CC BY
58
УДК 622.271 Г.М. Еремин
РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ, СПОСОБОВ И ТЕХНОЛОГИИ ДОСТИЖЕНИЯ ВЫСОКИХ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ В РАБОТЕ НАГОРНОГО РУДНИКА ЦЕНТРАЛЬНЫЙ В СЛОЖНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ И ТОПОГРАФИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ, БЛИЗКИХ К АРКТИЧЕСКИМ (по материалам конкурсной работы)
Часть 2. Начало ГИАБ № 12-2007, с. 5
5 Решение вопросов по • оптимизации производительности карьера на новом этапе его эксплуатации
В связи с уменьшением запасов апатитовых руд, отрабатываемых карьером Центрального рудника, и совпавшими в этот период перестроечными процессами, некоторые исследователи склонялись к мнению, что развивать горные работы целесообразно таким образом, чтобы достичь максимальной производительности карьера, и затем быстрее вывести его из эксплуатации, уменьшив издержки производства (при большой доле условно постоянных затрат). Другие исследователи и работники ОАО «Апатит» после пересчета запасов апатитовых руд в контуре карьера, и составившим 118 млн. т., предложили (В.Б. Исаев - ОАО «Апатит» и сотрудник Горного института КНЦ РАН Еремин Г.М.) оптимизировать производительность карьера на уровне 7-8 млн.т/год, продлив работу карьера на 14-16 лет. В этом случае шихтовка руд, добываемых на карьере Центрального рудника с рудой из других рудников и карьеров, позволяет в оптимальном режиме вести процесс обогащения руд на дейст-
вующей фабрике «АНОФ-2». Последующий период эксплуатации карьера подтвердил правильность этого решения, поскольку себестоимость добываемой руды на нем меньше, чем на рудниках подземных работ и карьерах Восточного рудника ОАО «Апатит» и меньше потери и разубожива-ние руды на протяжении 12-15 лет.
6. Обоснование и внедрение новых способов постановки откосов уступов и бортов под предельно устойчивыми углами
Особенностью геологического строения и залегания рудного тела на Центральном руднике ОАО «Апатит» является то, что его падение совпадает со склоном, а по мере срезки последнего при углубке карьера высота рабочего борта увеличивается не столь значительно по сравнению с равнинными карьерами. В предельном положении высота борта карьера будет близка к 250-260 м. При такой высоте борта, а также более устойчивых породах на нижних горизонтах, имеется возможность отстроить борт под углом близким к 50-55°. Это позволит, с одной стороны, увеличить глубину карьера и дополнительно отработать 4-5 млн т апатитовых руд, а с другой - уменьшить объём пород от
разноса при осуществлении проекта (углы откоса борта 42-45о).
Разработаны новые технологии за-откоски уступов, позволяющие уменьшить нарушение приоткосного массива и повысить устойчивость «козырька» берм и устойчивость откосов от осыпания. Предложены также способы укрепления крутых и вертикальных уступов на глубоких горизонтах, что делает безопасными работы людей и механизмов на завершающей стадии при доработке карьера.
Рекомендации по заоткоске нагорной части борта (северо-запад) переданы руднику и частично использованы в проекте, поскольку имеется возможность постановки этого участка борта под более крутыми углами. Подготовлены рекомендации по постановке северного (рабочего) борта в предельное положение.
Решение научных и технических проблем в данной области приведено в ряде статей и монографии Еремина Г.М. «Отработка приконтурных зон в карьере при заоткоске бортов под крутыми углами (ЦНТИ, г. Мурманск, 2006 г.).
7. Учёт и преодоления последствий влияния суровых климатических условий на технологические процессы в карьере и на деятельность персонала. Оздоровительные мероприятия
7.1. Влияние суровых климатических условий на работу карьера
Влияние климата на выполнение производственных процессов в карьере особенно проявлялось в первые годы его эксплуатации.
Перерывы в работе карьера по причине простоя оборудования и горно-добычной техники происходили по многим причинам, из которых
главными на первом этапе являлись природные: снежные заносы рабочих площадок и забоев, снегопады и плотные туманы, когда видимость предметов снижается до 3-5 м, сильные ветра (в порывах свыше 40 м/с), а также при отказе главных технологических процессов в карьере - образование зависаний руды в рудоспусках и повышенные деформации отвалов.
