CC BY
17
таллургии) и гидротехнического строительства, следует констатировать целесообразность и насущную необходимость разработки и организации серийного производства дорожно-строительных машин широкозахватного исполнения.
УДК 622.271.45:624.131.537
А. В. Фролов, В. В. Васильев, Е. Н. Циглер, А. И. Цыкунов
РАЗРАБОТКА ЗАПАДНОГО УЧАСТКА ВОСТОЧНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ГОРЫ МАГНИТНОЙ С ВНУТРЕННИМ ОТВАЛООБРАЗОВАНИЕМ
Потребность Магнитогорского металлургического комбината в сырье на 90 % удовлетворяется за счет привозной руды, стоимость которой с учетом затрат на транспортировку на 33 % выше себестоимости руды, добываемой на комбинате. Поэтому расширение собственной сырьевой базы является одним из важных направлений повышения эффективности работы комбината в новых условиях хозяйствования.
В настоящее время практически все промышленные запасы железных руд, залегающих в непосредственной близости от комбината, ■отработаны. Основная добыча руды производится на руднике Малый Куйбас, расположенном- в 18 км от промплощадки. Кроме этого, на руднике горы Магнитной производится доработка запасов Западного и Восточного карьеров и карьера валунчатых руд. Здесь вовлекаются в разработку незначительные по объему запасы, отработка которых считалась раньше экономически не целесообразной. Одним из таких участков является западный участок Восточного месторождения горы Магнитной, запасы которого залегают в борту карьера.
Западный борт Восточного карьера, подлежащий расконсервации для доработки запасов руды, был сформирован в период 1959—1979гг. Время стояния уступбв карьера между отметками 440—520 м составляет в среднем 15 лет, а между отметками 390—440 м—10 лет. Максимальный угол погашения борта на рассматриваемом участке составляет 47°. Углы откосов уступов при их постановке в предельное положение изменялись преимущественно в диапазоне 60—75°. А поскольку формирование откосов производилось с помощью взрывания вертикальных скважинных зарядов без каких-либо ограничений, откосы уступов были сформированы в разрушенном взрывами массиве. Поэтому здесь происходило интенсивное осыпание пород и выполаживание откосов. В результате были разрушены и перекрыты осыпью предохранительные бермы, {1 борт карьера, на большинстве участков имеющий угол погашения 4*2—45°, приобрел вид сплошного откоса. В связи с этим использовать для расконсервации запасов руды старые транспортные и предохранительные бермы оказалось невозможно. Доработка запасов на рассматриваемом участке могла быть выполнена только с использованием технологии разработки нагорных месторождений, залегающих на крутых горных склонах. То есть для доработки запасов западного участка Восточного месторождения горы Магнитной на западном борту отработанного Восточного карьера по существу требовалось Построить новый карьер нагорного типа.
В связи с незначительными объемами руды, залегающими на рассматриваемом участке, проект доработки запасов не ставил целью замену основного технологического оборудования на более мощное, а наоборот — предлагал максимально использовать имеющиеся на комбинате в достаточном количестве экскаваторы.ЭКГ-4,6 и автосамосвалы БелАЗ-540 и БелАЗ-548. Исходя из этого,, в проекте был произведен
выбор способа вскрытия и обоснованы параметры основных элементов системы разработки.
