CC BY
25
УДК 622.882
Б.Л. Тальгамер, М.Е. Семенов
ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПОДВОДНОЙ ЭКСКАВАЦИИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
Описаны недостатки подводной выемки драглайнами золотоносных песков, такие как потери золотоносных песков и оставление большого количества песков в приплотиковой зоне. Приведены недостатки подводной выемки пород I-III категории крепости драглайнами такие как снижение производительности экскаваторов, осложнение размещения торфов на бортах, затруднение процесса черпания из-за невозможности визуального контроля поверхности забоя, снижение коэффициента наполнения ковша и увеличение цикла работы экскаватора. Выполнен анализ подводной выемки ПГС экскаватором Hyundai R215-7C, сделаны замеры отметок подводной поверхности оставшихся запасов (затопленного дна карьера). По результатам наблюдений, резкого увеличения продолжительности цикла работы экскаватора и снижения его производительности не отмечается. Ухудшились показатели, характеризующие полноту выемки ПГС и качество полезного ископаемого. Общие потери при подводной выемке составили 24%, а разубоживание 2%. В целом, подводная выемка ПГС в ряде случаев остается достаточно эффективной, так как позволяет устранить ряд недостатков, связанных с осушением запасов либо водопонижением в карьере. Ключевые слова: подводная выемка полезных ископаемых, пес-чано-гравийная смесь, потери, производительность экскаватора, водопонижение.
В настоящее время при добыче многих полезных ископаемых в поймах рек осушение запасов является довольно сложной задачей. Во-первых, это связано с большим коэффициентом фильтрации рыхлых отложений и значительной мощностью водоносного слоя, что требует высоких затрат на карьерный водоотлив. Во-вторых, необходимы значительные расходы на осветление карьерных вод и строительство комплекса очистных сооружений. В-третьих, снижается устойчивость осушенных бортов выработки, усиливается их эрозия и наледообразо-вание. Поэтому отработка таких запасов полезных ископаемых чаще всего осуществляется с подводой выемкой при использовании специализированных горных машин (драг, земснарядов, землесосов), либо горного оборудования, имеющего возможность выемки пород ниже уровня стояния (драглайнов, экска-
ISSN 0236-1493. Горный информационно-аналитический бюллетень. 2017. № 1. С. 350-356. © 2017. Б.Л. Тальгамер, М.Е. Семенов.
ваторов типа обратная лопата, грейферов, канатных среперов). Последнее оборудование не всегда достаточно приспособлено для выемки пород из-под воды, поэтому показатели его подводной работы часто бывают неудовлетворительными.
Практика подводной выемки золотоносных песков драглайном в целом показала отрицательные результаты добычных работ не только из-за снижения производительности экскаватора, но и из-за больших потерь полезного ископаемого. Потери золотоносных песков были связаны с отсутствием визуального контроля процесса экскавации и оставлением по этой причине большого количества песков в приплотиковой зоне (скальный плотик не позволял достаточно хорошо производить его за-дирку). Кроме того, в процессе подводной экскавации происходило некоторое обогащение оставшихся песков за счет миграции тяжелых зерен металла из разрыхленных песков к плотику. После осушения одного из участков россыпи р. Маракан, ранее отработанного экскаватором ЭШ-10.70, оставшиеся на плотике пески имели содержание золота в 2—3 раза выше чем те, которые были взяты при подводной выемке.
Практика подводной вскрыши с использованием драглайнов даже при разработке пород 1—Ш категории крепости (по ЕКГП) показывает снижение производительности экскаваторов на 15—20%. При подводной экскавации осложняется размещение торфов на бортах (при отвалообразовании породы плывут под утлом 8—15°), затрудняется процесс черпания из-за невозможности визуального контроля поверхности забоя, снижается коэффициент наполнения ковша и увеличивается цикл работы экскаватора. С увеличением крепости пород технико-экономические показатели работы экскаваторов, производящих черпание из-под воды, падают еще более резко. В таких случаях становится необходимой предварительная подготовка пород перед экскавацией. Подготовка пород рыхлением (с помощью буровзрывных работ или механическим способом) наиболее успешно может быть осуществлена только при осушении рыхлых отложений, что также обусловливает необходимость понижения уровня воды в карьере. И, наконец, при подводной экскавации валунистых отложений крупные валуны аккумулируются на дне вскрышного разреза, затрудняя впоследствии драгирование песков, вплоть до полной остановки драги.