К общим причинам, влияющим на производительность технологических процессов и оборудования, может быть отнесено: большое количество твёрдых осадков, длительный период отрицательных температур. Всё это в целом приводит к сохранению снежного покрова до 7-10 месяцев в году, что так или иначе сказывается на снижение скорости движения автотранспорта, работу погрузочных машин и механизмов. К такому же роду причин относится и развитие и становление парка горно-добычной техники: от экскаваторов ЭКГ-4,6 и автомашин типа МАЗ-525 и БелАЗ-548 (г/п 27 т), которые не выпускались ещё в исполнении ХЛ для северных широт и требовали больших ремонтов и замены рабочих узлов.
Сложность климатических условий на руднике Центральный усугубляется наличием частых туманов. Количество дней с туманами за период с 1962-
1965 гг. составила от 252 в 1965 г. до 301 в 1962 г.
Не малую помеху для работающего персонала оказывают сильные ветра, поднимающие мелкую породную крошку, и бьющие в лицо и стёкла машин. Количественная норма числа дней с бурным ветром (скорость 15 м/с) составляет 53 дня в году, из которых 43 дня приходится на холодный период, а максимальная скорость ветра достигает 20-30 м/с (при порывах - свыше 40 м/с).
Изменение жесткости погоды (1, 2), температуры воздуха (3, 4) н частоты простудных заболеваний (5) на карьере «Центральный» комбината «Апатит»: 1, 3 -1968-1969 гг.; 2, 4, 5 - 1969-1970 гг.
В связи с такими сложными климатическими условиями в нормативных материалах в первый период эксплуатации карьера учитывались 9 дней на вынужденные простои, в 70 гг. -6 дней, в 80-90 гг. - 3 дня, а в последние 5-10 лет вынужденных простоев по климатическим условиям не планируется. Это свидетельствует о том, что на руднике отработаны методы и способы преодоления всех негативных последствий, связанных с влиянием климата на работу горнодобычной техники, вспомогательных процессов и производственную деятельность обслуживающего персонала.
По исследованиям, выполненным в первый период эксплуатации карьера,
величина суммарных простоев из-за поломок техники и отказа оборудования в зимний период была на 13,5% выше, чем в летний. В последние годы при применении мощной производительной горно-добычной и транспортной техники резко уменьшились как общие суммарные простои карьера в целом, так и их величина особенно в теплый период года.
7.2. Влияние климата района Центрального рудника на деятельность персонала
Многолетние наблюдения за температурами с июня по сентябрь месяцы показали, что средняя её величина в этот период равна +4.8 °С, при чём
ни разу она не поднималась выше + 10 °С. А как известно, районы, расположенные к северу от изотермы +10 оС самого тёплого месяца, относятся к зоне Арктики.
Характерной особенностью климата района Центрального рудника является чрезвычайно высокая относительная влажность воздуха, достигающая 95-100 %. Лишь в отдельные ясные дни она снижается до 70 %.
Влияние этих двух факторов располагает к развитию простудных заболеваний. Исследователи также предлагают учитывать фактор перепада температур в течение суток. По наблюдениям его величина может быть значительна. Так, например, 28 января 1969 г. перепад температур составил 8 оС, а 10 декабря того же года - 14.5 оС. Следует, видимо, учитывать и колебания влажности воздуха и давления, что может быть связано с содержанием кислорода в воздухе, что может в целом объяснить слабое самочувствие работающих в отдельные периоды.
Анализ числа простудных заболеваний на Центральном руднике, проведённых в 1969-70 гг. в самые суровые месяцы (февраль-март) показали, что их число увеличивается, а самый высокий процент простудных заболеваний приходится на взрывной участок (зима 1969-70 гг.) в связи с тем, что рабочим приходится больше бывать на открытом воздухе, занимаясь заряжанием взрывных скважин. Менее подвержены влиянию суровых условий климата водители, экскаваторщики и машинисты буровых станков, находясь в тёплых обогреваемых кабинах автосамосвалов, экскаваторов и бурстанков последних марок.