В соответствии с проектом глубина карьера на конец отработки будет составлять 240 м, угол погашения борта —44°. Высота рабочих уступов и уступов в конечном положении—10 м. Заоткоску уступов предлагалось производить вертикальными скважинными зарядами пе-
Рис. 1. Профиль борта карьера по линии XI:
I — по результатам съемки, выполненной после постановки уступов в предельное положение: 2 — по проекту доработки запасов; 3 —рудное тело; 4 — тектоническое нарушение (Главный сброс)
ременной высоты с оставлением на двух смежных горизонтах берм безопасности шириной 3 м, а на каждом третьем горизонте — берм шириной 10 м (рис. 1). Вскрытие рабочих горизонтов выше отметки 440 м должно было производиться наклонной полутраншеей, пройденной на северном участке западного борта Восточного карьера, длина которой составляет около 1 км, а ниже отметки 440 м — скользящими автомобильными съездами. Система разработки нагорной части карьера— продольная однобортовая, углубочной — кольцевая центральная. Подготовка верхних горизонтов карьера осуществляется путем проведения горизонтальных разрезных полутраншей от наклонной полутраншеи— съезда. Отсыпку, вскрышных пород предполагалось производить во внешние по отношению к новому карьеру отвалы, расположенные в северной части Восточного карьера и за его пределами. Но в связи с тем, что на северном участке западного борта Восточного карьера была запроектирована наклонная съездная полутраншея, основной объем вскрышных пород предполагалось разместить на значительном удалении от него. Средневзвешенное расстояние транспортирования вкрыш-ных пород в соответствии с проектом составляло 3,8 км, а высота подъема — 80 м.
Анализ показал, что вскрытие и отработка глубинной части месторождения при реализации проекта могут производиться только после разноса борта карьера и частичной отработки его нагорной части. Прн этом эффективность и сроки отработки глубинной части месторождения, где залегают основные запасы руды, полностью зависят от интенсивности разработки нагорной части карьера.
Как показывает опыт, интенсивная отработка месторождений обеспечивает сокращение сроков окупаемости капитальных затрат, уменьшение эксплуатационных расходов и при прочих равных условиях зависит в основном от эффективности работы и взаимодействия всех звеньев технологической цепи. Поэтому обеспечение возможности интенсивной отработки запасов западного участка Восточного месторождения горы Магнитной с минимальными капитальными и эксплуатационными затратами стало основной задачей и важнейшим направлением совершенствования проекта.
Транспортировка горной массы — основной процесс горного производства, характеризующийся максимальными капитальными и эксплуатационными затратами. Известно, что его эффективность в значительной мере зависит от дальности перевозки и высоты подъема горной массы. Причем с увеличением дальности происходит не только рост транспортных затрат, но и сокращение объемов горной массы, вывозимой из карьера, если количество транспортных средств не увеличивается. Анализ проекта, выполненный нами с учетом имеющегося на комбинате парка автосамосвалов, показал, что проект не только не позволяет достичь высоких технико-экономических показателей работы автомобильного транспорта, но и не обеспечивает необходимую для эффективной работы рудника производительность карьера. Для обеспечения эффективной работы выемочно-погрузочного звена и повышения интенсивности разработки месторождения требовалось увеличение количества автосамосвалов. В связи с тем, что это вело к существенному увеличению капитальных затрат, такой путь повышения интенсивности разработки месторождения был признан не эффективным. В процессе дальнейшего обсуждения было выявлено, что наиболее «узким» местом проекта является низкая эффективность работы автомобильного транспорта, обусловленная большой дальностью транспортировки вскрышных пород, без сокращения которой интенсивная отработка запасов западного участка Восточного месторождения с минимальными затратами невозможна.
В связи с отсутствием свободных площадей, расположенных в непосредственной близости от карьера, существенное сокращение дальности транспортировки вскрышных пород могло быть достигнуто только за счет расширения вместимости отвала, расположенного в северной части Восточного карьера. Основным ограничивающим фактором при реализации этого мероприятия являлась необходимость проходки на северном участке западного борта Восточного карьера капитальной вскрывающей выработки—съездной полутраншеи, изменение места заложения которой из-за стесненных условий оказалось невозможным. Поэтому для решения поставленной нами задачи потребовалось изучить возможность применения более прогрессивных схем вскрытия и способов разработки нагорных месторождений.
