CC BY
134
УДК 672.272
Пакулов Владимир Васильевич Vladimir Pakulov
РАЗРАБОТКА МАЛОМОЩНЫХ
КРУТОПАДАЮЩИХ ЖИЛ:
АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ
THE DEVELOPMENT OF LOW-POWERED STEEPLY FALLING VEINS: CONTEMPORARY ANALYSES
Л
M
Проведен анализ современных систем разработки маломощных крутопадающих жил, дана их краткая характеристика. Предложена технология разработки крутопадающих маломощных жил слабонаклонными слоями с закладкой выработанного пространства и применением комплекса малогабаритных самоходных машин
Ключевые слова: системы разработки, крутопадающая жила, малогабаритные самоходные машины, твердеющая закладочная смесь, хвосты обогащения, технологии закладки
Сложные горно-геологические условия залегания большинства жильных месторождений являются причиной многообразия применяемых систем разработки, сложности технологических операций добычи руды и трудности выбора для них высокоэффективных средств механизации.
При выемке маломощных и тонких крутопадающих жил в основном применяются системы с потолкоуступной или сплошной выемкой по восстанию и установкой в очистном пространстве распорной крепи, с магазинированием руды блоками и реже с закладкой [1].
Конструкции систем разработки с открытым выработанным пространством, в том числе варианты со сплошной и потол-коуступной выемкой по восстанию, являются малопригодными для эксплуатации жильных месторождений со сложными горно-геологическими условиями, особен-
The analysis of modern systems development of low-power steeply dipping lode is carried out, their brief characteristic is given. The technology of low-power steeply dipping development of lode by inclined layers with a bookmark of the produced space and application of a complex of small-sized self-propelled machines is suggested
Key words: system of development, steeply dipping lode, small-sized self-propelled machines, hardening the backfill of mixtures, tails of enrichment, technology of a bookmark
но при ведении работ на большой глубине. Их применение при неблагоприятной ориентации систем природной трещиноватости из-за значительной площади обнажения пород висячего бока в пределах каждой выемочной единицы сопряжено с повышением степени отслоения вмещающих пород, что вызывает возрастание вторичного разубоживания до 30...40 %, осложнение технологии и снижение технико-экономических показателей очистной выемки, а также в целом — систем разработки. Для систем разработки с открытым очистным пространством при отбойке руды шпурами характерны низкая производительность труда 2,5.3 м3/чел.-смену, разубоживание руды до 30.50 %, большой расход лесоматериалов на крепление (до 0,12 м3 на 1 м3 рудной массы), большие потери руды (18.20 %), высокая себестоимость добычи. В то же время
отдельные сис са, в частносч
темы разработки этого
в о о
ООО е е О О О О О < ' \\
I
Выемку каждой ленты ведут горизонтально ориентированными подэтажами высотой (в зависимости от степени устойчивости вмещающих пород) 8... 10 м и более с последующим заполнением части очистного пространства породой от подрывки, получаемой при проходке по-дэтажных штреков. Поверхность закладки в образованном подэтажном штреке разравнивают с уклоном 4.5° в сторону скреперования и поливают цементно-песчаным раствором для оформления бетонного настила толщиной 10 см. Параллельно
с твердением раствора обуривают и подготавливают к отбойке слой руды в следующем подэтаже. Отбитая руда под действием собственного веса перемещается на бетонный настил подэтажного штрека и по нему скрепером доставляется к рудоспускному отделению восстающего. По завершении отработки подэтажа оставшуюся на настиле рудную мелочь напорной водой убирают в рудоспуск. Выемку следующего подэтажа осуществляют по аналогии с предыдущим.
При увеличенной глубине ведения очистных работ слой закладки, располо-
женный в нижней части лент, в случае необходимости можно упрочнять путем нагнетания в него цементно-песчаного раствора, что позволит значительно улучшить условия эксплуатации откаточного штрека, а также облегчить доработку запасов нижерасположенного горизонта.
