CC BY
12
УДК.622.271
ТЕХНОЛОГИЯ КОМБИНИРОВАННОЙ ВЫЕМКИ ТОНКИХ РУДНЫХ ЖИЛ ИЗ МАССИВОВ, СЛОЖЕННЫХ ПРОЧНЫМИ
ГОРНЫМИ ПОРОДАМИ
А.Ю. Чебан
Предлагается технология, включающая опережающую механическую высокоселективную выемку тонких рудных жил и минерализованных вмещающих пород посредством добычного комбайна и последующее взрывное рыхление массива пустых пород для формирования выработки необходимого поперечного сечения. Комбинированное оборудование добычного комбайна, обеспечивающее нарезание алмазными дисками щелей в прочных горных породах с относительно высокой производительностью, а также последующее скалывание ограниченных щелями целиков горных пород позволят существенно снизить энергоемкость выемки ценного минерального сырья. Производство буровзрывных работ после механической выемки полезного ископаемого обеспечит высокую производительность рыхления пустых пород. Реализация технологии позволит сохранить природное качество извлекаемого из недр минерального сырья и сократить себестоимость его последующей переработки.
Ключевые слова: ценное минеральное сырье, добычной комбайн, механическая выемка, нарезание щелей, скалывание, взрывное рыхление, рудная масса, выработка.
Введение. В настоящее время в связи с усложнением горногеологических условий отработки рудных месторождений и снижением качества запасов твердых полезных ископаемых, все больший интерес для горнодобывающих предприятий начинают представлять запасы ценного минерального сырья, сосредоточенные в тонких рудных телах. Так, на месторождениях Дарасунского рудного поля до 85 % запасов золота сосредоточены в жилах мощностью 0,15...0,4 м, отработка данных запасов преимущественно ведется подземным способом, при этом в некоторых случаях промышленный интерес могут представлять жилы мощностью 0,06 м [1 - 2]. Содержание золота в жилах может составлять десятки и сотни грамм на тонну руды, однако в связи с тем, что минимальная ширина очистного пространства при подземной отработке жил находится в пределах 0,8.1,0 м неизбежно значительное разубоживание богатой жильной массы минерализованными вмещающими и пустыми породами. Разубожи-вание минерального сырья ведет к увеличению расходов на его последующую переработку, росту количества хвостов, снижению выхода металла [3 - 5], что зачастую делает выемку запасов, сосредоточенных в жилах мощностью менее 0,1.0,2 м с применением традиционных технологий экономически нецелесообразной. Рентабельное освоение подобных запасов во многом зависит от возможности высокоселективной выемки богатой жильной массы с внедрением в горное производство усовершенствованных технико-технологических решений, обеспечивающих повышение ре-
сурсосбережения и энергетической эффективности, уменьшение загрязнения окружающей среды и количества получаемых отходов [6-9].
Постановка проблемы и состояние вопроса. Технологии, обеспечивающие комплексное и малоотходное использование добываемых георесурсов, в первую очередь должны быть реализованы при освоении месторождений ценного минерального сырья. При этом комплексное освоение подразумевает не только полное использование всех вовлеченных в отработку ресурсов месторождения, но и их подготовку к выемке и собственно выемку рациональным сочетанием различных технологических процессов и оборудования для достижения максимального эффекта за счет снижения энергоемкости работ, уменьшения пересортицы и разубоживания руд [7, 10]. Базовые принципы ресурсосберегающих технологий добычи и переработки минеральных ресурсов подразумевают такую организацию горнообогатительных работ, которая бы позволяла «не добывать, не дробить и не обогащать ничего лишнего» [6, 11].