Как показал анализ литературных источников, при разработке нагорных месторождений используют индивидуальные для различных условий схемы вскрытия и их комбинации. Однако общим почти для всех схем является то, что практически в любых условиях применяется « один вид вскрывающих выработок—наклонная съездная полутраншея. Форма трассы полутраншеи и место ее проведения зависят от высотного положения рабочих горизонтов, мощности и формы залежи, рельефа местности и принятого вида транспорта. Вскрытие рабочих горизонтов может быть фланговым, центральным или комбинированным. Комбинированное вскрытие представляет собой сочетание флангового и центрального вскрытия и так же, как и центральное, имеет ограниченную область применения. Эти две схемы вскрытия применяются только при поперечной системе разработки протяженных и мощных
залежей на пологих склонах. В этих условиях они обеспечивают высокую производительность карьера по горной массе.
Для нагорных карьеров, контур которых выходит на крутой склон, типичной является однобортовая система разработки с фланговым вскрытием. С целью обеспечения стационарности трассы съезда наклонную полутраншею в таких условиях располагают за пределами контура карьера, но как можно ближе к его границам. При этом она имеет сложную тупиковую или петлевую форму. Вскрышные породы в процессе разработки месторождений складируют во внешние отвалы, отсыпаемые поярусно. Отвальные ярусы при этом могут быть как независимыми для каждого уступа, так и групповыми. Отсыпка и развитие ярусов производится за пределами участка размещения вскрывающих выработок в сторону, противоположную направлению развития горных работ в карьере. Таким образом, было установлено, что в проект заложены наиболее эффективные из известных в настоящее время схема вскрытия и способ разработки месторождения, а расширение вместимости отвала в северной части Восточного карьера и сокращение за счет этого дальности транспортировки вскрышных пород могут быть достигнуты только на основе разработки и внедрения принципиально новых технических решений.
Стационарные вскрывающие выработки на крутых горных склонах обеспечивают транспортную связь между рабочими горизонтами карьера, отвалами и пунктами доставки полезного ископаемого весь, срок разработки месторождения. Поэтому складирование аскрышных пород в таких условиях возможно только во внешние отвалы. Именно наличие постоянных транспортных коммуникаций, расположенных между карьером и отвалом, не позволяет реализовать в рассматриваемых условиях популярную в настоящее время и весьма перспективную идею разработки крутопадающих месторождений с внутренним отвалообра-зованием и обеспечить существенное сокращение дальности транспортировки вскрышных пород. Вскрытие и отработка рабочих горизонтов с помощью скользящих съездов, как показали исследования, в данных условиях оказались трудно осуществимыми и малоэффективными. Для обеспечения возможности отработки запасов западного участка Восточного месторождения с минимальной дальностью транспортировки вскрышных пород нами была разработана новая схема вскрытия и способ разработки нагорных месторождений. Суть предложенного технического решения заключается в следующем.
Вскрышные породы в процессе разработки месторождения первоначально складируют, в отвалы, отсыпаемые поярусно за контуром карьера. После отработки карьера на участке, примыкающем к внешнему отвалу, до конечных границ производится отсыпка вскрышных пород в выработанное пространство. Таким образом обеспечивают развитие и перемещение отвала вслед за перемещением горных работ в карьере и поддерживают постоянное минимальное расстояние транспортировки вскрышных пород. Возможность отсыпки отвала в отработанной части карьера обеспечивается за счет внедрения новой схемы вскрытия рабочих горизонтов. Применение предложенной технологии позволяет существенно повысить производительность горно-транспортного оборудования и экономичность разработки. Как показал анализ, по техническому уровню, эффективности, рациональному использованию материальных ресурсов и с позиций экологической чистоты данная технология превосходит лучшие отечественные и зарубежные аналоги.
Однако проектные параметры борта в конечном положении не позволяли внедрить разработанную технологию. Основным сдерживающим фактором при этом являлась ширина предохранительных берм, равная 10 м, недостаточная для размещения транспортных коммуникаций.
Увеличение ширины предохранительных берм при сохранении результирующего угла погашения борта карьера могло быть достигнуто только за счет повышения углов откосов уступов в предельном положении, но принятая в проекте технология заоткоски уступов не позволяла это сделать.
