CC BY
116
Оригинальная статья / Original article УДК: 622.504
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ ТОНКИХ КРУТОПАДАЮЩИХ ТЕЛ ЗОЛОТОРУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КОНЕВИНСКОГО
© А.М. Павлов1, Д.С. Васильев2
12Иркутский национальный исследовательский технический университет, Российская Федерация, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
РЕЗЮМЕ. Введение. Коневинское месторождение расположено в высокогорье Восточных Саян в районе с неразвитой инфраструктурой, приравненном к районам Крайнего Севера. Разработку золоторудного месторождения подземным способом ведет ООО «Хужир Энтерпрайз». Месторождение представлено тонкими крутопадающими золоторудными телами жильного типа и характеризуется как крайне не выдержанное по содержанию металла в руде с изменчивыми параметрами залегания и низким коэффициентом рудоносно-сти. Добыча руды осуществляется подземным способом на глубине до 300 м в условиях криолитозоны. Отработка крутопадающих рудных тел со сложной морфологией и дискретным распределением металла ведется системой с магазинированием руды, которая предполагает сплошную выемку без крепления вмещающих пород. Сплошная выемка с малым очистным пространством исключает поддержание отслоения пород по системе трещин, что в совокупности приводит к высокому разубоживанию руды - до 67%. По этой причине существующая геотехнология отработки балансовых запасов оказалась нерентабельна, вследствие чего произошла приостановка производства. Цель данной статьи - изыскание новых параметров в геотехнологии для выемки балансовых запасов, позволяющих поднять качество руды и вывести на рентабельный уровень производство металла. Результаты. Проведенные исследования состояния геологической среды и анализ причин снижения качества руды показали, что кроме сверхнормативного прихвата боковых пород при минимальной очистной мощности в 1 м большое влияние на повышение разубоживания руды оказывают вывалы с боков блока в местах повышенной трещиноватости пород и внутреннее засорение убогими рудами. Данные недостатки можно устранить, применив систему разработки подэтажными штреками, уступным забоем по простиранию и нисходящим порядком выемки запасов. Выводы. Обоснованы и разработаны параметры системы, при которой качество очистной руды повышено в два раза без увеличения себестоимости добычи.
Ключевые слова: золоторудное месторождение, тонкие, крутопадающие тела, разубоживание руды, убогие руды, система разработки, подэтаж, выемка уступами.
Формат цитирования: Павлов А.М., Васильев Д.С. Совершенствование технологии подземной разработки тонких крутопадающих тел золоторудного месторождения Коневинского // Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле Российской академии естественных наук. Геология, разведка и разработка месторождений полезных ископаемых. 2017. Т. 40. № 2. С. 88-94.
IMPROVING UNDERGROUND MINING TECHNOLOGY OF STEEPLY DIPPING THIN ORE BODIES OF KONEVINSKOE GOLD DEPOSIT
A.M. Pavlov, D.S. Vasiliev
Irkutsk National Research Technical University,
83, Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russian Federation.
