Разработка рудника «Айхал» выработками с увеличенными параметрами при слоевой системе разработки Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

© B.C. Марков, A.A. Павлов, Л.В. Петрова, Е.П. Скрябин, 2013

УДК 622.273 (571.56)

В.С. Марков, А.А. Павлов, Л.В. Петрова, Е.П. Скрябин

РАЗРАБОТКА РУДНИКА «АЙХАЛ» ВЫРАБОТКАМИ С УВЕЛИЧЕННЫМИ ПАРАМЕТРАМИ ПРИ СЛОЕВОЙ СИСТЕМЕ РАЗРАБОТКИ

Предложена отработка лент с увеличенными параметрами: высотой 15 м шириной 8 м, при расположении лент по простиранию рудного тела комбинированным способом (комбайн+БВР).

Ключевые слова: подземная разработка, увеличенные параметры, обнажение, технология.

Технология подземной разработки рудника «Айхал» осуществляется слоевой системой разработки с закладкой и с механической отбойкой с нисходящим порядком выемки. Слои отрабатывают тупиковыми выработками (лентами) шириной 5 м и высотой 4,5-5 м. Выработки (ленты) ориентированы в крест простиранию рудного тела.

Отбойка руды производится с применением комбайнов АМ-75 и КП-21. Доставка с применением ПДМ БТ-1000 с дизельным приводом, емкостью ковша 4,7 м3.

Незначительный объем выработанного пространства каждой очистной выработки повышает цикличность процесса закладки и тем самым снижает эффективность работы закладочного комплекса. Большое количество перемычек приводит к росту трудозатрат на единицу руды и расхода материалов.

В связи с этим изыскания технических решений, позволяющих обеспечить высокопроизводительную работу очистного комплекса в сложных горно-геологических и

гидрологических условиях рудника «Айхал» является актуальной задачей.

Проведенные на руднике «Айхал» в 2010 году опытно-промышленные работы по отработке с применением комбайна очистных выработок (лент) шириной 8 м и высотой 4,5 подтвердили возможность повышения эффективности применения слоевой системы с нисходящим порядком выемки слоев при добыче кимберли-товой руды и выявили:

- снижение себестоимости очистных работ и увеличение коэффициента использования очистного комплекса (комбайн + ПДМ);

- рост (в среднем на 14 %) фактической производительности очистного комплекса, которая достигала 180 м3/сутки (414 т/сутки). Годовая производительность очистного комплекса может составить 135000-150000 т;

- отработка выработок по ка-мерно-целиковой схеме через рудный целик шириной 8 м, обеспечивает снижение удельного расхода цемента за счет возможности применения малопрочных составов М10

(вместо М20) при закладке выработок II очереди;

- работа комбайна при отработке запасов второй стадии в очистных заходках сопряжена с неравномерными нагрузками на исполнительный орган комбайна и не рекомендуется к дальнейшему применению. Отработку выработок с параметрами 8 мх4,5 м целесообразнее производить комбинированным способом: запасы первой стадии отрабатывать комбайном, запасы второй стадии - буровзрывным способом с применением самоходной буровой техники.

Анализ опыта работы рудников «Интернациональный» и «Мир» и отчетов института «Якутнипроалмаз» позволили выявить ряд серьезных недостатков проектной схемы отработки кимберлитовой трубки [1].

1. При расположении выработок вкрест простирания средняя длина выработок составляет всего 35-40 м, а количество их на слое достигает 60 штук. Такое количество коротких выработок приводит к значительным удельным объемам непроизводительных работ, таких как перегон и подготовка комбайна к работе в новой выработке, процесс засечки комбайна в каждой выработке, настройка вентиляции, монтаж закладочных трубопроводов, сооружение закладочных перемычек.

2. Незначительный объем выработанного пространства каждой очистной выработки повышает цикличность процесса закладки и тем самым снижает эффективность работы закладочного комплекса, а также приводит к перерасходу высокомарочных составов закладочных смесей (короткую выработку проще заложить смесью одной марки, чем подавать разные составы в небольших количествах).

3. Большое количество закладочных перемычек приводит к росту трудозатрат на единицу добываемой руды и расхода материалов.

4. Поскольку отработка очистных выработок осуществляется только из одного рудного штрека, необходимо нести дополнительные трудовые и материальные затраты на обеспечение устойчивого его состояния в течение длительного периода отработки выработок.

С целью исключения вышеуказанных недостатков проектной схемы отработки месторождения «Ай-хал», добычу руды в слоях нами предлагается расположение очистных выработок по простиранию рудного тела, а ширину и высоту выработок увеличить. При таком расположении и параметрах выработок их количество в слое, в зависимости от его отрабатываемой части (восточная, центральная или западная) составит 4-6, а длина выработок изменится от 40 м до 120 м.

Обоснование устойчивости и об-рушаемости камер произведена с помощью рейтинговой классификации Д.Лобшира (МНМН) [2].

