CC BY
24
тает по абсолютной величине, оставаясь неизменной по относительной. Определяющее значение для расчета технологических параметров имеет диапазон изменения скоростей от 0,1 х10-2 м/сек, в котором находится более 80 % твердого вещества пульпы (кривая 3).
Предельное равновесное состояние вещества в осадке характеризуется величиной максимального весового содержания твердого вещества (Тим), которое определяется из выражения [7]:
Т_ = 100 X---------------^—6----.
(рТ -рж ) + — Рж п
В одном элементарном слое осадка в конечном состоянии разместится твердая фаза, содержащаяся в п слоях реальной пульпы (Тт ):
т
п = .
т
Поэтому скорость движения линии раздела "осадок-пульпа" (УОс) будет отличаться от скорости стесненного падения частиц ( Уст) в "п" раз:
V
V = С
у ОС
CT
n
Время формирования закладочного массива (3 в камере объемом (Щ) будет определяться дебитом подаваемых хвостов (Дг) и скоростными характеристиками процесса разделения фаз:
Wк х Т
t з =■
ДТ
Выполненные исследования показали, что скорость развития физических процессов в гидравлической зоне, определенной выше, как зона заполнения объема, достаточно высока для того, чтобы не ограничивать количество подаваемых в одну камеру общих хвостов обогащения.
1. Галченко Ю.П., Бурцев Л. И, Сабянин Г.В. Обоснование общих принципов построения горных технологий в условиях экологического императива/Сб. Научные и практические аспекты добычи цветных, редких и благородных металлов. ИГД ДВО РАН, Хабаровск, 2000. - С. 377-385.
2. Каплунов Д.Р., Труфанов Д.В., Лейзерович С.Г., Шумановский
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Галченко Ю.П, Кравченко В. Т..
В.Ф, Ельников В.Н. Бассейн Курской магнитной аномалии - центр железорудной промышленности России. Горный журнал, № 6, 2000. - С. 15-19.
3. Кочин М.Е. Теоретическая гидродинамика. ОГИЗ, - М.-Л., 1948, 265 с.
4. Гидравлическое складирование хвостов обогащения. Справочник. - М.: Недра, 1991.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
5. Справочник по обогащению руд. - М., Недра, 1982, 365 с.
6. Забродский С.С. Гидродинамика и теплообмен в псевдосжижен-ном слое. - М.-Л.: Изд. ГЭИ, 1963, 120 с.
7. Годэн А.М. Основы обогащения полезных ископаемых. - М.: Ме-таллургиздат, 1946, 250 с
Кузнецов А.П.
ИПКОН РАН.
© О.В. Славиковский, В.А. Осиниев, В.А. Пропп, 2003
УАК 622.272
О.В. Славиковский, В.А. Осиниев, В.А. Пропп
ПРИОРИТЕТНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ПОАЗЕМНОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ В УРАЛЬСКОМ РЕГИОНЕ
Перспективы развития горнорудной промышленности на Урале, в том числе, и приоритетные направления развития подземной геотехнологии должны рассматриваться не только в сугубо техническом, но и в экономическом и социально-эко-
номическом плане с учетом специфических особенностей Уральского региона, основные из которых заключаются в следующем.
На Урале создан мощный металлургический комплекс как в области черной металлургии (Магнитогорский, Нижне-Та-
гильский, Орско-Халиловский металлургические комбинаты, Челябинский, Серовский металлургические заводы и др), так и в области цветной металлургии (Красноуральский, Богословский, Каменск-Уральский металлургические заводы и др.), испытывающие в настоящее время острый дефицит в местном рудном сырье, который покрывается за счет в основном привозного рудного сырья из других отдаленных регионов и завоза из стран СНГ (Казахстана и др.). В тоже время, рост тарифов на железорудные перевозки ограничивает завоз рудного сырья из других регионов и предопределяет необходимость развития местной или в близле-
жащих районах рудной базы. Так, по данным специалистов Уралмеди местная сырьевая база Уральской медной промышленности может быть в основном исчерпана в течении ближайших 10 лет, в связи с чем, перспективы своего развития кампания связывает с освоением Удоканского меднорудного месторождения, запасы по меди которого составляют 200 млн т.
Характерной особенностью большинства горнорудных предприятий Урала в связи с экономическим развитием горнодобывающего комплекса является переход с открытого способа разработки на подземный. Практически полностью перешли на подземные работы Высокогорский, Г айский, Учалинский ГОКи, Гороблагодатское и Бакальское РУ, начали переход на подземные работы на комбинате «Магнезия». Уже в настоящее время до 70% медного сырья добывается на Урале подземным способом. По-прежнему традиционным подземным способом ведется отработка уникальных калийных месторождений в Пермской области и Североуральских бокситовых месторождений.