При разработке тонких залежей крепких руд в настоящее время наиболее широко применяются технологические схемы с использованием взрывного рыхления, главным недостатком взрыва является значительное разубоживание рудной массы, которое будет тем выше, чем меньше мощность разрабатываемой рудной жилы [1]. Известны комбинированные технологии выемки ценного минерального сырья, согласно которым для уменьшения разубоживания руд наиболее богатых участков тонких жил осуществляется опережающая механическая выемка путем выбуривания, и последующее взрывание оставшейся части жилы. Так для селективной выемки руды маломощной залежи в работе [12] предлагается технология с применением комбайна КД800Э ведущего бурение по оси залежи в наиболее богатых участках пилотных скважин с последующим их разбуривани-ем и образованием компенсационных полостей, затем осуществляется взрывное рыхление целиков, оставшихся между разбуренными скважинами. Известны способы полностью механической выемки тонких залежей крепких руд путем выбуривания руд скважинами разного диаметра, а также разбуривания пилотных скважин через одну с заполнением выработанного пространства закладочными смесями [13]. Технологии выбуривания с расширением скважин позволяют экономически эффективно отрабатывать рудные залежи мощностью 0,6.. .1,0 м. С применением выбуривания возможна отработка и весьма тонких залежей ценного минерального сырья мощностью 0,2.0,3 м скважинами без их последующего расширения [13], недостатками способа являются низкая производительность и высокие потери руды, оставляемой в межскважинных целиках.
Для разработки тонких залежей возможно применение горного оборудования с фрезерными рабочими органами. Так, в работе [14] представлена технологическая схема доработки тонких рудных жил с применением автономного выемочного модуля, включающего сдвоенные дисковые фре-
зы, напор которых на забой осуществляется силовыми гидроцилиндрами, корпус модуля фиксируется в выработке прямоугольного сечения посредством распорных гидроцилиндров, полученная рудная масса удаляется из забоя вакуумной системой.
Недостатком данного технико-технологического решения являются потери руды в целиках между выработками. В работе [15] предлагается технология открытой отработки тонких крутонаклонных рудных тел стреловым комбайном с фрезерным рабочим органом и приемно -сортировочным агрегатом для выделения из рудной массы обогащенных ценным компонентом мелких фракций, комбайн последовательно отрабатывает рудное тело и вмещающие породы. Общими недостатками технологий с применением машин, оснащенных фрезерными рабочими органами, являются высокая энергоемкость фрезерования, небольшая производительность и низкая технологическая эффективность при разработке массивов, сложенных прочными горными породами.
Для повышения производительности и снижения энергоемкости работ при безвзрывной разработке массивов горных пород разработаны технологические схемы и оборудование для комбинированной отбойки пород. В работе [16] предлагается способ отработки тонких залежей полезных ископаемых смешанным забоем с применением стрелового проходческого комбайна, оснащенного режущей головкой и гидравлическим молотом, при этом полезное ископаемое вынимается режущей головкой с образованием вруба, а более прочные вмещающие породы разрушаются гидромолотом, за счет чего обеспечивается существенное снижение энергоемкости работ и увеличение скорости проходки. Известна конструкция комбайна КВЭ с комбинированным щелевым рабочим органом, оснащенным режущим диском с резцами (дисковой фрезой) для прорезания в массиве щели и конической шарошкой для взламывания породных целиков, образуемых щелью, что позволяет совместить преимущества струговой и комбайновой технологий добычи [17 - 18]. Однако оборудование, представленное в работах [16 - 18], не обеспечивает возможность разработки прочных горных пород и селективной выемки тонких рудных жил мощностью первые десятки сантиметров.
Целью работы является создание технико-технологического решения по отработке массива, сложенного прочными горными породами с применением горного комбайна обеспечивающего высокоселективную выемку тонких рудных жил мощностью менее 0,1.0,2 м, относительно невысокую энергоемкость выемки за счет применения комбинированного рабочего оборудования, а также возможность одновременного приема и аккумулирования горной массы разных типов.
Автором предлагается комбинированная технология, включающая селективную механическую выемку тонких рудных жил 1 и минерализо-
ванных вмещающих пород 2 с применением добычного комбайна 3, а также взрывное рыхление массива пустых пород (рисунок).