В связи с особо сложными гидрогеологическими условиями месторождения необходимо многократно возвращаться к таким вопросам, как устойчивость пород, определение степени обрушаемости, обоснование порядка ведения горных работ и т.д.

Результаты расчетов рейтинга МНМН для условий руд и вмещающих пород месторождения «Айхал» сведены в табл. 1.

Как видно из таблицы 1, вмещающие породы и рудное тело относятся к 3 классу и имеют среднюю устойчивость (среднюю обрушае-мость), за исключением вмещающих пород в приконтактной зоне, которые относятся к 4 классу и имеют

Таблица 1

Итоговая таблица расчетов рейтинга MRMR

Вмещающие породы Вмещающие породы приконтактной зоны Руда

Рейтинг MRMR 47,2 40,3 46,3

Класс пород по Д.Лобширу 3 4 3

Описание пород по устойчивости (обрушаемости) Средняя (средняя) Низкая (хорошая) Средняя (средняя)

низкую устойчивость (хорошую об-рушаемость).

На основании результатов расчетов к рассмотрению при проектировании горных работ рекомендуется система разработки: с закладкой выработанного пространства.

Следует отметить, что для точного определения значений рейтинга MRMR необходимы более углубленные исследования свойств масс-сивов горных пород. Дальнейшие рекомендации по оценкам устойчивости выработок по методу MiningRockMass Rating на руднике «Айхал» будут разрабатываться на основе результатов опытно-промышленных работ.

При отработке камер возможны три типа вертикальных обнажений:

• рудные борта, представленные кимберлитом;

• борта камеры, представленные закладочным массивом;

• борта камер, представленные вмещающими породами - галит и доломит.

Расчет величины вертикальных обнажений должен быть произведен для каждого типа обнажаемых контактов.

Определение величины вертикальных обнажений произведено по формуле:

Расчет допустимых величин вертикальных обнажений выполнен по формулам [3]:

2Км1д (П + ^Т)

Н =-4-^ = м, (1)

У

где, у - объемный вес руды, т/м3; фм -угол внутреннего трения в массиве; Км- сцепление руды в массиве, МПа.

Значения механических характеристик закладки и горных пород представлены в табл. 2.

Таблица 2

Механические характеристики закладки и горных пород

Тип вертикального обнажения т/м3 фм, град к„, МПа

Кимберлит 2,42 30 10

Закладка 2 МПа 2,2 28 12

Закладка 5 МПа 2,5 33 15

Вмещающие породы (доломит, мергель, известняк) 2,6 35 33

Подставив в формулу (1) значения из табл. 2 и произведя вычисления, получим предельную величину вертикальных обнажений. Результаты расчетов приведены в табл. 3. Наименьшей устойчивостью из рассматриваемых массивов обладает малопрочная закладка, предельный пролет обнажений для которой составляет 30 м, а наибольшей вмещающие породы - до 60 м. Кимберлиты занимают промежуточное положение. Таким образом,

максимальная высота камер не должна превышать 30 м.

Допустимые пролеты горизонтальных обнажений устанавливают, как правило, на основе экспериментов, проводимых по специальной методике, разработанной ВНИМИ. Применение расчетных методов ограничено определенными условиями, например, неоднородностью пород кровли. Однако и в этих случаях результаты следует рассматривать как предвари тельные, требующие дальнейшего экспериментального уточнения.

Таблица 3

Величины вертикальных обнажений руды и горных пород

При нисходящем порядке выемки устойчивость горизонтальных обнажений при работе под искусственной кровлей обеспечивается за счет соответствия фактической прочности несущего слоя закладки норма-

тивной прочности, для соответствующего пролета, которая принимается в соответствие с табл. 4.

Таким образом, на первом этапе испытаний камерных систем разработки рекомендуется принять следующие допустимые размеры выработок:

1. Высота: не более 15 м.

2. Горизонтальный пролет: 8м.

3. Нормативная прочность закладки: для несущего слоя 5 МПа при мощности несущего слоя не менее 2,5 м, оставшаяся часть камер закладывается смесями с прочностью 1,5-2 МПа (в зависимости от высоты камер).

По предлагаемой технологии запасы блока расположенные по простиранию рудного тела (рис. 2) по вертикали разделяются на слои, высотой 15 м каждый (рис. 1). Отработка слоя ведется очистными выработками (шириной 8 м, высотой 15 м) с оставлением между выработками целика по ширине равного ширине выработки. Отработка очистной выработки ведется в две стадии. Сначала отрабатывается первая стадия высотой 5 м и шириной 8 м комбайном, производится сбойка с рудным ортом, затем отрабатывается вторая стадия высотой 10 м буровзрывным способом. При первой

Таблица 4

Нормативная прочность твердеющей закладки несушей части слоя в зависимости от пролета обнажения [4]

№№ п/п Пролёт обнажения, м Нормативная прочность закладки, МПа, при толщине несушей части слоя, м