8. Научно-методическое обоснование отработки бокового рудного тела открытым способом
для продления продолжительности эксплуатации карьера в стадии доработки
Продление эксплуатации карьера, вступающего в предстоящий период в стадию доработки оставшихся запасов апатито-нефелиновых руд в количестве 55-58 млн т представляет актуальную необходимость.
Эта необходимость и целесообразность разработки карьером Центрального рудника ОАО «Апатит» основывается на том, что боковое рудное тело выходит на поверхность, хотя имеет небольшую мощность. С глубиной мощность разведанной части месторождения увеличивается до 100-120 м.
Запасы апатито-нефелиновых руд разведанной части рудного тела оцениваются в 20-30 млн т, а перспективные с учетом неразведанной части рудного тела - 70-80 млн т.
Расчеты, выполненные на пред-проектном уровне, показывают, что средний коэффициент вскрыши на разведанном участке месторождения составляет 4,5 м3/м3 или 1,7 м3/т, что меньше, чем для разрабатываемых месторождений Коашвинское и Ньор-кпахкское ОАО «Апатит» (соответственно 2,04 м3/т и 2,1 м3/т). Эксплуатационный коэффициент вскрыши при применении предлагаемой системы и способе разработки будет меньше 2,5 м3/т, что обеспечивает добычу руды с меньшей себестоимостью, чем на других карьерах и рудниках ОАО «Апатит».
В настоящее время рудник Центральный имеет мощную производственно-техническую базу, квалифицированные кадры, необходимую инфраструктуру, а построенные капитальные выработки (тоннель с железнодорожными путями, система автомобильных дорог могут быть исполь-
зованы для разработки месторождения «Восточный Расвумчорр».
Для снижения транспортных затрат при разработке глубоких горизонтов месторождения их целесообразно вскрыть карьерными рудоспусками (в начале одним, а потом, возможно, ещё одним). После перепуска руд по рудоспускам на горизонт транспортной штольни они могут транспортироваться до бункеров рудоспусков № 6, 7 конвейерным
транспортом или железнодорожным транспортом после удлинения железнодорожного тоннеля.
При работающем карьере все вспомогательные работы на новом участке необходимо выполнить своевременно. Такой способ ведения разработки месторождения позволит минимизировать капитальные затраты на ввод участка в эксплуатацию и они могут быть в несколько раз меньше затрат, вкладываемых в строительство нового карьера, и значительно дешевле, чем при разработке рудного тела рудником подземных работ.
Для своевременного обеспечения взаимодействия и оптимизации работ по добыче руды на основном карьере и новом участке целесообразно оптимизировать производительность карьера на период 16-18 лет, доведя её до уровня 4-5 млн т/год. Это позволит самортизировать затраты на проходку капитальных выработок и строительство вспомогательных сооружений и в целом обеспечить эффективную разработку месторождения «Восточный Рас-вумчорр».
С налаживанием производства и выпуска сфенового и эгиринового концентратов из апатито-нефелино-вых руд эффективность разработки руд месторождения «Восточный Расвумчорр» открытым способом увеличивается.
9. Оздоровительно-восстановительный комплекс мероприятий, применяемый на руднике для оздоровления трудящихся
Осложняющим фактором и влияющем на работоспособность работающих на руднике является длительное действие субнормальных температур (от +10 до -10 °С). Субнормальные температуры наблюдаются на плато значительную часть года (до 67 % всего времени). Считается, что субнормальные температуры опасны для организма человека тем, что вызывают его охлаждение и, казалось бы, без всяких признаков предрасполагает и способствует его заболеванию. Следует учитывать и длительное влияние низких отрицательных температур наружного воздуха, которые сопровождаются резкими изменениями других климатических явлений. Так, в зимние периоды кривая атмосферного давления имеет глубокие «ямы», достигающие десятков миллиметров ртутного столба. Если учесть одновременное действие резких колебаний всех прочих метеорологических элементов температуры, влажности и др., то можно видеть, какую нагрузку воспринимает организм человека при «взлете» и «падении» значений метеорологических факторов. На руднике «Центральный» известны случаи, когда перепад температур в течение суток составлял 8-15 °С.