Схема технологии комбинированной выемки тонких рудных жил: а, б - общий вид добычного комбайна, ведущего нарезание опережающих щелей; в - взламывание целика тонкой рудной жилы; г - нарезание дополнительных щелей; д - скалывание целиков минерализованных вмещающих пород; е - подготовка массива пустых пород к взрывному рыхлению
Добычной комбайн оснащен комбинированным рабочим оборудованием, включающим два режущих диска 4 и скалывающие диски 5, 6 для взламывания оконтуренных щелями 7, 8 целиков 9, 10. Недостатком режущего диска (дисковой фрезы), применяемой на комбайне КВЭ [18] является значительная ширина прорезаемой щели, составляющая 50мм, что ведет к повышенной энергоемкости процесса резания. Для уменьшения суммарных затрат энергии при выемке тонкой рудной жилы комбинированным рабочим оборудованием необходимо стремиться к минимизации ширины режущих дисков. В настоящее время для распиловки каменных блоков активно используется оборудование с алмазными режущими дисками [19]. Достоинством алмазных режущих дисков является возможность работы с весьма прочными горными породами (гранитами, гранодиорита-ми, базальтами и др.) с пределом прочности на сжатие до 300.400 МПа с относительно высокой производительностью, а также сравнительно небольшая ширина прорезаемых ими щелей. Так, если ширина дисковых фрез диаметром 1,2.1,5 м составляет 30.40 мм, то у алмазных режущих дисков аналогичного диаметра ширина режущих сегментов составляет всего 7,5.8,5 мм, а ширина режущих сегментов алмазных дисков диаметром 0,6, 0,8 и 1,0 м равна соответственно 5, 6 и 7 мм [19], в связи с чем для нарезания опережающих 7 и дополнительных 8 щелей в массиве прочных горных пород на добычном комбайне 3 предлагается использовать алмазные режущие диски 4.
Также добычной комбайн 3 включает платформу 11 на рельсовом ходу, приемные емкости 12, 13 с донной разгрузкой, соответственно для рудной массы и минерализованных вмещающих пород, гидравлическую систему 14 для привода элементов комбайна 3, систему подачи воды 15 к режущим дискам 4, поворотную телескопическую раму 16, на которой установлено комбинированное рабочее оборудование (см. рисунок, а). Алмазные режущие диски 4 приводятся во вращение гидромотором 17 через трансмиссию 18 и приводной вал 19 со шлицами, конструкция которого позволяет изменять расстояние между алмазными режущими дисками 4. Скалывающие диски 5, 6 установлены на рычагах взаимодействующих с гидроцилиндрами 20, 21. Поворотная телескопическая рама 16 шарнирно крепится к платформе 11 и посредством гидроцилиндра 22 позиционируется в выработке 23 с учетом угла падения а тонкой рудной жилы 1 (см. рисунок, б).
Технология предусматривает восходящую выемку тонкой рудной жилы 1, а также рыхление массива пустых пород 24 с образованием выработки необходимого поперечного сечения посредством буровзрывных работ с последующей породной закладкой. Добычной комбайн 3 по рельсам 25 перемещается вдоль выработки 23, при этом алмазные режущие диски 4, установленные друг от друга на расстоянии равном мощности тонкой рудной жилы 1, производят образование опережающих щелей 7 по обоим
бортам тонкой рудной жилы 1 на максимально возможную глубину нарезания И (см. рисунок, б).
После образования опережающих щелей 7 комбайн 3 возвращается в исходное положение. Передний скалывающий диск 5 на рычаге поднимается гидроцилиндром 20 и с усилием внедряется в одну из опережающих щелей 7 при одновременном поступательном движении добычного комбайна 3, в результате чего происходит взламывание обнаженного опережающими щелями 7 целика 9 нижней части тонкой рудной жилы 1 (см. рисунок, в). Отделенные от тонкой жилы 1 куски рудной массы через направляющую пластину 26 подаются в приемную емкость 12.
Добычной комбайн 3 возвращается в исходное положение, после чего осуществляется раздвижение на шлицах приводного вала 19 алмазных режущих дисков 4 на ширину В прорезаемой выемки 27 с учетом габаритов комбинированного рабочего оборудования, установленного на поворотной телескопической раме 16 (см. рисунок, г). Осуществляется образование дополнительных щелей 8 на глубину нарезания И. После чего посредством подъема задних скалывающих дисков 6 на рычаге гидроцилиндром 21 при поступательном движении комбайна 3 производится взламывание обнаженных дополнительными щелями 8 целиков 10 минерализованных вмещающих пород 2 (см. рисунок, д), которые через направляющую пластину 28 подаются в приемную емкость 13.
