CC BY
55
УДК 622.831
В.А. Шерстов, В.С. Марков
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕХАНИЗАЦИИ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ МНОГОЛЕТНЕМЕРЗЛЫХ
ОЛОВОНОСНЫХ РОССЫПЕЙ ЗАПОЛЯРЬЯ*
АО "Депутатсколово" (бывший Депутатский ГОК), находящееся в арктической зоне Республики Саха (Якутия), является в настоящее время ведущим предприятием России по добыче олова. С целью обеспечения рентабельности производства и сохранения достигнутого уровня добычи олова в 1996-1997 гг., в подземную разработку введено уникальное по запасам и качеству песков россыпное месторождение "Тирехтях", не имеющее аналогов в России, с обеспеченностью запасами пригодными для промышленного освоения при существующих экономических условиях около 30 лет. Оловоносная россыпь "Тирехтях" расположена в арктической зоне северо-восточной части Республики Саха (Якутия), приблизительно в 300 км от Ледовитого океана и является наиболее крупным в России россыпным месторождением олова. На территории месторождения повсеместно распространены многолетнемерзлые породы, мощность которых от 360 до 500 м; температура пород на глубине разработки 40 м - минус 8 0С.
Принципиальное отличие подземной разработки этой оловоносной россыпи от шахт, разрабатывающих мерзлые золотосодержащие россыпи - специфические горногеологические условия: чрезвычайно большая ширина россыпи (200-1200 м) и мощность продуктивного пласта достигающая 27 м. Главной особенностью криогенного строения верхней покрывающей толщи является наличие в ней ледяных жил (повторно-жильных льдов). Сложность геологического строения месторождения состоит в том, что оно представлено двумя россыпями различных генетических типов: полигенетической (верхняя часть) и аллювиальной (нижняя). Это обуславливает неоднородный литологический состав продуктивного пласта песков (чередование пропластов гравийно-галечного материала, песчано-глинистых и глинистых сланцев, суглинков и супесей). В настоящее время в эксплуатацию вовлечена нижняя, наиболее обогащенная, часть месторождения с выемочной мощностью продуктивного пласта 3 м. Существующая технология подземной разработки россыпи основана на буровзрывной отбойке песков с использованием импортного самоходного оборудования (буровые каретки и дизельные погрузочно-доставочные машины). Система разработки - камерно-лавная с оставлением междукамерных, в основном, ленточных целиков шириной 3 м, реже Г- и П-образной формы. Потери в целиках при применении последних достигают 17-20%. Ширина камер 15-18 м, длина 50 м; при параметрах шахтных полей 200х600 м количество отрабатываемых лав достигает 80100. Порядок отработки шахтного поля обратный - от гра-
ниц к центру. Вскрытие шахтных полей производится обычно 2 наклонными стволами основным оборудованным ленточным конвейером и вспомогательным - предназначенным для спуска и подъема самоходного оборудования. Бурение шпуров в проходческих и очистных забоях осуществляется самоходными буровыми каретками "Тамрок" (Финляндия) и "Буммер" (Швеция), оснащенными, соответственно, пневматическими и гидравлическими перфораторами; погрузка-доставка горной массы - дизельными погрузочно-доставочными машинами Торо-200Д и Торо-350Д. Производительность труда на горнопроходческих работах 8,7 м3/чел.-см.
Совершенствование технологии подземной разработки оловоносных россыпей Заполярья, по нашему мнению, следует вести по следующим основным направлениям: 1 - совершенствование существующей технологии за счет применения более современных средств механизации проходческих и очистных работ с учетом увеличения выемочной мощности до 3,5 м; 2 - создание новой циклично-поточной технологии, предусматривающей применение механического разрушения мерзлых песков с крепостью 5 по шкале М.М. Протодьяконова с использованием мощных проходческих комбайнов, позволяющих вынимать продуктивный пласт мощностью до 5 м. Касаясь реализации первого направления, следует отметить следующее. Основная тенденция технического развития буровой техники на современном этапе - гидрофикация бурильных машин и установок. По данным фирмы "Атлас-Копко" (Швеция) к 2000 г. из общего числа поставляемых на мировой рынок бурильных установок только 55 будет оснащено пневматическими машинами. Значительным преимуществом электрогидравли-ческого привода является повышение мощности подводимой к породоразрушающему инструменту, особенно в режиме вращательно-ударного бурения, что увеличивает скорость бурения в 1,5-2,5 раза, снижает расход инструмента на 30-50%.
