CC BY
16
--© Г.В. Шубин, Б.Н. Заровняев,
И.В. Васильев, А.С. Курилко, М.В. Каймонов, 2012
Г.В. Шубин, Б.Н. Заровняев, И.В. Васильев, А.С. Курилко, М.В. Каймонов
СПЕЦИФИКА КОМБИНИРОВАННОЙ ДОРАБОТКИ ГЛУБОКИХ АЛМАЗНЫХ ТРУБОК В УСЛОВИЯХ КРИОЛИТОЗОНЫ
При доработке глубоких карьеров и переходе на подземный способ под защитой предохранительной подушки рассматривается вопрос об её технологических свойствах, агрегатном состоянии и возможности оптимизации её контроляшоверх-ности карьера.
Ключевые слова: защитная подушка, подкарьерные запасы, рудная подушка.
в связи с достижением многих карьеров критических глубин стал неизбежным переход отработки ряда кимберлитовых трубок на подземный способ разработки, что было сопряжено с громадными трудно решаемыми проблемами, т.к. мировая практика горного дела не располагает значительным опытом отработки подкарьерных запасов в экстремальных климатических и невероятно сложных горнотехнических условиях.
В настоящее время компанией «Алроса» начиная с 1999 г. подземным способом отрабатывается три месторождения (трубки) «Мир», «Интернациональная», «Айхал», системами с закладкой выработанного пространства. В то же время наработанного опыта компанией за столь короткое время явно недостаточно, принимая во внимание тот факт, что системы с принудительным обрушением на рудниках АК «АЛРОСА» ранее не применялись.
В связи с этим необходимо изыскание и разработка неординарных технических и технологических решений по целому ряду вопросов дальнейшей отработки практически каждой трубки, учитывая своеобразие каждой из них, обеспечивающих минимальные потери и разубоживание руд при со-
блюдении рентабельности их отработки в особенности менее ценных (беднотоварных) руд ряда месторождений, к которым относится трубка «Удачная», где использование чрезвычайно затратных систем с закладкой выработанного пространства применяемых при отработке трубок «Мир», «Интернациональная» и «Айхал» экономически нецелесообразно.
В этом случае по заключению ряда НИИ эффективными будут только менее затратные системы с принудительным обрушением. Горные работы в этом случае производятся под породной или рудной подушкой, отсыпаемой на дне отработанного карьера, обеспечивающей защиту рудников от неблагоприятных факторов.
К защитной подушке в целях обеспечения безопасности ведения подземных горных работ предъявляются целый ряд жестких требований: круглогодичная подвижность без образования зависаний и смерзшихся зон в зимний период при ведении очистных работ в руднике; беспрепятственный транзит поверхностных и грунтовых вод, предотвращая тем самым образование техногенного озера на дне отработанного карьера и внезапный прорыв скопившихся вод в подземные горные выработки; требуемую мощность (~ 30 м) для защиты от динамических воздействий падающих с уступов отработанного карьера пород; требуемый уровень аэродинамической связи подземных горных выработок с отработанным пространством карьера, обеспечивающий положительный температурный режим материала подушки в зимний период и в то же время предотвращая возникновение незапланированных утечек вентиляционного воздуха.
При этом определяющее значение имеет обеспечение сыпучих свойств защитной породной подушки в течение всего периода существования рудника в летний, зимний и переходный периоды.
Ранее проведены специальные исследования и численные эксперименты на разработанных математических моделях процессов смерзания и льдообразования в отбитой руде применительно к условиям мерзлотных горизонтов алмазодобывающего рудника АК «АЛРОСА» [1].
На рис. 1—2 приведены графики суммарного влаго- и льдонакопления в блоке отбитой мёрзлой руды.
Рис. 1. Динамика суммарного влагонакопления (вода+лёд) в блоке отбитой руды (в0=+3°С; ^ = -4°С; mo=0,2; h = 400 Па; w = 0,1 д.е.)
-12 час ---24 час
\ 1 1 .....48 час ---72 час ----120 час -240 час
1 ■
1 ■
1 : -----360 час .........720 час
1 -1
1 ■
р ы ------------
О 2 4 6 8 10 12 14 16 1В 20
Высота, м
Рис. 2. Динамика суммарного льдонакопления в блоке отбитой руды (вй=+3°С; ^ = -4°С; mo=0,2; h = 400 Па; w = 0,1 д.е.)
Как видно из графиков, уже через 48 часов в блоке отбитой руды в нижней его части происходит накопление влаги до 1,5 %. Распределение конденсата имеет характерный «горб», который в течение времени сдвигается вглубь блока. В зоне с положительной температурой руды влага находится в жидком состоянии, а в зоне с отрицательной температурой — в твёрдом в виде льда (инея). Изменение содержания льда по высоте блока отбитой руды для этого примера показано на рис. 2.
На интенсивность накопления влаги в большой степени влияет теплоёмкость руды. Чем она выше, тем интенсивнее и
ближе к границе происходит процесс конденсации влаги (льда) из воздуха. Основным фактором, определяющим теплоёмкость горной породы, является её естественная влажность, т.е. влажность, содержащаяся внутри куска отбитой породы.
Влияние на характер распределения накопленной влаги в блоке также оказывает средний диаметр куска отбитой руды. В случае преобладания в навале мелких кусков влага накапливается в нижних слоях блока. При больших кусках распределение влаги более равномерное.