После завершения рабочего цикла, включающего отработку тонкой рудной жилы 1 и целиков 10 минерализованных вмещающих пород 2 на глубину нарезания И, производится возвращение добычного комбайна 3 в исходное положение. Осуществляется подъем комбинированного рабочего оборудования посредством поворотной телескопической рамы 16 на высоту, соответствующую глубине нарезания И и последующее повторение рабочих циклов до формирования прорезаемой выемки 27 на расчетную глубину Н. После чего добычной комбайн 3 и рельсы 25 убираются из выработки 23, производится бурение шпуров 29 их заряжание и взрывание пустых пород 24 с образованием выработки необходимого сечения для повторного размещения добычного комбайна 3 (см. рисунок, е).
Рудная масса тонкой жилы 1 отправляется на обогатительную фабрику, где после дробления и измельчения подвергается гравитационному обогащению с получением концентрата, направляемого непосредственно на плавку, что обеспечивает высокие показатели извлечения металла. Минерализованная горная масса после дробления перерабатывается с применением кучного выщелачивания. Раздельная переработка богатой рудной массы жилы и минерализованных вмещающих пород позволяет получить высокое общее извлечение металла из руд сложноструктурного массива и уменьшить затраты на переработку минерального сырья за счет исключения из технологической схемы процесса измельчения минерализованных вмещающих пород, направляемых на кучное выщелачивание.
Представленное в статье технико-технологическое решение с применением добычного комбайна усовершенствованной конструкции позволит вести высокоселективную выемку тонких рудных жил из горных массивов, что обеспечит выполнение одного из базовых принципов ресурсосбережения - «не добывать ничего лишнего». Применение алмазных режущих дисков позволит осуществлять нарезание опережающих и дополнительных щелей в горных породах высокой прочности с относительно большой производительностью. Комбинированное оборудование добычного комбайна, обеспечивающее нарезание алмазными дисками щелей малой ширины, а также последующее скалывание ограниченных щелями целиков горных пород, позволит существенно снизить энергоемкость выемки. Формирование выработки необходимого поперечного сечения с применением буровзрывных работ, после механической выемки минерального сырья, позволит избежать разубоживания полезного ископаемого и обеспечит высокую производительность рыхления массива прочных пустых пород. Реализация предлагаемых решений позволит сохранить природное качество извлекаемого из недр ценного минерального сырья, а также сократить себестоимость его последующей переработки при одновременном увеличении выхода металла, что обеспечит возможность рентабельного освоения запасов, содержащихся в тонких рудных жилах.
Список литературы
1. Рогизный В.Ф., Хромов В.М. Селективная выемка маломощных рудных тел с применением малогабаритного самоходного оборудования // Рациональное освоение недр. 2019. №2-3. С.88-98.
2. Гораш Ю.Ю. Развитие золотодобычи на Дарасунском руднике // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2004. №11. С. 154-156.
3. Jarvie-Eggart M.E. Responsible Mining: Case Studies in Managing Social & Environmental Risks in the Developed World. Colorado: Society for Mining, Metallurgy and Exploration, 2015. 804 р.
4. Обоснование параметров рудничной сепарации рудничной массы при разработке медных месторождений Жезказганского региона / Ю.А. Юн, Е.Н. Есина, А.Г. Рыльников, Л.А. Гаджиева // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2019. №3. С. 203-212.
5. Adams M. D. Gold Ore Processing: Project Development and Operations. 2nd ed. Amsterdam: Elsevier, 2016, 980 p.
6. Трубецкой К.Н., Шапарь А.Г. Малоотходные и ресурсосберегающие технологии при открытой разработке месторождений. М.: Недра, 1993. 272 с.
