CC BY
103
Науки о Земле
УДК 622.272.4 (622.274.4)
Лизункин Владимир Михайлович Vladimir Lizunkin
Медведев Валерий Васильевич Valerij Medvedev
Матвеев Александр Евгеньевич Alexander Matveev
ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТРАБОТКИ МАЛОМОЩНЫХ КРУТОПАДАЮЩИХ СБЛИЖЕННЫХ УРАНОВЫХ ЖИЛ В СЛОЖНЫХ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ
THE WAYS TO IMPROVE THE TECHNOLOGY OF NARROW RAKE VEINS OF URANIUM IN SUPERIMPOSED SEAMS EXTRACTING IN DIFFICULT GEOLOGICAL AND MINING CONDITIONS
Приведены особенности горно-геологических и горнотехнических условий отработки маломощных крутопадающих сближенных урановых жил. Проанализирована существующая технология их отработки. Предложены более эффективные технологии, позволяющие повысить концентрацию горных работ за счёт независимости ведения очистных процессов очистной выемки. Применение современного самоходного бурового и погрузочно-транс-портного оборудования позволит увеличить производительность труда. Уменьшение разубоживания руды достигается за счёт использования раздельной выемки, а снижение стоимости закладочных работ — уменьшения объёма заполняемого выработанного пространства
Ключевые слова: доставка, подэтажная отбойка, сближенные крутопадающие жилы, система разработки, скважины малого диаметра, слоевая выемка, Стрельцовское месторождение, твердеющая закладка, технологические схемы
The article presents features of mining and geological conditions for the extracting of narrow rake veins of uranium in superimposed seams. The actual technology of extracting has been analyzed. More efficient technologies have been suggested to increase the concentration of mining through the independence of sewage treatment processes of purification recess. The modern self-propelled drilling, loading and transport equipment application will increase productivity. Reducing of ore dilution is achieved by using separate cutting, and reducing of shave expenditures connected with stowing operations — reduces the amount of the filling out space
Key words: delivery, sublevel breaking, superimposed narrow rake veins, system design, small diameter wells, layers recess, Streltsovskoye deposit, consolidating stowing, technological schemes
Для урановых месторождений, кроме
общих особенностей подземной разработки, необходимо учитывать сложную структуру рудных залежей, требования санитарно- и радиационно-гигиенических условий и др. В настоящее время в основном применяются системы разработки с использованием высокопроизводительного оборудования, что сокращает объемы наиболее трудоемких горнопроходческих и очистных работ.
В Стрельцовской группе месторождений руды относятся к неустойчивым или среднеустойчивым, вмещающие породы вне зон тектонических нарушений — сред-неустойчивые. Для рудных залежей характерна высокая изменчивость элементов их залегания (угла падения, мощности, длины по падению и простиранию). Коэффициент крепости руды и пород по шкале М.М. Про-тодьяконова изменяется от 6 до 18 [3].
Физико-механические свойства пород рудного поля весьма дифференцированы. Эффузивы основного состава (базальты, андезито-базальты, андезиты) характеризуются минимальной полной и эффективной пористостью, обладают высокими упругими, пластическими и достаточно высокими прочностными параметрами. Лавовые брекчии и агломераты этих пород характеризуются пониженной прочностью и упругостью, высокой общей пористостью. Дациты и фельзиты по физико-механическим свойствам отличаются от других пород разреза и качественно сходны между собой. Они имеют высокую полную и эффективную пористость, большую прочность, по отношению модулей упругости и коэффициента Пуассона отмечается склонность этих пород к хрупким деформациям. Породы туфогенно-осадочных прослоев обладают высокой пористостью, низкими значениями коэффициентов Пуассона и модуля упругости, что характеризует эти породы как относительно пластичные [6].
Широко применяемая на ОАО «ППГ-ХО» технология добычи руды, основанная на нисходящей слоевой выемке с закладкой выработанного пространства, имеет свои положительные стороны:
— гибкость, позволяющая отрабатывать сложные по строению рудные тела с минимальными потерями;
— безопасные условия труда при отработке неустойчивых руд;
— небольшое радоновыделение за счет изоляции выработанного пространства твердеющей закладкой.
В то же время добыча руды данной системой ведется с высокой себестоимостью, так как затраты на закладку выработанного пространства составляют до 45 % от общих затрат на ведение очистных работ. Кроме этого, применяемая при погрузочно-доста-вочных работах техника отечественного производства не позволяет снизить разубо-живание при отбойке маломощных рудных тел. Имеет место также возведение немонолитного закладочного массива из-за недоза-лива на 5.. .10 % слоёв твердеющей смесью.
