CC BY
32
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 98»
МОСКВА, МГТУ, 2.02.98 - 6.02.98 СЕМИНАР 2 «ОТКРЫТЫЕ ГОРНЫЕ РАБОТЫ В СЛОЖНЫХ ГОРНО • ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ГОРНОТЕХНИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ»
В.И. Симоненко, к.т.н.
Национальная горная академия Украины
РЕГУЛИРОВАНИЕ РЕЖИМА РАБОТ НА КАРЬЕРАХ С МОЩНОЙ ТОЛЩЕИ ПОКРЫВАЮЩИХ ПОРОП
Флюсовые известняки Украины разрабатываются открытым способом. Карьеры флюсодобывающей подотрасли промышленности достигли глубины 120-150 м. Эксплуатируемые месторождения относятся к залежам осадочного типа. Полезные ископаемые представлены флюсовыми известняками обычными, мраморовидными и доломитизированными, а также доломитами. Покрывающими породами являются рыхлые песчано-глинистые отложения, суглинки, глинистые сланцы, песчаники и др. Часто в них имеются залежи кремнистого мергеля, сферосидеритов, гальки, щебня и др. скальных пород. В толще полезного ископаемого вмещающие вскрышные породы присутствуют в местах геологических разломов, поперечных перегибов и на контактах выклинивающихся отдельных известняковых блоков. Их объем, как правило, незначителен.
Среди известняков двух - трех сортов, являющихся основным полезным ископаемым, значительные объемы занимают так называемые некондиционные известняки с содержанием нерастворимого остатка выше установленной нормы. Эти известняки являются качественным сырьем для промышленного, гражданского и дорожного строительства. Проектами предусмотрена их отработка как попутно добываемого минерального сырья.
Основные же объемы вскрыши, сосредоточенные в толще покрывающих пород, на большинстве карьеров разрабатываются валовым способом. В то же время
многие породы являются ценным мине- , ральным сырьем для производства строи- ; тельных материалов. Это глины, песок, галька и щебенистые скальные включения, ; кварцевидные песчаники, меловые отложения и др. [1]. Как правило, они залегают в виде пропластов, линз и др. образований. Для их селективной выемки требуется | вскрышные уступы разделять на отдельные подуступы, что приводит к усложнению; процесса вскрышных работ и требует ввода дополнительных мощностей выемочно-. погрузочного и транспортного комплексов. ;
Учитывая отставание объемов выемки -вскрыши на большинстве карьеров от про-; ектных показателей, возникает необходи-; мость пересмотра календарных планов от-; работки горной массы и корректировки за-; планированного режима горных работ. Этому способствует также переход предприятий на путь хозяйствования в рыночных отношениях, когда часто изменяются цены на оборудование, потребляемые ресурсы и затраты на оплату труда. В указанных условиях карьеры стремятся вести добычу полезных ископаемых и попутно добываемого минерального сырья с минимальным коэффициентом вскрыши, обоснованным по технологическим и экономическим возможностям работы горнодобывающего предприятия.
Регулирование режима горных работ лежит в основе построения рационального календарного плана. В первую очередь следует определить, каким способом осуществлять управление режимом горных работ.
Если временно нерабочие участки бортов карьера достигли критических размеров, то интенсификация горных работ на карьере возможна одним путем - поэтапным перемещением бортов в новое положение с параметрами, обеспечивающими проектную мощность карьера по основному и попутно добываемому полезному ископаемому. Для эффективного управления режимом горных работ в таких условиях продолжительность этапа не должна превышать 5 лет. Высота зоны углубки карьера в течение этапа, где нарезаются новые уступы по полезному ископаемому, обычно не должна превышать 45 м. Ширина технологических рабочих зон по покрывающей вскрыше 50 - 60 м [2].
Перечисленные параметры при формировании временно нерабочих участков бортов высотой свыше 60-80 м характерны для способа поэтапного развития глубоких карьеров крутыми слоями. Сущность данного способа [3], заключается в том, что месторождение отрабатывается поэтапно, путем формирования и отработки долговременных запасов полезных ископаемых, находящихся как в зоне углубки, так и в борту. Вскрышные покрывающие породы и залегающее в них другое минеральное сырье, вмещающие породы и полезные ископаемые, отрабатываются последовательно сверху вниз в контурах существующего и вновь формируемого временно нерабочих бортов, образующих крутой выемочный слой. Выемка крутых слоев производится сразу по всей их ширине одним - тремя рабочими уступами. Горные работы ведутся на двух и более участках (слоях) по фронту карьера. На одном таком участке отрабатываются покрывающие вскрышные породы, т.е. обеспечивается вскрытие толщи полезных ископаемых. На другом - осуществляется выемка полезных ископаемых. При этом высота уступов на покрывающей вскрыше выбирается из условия селективной выемки попутного минерального сырья, залегающего здесь.