По сравнению с пневматическими, гидравлические бурильные машины имеют ряд преимуществ: машины конструктивно более просты, имеют меньший износ деталей, при их работе не образуется водомасляного тумана, значительно снижаются шум и вибрация, возможность вести плавное регулирование механизмов бурильной машины, независимое автономное энергообеспечение позволяет применять такие машины на вновь осваиваемых районах без стационарных пневматических систем.
Учитывая, что применение БК "Тамрок" с пневматическими перфораторами характеризуется значительными материальными и трудовыми затратами, связанными со строительством и эксплуатацией компрессорной, пневматических сетей, использование БК «Тамрок», "Бум-мер" с гидравлическими бурильными машинами при относительно небольшом сроке отработке россыпных шах (1,5-2 года) пневматическими молотками представляется предпочтительным. Кроме того, применение сжатого воздуха в выработках, расположенных в многолетне-
*Работа выполнена при поддержке РФФИ, код проекта №00-05-96210р98 Арктика.
мерзлых породах, приводит в летний период эксплуатации шахт к выпадению конденсата воды (кристаллической изморози) в трубопропроводах, что в конечном итоге отрицательно сказывается на работе буровых машин.
Одним из основных путей повышения показателей работы погрузочно-доставочных машин и буровых кареток является увеличение нагрузки на забой в 1,5-1,6 раза за счет применения длинношпуровой отбойки, позволяющей резко снизить неплановые простои, сократить время переездов и увеличить коэффициент внутрисменного использования ПДМ и БК до 0,5-0,55. Анализ паспортов буровзрывных работ при проходке горно-подготовительных выработок с помощью переносного и самоходного бурового оборудования свидетельствует о том, что длина шпуров в обоих случаях одинакова и составляет 1,8-2,0 м, в то время как по паспортным характеристикам буровых кареток они могут бурить шпуры 3,0-3,5 м. Увеличение глубины шпуров до 2.53,5 м позволит повысить выход горной массы за 1 цикл в 1,3-2 раза. С этой целью были проведены аналитические и шахтные исследования по выбору рациональной конструкции вруба, которые позволили установить целесообразность применения парносближенных зарядов, и предложить для средне- и трудновзрываемых вязких пород, характерных для россыпных месторождений рациональные паспорта БВР. Инициирование зарядов в забое при этом осуществляется электродетонаторами, причем вруб взрывается мгновенно.
С учетом того, что буровзрывные работы будут использоваться в основном на проходческих работах, предполагается расширить объем применения гранулированных взрывчатых веществ типа АС-8 при заряжании шпуров пневматическими порционными зарядчиками ЗП-2, а также внедрить систему неэлектрического инициирования зарядов СИНВ.
Укрупненные расчеты показали, что применение предполагаемых конструкций вруба при использовании длинношпуровой отбойки на проходческих работах позволит увеличить скорость проведения выработок в 1,3 раза, повысить производительность труда проходчиков в 1,25 раза, снизить себестоимость проходки на 10%.
При увеличении высоты вскрывающих и подготовительных выработок до 3,5 м появляется возможность применения на подъеме и складировании песков на поверхность автомобильного транспорта.
Экспериментальные работы по применению нового способа подъема и складирования песков с использованием автосамосвалов "Татра-138" (Чехос-ловакия) были проведены институтом ВНИИ-1 на Чукотке на трех шахтах приисков им. Билибина и "25 лет Октября" в 1964-1965 гг.
В результате производственных испытаний автомобильного транспорта на доставке отбитых песков из шахты на поверхность было установлено [1]:
• в среднем за месяц производительность труда подземных рабочих при ведении очистной выемки песков увеличилась до 15 м3/чел.-смену, в отдельные сутки - до 18-20 м3/чел.-смену;
• себестоимость добытых песков снизилась на 1020%.;
• скорость подготовки и отработки шахтного поля при прочих равных условиях возросла примерно в 1,5 раза;
• расход электроэнергии уменьшился на 15-20%, количество бульдозеро-смен на складировании песков снизилось в 5-10 раз.