Продолжительный холодный период, практически полное отсутствие лета, большое количество осадков, частые метели, туманы, обильное обледование, недостаток ультрафиолета и кислорода. Очень суровая погода - вот характерные черты климата Центрального рудника, влияющего на самочувствие и здоровье работников этого высокогорного карьера.
С течением времени отмечается рост заболеваний:
1. Костно-мышечной системы.
2. Системы органов дыхания (ОРЗ, остр. и хр. бронхиты).
3. Система органов кровообраще-ния(гипертония, сосудистая дистония, ИБС).
Для лечения и профилактики имеются путевки:
1. Санаторий-профилакторий «Тирвас» в количестве - 300 шт. в год. Распределяется в первую очередь - группе риска, работникам с вредными условиями труда, затем всем остальным.
2. Санаторий «Марциальные Воды»
- больным по специальному профилю.
3. Пансионаты: «Лозана», «Ко-
ралл», «Весна», «Фламинго» - в количестве примерно 150 шт. Это в основном отдых, но при желании в этих пансионатах можно получить квалифицированное профилактическое лечение.
10. Разработка, использование и внедрение предложений и рекомендаций Горного института КНЦ РАН по процессам и работе карьера Центральный на протяжении его эксплуатации (19652005 гг.)
1. Разработка метода управления и снижения снегозаносимости забоев в карьере Центрального рудника в 1965-1968 гг. обеспечило снижение затрат на уборку и вывоз снега из карьера в 1966 г. на 100 тыс. руб. (в ценах 1965-1966 гг.).
2. Внедрение варианта вскрытия по лежачему боку рудного тела и выемки руды на горизонтах применением поперечных заходок (предложение Горного института Кольского филиала АН СССР и института ГИГХС) позволило в 1967 г. снизить себестоимость выемки вскрыши с 2,17 руб/м3
до 2,02 руб/м3, а руды с 1,48 руб/т до 1,18 руб/т (по сравнению с 1965-
1966 гг.).
3. За счет изменения календарного графика выемки вскрышных пород на карьере во времени по сравнению с проектом и применению предложенного коллективом авторов, в основе которого перенесение выполнения части объема вскрышных пород на более поздние сроки, а сэкономленные в первоначальный период средства к концу отработки карьера по расчетам могут составить 240 млн руб. (в ценах до 1989 г.). Разработка рационального варианта развития горных работ карьера «Центральный» и его внедрение обеспечило высокую экономическую эффективность работы предприятия. За счет уменьшения годовых объемов вскрыши получена фактическая экономия в 1965 г. - 1,5 млн руб., 1966 г. - 1,7 млн.руб., 1967 г. - 2,0 млн руб. и в 1969 - 1,5 млн руб. (в ценах до 1970 г.).
4. Внедрение предложений Горного института Кольского филиала АН СССР в 1966-1968 гг. по оптимизации режимов и способов эксплуатации глубоких карьерных рудоспусков рудника Центральный П. О. «Апатит» позволило получить экономический эффект в размере 700 тыс. руб. в год (акт внедрения).
5. Внедрение результатов исследований Горного института по оптимизации производительности карьера рудника Центральный с 18-20 млн т апатитовой руды в год до 25-26 млн т/год позволило получить эффект в размере (около 7,5-9 млн руб./год (в ценах до 1989 г.).
6. Использование в проекте рекомендаций, предложенных Горным институтом Кольского филиала АН СССР в 1969-1973 гг. по результатам исследований и оптимизации режимов отвалообразования на крутых
склонах в сложных климатических условиях рудника Центральный позволило получить реальный эффект за счет размещения отвалов пород на стороны лежачего бока залежи (проект), а на висячем боку около 3,5 млн руб/год (в ценах до 1989 г.), а за счет сокращения расстояния транспортирования пород при применении временных отвалов - 0,53 млн руб/год (акты внедрения).
7. Получение эффекта при формировании борта карьера на северном участке за счет применения крутого выпуклого борта, обеспечивающего уменьшение объемов вскрыши в бортах карьера по сравнению с проектом на 28 млн м3 или 840 млн руб/год (в ценах 1998-2000 гг.).