Таким образом, значимость подземной геотехнологии рудных месторождений Урала в развитии местной сырьевой базы существенно возросла. В тоже время, существенно изменились горногеологические условия эксплуатируемых и вновь осваиваемых рудных месторождений, отрабатываемых подземным способом.
Существенно увеличилась глубина ведения горных работ (на рудниках СУБРа горные работы ведутся на глубинах 1200 - 1300 м). С глубиной существенно снижаются качественные характеристики добываемого сырья (среднее содержание меди в отрабатываемых месторождениях снизилось до 1,4-1,5%, а на железорудных месторождениях бортовое содержание Ре принимается 20%).
Другой особенностью Уральского региона является то, что его промышленная зона относится к районам с очень «острой экономической ситуацией» немалую роль в этом играет горнодобывающий комплекс, в результате деятельности которого в биосфере создан особый регион - техносфера,
представляющая сегодня по уровню экологической безопасности серьезную опасность для жизни и здоровья людей, а также губительно влияет на окружающую среду.
Например, на Высокогорском ГОКе, который является одним из основных градообразующих предприятий г. Нижний Тагил, 50% всей занимаемой им территории нарушено горными работами. В результате почти 3-х вековой деятельности Высокогорского железного рудника объемы карьерных выемок составили 182 млн. кубометров на площади 385 га. Отвалы пустых пород и шламохранилища размещены на 597 га и в них накоплено 91 млн. кубометров техногенных отходов.
Одним из основных путей повышения эффективности отработки месторождений является техническое перевооружения предприятия.
Общеизвестно, что новая более эффективная технология добычи предопределяет необходимость применения новых технических средств, а, в свою очередь, создание новых средств механизации горных работ дает возможность создания новых технологий отработки месторождений. Однако с распадом СССР практически ликвидирована отечественная машиностроительная база для условий рудных шахт. Рудники цветной металлургии - Г айский подземный рудник, Учалинский, Узельгинский рудники, рудники СУБРа, а также шахта «Магнезитовая» перешли частично на применение импортного самоходного горного оборудования на основных технологических процессах.
Анализ российского рынка по закупке импортной горной техники для рудных шахт показал, что большинство рудников Урала используют горное оборудование, выпускаемое финской фирмой «Тамрок». Так на Гайском подземном руднике для бурения взрывных скважин используются самоходные буровые станки типа «СОЛО», для бурения шпуров применяют буровые установки типа «МИНИБУР», «МИНИМАТИК». Для доставки руды в блоки применяются самоходные погрузочно-доставочные машины типа «ТОРО» с дизельными двигателями раз-
личной модификации. В настоящее время на руднике в работе находится один буровой станок для бурения скважин шведской фирмы «Атлас Копко» типа «Симба». Ковшовые погрузочно-доставочные машины типа «ТОРО» - практически единственный тип ПДМ, применяемый на рудниках Урала.
Поскольку большинству железорудных шахт Урала приобретение дорогостоящего импортного оборудования неподъемно, они вернулись к технологии 70-х годов на базе применения в качестве бурового станка для бурения скважин - станка НКР-100, на доставке руды в блоке - скреперной лебедки и на транспорте - электровоза 14 КР и глухих вагонеток грузоподъемностью 10 и 25 т.
Отсюда вытекают следующие приоритеты направления развития подземной геотехнологии в Уральском регионе:
1) разработка и внедрение природоохранных технологий при подземной разработке рудных месторождений Урала;
2) техническое перевооружение рудных шахт;
3) расширение области комбинированной разработки месторождений.
Природоохранные технологии, в первую очередь, связаны с отказом от применяемых на большинстве рудных шахт валовых техно -логий. Ориентация на применение систем разработки с валовой выемкой привела к тому, что на рудных шахтах управление качеством сырья базируется в основном на технологиях с усредненными процессами.
Переход к рыночным отношениям предопределяет необходимость по целому ряду месторождений пересмотр не только кондиций, но и уровня технологичности запасов месторождений, что закладывается в основу избирательной технологии.
В УГГГА выполнен комплекс исследований по переходу на избирательную технологию ведения горных работ на основе разделительных процессов, с учетом рационального использования недр и для других технических решений.
На первом этапе были проведены исследования по определению уровня технологичности запа-
сов одной из перспективных железорудных шахт по разведанным запасам (около 200 млн т) - ш. «Естюнинская» (ВГОК).
Мониторинг железорудной базы подземной геотехнологии Урала показал, что существующие кондиции для условий шахты (бортовое содержание Ре 16%) не отвечает сегодняшнему качественному уровню сырья и требует пересмотра. С учетом геомеханиче-ской обстановки рекомендовано перейти на избирательную технологию отработки месторождения при первоочередной выемке богатых руд путем создания выемочных полей размером 250-300 м с оставлением раздельных целиков размером 25-30 м из бедных руд. Отработка последних будет производиться в последующие периоды по специальной технологии разработки.
