CC BY
12
Д.Н. Петров, Г.П. Необутов, А.Ф.Мамонов
ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ПО ОТРАБОТКЕ ОБОСОБЛЕННОГО РУДНОГО ТЕЛА В БОРТУ КАРЬЕРА ТРУБКИ «АЙХАЛ»
~П данный период за счет интенсивной отработки кимберли-
Х-#товых месторождений открытым способом карьеры достигли критической глубины. На месторождениях «Айхал» и «Мир» завершены открытые горные работы соответственно на глубинах 325 и 525 м. Осложнилась горнотехническая обстановка из-за загазованности карьеров выхлопными газами автотранспорта, продуктов буровзрывных работ и сероводородных испарений, большого объема вскрышных работ. Все это приводит к долговременным простоям карьеров.
Разработка законтурных запасов на стадии завершения работы карьеров имеет ряд особенностей, которые влияют на ведение очистных работ. Это смерзаемость и растепление кимберлитовой руды, размокание и выветривание, слоистость и большая трещинова-тость. Они оказывают существенное влияние на выбор системы разработки и параметры буровзрывных работ, а также на показатели полноты и качества извлечения при разработке рудных месторождений.
Переход на подземную разработку алмазоносных месторождений затрудняется отсутствием практики ведения горных работ в условиях Севера. Механический перенос традиционных технологий разработки в условиях многолетнемерзлых горных пород при переходе от открытых на подземные работы приведет к большим потерям и разубоживанию руды.
Социально-экономические проблемы развития Якутии, горнотехнические и горно-геологические условия подземной разработки рудных месторождений требуют создания технологий нового качественного уровня, позволяющих рационально использовать недра с минимальным экологическим ущербом. Одним из перспективных способов является система с камерной выемкой руды и заполнением выработанного пространства льдопородной закладкой, эффективность которой научно обоснована ИГДС СО РАН. Технология внедрена на наклоннопадающем месторождении средней мощно-
281
сти весьма ценных золотосодержащих руд Бадран в Якутии. Применение технологии позволило повысить качественные и количественные показатели добычи руды (при разработке месторождения Бадран потери и разубоживание составляют соответственно 3 % и 21 %, при ранее применявшейся камерно-столбовой системе эти показатели составляли соответственно 28-30 % и 30-35 %).
На основе принципов конструирования системы подземной разработки рудных месторождений криолитозоны с льдопородной закладкой ИГДС СО РАН разработаны технические решения по отработке слепого рудного тела месторождения кимберлитовой трубки «Айхал». Месторождение алмазосодержащих руд «Айхал» представляет собой крутопадающее сплюснуто-трубчатое тело. Руды месторождения представлены порфировыми кимберлитами и кимберлитовыми брекчиями и имеют среднюю степень трещино-ватости. Морфология рудных залежей весьма сложная, их контуры разведаны недостаточно. Имеются участки с «обратными» углами падения контактов. Вмещающие породы сложены доломитами, мергелями, известняками в мерзлом состоянии и имеют слоистое горизонтальное залегание. Трещиноватость вмещающих пород от средней до сильно трещиноватой.
С 1961 г. добыча запасов месторождения проводилась открытым способом и завершена на глубине 325 м. При открытой разработке месторождения в северо-восточном борту карьера была оставлена часть запасов руды (слепое рудное тело).
Конструированию технологических схем отработки слепого рудного тела месторождения трубки «Айхал» предшествовали исследования физико-механических характеристик горных пород, мониторинг теплового режима горных выработок и массива, прогноз продолжительности промораживания закладки в камерах, исследования закономерностей образования льдопородного материала, математическое моделирование напряженно-деформированного состояния массива пород, расчеты предельно устойчивых конструктивных параметров системы разработки.
Для геомеханического обоснования конструктивных и технологических параметров системы разработки с льдопородной закладкой ИГДС СО РАН были проведены экспериментально-аналитические исследования исходного напряженного состояния массива горных пород месторождения и напряженно-деформированного состояния конструктивных элементов системы
282
разработки во взаимодействии с массивом вмещающих пород с учетом влияния борта карьера и порядка отработки запасов рудного тела.
Результаты натурных исследований показали, что напряженное состояние нетронутого массива горных пород месторождения «Айхал» характеризуется лишь действием гравитационных сил при отсутствии тектонических напряжений.