Павлов Александр Митрофанович, профессор кафедры разработка месторождений полезных ископаемых, e-mail: pavlov-gp@rambler.ru
Alexander M. Pavlov, Professor of the Department of Mineral Deposit Development, e-mail: pavlov-gp@rambler.ru
2Васильев Денис Сергеевич, аспирант кафедры разработка месторождений полезных ископаемых, e-mail: go_gor@istu.edu; denisvasilyew@yandex.ru
Denis S. Vasiliev, Postgraduate student of the Department of Mineral Deposit Development, e-mail: go_gor@istu.edu; denisvasilyew@yandex.ru
Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле РАЕН. „о Геология, разведка и разработка месторождений полезных ископаемых Т. 40, № 2 ISSN
Proceedings of the Siberian Department of the Section of Earth Sciences RANS. 2541-9455
Geology, Exploration and Development of Mineral Deposits Vol. 40, No. 2
ABSTRACT. Introduction. Konevinskoe field is located in the Eastern Sayan highlands in the area with poor infrastructure equated to the Far North regions. Underground development of gold deposit is carried out by LLC "Khuzhir Enterprise". The deposit is represented by thin steeply dipping vein type gold mining bodies and is characterized by extremely irregular metal content in the ore with variable occurrence parameters and a low coefficient of ore-bearing. Ore mining is carried out by the underground method at the depth of 300 m in the permafrost zone. Development of steeply dipping ore bodies with a complex morphology and discrete distribution of metal is carried out by the ore shrinkage system which involves longwall stoping without supporting enclosing rocks. Longwall stoping with a small extraction space eliminates rock cleavage along the cracking system that results in high dilution of ore up to 67%. This is the reason why the existing mining geotechnology of balance reserves development became unprofitable and production was suspensed. The purpose of this article is the search for new parameters in balance reserve extraction geotechnology that will allow to raise the quality of ore and bring metal production to a profitable level. Results. Conducted studies of the condition of geological environment and the analysis of causes of ore quality deterioration showed that together with the excess sticking of wall rocks under minimal excavation width of 1 m, ore dilution is greatly affected by the inrushes from the block sides with increased rock fracturing and internal chocking with lean ores. These disadvantages can be eliminated through the use of a development system of sublevel drifts, breast-and-bench method and descending order of reserves excavation. Conclusions. The paper substantiates and develops the parameters of the system, which enables two-fold increase in the quality of the production ore without any increase in the production cost.
Keywords: gold deposit, thin steeply dipping bodies, ore dilution, lean ore, development system, sublevel, bench method
For citation: Pavlov A.M., Vasiliev D.S. Improving underground mining technology of steeply dipping thin ore bodies of Konevinskoe gold deposit. Proceedings of Siberian Department of the Section of Earth Sciences of the Russian Academy of Natural Sciences. Geology, Exploration and Development of Mineral Deposits. 2017, vol. 40, no. 2, pp. 88-94. (In Russian).
Введение
Коневинское месторождение расположено в высокогорье Восточных Саян в районе с неразвитой инфраструктурой, приравненном к Крайнему Северу. Разработку золоторудного месторождения подземным способом ведет ГОК «Ко-невинский» в сложных условиях геологической среды.
Рудные тела жильного типа представлены крутопадающими (средний угол падения - 75°) тонкими кварцевыми жилками мощностью 0,01-0,07 м в зоне рудных березитов, средняя мощность которых - 0,4 м, с невыдержанными параметрами по мощности и углам залегания, крайне неравномерным содержанием металла. Тела имеют столбообразное распространение по простиранию до 300 м и падению до 450 м.
Вмещающие породы представлены гнейсовидными березитами, березитизи-рованными гранодиоритами и расслан-цованными микродиоритами. В массиве горных пород преобладают две системы трещин - система крутопадающих
трещин, субпараллельных контактам рудного тела, и система секущих пологих трещин. Концентрация трещин носит дискретный характер.
Горные работы ведутся в условиях криолитозоны, температура массива горных пород меняется от минус 4°С на горизонте +2365 м до нуля на горизонте +2165 м. Водоприток в шахте отсутствует. Руда и вмещающие породы средней устойчивости, крепостью по шкале профессора М.М. Протодъяконова 1015.
Балансовые запасы руды отрабатывались системой с магазинированием руды, а запасы ниже горизонта +2315 м -с применением полевой подготовки и использованием самоходной техники. Применение последней доказало свое преимущество в производительности по системе разработки. Основной положительный фактор - самотечная доставка руды на плоское днище с высокопроизводительной отгрузкой руды с ортов-заездов погузочно-доставочными машинами в автосамосвалы. Анализ опыта
Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле РАЕН. ISSN Геология, разведка и разработка месторождений полезных ископаемых Т. 40, № 2 „д
2541-9455 Proceedings of the Siberian Department of the Section of Earth Sciences RANS.