Выполнен комплекс исследований по реструктуризации сырьевой базы Гайского подземного рудника, отрабатывающего Гайское медно-колчеданное месторождение, представленное мощной крутопадающей залежью и рядом небольших по мощности рудных тел. Установлено, что до 80% запасов рудных залежей мощностью до 3 м отрабатывать существующей технологией не рентабельно.
Переход на природоохранные технологии связан с внедрением разделительных процессов при добыче, изменением порядка отработки месторождения (например снизу-вверх), созданием подземных обогатительных комплексов. На сегодня техническое перевооружение рудных шахт связано с переходом от переносного к самоходному оборудованию - в основном, на импортное.
Низкая эффективность применения импортного оборудования на рудниках Урала, на наш взгляд, в первую очередь, вызвана тем, что не позволяет максимально использовать ее технические возможности. В первую очередь, это связано с большим объемом вспомогательных операций, связанных с простоями техники.
Другой особенностью технологии на базе самоходного оборудования на рудных шахтах является во многом однотипность применяемого оборудования. В тоже
время зарубежными машиностроительными фирмами выпускается большая гамма бурового, погрузочно-доставочного и транспортного оборудования для рудных шахт, существенно различающих по стоимости и по своим техническим параметрам, позволяющих применять их в различных горно-геологических условиях и при разных параметрах предприятия. Фирма «Атлас Копко» выпускает свыше десятка самоходных буровых станков, оборудованных пневмо - и гидроперфораторами, десять типоразмеров буровых установок типа «Бумер» в зависимости от размеров сечения выработки. Фирмой выпускается около 20 типоразмеров погрузочно-доста-вочных машин с дизельным и электрическим приводом, 12 типов автосамосвалов грузоподъемностью от 8 до 40 т.
С каждым годом создаются новые типы самоходного оборудования. Канадской фирмой «Кьюбекс» выпускается самоходный буровой станок «Мегаматик» с технической производительностью бурения 0,80,9 м/мин. Фирмой «Атлас Копко» выпускается погрузочно-доста-вочная машина СТ 1000 развивающая откалывающее усилие в 31,8 т при черпании ив 15 т на гидравлике. Номинальная емкость ковша «с верхом» составляет 4,5 кубометра. Недавно фирмой было запущено в производство еще два образца погрузочно-транспортной техники для рудных шахт - погрузчик СТ 1800 грузоподъемно -стью 17,5 т и 50-тонный автосамосвал МТ500, предназначенный для работы в связке с погрузчиком СТ1800. Фирмой «Тамрок» выпускается порядка 15 типоразмеров буровых станков типа СОЛО, буровые установки Минибур, Мини-матик, Параматик и др. для бурения шпуров, свыше десятка типоразмеров погрузочно-доставочной машины типа ТОРО, три модификации подземных автосамосвалов.
К сожалению, выбор того или иного типа самоходного горного оборудования для предприятия во многом носит субъективный характер. Опыт применения самоходной техники на рудниках Урала показал, что повышение производительности труда при переходе с переносного оборудования на са-
моходное на отдельных процессах незначительно увеличивает производительность труда забойного рабочего по системе разработки и прибыль, и только при одновременном повышении производительности труда на проходческих работах, бурении и выпуске руды резко возрастает производительность труда в целом по системе и прибыль. Так, согласно исследованиям, проведенным в ИГД УрО РАН для условий Гайского рудника, повышение производительности труда только на проходческих работах в 1,9 раза приводит к увеличению производительности труда по системе на 11,7 %, а повышение в 2,4 раза - лишь на 14,4% (прибыль на 6,8%). Повышение производительности только бурового станка с 12 м/смену (НКР-100) до 80 м/смену (СОЛО) в 6,6 раз увеличит производительность труда по системе разработки на 68,3%, а прибыль - на 0,1%. При увеличении производительности буровой установки до 140 м/смену (11,6 раз) производительность по системе увеличивается на 77,6%. При повышении производительности только погрузочно-доставоч-ной машины с 150 до 500 т/смену (в 3,3 раза) производительность труда по системе увеличится на 70%, а прибыль - на 17,7 руб/т.
Комплексное повышение производительности труда на всех процессах одновременно, например, на проходческих работах - до 6,2 кубометра/чел.-смену, буровой установки - до 150 м/смену, ПДМ -до 350 т/смену приводит к увеличению производительности труда в целом по системе разработки в 2,6 раз. При увеличении этих показателей соответственно до 9,110 и 700 производительность труда по системе увеличится в 5 раз, а прибыль составит до 20 руб/т.