Углы устойчивых откосов уступов зависят в основном от физико-механических свойств и структуры массива горных пород. Предельные
Л-М
по фактору устойчивости значения углов откосов уступов не всегда достигаются при их постановке в конечное положение. Это обусловлено прежде всего дробящим и сейсмическим воздействием технологических взрывов. Практика показывает, что при заоткоске уступов вертикальными скважинными зарядами даже в наиболее благоприятных условиях углы откосов уступов не превышают 45°, т. е. они определяются прежде всего технологией ведения БВР в приконтурной зоне карьеров.
В настоящее время широкое распространение получает специальная технология формирования скальных откосов с применением предварительного щелеобразования. Она позволяет сохранить скальный массив от разрушения и сформировать откосы уступов под заданными по условиям устойчивости углами. Поэтому с учетом фактического положения погашения борта карьера и имеющегося бурового оборудования (станки СБШ-250 МН) была разработана новая конструкция борта
л-л
25-JO" ом
и обоснованы параметры БВР в приконтурной зоне карьера при заот-коске уступов с предварительным щелеобразованием.
Исходя из технических возможностей бурового станка, учитывая структуру массива горных пород на рассматриваемом участке и предельный угол погашения борта, определяем рациональные конструктивные параметры борта карьера: высота уступа в предельном положении 20 м; угол заот-коски уступов 60 и 75°; ширина предохранительных (транспортных) берм 17 м. Эти параметры обеспечивают одновременную отработку двух смежных горизонтов с использованием максимально возможного числа экскаваторов (рис. 2) и, й отличие от проектных, позволяют успешно решать вопросы энергообеспечения вые.мочно-погрузочного оборудования.
При заоткоске уступов с использованием способа предварительного щелеобразования на каждом рабочем горизонте предусмотрен специальный комплекс мероприятий по снижению степени разрушения законтурного массива и обеспечению длительной устойчивости уступов под заданными углами. Специальная технология ведения БВР в приконтурной зоне карьера заключается в следующем.
Отработка приконтурной зоны производится 2 полосами. Первая полоса включает в себя не более 3—5 рядов скважин. Вторая полоса, непосредственно примыкающая к законтурному массиву,— не более 3 рядов скважин (с учетом коротких — не более 4). При подходе фронта горных работ к предельному контуру карьера на расстоянии 25— 30 м оставляется предохранительная лента, в пределах которой взрывные работы приостанавливаются. С целью обеспечения сохранности законтурного массива по линии погашения уступа производится бурение контурных скважин под углом, равным углу заоткоски уступов (60 и 75°). Расстояние между скважинами контурного ряда составляет 2,5—3,0 м (рис. 3). Образованная при последующем взрыве скважин-ных зарядов отрезная щель формирует откос уступа и одновременно является границей его отработки.
Отрезная щель в зависимости от масштабов предыдущих взрывов создается заблаговременно. Обуривание приконтурной полосы выполняется одновременно с контурным рядом или после него, а взрывание на рыхление — только после взрывания контурного ряда. Одновременное взрывание зарядов в скважинах отрезной щели и приконтурного блока допускается только на необводненных участках. При этом опере-
Рнс. 3. Схема заоткоски уступов с прнменениеу предварительного щелеобразования:
скважины контурного ряда: 2 — технологические сква
жины
жение взрыва зарядов в контурных скважинах по отношению к зарядам в скважинах приконтурного блока должно составлять не менее 70—100 мс.
В процессе производства БВР в приконтурной зоне карьера должно существовать опережение готовой отрезной щели к длине взрываемого приконтурного блока. Длина отрезной щели должна превышать длину блока на защищаемом фланге уступа не менее чем на половину его ширины. В противном случае, как свидетельствует опыт, происходит подбой и разрушение законтурного массива.