7. Kaplunov D.R., Ryl'nikova M.V. Principles of projecting mining-and-engineering systems for integrated mineral mining with a combined geotechnol-ogy // Journal of Mining Science. 2008. Vol. 44. №6. P. 578-584.
8. К вопросу защиты окружающей среды от мелкодисперсной пыли горных предприятий / Г.В. Стась, С.З.К. Калаева, К.М. Муратова, Я.В. Чистяков // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2019. Вып.1. С. 92-109.
9. Starke L. Breaking New Ground: Mining, Minerals and Sustainable Development. London: IIED, 2016. 480 p.
10. Эффективность комбинирования технологий выемки руд в пределах рудного поля / В.И. Голик, В.Г. Лукьянов, Н.М. Качурин, Г.В. Стась // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2020. Т. 331. №10. С. 32-39.
11. Хопунов Э.А. Проблемы рудоподготовки в «четвертой промышленной революции» // Известия вузов. Горный журнал. 2019. №5. С. 54-62.
12. Михайлов Ю.В., Васильев А.Е., Горный С.В. Подготовка рудного тела к выемке полезного ископаемого комбинированным способом // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2003. №8. С. 114-116.
13. Поздняков М.В., Михайлов Ю.В., Курбанмагомедов К.Д. Выбор безопасной технологической схемы добычи крепких маломощных руд выбуриванием // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. 2013. №2. С.52-55.
14. Чебан А.Ю. Технология доработки рудных тел добычной установкой, оборудованной автономным выемочным модулем // Маркшейдерия и недропользование. 2019. №4. С.22-28.
15. Чебан А.Ю. Совершенствование геотехнологии выемки тонких рудных тел с применением стрелового комбайна // Известия Тульского государственного университета. Науки о Земле. 2020. Вып.1. С. 340-348.
16. Лабутин В.Н. Применение комбинированного способа разрушения горных пород при проведении выработок смешанным забоем // Фундаментальные и прикладные вопросы горных наук. 2016. Т.3. №2. С. 108113.
17. Разработка малозахватных рабочих органов выемочных агрегатов типа ВСА для маломощных угольных пластов / Ю.В. Дмитрак, А.Н. Картавый, Н.Г. Картавый, В.А. Серов // Горное оборудование и электромеханика. 2012. №7. С. 2-7.
18. Техника и технология малозахватной выемки твердых полезных ископаемых из маломощных пластов / Ю.В. Дмитрак, А.Н. Картавый, Н.Г. Картавый, В.А. Серов // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2011. №S4-7. С. 3-13.
19. Чирков А.С. Добыча и переработка строительных горных пород. М.: Изд-во МГГУ, 2005. 623с.
Чебан Антон Юрьевич, канд. техн. наук, доц., вед. науч. сотр., cheba-nay@mail.ru, Россия, Хабаровск, Институт горного дела Хабаровского Федерального исследовательского центра Дальневосточного отделения Российской академии наук
TECHNOLOGY OF COMBINED EXCA VA TION OF THIN ORE VEINS FROM MASSES PACKED BY STRONG ROCKS
A.Yu. Cheban
The article proposes a technology that includes advanced mechanical highly selective mining of thin ore veins and mineralized host rocks by means of a mining shearer and subsequent explosive loosening of the waste rock mass to form the required cross-section. The combined equipment of the mining shearer, which provides cutting with diamond discs of cracks in solid rocks with a relatively high productivity, as well as the subsequent shearing off of pillars of rocks limited by cracks, will significantly reduce the energy consumption of the extraction of valuable mineral raw materials. Drilling and blasting operations after mechanical extraction of minerals will provide high productivity of loose rock loosening. The implementation of the technology will allow preserving the natural quality of minerals extracted from the bowels and reducing the cost of its subsequent processing
Key words: valuable mineral raw materials; mining harvester; mechanical excavation; cutting cracks; chipping; explosive loosening; ore mass; gallery.
Cheban Anton Yuryevich, candidate of technical sciences, docent, leading researcher, chebanay@mail. ru, Russia, Khabarovsk, Mining Institute of the Khabarovsk Federal Research Center of the Far Eastern Branch of the Russian Academy of Science.