Расчеты показали, что, чем меньше начальная пустот-ностьm0 блока отбитой мерзлой руды, тем ниже по высоте блока зона накопления конденсата. При высоких значениях пустотности ^0>0,3) закупорка каналов инеем (при высоте блока 20 м) не происходит, отбитая руда растепляется на всю высоту блока.
На рис. 3 приведены скорости фильтрации для различных значений внутренней влажности руды при пустотности m0=0,1 и m0=0,2. Как видно из графиков, не во всех случаях происходит закупорка каналов инеем. Видно, что при малых значениях внутренней влажности руды она происходит намного позже, а с увеличением пустотности и уменьшением теплоёмкости закупорка каналов инеем не происходит.
Так как время смерзания отбитой руды и расположение зоны интенсивного льдонакопления по высоте блока зависят от множества факторов (пористость блока, теплоёмкость и средний диаметр кусков руды и их температура, температура и влагосодержание воздуха и др.) выбор технологических параметров должен производиться для каждого конкретного случая индивидуально с учётом всех вышеперечисленных параметров.
В случае замерзания породной подушки, отсыпанной на дне карьера, она может потерять сыпучие свойства. В связи с этим должны быть предприняты меры по снижению интенсивности процессов возможного льдообразования в подушке.
Выполнение перечисленных требований к возводимой подушке в отсутствие практического опыта её возведения и эксплуатации требует соблюдение жестких требований при её сооружении и является довольно сложной разноплановой
задачей, требующей решения сложных неординарных, взаимосвязанных задач с привлечением широкого круга специалистов различного профиля и использованием методов математического моделирования, натурных наблюдений и экспериментов.
--ГО=0,1 №=0,15
--т=С,1 \¥=0.1 т=0,1 *=0,05 -гт=0,2 №1=0,15
-ГГР0,2 -ГО=0,2 №Р=0,05
Ч" - \
V \
О 10 0 200 300 400 500 600 700 Вреш.час
Рис. 3. Динамика скорости фильтрации при различной внутренней влажности руды и пустотности блока
Одной из важнейших и первостепенных задач комбинированной доработки тр. «Удачная» является создание технологии безопасной выемки руды при отработке верхних горизонтов рудника «Удачный». Этообеспечивается путем использования высокопроизводительных систем разработки (с годовым объёмом добычи руды до 4.0 млн т. в год) под защитой рудо — породной предохранительной подушки [2].
После завершения работ по отсыпке рудопородной защитной подушки на дне отработанного карьера и полной его консервации исключается возможность нахождения людей для ведения наземных геодезических и топографических исследований с помощью традиционных приборов.
В этом случае контроль за динамикой смещений защитной подушки в процессе ведения подземных горных работ при отработке подкарьерных запасов возможен только с помощью приборов дистанционного типа, в частности с использованием систем лазерного сканирования специально разра-
ботанных для условий открытых горных работ швейцарской фирмой «Leica», хорошо зарекомендовавших себя, пригодных для использования в суровых климатических условиях. Это в полной мере относится к системе HDS 8800, которая отличается высокой скоростью сканирования, простой в управлении, удобной в
Рис. 4. Контроль за динамикой смещений защитной подушки с использованием систем лазерного сканирования
использовании. Система кроме высокоскоростного сканера так же включает: цифровую панорамную фотокамеру с разрешением 70мПкс, позволяющей получать снимки с высококачественным изображением; планшетный полевой компьютер (ППК) Explore, хорошо защищенный от внешних негативных воздействий; оптический трегер, обеспечивающий стабильную устойчивость прибора во время работ.
Сотрудниками СВФУ и ИГДСевера разработана методика проведения инструментального контроля вышеуказанным оборудованием с целью исследования сыпучих свойств предохранительной рудопородной подушки образованной на дне карьера, путем установления её подвижности (смещения по сигнальным маячкам) на локальных участках при подземной выпуске руды. Такую систему предполагается использовать при проведении опытно-экспериментальных работ на
руднике «Удачный», а в последующем для оценки динамики смещений возведенной защитной подушки (рис. 4).
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Каймонов М.В. Влияние процессов теплои массопереноса на смер-заемость руды в очистных блоках рудников Севера / дисс.... к.т.н., ИГДСе-вераим.Н.В.Черского СО РАН. — Якутск,2008-139 с.
2. Хохолов Ю. А., Курилко А. С., Каймонов М. В., Шубин Г.В. Моделирование термического состояния предохранительной подушкина руднике «Удачный». //Геомеханические и геотехнологические проблемы эффективного освоения месторождений твердых полезных ископаемых северных и северо-восточных регионов России : труды Всерос. науч. — практ. конф.,-Якутск : Издательство Института мерзлотоведения им. П. И. Мельникова СО РАН, 2011. — С273-277 ЕШ
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Заровняев Борис Николаевич — доктор технических наук, профессор, mine_academy@mail. ги,
Шубин Григорий Владимирович — кандидат технических наук, доцент, grigshubin@mail.ru,
Васильев Иннокентий Васильевич — zaq.300@mail.ru, Северо-Восточный федеральный университет им. М.К.Аммосова, Курилко Александр Сардокович — доктор технических наук, заведующий лабораторией, a.s.kurulko@igds.ysn.ru,
Каймонов Михаил Васильевич — кандидат технических наук, научный сотрудник, gtf@igds.ysn.ru,
Институт горного дела Севера им Н.В. Черского Сибирского отделения РАН.