Параметры контурного взрывания при заоткоске уступов высотой 20 м под углом 75°
Параметры " Средневзры- Трудновзры-
ваемые ваемые
породы породы
Расстояние между скважинами контурного ряда, м 2,5—3,0 2,5-3,0
Высота незаряженной части скважин, м 4,0 3,5
Линейная плотность заряжания, кг/м 2,5 3,3
Масса заряда в скважине, кг 55,0 66,0
Длина нити ДШ и несущего линя, м . 24,0 24,0
Количество патронов в заряде (шт.) массой:
5,0 кг 11 13
3,25 кг * 17 20
3,0 кг 18 22
2,5 кг 2° 26
2,0 кг 28 33
При взрывании приконтурных блоков применяется диагональная или диагонально-клиновая схема коммутации зарядов с замедлением в каждой ступени 20—35 мс. Взрывание приконтурных блоков производится на подобранный забой с направлением отбойки на свободную поверхность. Поскольку отрезная щель создается сразу на полную высоту сдвоенного уступа, выемочно-погрузочные работы при отработке последней заходки производят с рабочих горизонтов без ее разделения на выемочные слои.
Распределение заряда по высоте контурных скважин равномерное. Незаряжание верхней части скважин определяется мощностью разрушенного слоя в зоне перебура вышележащего уступа (см. таблицу). В связи с отсутствием промышленно выпускаемых шланговых зарядов ВВ в прочной полиэтиленовой или матерчатой оболочке, обеспечивающих необходимую линейную плотность заряжения, взрывание скважин контурного ряда производится с помощью гирляндных зарядов, выполненных из патронов, пачек или пакетов ВВ (аммонит 6ЖВ), закрепленных через равные промежутки на несущем лине и инициируемых при помощи двух нитей ДШ. протянутых по всей длине заряда. Крепление патронов (пачек, пакетов) ВВ к несущему линю и ДШ выполняется шпагатом или липкой лентой. Несущий линь изготавливают из веревки, шнура или нескольких шпагатов, выдерживающих разрывную нагрузку не менее 120 кг.
Таким образом, в результате анализа и совершенствования проекта доработки запасов западного участка Восточного месторождения горы Магнитной была разработана новая технология отработки нагорных месторождений, отличительной особенностью которой от известных решений является то, что разработка вскрышных пород в процессе ее • реализации производится по транспортной схеме с внутренним отвало-образованием; обоснованы основные элементы системы разработки; предложена новая рациональная конструкция борта и разработана
-ехнология его формирования. Для реализации этих технических решений силами ИТР рудника горы Магнитной были разработаны чертежи, согласованные с проектировщиками в качестве рабочей документации.
Предложенные разработки внедряются на руднике с 1988 г. Их внедрение лозволяет сократить площади земель, занимаемых отвалами, уменьшить объем буро-взрывных работ пои проходке капитальных горных выработок, повысить производительность горно-транспортного оборудования, снизить затраты на строительство и поддержание автомобильных дорог в карьере и затраты на транспортировку вскрышных пород, а в результате рационального размещения вскрывающих выработок и изменения .конструкции борта — сократить объемы вскрышных пород в контуре карьера. Экономический эффект от внедрения технологии даже без учета эффекта, полученного в результате сокращения объемов вскрышных работ в контуре карьера, и площадей, занимаемых отвалами, составил в 1988 г. 505,8 тыс. руб. в год.
РАДИОРЕПЕРНАЯ СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ СОСТОЯНИЯ ГОРНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
Разработчики: Б. Д. Лоловов, В. Л. Лядский
Предлагаемая система обеспечивает надежную систему контроля состояния массива горных пород, позволяет вести оценку устойчивости и диагностировать поведение горных пород во времени в непрерывном дежурном режиме.
Эта система может быть нспользовяна для диагностики состояния устойчивости бортов карьеров, а также при подземной разработке; для контроля состояния лавин и ледников в условиях высокогорья; в инженерной геологии при сейсмическом контроле; в строительстве для контроля смещений фундаментов зданий и сооружений; в качестве уровнемеров для контроля уровня жидкости в емкостях; в других технических системах, связанных с высокоточными измерениями линейного перемещения и передачей полученной информации на расстояние.
Изготовлены опытные образцы радиореперной системы и решается вопрос о ее серийном изготовлении.
Заинтересованным,лицам обращаться по тел.: 22-24-71; 22-66-94.
/