8. Получение расчетного эффекта за счет оптимизации производительности карьера Центральный в период 1990-2010 гг. до 7-8 млн руб/год и увеличения его продолжительности эксплуатации на 15-17 лет вместо интенсивной эксплуатации при максимальной производительности и резком сокращении срока работы карьера (2002-2004 гг.).
9. Получение эффекта за счет применения предлагаемого варианта вскрытия бокового рудного тела рудоспусками, проходимых в контуре нового участка карьера, из которых руда конвейерным ставом передается в бункер действующего рудоспуска № 6, что уменьшает объем проходки капитальных выработок на 50 тыс. м3 и снижает вероятность образования зависаний руды в новых рудоспусках до минимума.
10. Получение эффекта за счет размещения основных и временных отвалов на висячем боку залежи в зонах вблизи от вскрышных забоев, что минимизирует расстояние транспортирования породы на 1,5-2 км по сравнению с проектными проработ-
ками и позволяет создавать высокие устойчивые отвалы на малых площадях.
11. При эксплуатации нового участка карьера в режиме круглогодичной работы без остановки рудоспусков на месяц из-за переувлажнения руды разработана новая конструктивная схема сбора воды и её отвода в весенне-летний период позволяющая наладить непрерывный и ритмичный выпуск руды из рудоспусков, что повышает их производительность и эффективность работы.
12. По данным исследований повышения эффективности рудоперепускных систем в условиях сурового климата Севера при длительном действии отрицательных температур и осадков, попадающих в руду и вызывающих её уплотнение и смерзание можно добиться смещением стволов рудоспусков относительно бункера, что увеличивает параметры активного потока руды в 1,5-2 раза и уменьшает размеры ядра уплотнения и смерзания до минимума.
13. При применении технологической схемы, связанной с установкой дробилки у устья рудоспусков и новой разработанной технологии срезки рудоспусков исключается попадание негабаритов в выпускные устройства и необходимость их дробления с помощью взрывчатых веществ (ВВ), что резко увеличивает межремонтный период и исключает простои рудоспуска, и появляется возможность применения конвейерного транспорта для доставки руды от рудоспусков до перегрузочных пунктов. Эта схема создаёт условия для непрерывного потока руды в рудоспусках и тем самым исключается возможность её смерзания и зависания руды в рудоспусках -основной усложняющий фактор работы глубоких рудоспусков в условиях Севера.
11. Показатели эффективности работы рудника в течение 1964-2004 гг. (40 лет)
Эффективность работы нагорного карьера рудника Центральный можно проанализировать по следующим показателям: по стоимости добычи 1 т руды и выемки 1 м вскрышных пород на протяжении его длительной работы по удельным капитальным вложениям на добычу и развитие производства, по производительности труда по процессам, по уровню потерь и разубожива-ния руды в соответствии с применяемыми способами и технологиями отработки рудных зон и контактов.
Дополнительным критерием оценки работы предприятия может быть и длительность его работы, и объём дефицитного сырья, добываемого данным предприятием для нужд народного хозяйства.
В сравниваемый первоначальный период эксплуатации карьера в сложных климатических условиях уместно отметить, что по данным работы карьеров Урала известно, что, например, производительность экскаваторов в зимнее время снижалась в 1,4-1,6 раза, а себестоимость вскрыши увеличивалась в 1,4-2,7 раза. Ещё выше эти показатели были для районов Сибири (в 2-3 раза). На руднике Центральный в зимний период также отмечено повышение вероятности отказа узлов и механизмов горнодобычной и транспортной техники, особенно в первый период эксплуатации карьера при применении маломощной и малопроизводительной техники. Но на руднике своевременно были построены боксы для ремонта всех видов техники, своевременно производилась замена устаревшей техники новой более мощной и производительной. Поэтому на карьере не допущено столь резкого снижения производительности горно-
добычной техники, что указано выше. Показатели работы оборудования и техники на карьере оказались сопоставимыми с данными для других карьеров Мурманской области, близких к равнинным условиям, а по некоторым показателям и выше, несмотря на гораздо худшие условия работы идентичного оборудования и техники.
Как известно, факторы, от которых зависит работоспособность и производительность горной техники сложны и многообразны. Необходимо выделять и учитывать тип техники, тип пород и их свойства, качество подготовки забоя, плечо транспорти-ровония руды и вскрыши, тип сборочного транспорта и др.
