Послойная выемка и горизонтальное перемещение полезного ископаемого к верхней бровке уступа позволяет исключить возврат землерой-но-транспортной техники вверх по склону, повысив тем самым безопасность работ, и создать условия для отработки запасов, залегающих на склонах с достаточно большим уклоном.
Наращивание рабочей площадки в ширину наклонными слоями за счет сброса полезного ископаемого по откосу, позволяет создать безопасные условия для работы любого горного оборудования.
Послойную выемку и горизонтальное перемещение полезного ископаемого осуществляют продольно-диа-
Рис. 3. Технологическая схема формирования рабочих площадок уступов
гональными заходками землеройно-транспортной техники. При этом на начальном этапе освоения запасов выемка полезного ископаемого производится, как правило, продольными заходками с зачисткой подошвы пласта боковой частью рабочего органа землеройно-транспортной техники. По мере расширения рабочей площадки выемка полезного ископаемого продолжается диагональными заход-ками. Выемка полезного ископаемого диагональными заходками позволяет удлинить заходку до необходимой величины, обеспечивающей достаточное заполнение рабочего органа зем-леройно-транспортной техники (отвала бульдозера, ковша погрузчика) полезным ископаемым.
На рис. 3 приведена технологическая схема формирования рабочих площадок уступов.
Разработка курумов осуществляется в следующей последовательности:
На начальном этапе продольной за-ходкой (см. рис. 3) бульдозер 6 формирует из полезного ископаемого 1 горизонтальную площадку по всей длине фронта работ. При достижении достаточной ширины площадки (8-12 м) бульдозер переходит к работе диа-тональными заходками. Понижение
площадки с зачисткой подстилающих пород 2 производится равномерно по всей длине фронта горизонтальными слоями 5 путем сброса полезного ископаемого с верхней бровки уступа 4. Для безопасной работы добычного и транспортного оборудования бульдозер создает рабочую площадку 3 шириной не менее 20-30 м.
После формирования рабочей площадки достаточной ширины на нее устанавливается добычное оборудование, которое осуществляет выемку полезного ископаемого уступами с погрузкой его в автотранспорт.
После отработки уступа по всей длине рабочая площадка на нижележащем горизонте вновь расширяется до необходимых размеров диагональными заходками выемочно-транспорт-ного оборудования.
Предложенная технология апробирована на Уватском месторождении кварцитов. Она обеспечивает безопасную разработку курумов и элювиальных россыпей на достаточно крутых склонах, позволяет их осваивать без применения буровзрывных работ горно-транспортным оборудованием небольшой мощности с минимальными затратами на подготовку месторождений к эксплуатации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Нифадьев В.И., Усманов С.Ф. Особенности разработки высокогорных месторождений // Вестник КРСУ. - 2009. - Т. 9. -№ 4. - С. 175-179.
2. Тальгамер Б.Л., Франчук А.В. Способ открытой разработки наклонно залегающих маломощных пластовых месторождений: патент № 2506425РФ / МПК-9 Е21С41/26, опубл. 10.02.2014., Бюл. № 4. - 5 с. ЕПЭ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Тальгамер Борис Леонидович - доктор технических наук, профессор, директор института недропользования Иркутского государственного технического университета, e-mail: [email protected], Франчук Александр Владимирович - кандидат технических наук,
ведущий научный сотрудник НИЧ Иркутского государственного технического университета, e-mail: [email protected].
UDC 622.271:622.34
DEVELOPMENT OF HIGH MOUNTAIN DEPOSITS IN CONDITIONS OF EASTERN SIBERIA
Talgamer B.L., Doctor of Technical Sciences, Professor, Director of the Institute of Subsurface Use of Irkutsk State Technical University, Irkutsk, Russia, e-mail: [email protected],
Franchuk A.V., Candidate of Technical Sciences, Leading Researcher of Scientific-Research Department of Irkutsk State Technical University, 664074, Irkutsk, Russia, e-mail: [email protected].
The peculiarities and difficulties of their development are enumerated, including unfavorable relief, harsh weather conditions, presence of permafrost and glaciers, inhomogeneous geologic structure, increased seismic activity, distance from infrastructure and difficulty in obtaining access.
The general characteristics of one of the most high mountain deposits in Russia and the specifics of its exploitation are described, which includes very-low air temperatures, relatively small ore reserves, isolated location and difficulty in access, steep slopes, complicating the concentration of technological processes and transportation links between them.
The specifics of bedding of deposits presented by rock glaciers is described.
The factors which complicate the exploitation of such deposits are: relevant surface slope, big size of unrounded rock fragments, isolated location and difficulty in obtaining access to these deposits, small reserves and low thickness of loose deposits.
Steep slopes, as a rule, make it impossible to use traditional for placers technologies supposing the transportation of mineral product by bulldozers from up to down.
Taking into consideration described mine technical conditions the article provides the analysis of known methods of development of inclined stratified deposits presented by loose deposits of low thickness and also suggests new technology of rock glaciers exploitation by making use of mobile diesel equipment, which ensures safety and effectiveness of mining operations. Proposed technology of rock glaciers development includes horizontal slicing of rocks by heavy bulldozers with simultaneous organization of working areas for excavators. It is recommended to form the benches by horizontal moving of mineral product to the bench crest and its following dumping down the slope until working area is enough wide to ensure safe use of mining-and-transport equipment.
Key words: high mountain deposit, specifics of reserves exploration, technology of development.
REFERENCES
1. Nifad'ev V.I., Usmanov S.F. Vestnik Kyrgyzsko-Rossiiskogo slavyanskogo universiteta. 2009, vol. 9, no 4, pp. 175-179.
2. Tal'gamer B.L., Franchuk A.V. Patent RU 2506425, 10.02.2014.