Для этой системы свойственны следующие недостатки: большой расход леса на крепь и устройство настила (до 0, 12 м3 на
1 м3 рудной массы), цемента, низкая производительность труда рабочих (1...2 м3/ чел.-смену), большое разубоживание руды (35...48 %) [3].
При варианте с выемкой наклонно ориентированными подэтажами (рис. 2) запасы подэтажа отрабатывают короткими, длиной 10.12 м по простиранию блоками (лентами), разделяемыми ходками.
Рис. 2. Вариант системы разработки с выемкой запасов блока наклонно ориентированными подэтажами и закладкой очистного пространства
подрываемыми породами:
1 — наклонные шпуры;
2 — бетонный наклонный настил;
3 — наклонный деревянный настил;
4 — ряд распорок
Каждую ленту в отличие от преды -дущего варианта вынимают наклонными подэтажами высотой 8. 10 м и более (в зависимости от степени устойчивости вмещающих пород) с последующим заполнением части очистного пространства породой, получаемой в результате оформления подэтажного штрека [3]. Выемку руды в каждом подэтаже ведут горизонтальными
слоями с отставанием каждого последующего слоя на 2,5.3 м. В результате этого на стадии полного развития работ забой приобретает уступную форму. Очистное пространство в процессе выемки каждого подэтажа не крепится. Бурение шпуров, как и в предыдущем варианте, ведется с полков. При пониженной устойчивости вмещающих пород и склонности их
к отслоениям работы необходимо вести с креплением очистного пространства распорной крепью. На расстоянии 5.7 м от верхней отметки рабочего подэтажа вдоль забоя с рабочих полков пробивают два ряда распорок, ориентированных наклонно, параллельно подэтажному штреку, на которые затем укладывают настил, удерживающий закладочный материал.
После достижения линии очистных работ верхней отметки подэтажа в лежачем боку центральной части ленты оформляют нишу. Из нее, а также из восстающего и ходка наклонными шпурами обуривают лежачий бок выработки в контурах подэтаж-ного штрека. Отбитая руда размещается на наклонном полке, занимая часть подэтажа высотой 5.7 м. Поверхность закладки, ориентированную с учетом угла откоса закладочного материала, поливают цемент-но-песчаным раствором для образования бетонного наклонного настила. Параллельно с затвердеванием уложенного раствора обуривают и подготавливают к отбойке слой руды в следующем подэтаже. Отбитая руда под действием собственного веса по бетонному настилу перемещается (сползает в рудоспуск). Очередной подэтаж вынимают аналогично предыдущему с самотечной доставкой руды, отбитой в каждом слое, по бетонному настилу непосредственно в рудоспуск.
Основное достоинство варианта по сравнению с предыдущим состоит в использовании гравитационных сил для доставки отбитой руды по наклонному бетонному настилу в рудоспуск. Однако более частое оформление ходков приводит к увеличению трудоемкости работ, расходу крепежных лесоматериалов (0,12.0,15 м3 на 1 м3 рудной массы) , цемента и трудовых ресурсов на сооружение бетонных настилов и возрастанию разубоживания по мере уменьшения мощности жилы (до 48.50 %). По этой причине вариант будет наиболее предпочтительным при выемке жил мощностью более 0,7.0,8 м, когда объем породных подрывок в процессе оформления ходков до их полного сечения незначителен или отсутствует.
л о о
Системы со сплошной выемкой в сочетании с буровыми агрегатами и передвижными механизированными комплексами открывают новое направление совершенствования технологии разработки крутопадающих жил. Но область применения ее распространяется, прежде всего, на разработку крутопадающих жил значительной длины по простиранию с относительно выдержанными элементами по падению и простиранию, залегающих в достаточно устойчивых вмещающих породах [4].