Техническое перевооружение рудника предопределяет необходимость в новых технологиях ведения горных работ. Примером может служить Гайский подземный рудник, который перешел на поточные технологические схемы перемещения руды. Переход практически полностью на выпуске и доставке руды из камер на применение ПДМ позволило руднику осуществить конвейеризацию подземного транспорта при сооруже-
нии в шахтном поле мобильных дробильных установок, к которым руда из очистных блоков доставляется ПДМ. В перспективе существенно возрастает значимость комбинированной геотехнологии.
Практика работы горнорудных предприятий показала, что большинство рудных месторождений на Урале отрабатывается комбинированным способом, при этом, применяются все принципиальные технологические схемы комбинированной геотехнологии:
• комплексно открыто -подземный способ разработки крутопадающих месторождений по глубине тремя ярусами (Естюнин-ское железорудное месторождение и др.);
• одновременная отработка месторождений открытым и подземным способом (Гайское меднорудное месторождение идр.);
• комбинированная отработка месторождений по простиранию, в том числе, отработка запасов в борту карьера (Учалинское меднорудное месторождение и др.).
Характерной особенностью открыто-подземного способа является наличие карьерного и подземного пространств, находящихся в непосредственной близости.
Эффективность реализации технических и технологических решений при комбинированной геотехнологии определяется установлением объективных закономерностей и взаимосвязей между параметрами систем «карьер -подземные выработки», последовательностью формирования сооружения, технологическими процессами горных работ, экологической безопасностью и экономической эффективностью извлечения полезных ископаемых из недр. Конечная цель комбинированной геотехнологии - используя преимущества как открытой, так и подземной геотехнологии, обеспечить эффективную технологию отработки месторождения в целом.
Однако, анализ изучения опыта применения комбинированной технологии на горнорудных предприятиях Урала показал, что на
ряде предприятий отсутствие стратегии отработки месторождения в целом приводит к весьма негативным явлениям при подземной разработке прикарьерной зоны.
В свою очередь, на открытых работах при достижении проектного контура карьера и отсутствия соответствующих решений по переходу на подземную геотехнологию применяются различные технологические решения по продлеванию срока службы карьера порой не всегда эффективные.
В тоже время, перспективы применения комбинированной геотехнологии при разработке рудных месторождений на Урале большие. Так при отработке только месторождений руд цветных металлов уже в настоящее время ведется переход с открытых работ на подземные на Башкирском медно-серном комбинате, на Учалинском руднике (Учалинский ГОК).
Комбинированным способом будут отрабатываться Сафьянов-ское и Камаганское месторождения, которые уже находятся в эксплуатации в настоящее время. Как показали предпроектные проработки, комбинированным способом будут отрабатываться Молодежное, Западно-Озерное, Джу-синское, Таньерское, 3-е Северное и ряд других меднорудных месторождений. Особенностью вновь осваиваемых месторождений комбинированной геотехнологией является строительство сравнительно небольших по мощности предприятий в связи с ограниченными запасами, отсюда сравнительно небольшими карьерными рудопо-токами, которые можно эффективно перемещать по подземным выработкам. С другой стороны, развитие средств механизации подземного транспорта на сегодня позволяет обеспечивать перевозку больших объемов горной массы.
Грузоподъемность подземных автосамосвалов достигает 100 т. При электровозном транспорте и применении вагонов с межкузов-ным перекрытием и донной разгрузкой даже при грузоподъемности вагонеток 15 т обеспечивается производительность локомотиво-
состава 2000-2500 т/смену при длине транспортирования до 1,5 км. При этом, формирование технологических схем перемещения руды и строительство подземных транспортных коммуникаций должно осуществляться из расчета использования их при ведении подземных работ.
Как показали предпроектные проработки, дополнительные инвестиции, предварительно вкладываемые в частичное строительство подземного рудника окупаются существенным снижением эксплуатационных расходов в целом по отработке месторождения.
Основным достоинством использования подземных выработок является сокращение расстояния транспортирования нередко в 2-3 раза по сравнению с перемещением горной массы по карьерному пространству. Кроме того, упрощается транспортирование горной массы снижаются эксплуатационные расходы, создается независимость в работе внутрикарьерного и внешнего транспорта.
В свою очередь, наличие карьерного пространства при ведении подземных работ также дает возможность эффективного решения целого ряда технологических вопросов. Так, на комбинате Магнезит при переходе с открытого способа разработки на подземный с отставанием строительства рудоподъемного комплекса на шахте стало возможным использование карьерного пространства Кара-гайского карьера для выдачи руды с подземных работ по штольням электровозным подземным транспортом с последующей перегрузкой в карьерный автомобильный транспорт, что позволило восполнить выбывающие мощности карьера рудопотоком с подземных работ. Таким образом, в настоящее время исходя из горно-геологических условий месторождений, отрабатываемых комбинированным способом, необходимо уже на первом этапе освоения месторождения иметь в целом полную стратегию его отработки.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Славиковский О.В, Осинцев В.А, Пропп В.Д. - Уральская горно-геологическая академия, Екатеринбург.