Отличием запроектированных процессов и способов транспортирования руды на руднике было применение внутренних карьерных рудоспусков, которые были введены в зону карьера, и обеспечили достижение минимального плеча транспортирования руды. В дальнейшем с изменением проектных решений введены новые рудоспуски № 4, № 5 и № 6, что также позволяло поддерживать плечо транспортирования на уровне, близкому к оптимальному. Все работы по проведению рудоспусков и обеспечению их нормальной работы выполнялись параллельно с работой карьера без его остановки. Более того, производительность карьера повышалась из года в год и достигла максимальной величины в 1984 году, составив 27,4 млн т апатитонефелиновой руды в год, что превысило её величину по проекту в 2,28 раза. Это небывалое достижение, несмотря на условия в некоторые периоды, близкие к арктическим. На других карьерах с углублением горных работ плечо транспортирования руды увеличивалось, что приводило к повышению транспортных затрат.
В ходе эксплуатации карьера также были изменены проектные решения по размещению и формированию отвалов на склонах. Проектный вариант размещения вскрышных пород на лежачем боку залежи был пересмотрен и принято решение по предложению к.т.н. Еремина Г.М. о размещении основных отвалов вскрышных работ в карьере, что уменьшило плечо транспортирования пород до отвалов в 2-3 раза. С учётом организации временных отвалов на северо-восточном борту карьера на карьере достигнуто минимальное плечо транспортирования пород до отвалов по сравнению с другими карьерами области. Несмотря на больший объём годовой выполняемой вскрыши
(10-12 млн м3/год) себестоимость вы-
13
м пород на руднике нарастала с меньшей интенсивностью с увеличением глубины карьера, чем на других карьерах области.
Производительность карьера при мощном наклонно залегающем рудном теле может быть ограничена только производительностью карьерных рудоспусков, которая, в свою очередь, зависит от ряда факторов как климатических, так и технологических, степень влияния которых постепенно может меняться по мере освоения перепускных процессов руды со снегом (льдом). Производительность рудоспуска, определенная в первоначальный период составила 6,9-7,2 млн т руды в год (мон. «Карьерные рудоспуски»), пропускная способность рудоспуска 15-16 млн т в год (к.т.н. Еремин Г.М.), а фактическая, достигнутая в 1980 г. - около 20 млн т/год.
Из этого следует, что усовершенствованные технологические процессы, технологические звенья (рудоспуски, отвалообразования), несмотря на вынужденные простои по климатическим условиям, обеспечили производительность карьера в 2-3 раза большую, чем
производительность равнинных карьеров (до 27-28 млн т/год).
Важным научно-техническим результатом работы карьера с малым плечом откатки является также и то, что впервые в мире практически доказана возможность и необходимость вскрытия и разработки глубоких горизонтов в карьере (свыше 300-400 м) с применением рудоспусков, которые в сужающемся карьерном пространстве с глубиной карьера обеспечивают самое минимальное плечо откатки руды и породы, а выдача горной массы на поверхность или непосредственно на фабрику может осуществляться наклонными или скиповыми стволами. При использовании подземных выработок, переход на подземные работы постоянно может происходить, тем самым расширяются возможности применения открытого способа разработки при доработке руд карьером.
Выявленная эффективность применения схем вскрытия и разработки месторождения рудоспусками и отвалообразования в виде комбинированных отвалов, в том числе с самотранспор-тированием пород вскрыши за контуры карьера (временные отвалы) позволяет рекомендовать их применение и при разработке нового участка месторождения «Восточный Расвумчорр», что на десятки лет позволит продлить срок эксплуатации основного карьера.
Заключение
В предложенной к рассмотрению комплексной работе, включающей данные и показатели работы нагорного карьера Центрального рудника ОАО «Апатит» в течение 40-летнего периода его эксплуатации проведено обобщение и характеристика технологических процессов и их параметров, которые были достигнуты в результате уточнения проектных решений и разработки новых технологических схем и техноло-
гий в условиях сурового климата, приближающегося к условиям Арктики, и уникальным топографическим условиям, когда единственным средством для доставки материалов и грузов на вершину плато являлся автотранспорт по дороге, проложенной по склону горы.