При моделировании напряженно-деформированного состояния конструктивных элементов системы разработки были рассмотрены два варианта порядка отработки: первый вариант - вторичные камеры не закладываются льдопородой, второй - закладываются через одну.
На рис. 1 приведены изолинии вертикальной компоненты тензора напряжений для всей расчетной схемы.
На основе данных математического моделирования напряженно-деформированного состояния массива при различных вариантах развития горных работ с учетом продолжительности формирования закладочного массива была показана возможность отработки слепого рудного тела с использованием льдопородных целиков.
Проведенные лабораторные исследования основных физических характеристик (прочностные и плотностные свойства, влажность, пористость, набухаемость), а также спектральный анализ пород месторождения, предполагаемых к использованию как закладочный материал при возведении искусственных льдопородных целиков, показал, что вмещающие породы, представленные мергелями и доломитами, не обладают какими-либо свойствами, препятствующими их применению в качестве заполнителя смерзающейся закладки.
Проведенные экспериментальные исследования основных физических характеристик и режимов формирования льдопоро-ды в зависимости от температуры окружающего воздуха позволили определить технологические параметры возведения льдо-породной закладки и разработать рекомендации по отработке слепого рудного тела с льдопородной закладкой.
283
Рис. 1. Пример распределения эпюр напряжений при математическом моделировании
Первая технологическая схема заключается в послойной отработке залежи в восходящем порядке заходками с центральным разрезным штреком и льдопородной закладкой, вторая - в послойной отработке слепого рудного тела в восходящем порядке заходками с фланговым разрезным штреком и льдопородной закладкой, и третья - в последовательной отработке залежи системой разработки с льдопородной закладкой и системой с обрушением руды и вмещающих пород.
Общее представление о сути технических решений можно составить из указанной первой схемы.
Вскрытие рудного тела (рис. 2) производится спиральным съездом, проводимым во вмещающих породах, а также вентиляци-онно-ходовым восстающим с отделением для подачи закладочного материала из дробленых пород, расположенным в противоположном от съезда борту залежи.
Выемка запасов руды (рис. 3) производится слоями в восходящем порядке и начинается с проходки разрезного слоевого штрека в нижней части. Отработка выемочного слоя осуществляется за-ходками с слоевого штрека в обе стороны с наклоном к флангам залежи 10-12° для удобства проведения закладочных работ. Заход-ки вынимаются через одну, отбитая руда доставляется к рудоспуску. Закладочный материал доставляется погрузочно-доставочной машиной с породоспуска. Заполнителями закладочной смеси являются местные природные материалы: пустые породы, песок, пес-
284
чано-гравийная смесь, отходы котельных. Гранулометрический состав ограничивается
Рис. 2. Схема вскрытия рудного тела
Рис. 3. Схема выемки запасов рудного тела
крупностью не более 200 мм. Закладка отработанных заходок производится слоями 0,4-0,6 м, орошается водой и промораживается. После проморозки первичных заходок вынимаются вторичные за-ходки, которые можно закладывать пустыми породами без водона-сыщения - сухая закладка.
285
Второй и следующие слои также вскрываются со спирального съезда разрезными слоевыми штреками и работы по добыче руды и закладке пустот проводятся в указанном выше порядке.
К основным преимуществам системы разработки относятся высокое извлечение (потери 0-3 %) и незначительное разубожива-ние руды при эффективном поддержании выработанного пространства без сооружения закладочных комплексов и использования дорогостоящих материалов (цемент, сталематериалы и т.д.). Кроме того, подземное складирование (закладка) пустых пород позволяет за счет снижения объемов поверхностных отвалов существенно снизить загрязнение гидросферы и атмосферы.
Область применения - подземная разработка месторождений криолитозоны, представленных небольшими залежами ценных руд различных форм залегания в зоне распространения многолетней мерзлоты при рудах и вмещающих породах, обеспечивающих устойчивость очистных выработок в период выемки и закладки. Обоснована возможность комбинирования системы разработки с смерзающейся закладкой с мобильными, недорогими вариантами других систем для отработки участков месторождений с относительно низким содержанием полезного ископаемого, ггттп
— Коротко об авторах -
ПетровД.Н. - мл. научный сотрудник,
Необутов Г.П. - кандидат технических наук, ст. научный сотрудник, Мамонов А. Ф. - кандидат технических наук, ст. научный сотрудник,
ИГДС СО РАН.
286