Предлагаемая технология и способ управления режимом горных работ рассматривается на примере поэтапной отработки Псилерахского известнякового карьера Балаклавского государственного рудоуправления крутыми выемочными слоями. На карьере мощность покрывающих пород достигает 120-140 м. Породы представлены аргиллитоподобными глинами, которые включают примеси кварцевидного песчаника, сферосидеритов и известняков. Глины в чистом виде могут служить в качестве добавочного сырья при производстве кирпича и облицовочной плитки. Полезное ископаемое - флюсовые известняки двух сортов и некондиционные известняки. Годовая достигнутая (проектная) производительность карьера по флюсовым известнякам составляет 4500 тыс. т, по некондиционным - 360 тыс. т. Объемы выемки вскрыши в период 1993-2001 гг. должны составлять 1,2-1,3 млн. м3/год, затем понижаться. Среднегодовое подвигание фронта горных работ 30-40 м, их понижение - 6,5 м/год. Разработка вскрыши ведется уступами высотой по 10 м. Породы вынимаются без разделения по минеральному составу и все направляются в отвал.
Расчетным путем установлено, что в настоящее время предприятие может осуществлять эффективную добычу полезных ископаемых на уровне достигнутой мощности с эксплуатационным коэффициентом вскрыши 0,14-0,15 м3/т вместо проектного 0,27-0,29 м3/т. При такой величине коэффициента вскрыши производительность карьера по вскрышным породам составит 680-682 тыс. м3/год. Высвобождаемое погрузочно-транспортное оборудование может быть направлено на другие карьеры рудоуправления, а также для селективной выемки попутных полезных ископаемых вскрышной толщи.
Снижение объемов выемки вскрыши на данном этапе работы карьера потребует соответствующего их увеличения на других, последующих этапах. С целью исклю-
чения существенного наращивания в будущем количества горно-транспортного оборудования, а также резкого повышения капитальных затрат необходимо обеспечить функционирование карьера с равномерно -возрастающим графиком режима горных работ. Тогда внутри каждого этапа график режима горных работ будет равномерным.
На исследуемом карьере горные работы сосредоточены в основном на северном (рис. 1) и западном бортах. Северный борт приведен во временно нерабочее положение по всей толще покрывающих вскрышных пород и частично полезного ископаемого. На вскрышных горизонтах от +230 м до +160 м оставлены лишь площадки и бермы шириной по 10-15 м. Угол откоса борта по вскрыше составляет 25-27°. На добычных уступах +90 м и до +145 м имеются рабочие площадки шириной от 30 до 50 м.
Поэтапную отработку карьера предложено осуществлять в такой последовательности. На горизонтах +90 м +145 м северного борта производится добыча известняка 1-го сорта. Площадки на этих уступах сокращаются до ширины транспортных берм 12-15 м. Результирующий угол откоса борта здесь выдерживается в пределах 37-38 . Одновременно выполняется доработка юго-западного борта до предельного контура, где добываются известняки 2-го сорта и некондиционные известняки. Вскрышные работы производятся на северном борту, на фронте длиной около 300 м от площадок горизонта +250 м до горизонта +160 м. Отрабатывается вскрыша покрывающих пород в полосе шириной до 60 м (этап 0, см. рис. 1), т е. осуществляется выемка крутого слоя в нисходящем порядке одной рабочей площадкой с формированием временно нерабочего борта 5 под углом 26-27 . на полную высоту вскрышной рабочей зоны. Таким образом, на начальном этапе 0 вскрываются известняки, находящиеся в крутом выемочном слое 9 ниже отработанной полосы вскрышных пород.
Следующий этап 1 отработки карьера характерен развитием горных работ на
северном и северо-западном бортах. До- \ бычные работы начинают выполняться; на ■ уступах крутого слоя 9 северного участка | борта одной рабочей площадкой 7 по всему [ фронту ранее вскрытых запасов полезного [ ископаемого. По мере по двигания заходки I рабочей площадки 7 по уступу на нижеле- I жащем горизонте нарезается следующая } аналогичная заходка и формируется новая | рабочая площадка. Выемочный слой 9 от- ) рабатывается последовательно от гор. +145 [ м до гор. +90 м с формированием борта во ; временно нерабочем положении цод углом | 37-38°. Одновременно в зоне углубки 11 на I данном этапе производится добыча извест- ; няков 2-го сорта и некондиционного полез- ! ного ископаемого. Здесь нарезанные усту- 1 пы горизонтов +75 м и +60 м отрабатыва- , ются до границ этапного контура 2.