Сплошная система разработки получила распространение на сверхглубоких золотых рудниках ЮАР, где она применяется в сочетании с креплением очистного пространства стойками, кострами и возведением бутовых породных стенок при ручной и скреперной доставке отбитой руды до магистральных выработок. Поскольку большая часть золотоносных залежей ( рифов) имеет мощность порядка 0,25.0,76 м, а выемочная мощность достигает 2 м, большое внимание уделяется внедрению селективной выемки на базе механической отбойки руды с помощью комбайна. Применение комбайнового способа выемки вместо буровзрывной отбойки способствует решению проблемы вентиляции на глубоких горизонтах [5]. Недостатками данной системы являются скреперная доставка руды, большой объем крепежных работ.
Система разработки с закладкой выработанного пространства в практике эксплуатации жильных месторождений находит все большее распространение в связи с переходом на отработку глубоких горизонтов и стремлением повысить извлечение полезных ископаемых из недр.
В практике выемки маломощных и тонких жил известны различные варианты системы разработки с раздельной выемкой и закладкой подрываемыми вмещающими породами. Например, систему разработки горизонтальными слоями с закладкой применяют в сочетании как с переносным, так и с самоходным оборудованием [6]. Варианты системы с переносным забойным оборудованием по габаритам и условиям его работы применимы при ширине очистного
пространства не менее 1,3.1,5 м. Выемку руды в блоке ведут горизонтальными слоями снизу вверх при сплошной или потол-коуступной форме забоя. Перед выемкой каждого последующего слоя ( или по мере его выемки) очистное пространство предыдущего слоя заполняют закладочным материалом. Довольно эффективным является
О О /~1
вариант с гидравлической закладкой. Система характеризуется большой гибкостью, что позволяет при ее применении разрабатывать сложные жилы с непостоянными элементами залегания.
Закладка является одним из наиболее эффективных способов поддержания выработанного пространства, что имеет решающее значение при выборе системы разработки для больших глубин. Ввиду большой трудоемкости работ и высоких потерь металла в закладке ( 5.7 %) , большого объема подготовительных работ, рассматриваемая система разработки при эксплуатации жильных месторождений широкого распространения не получила.
Большой интерес представляют варианты системы разработки горизонтальными слоями с закладкой и использованием самоходного оборудования. Однако в случае его применения минимальная ширина очистного пространства с учетом необходимых зазоров должна быть не менее 2,4 м. По этой причине во избежание чрезмерного разубоживания известные в практике варианты системы разработки горизонтальными слоями с закладкой в сочетании с самоходным оборудованием могут успешно применяться при выемке жил мощностью более 2,2 м [7].
На рис. 3 приведены наиболее распространенные варианты системы разработки горизонтальными слоями с использованием на основных забойных операциях самоходного оборудования. Отработка этажа ведется блоками без оставления целиков между ними. Запасы блока вынимаются горизонтальными слоями. Выдача руды из очистного пространства осуществляется через рудоспуски, наращиваемые в закладочном материале. При использовании системы обычно предпочтение отдают гид-
равлической закладке. После заполнения отработанного слоя закладкой и планировки поверхности ее покрывают слоем бетона толщиной 150.200 мм. Во время закладочных работ оборудование переводят в следующий слой и на засечку заездов к новым слоям. В современной практике также находят применение варианты системы с твердеющей и сухой закладкой.
Вариант, приведенный на рис. 3, а, предусматривает использование тяжелого самоходного оборудования с дизельным приводом. Доставка оборудования в очистной забой ( и обратно) производится собственным ходом по наклонному съезду и далее по горизонтальным сбойкам, которые проходят до рудного тела на отметке каждого слоя. Вариант применим при разработке рудных тел значительной мощности и с большой длиной их по простиранию (250.300 м и более при высоте этажа 40.50 м). Существенным недостатком варианта является увеличенный объем полевой подготовки.
При разработке рудных тел значительной мощности и небольшой длиной по простиранию применяется вариант, приведенный на рис. 3, б. Однако проведение наклонного спирального съезда приводит по сравнению с предыдущим вариантом к еще большему возрастанию объема подготовки.