Усовершенствованные технологические процессы и технологические звенья (глубокие рудоспуски, высокие отвалы и др.) позволили достичь максимальной производительности карьера по руде и вскрыше, максимальной производительности труда, минимальной себестоимости добычи руды и горной массы, несмотря на меньшую продолжительность работы карьера в течение смен, суток, года в результате перерывов из-за заносов снегом карьера и дорог, плотных туманов, снегопадов, когда видимость снижалась практически до 1-2 м, ликвидации зависаний в рудоспусках, деформации отвалов и др.
Достигнутые показатели работы нагорного карьера превосходят аналогичные не только в пределах региона, но и сравнимы с мировыми, а в некоторых случаях и выше их.
Эти результаты явились плодом сотрудничества научных работников, проектировщиков, своевременно вносивших уточнения в проекты, и в особенности работников самого ОАО «Апатит» и технологов рудника Центральный, испытавших основную долю нагрузки при решении практических задач и с честью их выполнивших.
Основные научные, нормативно-регламентирующие положения и практические результаты предлагаемой к рассмотрению работы заключаются в следующем:
1. Вскрытие нагорных месторождений в условиях Севера целесообразно осуществлять внутренними карьерными рудоспусками различной глубины, а их эффективная работа
может быть обеспечена соблюдением технологического режима перепуска руд со снегом при содержании последнего не более 5-10 % (фракция 0-5 мм), продолжительности перерывов в выпуске руды не более полчаса. При зачистке руды в забое содержание снега в ней не должно быть больше 2 %.
2. При соосном выполнении ствола и бункера рудоспусков вероятность образования зависаний руды повышается из-за увеличения сцепления частиц снега и руды в местах действия ударных нагрузок, в результате сыпучесть материала снижается. При отрицательной температуре руды и наличии водных плёнок в рудной массе может начаться процесс её смерзания. При перерывах в выпуске руды свыше 0,5-1 часа и подтоке по трещинам в окружающем массиве воды интенсивность образования ледяных прослоек повышается, что может привести к трудно-ликвидируемым «пробкам» руды.
3. Длительный опыт эксплуатации глубоких рудоспусков показал, что они постепенно разрушаются, причем разрушение начинается с бункерной части, где осуществляется периодическое разрушение негабаритов, попадающих в рудную массу при её подготовке и срезке рудоспусков, а также из нарушенного трещинами окружающего массива с наличием слоистости и поля тектонических напряжений, в конечном счете определяющих направление вывала.
4. Из-за наложения последствий действия сейсмических волн, образующихся при срезке рудоспусков взрывом и дроблении негабаритов начинается процесс разрушения ствола рудоспусков, причем последовательные отслоения породных блоков из стенок рудоспуска может достигать почти устья рудоспуска (рудоспуск № 3).
5. Совершенствование технологических процессов с использованием рудоспусков должно вестись не только с учетом необходимости смещения ствола относительно бункера, но и экранирования стенок рудоспусков спиралеобразной системой выработок или скважин для перехвата трещинных и паводковых вод, являющихся причиной насыщения рудной массы водой, и последствием чего является выброс её в тоннель с разрушением люковых устройств или остановки рудоспусков (и карьера) на целый месяц (вынужденный простой).
6. При значительных заносах карьера и рабочих площадок ритмичная работа рудоспусков оказалась возможной только в результате зачистки рудных забоев от снега и недопущения содержания последнего в рудной массе выше регламентированного (2 % по массе). По данным наблюдений частота образований зависаний руды при содержании снега в ней, близкой к предельной, повышалась, при температурах наружного воздуха ниже минус 15 °С.
7. Разработаны методы определения производительности карьера в сложных климатических условиях, производительности глубоких карьерных рудоспусков, методы их безаварийной работы и проходки снизу вверх с системой «Алимак» в условиях интенсификации горных работ в карьере.
8. Попадание снега в породную массу отвалов, размещаемых на крутых склонах, явились причиной их деформации от реологического течения и смещения по склонам до катастрофического обрушения типа техногенных селей.