По результатам хронометражных наблюдений за работой ЭШ-10.70, производящего вскрышу на одном из сильновалуни-стых полигонов ОАО «Лензолото», проведенных первоначаль-
но при подводном черпании на глубине 12—16 м относительно поверхности и 2—4 м относительно уровня воды и повторно на этом же участке после водопонижения, были получены следующие усредненные показатели процесса экскавации (табл. 1).
Как следует из табл. 1 при экскавации осушенных валунистых пород производительность драглайна возрастает в 2—2,5 раза против отмеченной при подводной выемке.
В настоящее время для подводной выемки полезных ископаемых достаточно широко используются экскаваторы типа обратная лопата. Особенно часто это происходит на месторождениях песчано-гравийной смеси (ПГС), расположенных в поймах рек с высоким уровнем грунтовых вод, где осушение запасов (или водопонижение) практически невозможно. Нами были проведены наблюдения за процессом подводной выемки ПГС экскаватором Hyundai R215-7C, а впоследствии, после завершения добычных работ, были сделаны замеры отметок подводной поверхности оставшихся запасов (затопленного дна карьера).
Результаты хронометражных наблюдений за процессом экскавации ПГС под водой на глубину до 4,0 м при надводном борте забоя около 1,5 м показали, что при достаточно легко разрабатываемых рыхлых отложениях (коэффициент крепости по шкале М.М. Протодьяконова около 1,5) резкого увеличения продолжительности цикла работы экскаватора и снижения его производительности не отмечается. Продолжительность цикла при разгрузке ПГС в навал увеличилась по сравнению с выемкой пород из сухого забоя на 8—12%, коэффициент наполнения ковша сократился с 1,05 до 0,94 или на 10,5%. По некоторым данным [1], коэффициент наполнения ковша может снижаться до 0,5—0,7. В целом производительность экскаватора при под-
Таблица 1
Среднесменные показатели работы экскаватора ЭШ-10.70 на глубокой вскрыше (для четырех участков)
Условия Наименование показателей
работы Продолжительность цикла, с Продолжительность черпания,с Коэффициент наполнения ковша
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Подводная экскавация 96 207 160 116 56 152 119 68 0,60 0,74 0,46 0,47
Экскавация осушенных пород 57 54 59 61 21 19 17 21 0,81 0,92 0,91 0,91
\ ______
\
Рис. 1. Профиль №1 карьера Кудинский-1
водной выемке в рассматриваемых условиях сократилась на 30% (в т.ч. из-за дополнительных потерь времени на передвижки экскаватора).
Гораздо хуже были показатели, характеризующие полноту выемки ПГС и качество полезного ископаемого. Качество полезного ископаемого снижалось из-за необходимости оставления слоя пустых пород на участках с пониженными отметками кровли (для предотвращения подтопления рабочей площадки экскаватора), а также в случае заглубления ковша ниже почвы продуктивного пласта (подстилающие породы представлены суглинками).
Съемка дна водоема в затопленном выработанном пространстве карьера Кудинский-1 осуществлялась с использованием
Рис. 2. Профиль №2 карьера Кудинский-1
эхолота Garmin echo 100. Шаг измерений был принят равным 1 м. Всего было отстроено 7 профилей дна водоема (3 продольных и 4 поперечных), два из которых приведены на рис. 1 и 2. План изолиний дна приведен на рис. 3.
По результатам полевых исследований был выполнен расчет потерь и разубоживания ПГС, исходя из установленной геологами мощности полезного ископаемого — 4,7 м. Результаты расчета приведены в табл. 2. Общие потери при подводной выемке составили 24%, а разубоживание 2%.
В целом, учитывая низкую ценность полезного ископаемого (ПГС), в данном случае подводная выемка, несмотря на уменьшение производительности экскаватора, некоторое снижение качества добываемого сырья и значительное увеличение его потерь, в ряде случаев остается достаточно эффективной, так как позволяет устранить ряд недостатков, связанных с осушением запасов либо водопонижением в карьере.