В настоящее время рядом зарубежных и отечественных фирм выпускаются автосамосвалы, предназначенные для работы в подземных горных выработках. На международном рынке в настоящее время широко представлены самосвалы "Торо" (фирмы Сандвил Тамрок - Финляндия), самосвалы "Вагнер" (фирмы Атлас-Копко - Швеция), а также самосвалы фирмы Катерпиллар-Элфинстоун (США). Фирма "Сандвил Тамрок" выпускает самосвалы Торо-25Д, Торо-35Д, Торо-40Д грузоподъемностью 27,36 и 40 т с мощностью двигателя, соответственно, 277 л.с., 328 л.с. и 450 л.с. воздушного и жидкостного охлаждения. Фирма "Вагнер" выпускает 10 моделей двухосных шарнирно-сочлененных машин грузоподъемностью от 6 до 40 т, основными моделями являются автосамосвалы грузоподъемностью 23,6 т, 28,1, 32,6 и 40 т. Американская фирма представляет полноприводный шарнирно-сочлененный самосвал АД-40 грузоподъемностью 40 т. Высота зарубежных самосвалов колеб-
РЕКОМЕНДУЕМЫЕ КОМПЛЕКСЫ САМОХОДНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НА ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКЕ ОЛОВОНОСНЫХ РОССЫПЕЙ С ВЫЕМОЧНОЙ МОЩНОСТЬЮ 3,5-5 М И БОЛЬШЕ
Вид работы Высота забоя 3,5-5,0 м Высота забоя свыше 5,0 м
Бурение шпуров (буровые каретки) УБШ-406 Миниматик УБШ-504 Максиматик
Заряжание шпуров ПМЗШ-2 - ПМЗШ-2 -
Погрузка и транспортирование породы до транспортного штрека (погрузочно-доставочные машины) ПД-8Б "Вагнер", "Торо-300", "Торо-350" ПД-8Б "Торо-400", "Торо-500" (электропривод)
Транспортирование породы до поверхности (автосамосвалы) "МоАЗ-7405-9586 "МоАЗ-9529" Блау-Нокс", "АГ" "МоАЗ-7405-9586 "МоАЗ-9529" Блау-Нокс", "АГ"
Вспомогательные работы (вспомогательные машины) 1ВлГ, АП-1, кран ПК-5М Машины для доставки грузов 1-ВОМ-1, заправочные - ГСМ-3, ПСА-5
Осмотр и проведение кровли в безопасное состояние (оборудование) СП-8А М0К-10 "Унискейлер Т-3" СП-8А М0К-10 "Унискейлер Т-3"
Зачистка отработанной площади под ак-тировку (оборудование) ПД-8Б "Торо-300", "Вагнер", "Торо-350" ПД-8Б "Торо-400", "Торо-500"
лется от 2,5 до 3 м. Касаясь отечественного машиностроения, следует отметить, что, начиная с 1999 г., Могилевский автозавод приступил к серийному выпуску полноприводного подземного автосамосвала МОАЗ-7529 грузоподъемностью 22 т с мощностью двигателя 260 л.с. с двухступенчатой системой очистки выхлопных газов.
Использование автомобильного транспорта вместо применяющихся ленточных конвейеров в сочетании с высокопроизводительными ПДМ, позволит повысить производительность труда подземного горнорабочего до 18-20 м3/чел. в смену, при существующей в настоящее время - 10-12 м3/чел. Кроме того, как показали предварительные расчеты, эксплуатация автотранспорта особенно выгодна при отработке крупных шахт и позволяет сосредоточить промывку добытых подземных песков в одном месте и на одной промывочной установке вместо трех существующих, расположенных в разных местах.
Рекомендуемые комплексы отечественного и импортного самоходного оборудования для оловодобывающих россыпных шахт Заполярья с большой выемочной мощностью продуктивного пласта приведены в таблице.
Окончательный выбор того или иного комплекса самоходного оборудования определяется горнотехническими условиями его эксплуатации, техническим исполнением, уровнем надежности и стоимости. Принципиальная схема отработки мерзлой оловоносной россыпи с применением комплексов самоходного оборудования и автомобильного транспорта приведена на рисунке.
Вскрытие шахтного поля производится двумя пологими стволами (с уклоном 80), соединенными сборным транспортным штреком для обеспечения сквозного одностороннего проезда автотранспорта. При однофланговой шахте транспортный штрек проходит по границе длинной стороны шахтного поля, а при двухфланговой в его центре. Для проветривания шахты или выемочного участка в центре их проходят вентиляционные скважины. Проведение пологих стволов (въездного и выездного) сборного штрека проходят с применением гидравлических буровых кареток (БК) и дизельных погрузочно-доставочных машин (ПДМ). Поперечное сечение шахтных стволов и сборного штрека принимается 15 м2 (высота 3,3 м, ширина 4,5 м).