Geology, Exploration and Development of Mineral Deposits Vol. 40, No. 2
отработки выявил, что при сужении очистного пространства менее 1 м неизбежно происходит его заклинивание от негабаритов вторичного разубоживания, а возникшее зависание руды при выпуске приводит к неплановым затратам по его ликвидации и к срыву плана добычи руды в блоке. В условиях отрицательных температур зависшая руда смерзается, что приводит к ее потере и перенастройке системы добычных работ. Невозможность поддержания боков креплением и целиками при сохранении минимальной выемочной мощности и сплошная выемка балансовых запасов привели к ухудшению качества руды. Так, общее разубожива-ние руды достигло 67%, что послужило причиной нерентабельной работы производства.
Таким образом, возникла острая необходимость совершенствования технологии разработки месторождения. С этой целью сотрудниками Иркутского национального исследовательского технического университета была изучена геологическая среда и проведены исследования геомеханического состояния массива горных пород при ведении очистной выемки руды и разработаны параметры эффективной подземной геотехнологии.
Методика исследований
Проведенные исследования состояния геологической среды выявили закономерность, состоящую в том, что распределение содержания металла в руде крайне неравномерно и носит дискретный характер. Убогие руды в площади балансовых запасов руды составляют 14,5%.
Методом щелевой разгрузки определено напряженно-деформированное состояние массива на глубинах разработки до 300 м. Расчетами с применением математического моделирования установлены параметры допустимых обнажений боков очистной выемки, которые показали, что массив устойчив и не
склонен к обрушениям при пролетах очистного пространства до 100 м (два этажа) при ширине блока 50 м, что подтверждается опытом отработки при отрицательных температурах и глубинах до 300 м. С глубиной более 300 м и выходом из криолитозоны, а также в зонах повышенной трещиноватости пролет сокращается до 50 м, ширина блока - до 20 м. Исследование трещиноватости массива выявило закономерность того, что области интенсивной трещиноватости располагаются дискретно и не превышают 60% площади отработки балансовых запасов руды. После производства взрывных работ происходит разрушение приконтакто-вых вмещающих пород на глубину в среднем 0,3 м в связи с субпараллельной и секущей трещиноватостью. Многолетняя мерзлота практически не противостоит данному виду нарушения устойчивости боковых пород, более того, негативно влияет на смерзание зависшей отбитой руды на расклиненных вывалах породы очистного пространства. Эти области и являются причиной повышенного разубоживания. На основе проведенных исследований сделан вывод, что применение системы с магазинированием руды в подобных условиях неэффективно по причине вовлечения в отработку убогих руд, превышения на 24% нормативного разубоживания. Переход же на отработку короткими магазинами на глубинах свыше 300 м, безусловно, дополнительно утяжелит экономику.
Предлагаемая технология В результате научно-исследовательских и опытно-промышленных работ, проведенных сотрудниками Иркутского национального исследовательского технического университета и ООО «Хужир Энтерпрайз», для отработки балансовых запасов тонких крутопадающих золотосодержащих жил предложена система подэтажной отбойки руды уступным забоем по простиранию с нисходящим порядком выемки и опорным креплением.
Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле РАЕН. р. Геология, разведка и разработка месторождений полезных ископаемых Т. 40, № 2 ISSN
Proceedings of the Siberian Department of the Section of Earth Sciences RANS. 2541-9455
Geology, Exploration and Development of Mineral Deposits Vol. 40, No. 2
При отработке рудного тела мощностью 0,4 м применима только шпуровая отбойка. Для снижения сейсмического воздействия взрыва на вмещающие породы и возможности контролировать отклонение направления рудного тела, исходя из опыта ведения взрывных работ, длина шпура принята не более 1,5 м. Отбойка руды производится уступами высотой не более двух метров (рис. 1). Высота уступа выбрана с позиции сохранения устойчивости бортов и ее контроля, а также подготовки полков для бурения, с которых можно обурить полностью забой с одного места. Такого вида отбойка производительна и позволяет безопасно вести буровые работы без сверхнормативного подрыва боковых пород.
Количество уступов выше подэтажа - не более двух. Выемка руды по нижнему уступу должна идти с опережением не менее 3-3,5 м, а опережение подэтажа - также не менее трех метров. Такое опережение обусловлено безопасностью нахождения бурильщика под защитой уступа, необходимостью контролировать состояние устойчивости обнажений в зоне производства буровых работ и одновременно вести буровые
работы в забоях. Бурение шпуров нижнего уступа производится с навала руды. Продвижение уступов осуществляется по простиранию от рудоспуска к границе фланга отбойки. Оставляемый подэтаж-ный целик высотой 1,6 м разрезается окнами через 3 м для осуществления вентиляции и отрабатывается в отступающем порядке с учетом забалансовых участков (см. рис.1).