Вариант системы, приведенный на рис. 3, в, предусматривает применение легкого самоходного оборудования (с пневматическим приводом) , которое доставляется в очистное пространство ( и выдается оттуда) по восстающему. По сравнению с предыдущим вариантом он характеризуется существенным уменьшением объема подготовительных работ и поэтому может успешно применяться и при разработке маломощных жил. Однако при использовании этого варианта осложнена выдача самоходного оборудования из блока (на случай его ремонта или замены).
Применение системы разработки горизонтальными слоями с закладкой в сочетании с самоходным оборудованием позволяет увеличить производительность труда забойных рабочих в 2.2,5 раза,
а в ряде случаев и более [7]. Однако по лемого в этих условиях варианта, приве-
мере уменьшения мощности жил (менее денного на рис. 3, в) будет сопряжено с
2 м) применение рассмотренной системы возрастанием разубоживания. разработки (в частности, наиболее прием-
а
хЧЧЧЧЧЧЧЧЧхЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧхЧЧЧЧЧЧХ
Рис. 3. Системы разработки горизонтальными слоями с закладкой и применением
самоходного оборудования:
а, б — с проведением наклонного съезда; в — без проведения наклонного съезда
Системы с закладкой в последние годы претерпели качественные изменения как в конструктивном отношении, так и в технологии работ. Наиболее важным в развитии систем является внедрение твердеющей закладки и самоходного оборудования на всех технологических процессах добычи руд, что позволяет резко увеличить производительность труда забойных рабочих (до 8 м3/чел.-смену) и тем самым повысить эффективность всей системы в целом.
В последнее десятилетие появились малогабаритные самоходные горные машины для бурения шпуров, погрузки и доставки рудной массы, вспомогательных
операций, позволяющие формировать мобильные очистные комплексы и на их базе создавать современные технологии. Нами предложена технология разработки крутопадающих маломощных жил слабонаклонными слоями с закладкой выработанного пространства на базе комплекса малогабаритных самоходных машин, по которой получено решение РОСПАТЕНТА о выдаче патента на изобретение по заявке № 2008120281/03(023817). Угол наклона слоев принимается равным минимальному преодолеваемому уклону машин, входящих в комплекс (рис. 4).
А-А Б-Б
Рис. 4. Технология разработки крутопадающих маломощных жил слабонаклонными слоями с закладкой выработанного пространства и применением комплекса малогабаритных самоходных машин
Сущность технологии заключается в том, что жила отрабатывается наклонными слоями 3 (рис. 4) от одного фланга к другому. Выработанное пространство отработанного слоя заполняется гидравлической гранулированной смесью 7 таким образом, чтобы между поверхностями рудного забоя и закладкой оставалось свободное пространство высотой 3,0 м для перемещения самоходных машин. Гранулированная гидравлическая закладка принята с целью использования в качестве закладочного материала-заполнителя тонкоизмельченные хвосты обогащения.
Подготовка включает проходку верхнего вентиляционного 1 и нижнего до-ставочного 2 рудных штреков, полевого откаточного штрека 4, погрузочно-транс-
^ Г- о
портной сбойки 5, в которой устанавливается короткий ленточный перегружатель 6. На фланге жилы проходится рудный восстающий, используемый для отвода загрязненного воздуха, от которого формиру-
ют наклонные слои, длина которых постепенно увеличивается достигая проектной. Гидрозакладка поступает по трубопроводу, проложенному от ствола шахты по верхнему штреку 1.
Рудная масса по штреку 2 доставляется ковшовыми ПТМ М1сг0800р — 100Е (Франция), Того — 151 Е (Финляндия) или другими до погрузочно-транспортной сбойки и ленточным перегружателем загружается в шахтные вагонетки. Возможно использование рудоспусков, проходимых с нижнего горизонта через 200.250 м до рудного до-ставочного штрека 2. Бурение шпуров осуществляется СБУ типа «микро-Пантофор».
Сравнительные расчеты показывают, что производительность труда при использовании самоходных машин на разработке крутопадающих жил по отношению к базовой технологии возрастает свыше пяти раз. При этом на очистных работах исключается ручной труд [8].