Подготовку панели осуществляют проведением панельного штрека по ее оси, а очистной выемке предшествует проведение из панельного штрека нарезных выработок -рассечек по границе панели. Панели, примыкающие к одному борту сборного штрека, образуют один фланг шахтного поля, примыкающие к другому борту - другой фланг поля. Все подготовительные выработки проходятся с применением БК и ПДМ. Ширину и высоту всех подготовительных выработок по пескам (панельных и вентиляционных штреков, а также рассечек) принимают равной 3 м. При ширине поля до 50-100 м целесообразно проектировать однофланговую шахту, а при ширине поля более 100-150 м - двухфланговую.
Погрузку в автосамосвалы осуществляют погрузочно-доставочными машинами на перегрузочных пунктах, со-
Принципиальная схема россыпной шахты со спаренными фланговыми панелями с применением комплексов самоходного оборудования: а) однофланговая; б) двухфланговая: 1 - ствол; 2 - вентиляционный штрек; 3 - вентиляционная скважина; 4 - панельный штрек; 5 - центральный штрек; 6 - сборный штрек; 7 - буровая каретка; 8 - погрузоч-но-доставочная машина; 9 - автосамосвал
оруженных на сопряжении панельного штрека со сборным штреком. Погрузочный пункт должен обеспечить достаточно свободную погрузку горной массы ПДМ-ми в автосамосвалы и иметь вентиляционную скважину для проветривания.
Организация очистных работ рекомендуется в три смены: бурение забоев производят в две 6-часовые смены, заряжание и взрывание шпуров - в межсменные перерывы (1,5 часа). Кроме того, в те же межсменные перерывы проветривают очистные выработки.
Учитывая общую закономерность, характерную для россыпных месторождений и заключающуюся в тенденции снижения среднего содержания олова в песках, для обеспечения достигнутого уровня добычи россыпного олова из подземных песков нужно в ближайшие годы увеличить производительность шахт не менее чем 1,5 раза. Такое увеличение можно достичь путем применения поточноцикличной технологии, основанной на механическом разрушении мерзлых крупнообломочных пород с использованием на очистной добыче мощных добычных комбайнов. В качестве последних рекомендуется рассмотреть возможность применения комбайна типа АМ-75 фирмы "Альтина-Вестфалия" (Австрия) или П-220 (Новокраматорский машиностроительный завод, Украина), внедрение которого позволит увеличить объем добычи подземных песков со 180 до 300 тыс. м3. К сожалению, как показал анализ литературных источников, практически отсутствуют достаточно полные и объективные публикации об эффективности их использования и работоспособности на шахтах и рудниках России, хотя по неофициальным данным в общей сложности около 10 комбайнов типа АМ-75 применяются в Норильске,
на шахтах Кузбасса и при подземной разработке алмазоносной трубки "Интернациональная" (г. Мирный). Учитывая, что разработка россыпных месторождений характеризуется отсутствием постоянно действующих круглогодичных дорог и надлежащей ремонтной базы, а также большую стоимость комбайна АМ-75, по сравнению с П-220, вероятно, предпочтительным является приобретение 2-3 комбайнов типа П-220 , чем одного импортного, так как в случае выхода из строя одного комбайна его можно заменить вторым. В настоящее время прорабатывается вопрос о выполнении ТЭО по внедрению поточно-цикличной технологии с использова-
нием комбайнов применительно к рассматриваемым условиям эксплуатации месторождения с учетом существующих и предполагаемых изменений кондиций. Выполненная укрупненная экономическая оценка сравнения вариантов очистной добычи песков с использованием отечественного комбайна свидетельствует об эффективности его применения: производительность труда повышается в 2-3 раза, численность работающих снижается в 2,5 раза, ликвидируется такой трудоемкий и небезопасный процесс как буровзрывные работы.
------------ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Дьяконов В.А., Сенко В.И., Сытник Ю.Н., Шерстов В.А. Состояние горных работ и основные направления технического прогресса в оловодобывающей отрасли Якутии //Наука и образование.- 2000.- №4.- С.21-24.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Шерстов В.А. — доктор технических наук, главный научный сотрудник института горного дела Севера СО РАН. Марков В.С. — кандидат технических наук, старший научный сотрудник института горного дела Севера СО РАН.
«НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА-2002» СЕМИНАР № 14