Очистная минимальная выемочная мощность при отработке уступами равна 0,6 м, а при выемке целика - 0,5 м. Данное минимальное очистное пространство позволит выполнить работу по оборудованию полков для бурения, привести в безопасное состояние рабочие места, произвести бурение шпуров переносными перфораторами и осуществить передвижение по блоку.
Доставка руды производится с помощью скреперной установки по подэтажу до рудоспуска. Сечение подэтажного штрека обусловлено возможностью для прохода персонала, размером скреперного ковша, вместимостью в нем руды после отбойки подэтажа и уступов. Длина подэтажного штрека выбирается на основе условий
Рис. 1. Выемка балансовых запасов уступным забоем по простиранию Fig. 1. Balance reserves excavation by the breast-and-bench method
Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле РАЕН. ISSN Геология, разведка и разработка месторождений полезных ископаемых Т. 40, № 2 д,
2541-9455 Proceedings of the Siberian Department of the Section of Earth Sciences RANS.
Geology, Exploration and Development of Mineral Deposits Vol. 40, No. 2
оптимальной производительности скреперной доставки, кривизны рудного тела и устойчивости массива вмещающих пород. Так, например, при длине штрека 30 м допустимые напряжения в массиве снижаются в 1,4 раза по сравнению с длиной 50 м.
Выемка запасов ведется в нисходящем порядке. Общая высота подэтажа с учетом подэтажного штрека и целика - 8 м. Это позволяет сохранить устойчивость обнажений боковых пород с минимальными затратами на поддержание и локализовать отработанное пространство от рабочей зоны ведения работ. После очистной выемки подэтажа производится локализация его отработанного пространства от воздействия возможного обрушения вмещающих пород на рабочее пространство нижележащего подэтажа путем сохранения выше подэтажного штрека предохранительных полков. Кроме этого, путем подрыва боковых пород на уложенное перекрытие создаются регулярные бутовые полосы, которые обезопасят от влияния воздействия воздушной волны и будут служить искусственными податливыми целиками, а также создадут барьер от возможных обрушений (см. рис. 1). В криолитозоне бутовая полоса проливается водой, после чего порода смерзается и образуется искусственный целик, а в талых породах она проливается цементным молочком. Бутовую полосу можно заменить полосой из барьерных целиков и перекрытых окон (см. рис. 1). Расчеты показывают, что бутовую полосу достаточно возводить через три подэтажа, то есть через 24 м. При этом напряжения горных пород не превышают допустимых на участках очистной выемки руды размерами 30*24 м и сохраняется устойчивость бортов на глубинах более 300 м с положительными температурами массива пород.
Очистные работы проводятся в обе стороны от восстающего. Данный порядок выемки позволяет в зависимости от
условий геологической среды менять длину и высоту отработки, оставлять породные и забалансовые целики, а в местах с мощностью рудного тела менее 0,3 м вести щелевую селективную выемку руды с оставлением породы в подэтаже или отдельной ее выдачей. Предлагаемая технология исключает попадание породы возможных отслоений с бортов в руду. Кроме того, данный порядок выемки посредством изменения конструктивных параметров позволяет регулировать скорость погашения запасов, следовательно, регулировать процесс горного давления в массиве горных пород [1].
В трещиноватых вмещающих породах, склонных к вывалам, перед отбойкой уступов кровля крепится металлическими анкерами на минеральной основе через штрипсы (рис. 2).
Данное крепление вмещающих пород не позволяет развиваться процессу сползания пород по контактам трещин, что поможет сформировать минимальное очистное пространство на уступах.