Экономическая эффективность предложенной технологии на базе самоходных машин зависит от содержания полезных компонентов и мощности жилы. Так, при мощности жилы 1,2 м возникает задача выявления рационального способа выемки: селективного или валового. Нами установлено, что при содержании золота 12 г/т, мощности жилы 1,2 м и выемочной мощности 2,0 м при использовании указанных СБУ и ПТМ более высокие показатели достигаются при валовой выемке. Зависимости производительности труда по производственным процессам при валовой и селективной выемке приведены на рис. 2. Расчетные потери и разубоживание руды соответственно составляют 9 и 30 % [9]. Источниками потерь являются потолочина (рис. 4), толщина которой принята равной 4,0 м, и рудная мелочь на поверхности закладки. Потери руды в потолочине могут быть сокращены ее последующей отработкой подэтажным обрушением с торцовым выпуском. Поверхность гранулированной гидравлической закладки после полной фильтрации воды покрывается слоем
Литература
твердеющей закладочной смеси толщиной 80.100 мм для перемещения самоходных машин, а также снижения потерь в закладке рудной мелочи. Разубоживание руды связано с подрывом боковых пород до проектной выемочной мощности.
Длина наклонного слоя при высоте этажа на крутопадающих жильных месторождениях 50 м и угле наклона слоя 120 достигает 200 м. Поэтому жилы с относительно небольшой длиной по простиранию целесообразно разрабатывать с делением этажа на один, два подэтажа.
Разработка крутопадающих жил наклонными слоями с закладкой и использованием малогабаритных самоходных машин отвечает современным тенденциям в мировой горнорудной практике. Следует отметить, что отбиваемая руда может быть склонной к слеживанию и самовозгоранию, что является недопустимым при использовании системы с магазинированием. Технология позволяет осуществлять раздельную выдачу из забоя породы породных включений при разработке жил сложного внутреннего строения.
1. Агошков М.И., Борисов С.С., Боярский В.А. Разработка рудных и нерудных месторождений. М.: Недра, 1983. 424 с.
2. Ляхов А.И. Технология разработки жильных месторождений. М.: Недра, 1984. 240 с.
3. Назарчик А.Ф., Олейников В.А., Богданов Г.И. Разработка жильных месторождений. М.: Недра, 1977. 189 с.
4. Мамсуров Л.А., Рафиенко Д.И., Панфилов Е.И. Научные основы совершенствования технологии разработки жильных месторождений. М.: Наука, 1974. 187 с.
5. Эдузь С.Я. Основные тенденции в развитии подземного способа разработки жильных месторождений за рубежом // Вопросы теории оптимального горного проектирования. М.: ИПКОН АН СССР, 1978. С. 129-141.
6. Основы технологии подземной разработки рудных месторождений с закладкой / Д.М. Бронников [и др.]. М.: Наука, 1973. 200 с.
7. Скорняков Ю.Г. Системы разработки комплексных самоходных машин при подземной добыче руд. М.: Недра, 1978. 232 с.
8. Пирогов Г.Г., Пакулов В.В. Экономическая оценка новой технологии разработки маломощных крутопадающих жил // Вестник Читинского государственного университета. Чита: ЧитГУ, 2009. № 6 (57). С. 45-48.
9. Пакулов В.В., Пирогов Г.Г. Анализ показателей раздельной и валовой выемки тонких крутопадающих жил // VIII Всероссийская научно-практическая конференция «Кулагинские чтения». - Чита: ЧитГУ, 2008. Ч. 1. С. 97-101.
Коротко об авторе
Briefly about the author
Пакулов В.В., канд. техн. наук, Забайкальский государственный университет Тел.: 39-52-35
V. Pakulov, Candidate of Engineering Sciences, Zabai-kalsky State University
Научные интересы: научное обоснование и создание новых технологий разработки рудных месторождений
Scientific interests: scientific substantiation and creation of new technologies of ore mining deposits