При осушении и водопонижении увеличивается перепад уровней воды в карьере и поверхностными водотоками, в связи с чем резко возрастает приток в выработанное пространство фильтрационных и грунтовых вод. Это ведет к снижению устойчивости откосов выработки, затрудняет управление уровнем
Рис. 3. План изолиний дна карьера Кудинский-1
Таблица 2
Результаты расчета потерь и разубоживания полезного ископаемого при подводной выемке
№ профиля Доля потерь Доля разубоживания
1 0,28 0,03
2 0,22 0,06
3 0,26 0,03
4 0,19 0,03
5 0,19 0,02
6 0,31 0,02
7 0,15 0,01
В среднем по карьеру 0,24 0,02
воды, препятствует сокращению расхода воды при водоотливе и тем самым усложняет осветление сточных вод, способствует наледеобразованию в местах высачивания подземных вод в холодный период года. Поэтому необходимо (если это возможно) максимальное удаление поверхностных водоемов и водотоков от карьера, а в ряде случаев и проведение мероприятий по сокращению фильтрационных притоков в выработанное пространство.
При понижении уровня воды в карьере борта выработки, сложенные рыхлыми отложениями, интенсивно размываются периодическими водотоками во время дождей и таяния снега с выносом пустых пород в выработку и образованием оврагов. В таких условиях возрастает значение мероприятий по сокращению площади водосбора карьера, в т.ч. путем отсыпки отвалов на бортах выработки, сооружения дамб обвалования, проведения нагорных и водоотводных канав.
Вместе с тем, как показали полевые исследования, подводная выемка полезных ископаемых в поймах рек, значительно упрощающая подготовку запасов к добыче и обеспечивающая более высокую экономическую обеспеченность горных работ, требует систематического контроля за работой машиниста экскаватора и постоянного мониторинга полноты извлечения полезных ископаемых геолого-маркшейдерской службы предприятия и органов природнадзора.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Буткевич Г. Р., Одабан Фард В. В. Проблемы разработки обводненных песчано-гравийных месторождений // Горная промышленность. - 2012. - № 4 (104). - С. 112-114. ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Тальгамер Борис Леонидович1 — доктор технических наук, профессор, директор Института недропользования, e-mail: gor@istu.edu, Семенов Максим Евгеньевич1 — аспирант, младший научный сотрудник, e-mail: pkb@istu.edu, 1 Иркутский национальный исследовательский технический университет.
Gornyy informatsionno-analiticheskiy byulleten'. 2017. No. 1, pp. 350-356.
udc 622.882 B.L. Talgamer, M.E. Semenov
EVALUATION OF THE QUALITY OF THE UNDERWATER EXCAVATION OF MINERALS
Draining of the reserves in the floodplains is a difficult task because of the high cost of water drainage in the open-cast mine, clarification of the mine water and building of the complex of treatment facilities. Reduction of the resistance of the drained sides during the mine working, intensification of the erosion of the drained sides and ice formation on them also need additional expenses. That is why in that cases mine working is often made with the underwater excavation.
In the article the researcher has described the disadvantages of the underwater excavation of the gold dusts by the draglines. These disadvantages include: the waste of the gold dust and the abandonment of the most part of the gold dust in the bedrock zone. Also the drawbacks of the underwater excavation of the rocks of I-III categories of the fortress by draglines are mentioned as, for instance, the productivity slowdown of the excavators, the complication of placing the peat on the sides, the difficulty of the drawing process due to the impossibility of the visual control of the surface of the stope, the decrease of the coefficient of the bucket fill factor and the increase of the cycle of the excavator functioning.
The analysis of the underwater excavation of the sand and gravel by excavator Hyundai R215-7C is done, as well as the measurements marks of the underwater surface of the residuary reserves on the flooded bottom of the open-mine cast. During the observations, the increase of the duration of the cycle of the excavator functioning is not marked, as well as the productivity slowdown. In general, the indicators of the fullness of the recesses of sand and gravel and the quality of the minerals have deteriorated. Total losses during the underwater excavation have averaged to 24% and the impoverishment has approached to 2%.
In general, the underwater excavation of sand and gravel is mostly effective, because it helps to eliminate the number of disadvantages connected with the drainage of the reserves or the dewatering in the open-mine cast.
Key words: underwater excavation of minerals, Sand and gravel, mineral losses, the productivity of the excavator, fall of water table.
AUTHORS
Talgamer B.L.1, Doctor of Technical Sciences, Professor, Director, Institute of Subsurface Use, e-mail: gor@istu.edu, Semenov M.E.1, Graduate Student, Junior Researcher, e-mail: pkb@istu.edu, 1 Irkutsk National Research Technical University, 664074, Irkutsk, Russia.
REFERENCES
1. Butkevich G. R., Odaban Fard V. V. Gornaya promyshlennost'. 2012, no 4 (104), pp. 112-114.