Бурение верхнего уступа и подэтажного целика производится с подвесных полков (рис. 3, а). Дюралевые или другого вида полки укладывают на траверсы, которые подвешивают на цепочках к анкерам, закрепленным в подбурках с помощью металлических клиньев. Полки и крепление - многоразового пользования. Для дополнительной перестановки полка в качестве опоры используется распорная винтовая стойка. Также могут применяться полки из дерева (рис. 3, б). Оборудование предохранительных полков производится посредством установки деревянных распорных стоек через 1,5 м с перекрытием из досок толщиной не меньше 0,04 м.
На основе состояния устойчивости горных пород, работы оборудования, передвижения персонала и перемещения грузов высоту этажа рекомендуется принять 70 м [2].
Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле РАЕН. Р2 Геология, разведка и разработка месторождений полезных ископаемых Т. 40, № 2 ISSN
Proceedings of the Siberian Department of the Section of Earth Sciences RANS. 2541-9455
Geology, Exploration and Development of Mineral Deposits Vol. 40, No. 2
Рис. 2. Разновидность анкерного опорного крепления пород кровли подэтажного штрека перед процессом отбойки уступа Fig. 2. Variety of anchoring support of sublevel drift top rock before breast-stoping operations
б
Рис. 3. Примеры установки полков:
а - рабочие подвесные полки; б - рабочие и предохранительные полки из дерева Fig. 3. Examples of scaffold installation:
а - working suspended scaffolds; b - working and safety wooden scaffolds
Погрузка руды из рудоспусков осуществляется через люк с секторным затвором в автосамосвал, стоящий в орте-заезде под погрузку.
Целики, оставшиеся после выемки запасов вдоль восстающего, отрабатываются в последнею очередь в отступающем порядке попарно снизу вверх.
Подготовительные работы осуществляются проходкой с помощью проходческого комплекса восстающего.
На горизонтах, в лежачем боку проходится рудный и полевой штреки.
Выводы
Эффективность предлагаемой системы разработки по сравнению с системой с магазинированием достигается за счет:
- снижения горноподготовительных работ в два раза на 1000 т балансовой руды;
а
Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле РАЕН. ISSN Геология, разведка и разработка месторождений полезных ископаемых Т. 40, № 2 д_
2541-9455 Proceedings of the Siberian Department of the Section of Earth Sciences RANS.
Geology, Exploration and Development of Mineral Deposits Vol. 40, No. 2
- гибкой системы отработки, позволяющей оставлять породные и забалансовые целики, а также вести селективную выемку руды, оперативно в ходе отработки менять размеры подэтажа;
- снижения выемочной мощности в 1,9 раза;
- применения механизированной проходки восстающего с исключением срубового крепления;
- погрузки руды из рудоспусков из люков без работы погрузчиков;
Библиографический список
1. Павлов А.М. Совершенствование технологии подземной разработки жильных месторождений золота: монография. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2013. 128 с.
2. Неганов В.П. Технология разработки золоторудных месторождений. М.: Недра, 1995. 336 с.
- снижения объема перевозки горной массы и переработки руды на один грамм добытого металла.
Применение данной системы разработки позволит улучшить качество добываемой руды в два раза, при этом достигать производительности труда горнорабочего по жильной массе в смену не менее, чем с системой с магазинирова-нием руды, и в целом снизить издержки по производству металла и выйти на рентабельную работу.
References
1. Pavlov A.M. Sovershenstvovanie tekhnologii podzemnoj razrabotki zhil'nyh mestorozhdenij zolota [Improving underground mining technology of vein gold deposits]. Irkutsk, Irkutskij gosudarstvennyj tehnicheskij universitet Publ., 2013. 128 p.
2. Neganov V.P. Tekhnologiya razrabotki zolotorudnykh mestorozhdeniy [Development technology of gold deposits]. Moscow, Nedra Publ, 1995. 336 p.
Статья поступила 04.04.2017 г.
The article was received 04.04.2017.
Известия Сибирского отделения Секции наук о Земле РАЕН. g. Геология, разведка и разработка месторождений полезных ископаемых Т. 40, № 2 ISSN
Proceedings of the Siberian Department of the Section of Earth Sciences RANS. 2541-9455
Geology, Exploration and Development of Mineral Deposits Vol. 40, No. 2