На предприятии разработан и внедрен усовершенствованный вариант системы разработки с нисходящей слоевой выемкой и твердеющей закладкой — комбинированной двухслойной выемкой (КДВ) (Патент РФ на изобретение № 2209972 приоритет от 04.07.2001. Патентообладатель — ОАО «ППГХО») [10].
Особенность данного способа заключается в том, что нижний смежный слой высотой 3,0 м отрабатывается очистными заходками с применением технологии слоевой выемки, а верхний смежный слой — с селективной отбойкой руды на высоту 3,0 м и ее временным магазинированием в незаложенном выработанном пространстве очистных заходок нижнего смежного слоя. Крепление выработанного пространства верхнего слоя производится горизонтальными деревянными «расстрелами» или подвесной крепью на крючьях со сплошной затяжкой досками на уровне кровли нижнего слоя. Выработанное пространство нижнего слоя после отгрузки замагазинированной руды погашается твердеющей закладкой на всю высоту (3,0 м).
Выработанное пространство верхнего слоя погашается способом изоляции от других выработок либо при необходимости заполняется твердеющей закладкой. При этом
достигается снижение объема пустых пород, вовлекаемых в отработку, повышение качества руды, выдаваемой из блока, сокращение расхода твердеющей закладки для погашения выработанного пространства.
Однако данный способ имеет и ряд существенных недостатков, к которым относятся достаточно большой объем закладки, а следовательно, и повышенные затраты на ее производство и возведение искусственного массива, принудительное проветривание, низкая производительность труда при бурении шпуров ручными перфораторами с распорных колонок типа ЛКР, высокое ра-зубоживание при выемке слоя, применение способа только в устойчивых рудах и вмещающих породах, а также не опасных по горным ударам.
Важными научными и практическими задачами для предприятия являются совершенствование технологии и технических средств для подземной отработки маломощных крутопадающих урановых жил, доля которых по мере отработки средней мощности и мощных залежей возрастает [1].
Анализ отечественного и мирового опыта показал, что в этих условиях основными направлениями совершенствования технологии являются:
— применение малогабаритных самоходных ПДМ с электрическим или дизельным приводом [7] для уменьшения разубо-живания при выемке слоев (в настоящее время это реализуется на рудниках ОАО «ППГХО»);
— использование анкерной крепи для упрочнения вмещающих пород с целью повышения безопасности работ и снижения разубоживания;
— отработка запасов блока с подэ-тажной выемкой и отбойкой руды параллельно сближенными скважинами малого диаметра [2], бурение шпуров и скважин самоходными малогабаритными буровыми установками [8], что увеличит производительность труда;
— уменьшение затрат на закладку за счет использования в качестве закладки породобетонной смеси, пустой породы от
проходки выработок или прихвата вмещающих пород;
— снижение разубоживания за счет раздельной выемки руды и породы при отбойке слоя или валовой с последующей ру-досортировкой на грохотах в рудоспуске и рентгенорадиометрических сепараторах, установленных либо в шахте, либо на поверхности;
— снижение объёма закладки в выработанном пространстве за счёт изменения технологии выемки основных запасов.
На основе анализа отработки маломощных крутопадающих жил и сформулированных направлений совершенствования нами разработаны следующие технологические решения.
Технологическая схема отработки слоя (рис. 1) предусматривает выемку запасов в 4 стадии:
1 — отработка запасов нижнего слоя ( 1) производится обычным способом и креплением вмещающих пород анкерной крепью (3);
2 — бурение и отбойка «щели» (2), возведение защитной крепи (4);
3 — отгрузка отбитой в «щели» руды самоходной малогабаритной ПДМ;
4 — заполнение выработанного пространства «щели» твердеющей закладкой (5).
Достоинствами данного способа являются снижение разубоживания, уменьшение объёмов закладочных работ, использование сквозной вентиляционной струи (общешахтной депрессии) для проветривания очистных выработок.
Недостатками данного способа отработки маломощных крутопадающих жил являются ограниченная область применения по устойчивости вмещающих пород и мощности рудного тела, дополнительные сложности и затраты при сооружении гидроизоляции защитного козырька.