9. Разработаны способы размещения и технологии формирования отвалов вблизи и внутри контура карьера с частичной переэкскавацией, способствующие снижению плеча транспортирования пород на 2-3 км и повышаю-
щие безопасность отвалообразования на карьерах.
Научное обоснование предлагаемым способом и технологиям отвалообразования заключается в следующем:
- установлена физико-математическая модель изменения прочностных и деформационных свойств породной массы под влиянием комплекса факторов: величин уплотняющей и сдвиговых нагрузок, заснеженности (влажности) породы, отрицательной температуры;
- установлена математическая модель изменения скорости деформации отвала по данным практики с выделением стадии пластического (реологического) течения и смещения пород со склона до стадии таяния снега в породной массе и насыщения её водой и перехода отвала в последнюю критическую стадию с обрушением со склона типа селя;
- выделена стадия состояния отвала на склоне и закономерный процесс, протекающий в теле отвала, заключающийся в том, что при заснеженности пород свыше ю>3-5 % (фракция 0-5 мм) и температурах ниже минус 1-2 °С под нагрузкой происходит смерзание породной массы, при этом прочностные свойства такой среды изменяются по криволинейной зависимости близкой экспоненциальной, а скорость деформации снижается до минимальной величины;
- на основе полученных новых данных об особенностях и закономерностях смерзания породной массы со снегом (льдом) и деформации разработаны технологические схемы формирования и размещения отвалов на склонах, позволяющие повысить их устойчивость и снизить плечо транспортирования пород до отвалов в 2-3 раза (временные отвалы).
10. Значительным научно-техническим достижением, достигнутым кол-
лективом рудника научными и проектными работниками, явилось переоценка запасов апатито-нефелиновых руд в контуре карьера и продление продолжительности его работы, что позволило при оптимальной производительности карьера вовлечь в эксплуатацию часть забалансовых руд и при дешевой руде с достаточно высоким содержанием Р2О5 обеспечить получение в необходимом количестве апатитового и нефелинового концентрата в течение полуторадесятков лет после реконструкции карьера.
11. Важным фактором в реализации научно-технического прогресса на руднике и повышения эффективности работ является использование новых методов и способов отстройки крутых откосов бортов карьера, что обеспечит не только включение в контур карьера дополнительных запасов руды и снизит коэффициент вскрыши, но и позволит более рациональными способами включить в разработку запасы бокового рудного тела, увеличив продолжительность работы рудника на десятки лет.
12. Достижение высоких показателей в работе нагорного рудника с суровыми климатическими условиями оказалось возможным в результате творческого сотрудничества научных, производственных коллективов и работников проектного института Ги-проруда наращивать производительность карьера до максимальной величины, не имеющей аналога в мировой практике, путем совершенствования процессов, их доработки в ходе эксплуатации карьера и это стало воз-
можным также в результате применения оздоровительно-восстановительных мероприятий, позволивших руднику не превысить показателей по заболеваемости в среднем по рудникам ОАО «Апатит».
13. Важным научно-техническим результатом работы карьера с малым плечом откатки является также и то, что впервые в мире практически доказана возможность и необходимость вскрытия и разработки глубоких горизонтов в карьере (свыше 300-400 м) с применением рудоспусков, которые в сужающемся карьерном пространстве с глубиной карьера обеспечивают самое минимальное плечо откатки руды и породы, а выдача горной массы на поверхность или непосредственно на фабрику может осуществляться наклонными или скиповыми стволами. При использовании подземных выработок, переход на подземные работы постоянно может происходить, тем самым расширяются возможности применения открытого способа разработки при доработке руд карьером.
14. Выявленная эффективность применения схем вскрытия и разработки месторождения рудоспусками и отвалообразования в виде комбинированных отвалов, в том числе с са-мотранспортированием пород вскрыши за контуры карьера (временные отвалы) позволяет рекомендовать их применение и при разработке нового участка месторождения «Восточный Расвумчорр», что на десятки лет позволит продлить срок эксплуатации основного карьера, гшга
— Коротко об авторах------------------------------------------------------------
Еремин Г.М. - кандидат технических наук, Горный институт Кольского научного центра Российской Академии наук.
Статья представлена Горным институтом Кольского научного центра Российской Академии наук.