1,0 1,5 2,0 2,5 5,0

1 4 2,0 - - - -

2 5 3,5 2,5 - - -

3 6 4,0 3,0 2,5 - -

4 8 7,0 5,0 3,5 3,0 1,5

5 10 11,2 7,5 5,6 4,5 2,5

6 12 16,0 10,8 8,1 6,5 3

7 14 21,0 14,0 10,5 8,5 4,2

Тип вертикальных обнажений Предельная высота вертикального обнажения, м

Кимберлит 15

Закладка 2 МПа 30

Закладка 5 МПа 39

Вмещающие породы 41

к-

ю

//А Р

// /к У/ ' 1 ////// С"

1 ^ со 8

/У У////

-закладка

-руда

-обрушенная руда

Рис. 1. Слоевая система разработки

Рис. 2. Схема расположение очистных по простиранию рудного тела

стадии проветривание осуществляется с помощью ВМП, который устанавливается на спиральном съезде, и по вентиляционному трубопроводу, прокладываемому по слоевому заезду, свежий воздух будет подаваться в забои очистных выработок. При отработке второй стадии проветривание очистной выработки осуществляется за счет общешахтной депрессии.

Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках комплексного проекта 2010-218001-001 по

созданию высокотехнологичного производства, выполняемого с участием российского учебного заведения.

Выводы

Основные выводы заключаются в следующем:

С целью усовершенствования проектной схемы отработки месторождения «Айхал», добычу руды предлагается расположение очистных за-ходок по простиранию рудного тела, а ширину и высоту заходок увеличить до 8 м и 15 м соответственно. При таком расположении и параметрах заходок их количество в слое, в зависимости от его отрабатываемой части (восточная, центральная или западная) составит 5, а длина заходок изменится от 40 м до 120 м.

Расчет рейтинга МНМН показывает, что вмещающие породы и рудное тело относятся к 3 классу и имеют среднюю устойчивость (среднюю обрушаемость) за исключением вмещающих пород в при-контактной зоне, которые относятся к 4 классу и имеют низкую устойчивость (хорошую обрушаемость).

Расчет устойчивых параметров обнажений показал, что на первом этапе испытаний камерных систем разработки рекомендуется принять следующие допустимые размеры выработок: высота не более 15 м; горизонтальный пролет 8 м; нормативная прочность закладки: для несущего слоя 5 МПа при мощности несущего слоя не менее 2,5 м, оставшаяся часть

выработок

камер закладывается смесями с прочностью 1,5-2 МПа (в зависимости от высоты камер).

По предлагаемой технологии запасы блока расположенные по простиранию рудного тела по вертикали разделяются на слои высотой 15 м каждый. Отработка слоя ведется очистными выработками (шириной 8 м, высотой 15 м) с оставлением между выработками целика по ширине равного ширине выработки. Отработка очистной выработки ведется в 2 стадии. Сначала отрабатывается первая

1. Оценить состояние горного массива и выдать рекомендации по креплению горных выработок на рудниках Компании. Этап 3. Выполнить анализ напряжённо-деформационного состояния массива. Выдать рекомендации по креплению горных выработок рудника «Айхал».- Москва: ЗАО «Геоэксперт», 2009.

2. Петрова Л.В., Алексеев A.M., Павлов A.A., Николаева A.A. Определение рейтинга массива горных пород по геомеханической классификации Д.Добшира для условий алмазного месторождения "Айхал"//Современные проблемы освоения недр: материалы II Международной заочной научно-практической конференции молодых

стадия высотой 5 м и шириной 8 м комбайном, производится сбойка с рудным ортом, затем отрабатывается вторая стадия высотой 10 м буровзрывным способом. При отработке второй стадии проветривание очистной выработки осуществляется за счет общешахтной депрессии.

Расчеты укрупненных технико-экономические показателей выявили: рост годовой производительности очистного комплекса на 18 %; снижение себестоимости 1 тонны руды на 1,5 %.

- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ученых, аспирантов и студентов. -Белгород: Изд-во НИУ "БелГУ",2012. - С. 101-106.

3. Козырев A.A., Губинский И.О. Определение рейтинга вмещающих пород и руд алмазного месторождения в соответствии с классификацией Д. Лобшира. - М: Изд-во МГГУ, ГИАБ, №8 2011.

4. Борщ-Компониец В.И., Макаров A.B. Горное давление при отработке мощных пологих рудных залежей, - М.: Недра, 1986. - С. 41.

5. Временный регламент технологических производственных процессов при ведении закладочных работ на руднике «Мир». Мирный. Якутнипроалмаз. 2010 г. ГГШ

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -

Марков Валерий Степанович - кандидат технических наук, доцент, marko-valeri@mail.ru Павлов Андрей Алексеевич - ассистент, аспирант, buldoozer7@mail.ru Петрова Любовь Владимировна - ассистент, аспирант, еЬ Pi@mail.ru

кафедра подземной разработки месторождений полезных ископаемых Горного факультета

Северо-Восточного федерального университета имени М.К. Аммосова

Скрябин Евгений Прокопьевич - выпускник Горного факультета 2011 г., военнослужащий.

А