С целью исключения прорыва твердеющей закладки в нижележащую выработку предложена технологическая схема, приведённая на рис. 2. Технологической схемой предусмотрены 4 стадии выемки блока:
1 — отработка запасов верхнего слоя (2), производится обычным способом;
2 — бурение нисходящих наклонных шпу- 4 — заполнение выработанного про-ров и отбойка «щели» (1) с верхнего слоя (2); странства «щели» твердеющей заклад-
3 — отгрузка отбитой в «щели» руды (5) кой. скреперной лебёдкой;
Рис. 1. Технологическая схема отработки слоя: 1 - очистная заходка; 2 - щель; 3 - анкерная крепь; 4 - защитная крепь; 5 - щель, заполненная твердеющей закладкой
Рис. 2. Технологическая схема отработки слоя (вариант № 2): 1 - щель; 2 - слой; 3 - крепь; 4 - щель, заполненная твердеющей закладкой;
5 - отбитая руда
Достоинство предлагаемой схемы — выработку, в варианте 1 (рис. 1). высокая герметизация при заполнении Недостаток — использование двух ти-
щели твердеющей закладкой, что исключа- пов погрузочно-доставочного оборудования
ет её попадание в нижележащую слоевую [9].
Для отработки сближенных жил в сплошной выемкой с последующим запол-условиях ОАО «ППГХО» приведена систе- нением выработанного пространства твер-ма разработки подэтажными штреками со деющей закладкой (рис. 3) [5].
Рис. 3. Система разработки подэтажных штреков со сплошной выемкой с последующим заполнением выработанного пространства твердеющей закладкой:
1 - взрывные скважины; 2 - подэтажный штрек; 3 - транспортный штрек; 4 - вентиляционно-ходовой восстающий; 5 - орт-заезд; 6 - погрузочный орт-заезд; 7 - спиральный съезд; 8 - вентиляционный восстающий; 9 - рудоспуск;
10 - отрезной восстающий
Сущность системы заключается в выемке рудного массива камерами, отбойке руды параллельно сближенными скважинами (1) малого диаметра из подэтажных выработок (2), выпуске отбитой руды через днище и погашении пустот камер твердеющей смесью. Направление отработки жил — от висячего бока залежи к лежачему [4].
Достоинства предлагаемой системы разработки по сравнению с горизонтальными слоями с нисходящей слоевой выемкой и твердеющей закладкой:
— достаточно высокая производительность блока за счет применения более производительного самоходного бурового и погрузочно-транспортного оборудования и концентрации горных работ, независимость ведения очистных процессов очистной выемки;
— формирование более прочной, по сравнению с горизонтальными слоями, мо-
нолитной твердеющей закладки, т. к. камера заполняется сразу на всю высоту.
Система разработки с нисходящей слоевой выемкой и креплением выработанного пространства предназначена для отработки крутопадающих маломощных жил с неустойчивыми рудой и вмещающими породами (рис. 4). Отработка запасов производится блоками. Подготовка блока включает проведение рудных откаточного штрека (5) и блокового восстающего с рудоспускным отделением. Сохранение штреков и восстающего осуществляется, кроме крепи, надштрековыми целиками и потолочиной, междублоковыми целиками.
Выемка руды в слое включает бурение шпуров, их заряжание гранулированными или патронированными ВВ. Возможно бурение нисходящих шпуров, кроме первого слоя, что позволяет увеличить производительность за счет совмещения во времени
процессов бурения и уборки отбитой руды из забоя. Уборка руды осуществляется скреперной лебедкой. В блоке устанавливаются две скреперные лебедки. Разгрузка руды осуществляется из каждого слоя в
О О |Т о о
свой восстающий. Например, первый слои
(самый верхний) отрабатывается с правого восстающего, т.е. отбитая руда скрепе-руется в его рудоспускное отделение. После выемки первого слоя (как и последующих) выработанное пространство (заходка) закрепляется распорной крепью.
Рис. 4. Система разработки с нисходящей слоевой выемкой и креплением
выработанного пространства: 1 - потолочина; 2 - вентиляционный рудный штрек; 3 - блоковый восстающий; 4 - междублоковый целик; 5 - окна; 6 - откаточный рудный штрек;
7 - надштрековый целик
Затем производится выемка второго слоя. При этом отбитая руда скреперуется
о о ГГЧ ** о
в левый восстающий. Такая схема отбойки и доставки позволяет уменьшить объем проходческих работ, исключает проведение отрезного восстающего в неустойчивых руде и вмещающих породах, а также максимально сохраняет блоковые восстающие, закрепленные срубовой крепью за счет временного оставления охранных целиков.