Reference
1. Rogizny V. F., Khromov V. M. Selective excavation of low-power ore bodies with the use of small-sized self-propelled equipment // Rational development of mineral resources. 2019. №2-3. pp.
88-98. 2. Gorash Yu. Yu. Development of gold mining at the Darasun mine // Mining information and Analytical Bulletin. 2004. No. 11. Pp. 154-156.
3. Jarvie-Eggart M. E. Responsible Mining: Case Studies in Managing Social & Environmental Risks in the Developed World. Colorado: Society for Mining, Metallurgy and Exploration, 2015. 804 p.
4. Justification of the parameters of mine separation of the mine mass in the development of copper deposits in the Zhezkazgan region / Yu. A. Yun, E. N. Esina, A. G. Rylni-kov, L. A. Gadzhieva // Proceedings of the Tula State University. Earth sciences. 2019. No. 3. Pp. 203-212
. 5. Adams M. D. Gold Ore Processing: Project Development and Operations. 2nd ed. Amsterdam: Elsevier, 2016, 980 p.
6. Trubetskoy K. N., Shapar A. G. Low-waste and resource-saving technologies in open field development. Moscow: Nedra, 1993, 272 p.
7. Kaplunov D.R., Ryl'nikova M.V. Principles of projecting mining-and-engineering systems for integrated mineral mining with a combined geotechnology // Journal of Mining Science. 2008. Vol. 44. No. 6. P. 578-584.
8. On the issue of environmental protection from fine dust of mining enterprises / G. V. Stas, S. Z. K. Kalaeva, K. M. Muratova, Ya. V. Chistyakov / / Izvestiya Tulskogo gosudar-stvennogo universiteta. Earth sciences. 2019. Issue 1. pp. 92-109.
9. Starke L. Breaking New Ground: Mining, Minerals and Sustainable Development. London: IIED, 2016. 480 p.
10. Efficiency of combining technologies of ore extraction within the ore field / V. I. Golik, V. G. Lukyanov, N. M. Kachurin, G. V. Stas // Izvestiya Tomskogo politechnich-eskogo universiteta. Engineering of geo-resources. 2020. T. 331. No. 10. pp. 32-39.
11. Khopunov E. A. Problems of ore preparation in the "fourth industrial revolution" / / Izvestiya vuzov. Mountain magazine. 2019. No. 5. P. 54-62.
12. Mikhailov, Yu., Vasiliev A. E., S. V. Mining and Preparing the ore body for excavation of the mineral combined method // Mining information-analytical Bulletin. 2003. No. 8. P. 114-116.
13. Pozdnyakov M. V., Mikhailov Yu. V., Kurbanmagomedov K. D. Selection of a safe technological scheme for the extraction of strong low-power ores by drilling // Bulletin of the North Caucasus Federal University. 2013. No. 2. pp. 52-55.
14. Cheban A. Yu. Technology of ore bodies completion by a mining unit equipped with an autonomous mining module // Surveying and subsurface use. 2019. No. 4. p. 22-28.
15. Cheban A. Yu. Improving the geotechnology of thin ore bodies excavation using a boom combine // Proceedings of the Tula State University. Earth sciences. 2020. Issue 1. pp. 340-348.
16. Labutin V. N. Application of the combined method of rock destruction when conducting workings with a mixed face / / Fundamental and applied issues of mining sciences. 2016. Vol. 3. No. 2. S. 108-113.
17. Development milosovitch working bodies of the excavation units and the ICA for thin coal seams / J. V. Dmitruk, A. N. Burr, N.G. Burr, V. A. Serov // Mining machinery and electromechanics. 2012. No. 7. Pp. 2-7.
18. Technique and technology of low-coverage excavation of solid minerals from low-power layers / Yu. V. Dmitrak, A. N. Kartavy, N. G. Kartavy, V. A. Serov // Mining information and Analytical Bulletin. 2011. No. S4-7. pp. 3-13.
19. Chirkov A. S. Mining and processing of construction rocks. Moscow: MGGU Publishing House, 2005. 623 c.