Вскрышные работы на этапе 1 произ-водятся рабочей площадкой 4 шириной 50-60 м в крутом выемочном слое 6, северо-западного участка борта. Аналогично по : мере формирования рабочей площадки 4 на нижележащих горизонтах нарезают новые площадки, и каждый уступ отрабатывается до границы этапного контура 3, где отстраивается временно нерабочий участок борта по покрывающим породам. Далее отработка крутых слоев на этапах II - V осуществляется подобным образом.
Этапы развития карьера крутыми слоями устанавливаются различной ширины, в зависимости от длины отрабатываемого слоя по фронту, высоты зон углубки и количества выемочных слоев. Для рассматриваемого карьера установлено оптимальное их количество: два выемочных слоя, один по вскрыше, второй - полезному ископаемому. Высота зон углубки карьера не превышает 30 м на этап продолжительностью 4-5 лет. Количество этапов - шесть, из них северный и северо-западный борта карьера, где наибольшая мощность покрывающих пород, отрабатывается последовательно четырьмя этапами по вскрыше и пятью - по полезному ископаемому.
¿О-Юм 60м
"4
V©
Рис.1. Схема поэтапного развития Псилехарского карьера крутыми слоями:
1 коонечный контур отработки карьера; 2 - поэтапные контуры отработки по полезному ископаемому; 3 - этапные контуры отработки по ескрышке; 4 - рабочая площадка по вскрышке; 5 - временно нерабочие участки борта по вскрышным породам; б - крутой выемочный слой по вскрыше; 7 - рабочая площадка по полезному ископаемому; 8 - временно нерабочие участки борта по полезному ископаемому; 9 - крутой выемочный слой по полезному ископаемому; 10 - положение борта карьера на начало 1995 г.; 11 - зоны углубки карьера; 0,1, П, Ш, IV, V - соответственно последовательность отработки крутых выемочных слоев и ион углубки.
По результатам исследований обоснован рациональный график режима горных работ (рис. 2, а) Псилерахского карьера.
а)
0,7 0,6 0,5
о,к
о,і V-
0,1 о
tm 2ооо гооь гоп ¿oís wzt >
8)
Ví.TWC.M1
1SCO ІЗ 50 itoo то 300 750
7000 2006 2012 201$ геп '»
Рис. 2 Графики зависимости распределения среднего эксплуатационного коэффициента вскрыши Кв (а), годовых объемов добычи полезных ископаемых <2„„ и выемки вскрыши Ув (б), по годам эксплуатации карьера Т:
1, 2, 3, 4 - рассмотренные конкурентоспособные варианты поэтапного развития карьера крутыми
слоями; 5 - предложенный вариант поэтапного развития карьера крутыми слоями; 6, 8 - объемы вскрыши соответственно по предложенному варианту и проекту; 7,9- объемы полезного ископаемого по предложенному варианту и проекту.
Рекомендуемый вариант поэтапной отработки карьера крутыми выемочными слоями обеспечивает его работу с коэффициентом вскрыши от 0,144 до 0,240 м3/т на семи этапах с 1994 по 2023 гг. Возрастание объемов выемки вскрыши начинается с 2002 г. и достигает максимума на завершающем этапе при доработке карьера (см. рис 2, б). То есть объемы горной массы растут ступенчато в 1,6 раза на протяжении 20 лет работы карьера. Такой промежуток времени даст возможность постепенно вводить новые мощности горно-транспортного комплекса для наращивания объемов выемки пород по мере улучшения экономического состояния предприятия.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кулиш Е.А., Лебедь Н.И., Суходольский К. Д. Минеральные ресурсы Украины, неметаллическое минеральное сырье для черной металлургии. Академия наук Украины. Госкомгеология Украины. - Киев, 1993. - 76 с.
2. Вскрытие глубоких горизонтов карьеров / А.Ю. Дриженко, В.П. Мартыненко, В.И. Симоненко и др.; Под ред. проф., д-ра техн. наук А.Ю. Дриженко. - М.: Недра, 1994. - 288 с.
.3; Дриженко А.Ю., Богданов В.М. Обоснование параметров поэтапного развития глубоких карьеров// Горн. журн. - 1988. - № 6. - С. 46-50.