Выемка подштрековых (потолочины) и надштрековых целиков должна произ-
водиться в случае, когда отпадает необходимость их использования. При этом потолочина отрабатывается в нисходящем порядке, надштрековый целик — в восходящем.
Реализация таких направлений совершенствования технологии выемки маломощных урановых жил позволит существенно уменьшить себестоимость добычи 1 т руды за счет увеличения производительности труда, полноты и качества извлечения полезного ископаемого и снижения затрат
на закладку. В задачи дальнейших иссле- оценка и определение области применения дований входит технико-экономическая предложенных технологий.
Литература
1. Агошков М.Н., Мухин М.Е., Назарчик А.Ф. Системы разработки жильных месторождений. М.: Госгортехиздат, 1960. 376 с.
2. Викторов С.Д., Галченко Ю.П., Закалинский В.М., Рубцов С.К. Разрушение горных пород сближенными зарядами // РАН. Ин-т проблем комплексного освоения недр. М.: Научтехли-тиздат, 2006. 276 с.
3. Вольфсон Ф.И. [и др]. Особенности геологии урановых месторождений Стрельцовского рудного поля. Чита: ЗабНИИ, 1970. Т. 1, 2. С. 100.
4. Лизункин В.М., Матвеев А.Е. Технология отработки крутопадающих сближенных урановых жил малой мощности // Вестник ЧитГУ. № 9 (76). Чита: ЧитГУ, 2011. С. 91-94.
5. Ляшенко В.И., Голик В.И. Совершенствование технологии закладочных работ // Горн. журнал. 1991.
6. Овсейчук В.А., Лизункин В.М., Пирогов Г.Г. Подземная разработка месторождений ред-кометальных и радиоактивных руд. Чита: ЧитГУ, 2008. 234 с.
7. Пирогов Г.Г., Пакулов В.В. Оптимизация длины доставки рудной массы // Кулагинские чтения: матер. Всерос. науч.-практ. конф. Чита: ЧитГУ, Ч. 1. 2008.
8. Пирогов Г.Г., Пакулов В.В. Обоснование новой технологии разработки маломощных крутопадающих жил // Вестник ЧитГУ. № 5 (62). Чита: ЧитГУ, 2010. С. 106-110.
9. Скорняков Ю.Г. Подземная добыча руд комплексами самоходных машин. М: Недра, 1986. 241 с.
10. Фофанов Н.П., Каюдин Н.П., Галинов Ю.Н., Овсейчук В.А., Решетников А.А., Капитонов М.И., Колесаев В.Б., Сурков В.К. Пат. № 2209972 Российская Федерация, МПК 7 Е 21 С 41/22. «Способ разработки совместно залегающих крутопадающих маломощных рудных тел в устойчивых и средней устойчивости породах» патентообладатель — Акционерное общество открытого типа «Приаргунское производственное горно-химическое объединение» — № 2001118598/03; заявл. 04.07.2001.
Коротко об авторах_
В.М. Лизункин, д-р техн. наук, профессор, зав. каф. «Подземная разработка полезных ископаемых», Забайкальский государственный университет (ЗабГУ), заведующий горным отделом Института природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН (ИПРЭК СО РАН) Сот. тел.: 89144713119
_Briefly about the authors
V. Lizunkin, doctor of engineering sciences, professor, Transbaikal State University, Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology of the Siberian Department of the Russian Academy of Sciences
Научные интересы: механическое и буровзрывное разрушение горных пород, физико-техническая и физико-химическая геотехнология, геомеханика
В.В. Медведев, канд. техн. наук, доцент каф. «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», Забайкальский государственный университет (ЗабГУ) [email protected]
Scientific interests: rock disintegration and drill excavation, physicotechnical and physicochemical geotechnology, geomechanics
V. Medvedev, candidate of engineering sciences, associate professor, underground mining of mineral deposits department, Transbaikal State University
Научные интересы: технологии подземной добычи руд, закладочные работы в шахтах, технологии проведения горных выработок, горные машины и оборудование
Scientific interests: technologies of underground extraction of ores, stowing operations in mines, technologies of drivage of mine workings, mining machines and the equipment
А.Е. Матвеев, аспирант, кафедра ПРМПИ, Забайкальский государственный университет (ЗабГУ) [email protected]
Научные интересы: отработка маломощных крутопадающих жил с применением самоходного оборудования
A. Matveev, postgraduate student, underground mining of deposits of commercial minerals department, Transbaikal State University
Scientific interests: the extracting of narrow rake veins using mobile equipment
