CC BY
44
СЕМИНАР 7
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2000 г.
© Е.А. Чижов, В.Х. Беркович, 2001
ч
УДК 622.272
Е.А. Чижов, В.Х. Беркович
ТЕХНОЛОГИЯ ПОДЗЕМНОЙ ПОВТОРНОЙ ОТРАБОТКИ МЕДНОКОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СРЕДНЕГО УРАЛА
Р
ациональное использование и охрана недр предопределяет не только интенсивное и полное извлечение полезных ископаемых, но и вовлечение в хозяйственный оборот по мере совершенствования технологии участков месторождения, до недавнего времени считавшихся нерентабельными. Вовлечение в эксплуатацию некондиционных и ранее потерянных руд и получение за счет этого дополнительного металла оказывается экономически более выгодными, с народнохозяйственной точки зрения, чем выпуск такого же металла в результате разведки и освоения нового месторождения.
Запасы руды, пригодной для повторной отработки, имеются на каждом горном предприятии Среднего Урала. И предпосылкой целесообразности их извлечения является то, что для повторной
Таблица
ЗАПАСЫ РУДЫ ДЛЯ ПОВТОРНОЙ РАЗРАБОТКИ
добычи руды можно использовать имеющиеся капитальные горные выработки и действующее оборудование.
Повторная отработка месторождений не только способствует повышению полноты использования недр, но и имеет большое социальное значение, так как позволяет продлить срок существования горнодобывающих предприятий, которые дорабатывают свои балансовые запасы, а также более полно использовать производственные мощности действующих обогатительных фабрик и медеплавильных заводов.
В качестве потенциальных объектов повторной разработки были выбраны рудники Дегтяр-ского рудоуправления, Кировградского и Красноуральского медеплавильных комбинатов. На основе маркшейдерской и геологической документации, анализа результатов исследования процесса сдвижения горных пород и земной поверхности и визуального обследования состояния горных выработок проведен сбор и анализ данных о количестве и качестве неизвлеченных и списанных в потери запасов руд на упомянутых рудниках.
О количестве и качестве этих запасов можно судить по таблице.
Отечественный и зарубежный опыт показывает, что возможно и целесообразно наиболее полное извлечение бедных и окисленных руд, пото-
Рудник Запасы руды в предохранительных целиках Неизвлеченные балансовые запасы Забалансовые запасы
всего, тыс. т содержание, % всего, тыс. т содержание, % всего, млн. т содержание
Си Zn Си Zn Си, %
Гумешевский 900 1,5 - - - - - -
Дегтярский - - - 1200 1,4 2,6 18,9 0,4
Левихинский 90 1,5 2,0 900 0,9 3,3 - -
Ломовский 230 1,4 1,5 - - - 17,6 0,5
Ново-Ежовский 160 1,6 - - - - - -
Им. III Интернационала 52 2,6 6,0 - - - - -
Красногвардейский - - - 1100 1,4 - - -
Всего 1432 3200 36,5
лочин, целиков, карманов, апофиз, законтурных руд и даже закладки, отвалов и т.д. Решение этой проблемы связано не только с переоценкой, но и изысканием, возможно, особых методов и приемов вскрытия и отработки запасов руд, которые могут находиться в выработанном или примыкающем к нему пространстве, в зоне непогашенных пустот и неполностью обрушенного массива пород. Решение этой проблемы потребует новой технологии.
Добычу потерянных запасов в выработанном пространстве над выпускными дучками и в гребнях между выпускными дучками предлагается вести дополнительным выпуском в тяжелых суспензиях. Сущность предложенного способа заключается в следующем. Отработке подлежат руды, находящиеся в кусковом или сыпучем состоянии и разубоженные вмещающими породами, например, оставшиеся при массовом выпуске. Подготовка блока состоит из проходки вертикальной и горизонтальной выработок, оборудования скважин для подачи раствора, изоляции очистного блока, методом зонной инъекции. В рудный массив подают раствор, плотность которого доводят до плотности вмещающей породы, но не менее плотности руды. За счет разности плотности пустые породы всплывают, а рудная масса концентрируется в нижней части отрабатываемого пространства. Осуществляют выпуск руды и транспортируют ее в потоке тяжелого
Рис. 1. Способ выпуска отбитой горной массы в тяжелых суспензиях: 1 - транспортная выработка; 2 - изоляционная завеса; 3, 4 -промежуточные бункера; 5 - кондиционная руда; 6 - пустая порода; 7 -восстающий; 8 - насосная станция; 9
- скважины для подачи раствора; 10 -выработанное пространство
раствора. При достижении места складирования и снижения скорости потока за счет увеличения его сечения горная масса выпадает в промежуточные бункера для руды и для породы. Раствор из вертикальной выработки перекачивают в отрабатываемое пространство и цикл повторяют (рис. 1).
Другим методом добычи потерянных руд из выработанного пространства является выпуск обрушенных пород с промышленным содержанием металла через окна передвижного комплекса. При отработке участка месторождения этажно-камерной системой разработки с принудительным обрушением и двухстадийной выемкой руды рудное тело по простиранию делится на камеры и целики. В первую очередь отрабатывают камеры, во вторую
- целики и потолочины. Качественные показатели добываемой руды снижаются при отработке междукамерных целиков. Обрушенные породы из отработанных камер не позволяют полностью выпустить отбитую руду из целиков.
Сущность предложения заключается в выпуске отбитых и потерянных запасов междукамерно-го целика через окна внедряющейся самоходной крепи (рис. 2). Доставочную выработку проходят в обрушенной горной массе в районе наибольших потерь отбитой руды и монтируют крепь на всю длину блока, а затем последовательным открыванием выпускных окон выпускают кондиционную руду. Кроме того, с целью ликвидации зависаний горной массы по вмещающим породам лежачего и висячего бока бурят скважины, которые взрывают у пяты свода естественного равновесия над выпускными окнами. Выпуском кондиционной руды и взрывами ВВ в зоне выпуска происходит перемещение горной массы над передвижной крепью, и кондиционная руда изменяет свое про-
странственное положение над окнами выпуска крепи. Новым опробованием определяют окна выпуска и цикл работ повторяют в той же последовательности до полного выпуска кондиционной руды из блока.
Выемку потерянной на лежачем боку отбитой руды на пологих участках месторождений предлагается осуществлять с помощью защитноразделительной передвижной крепи (ЗРПК), разработанной в институте "Унипромедь". ЗРПК состоит из кинематически связанных между собой секций. Секции включают в себя скреперный отсек и ограждающий щит в виде клинообразного элемента. Скреперный отсек содержит основную раму, перекрытие, заднюю стенку и скреперную дорожку. Клинообразный элемент щита установлен на раме, которая связана с основной рамой посредством гидродомкратов перемещения. На рамах установлены гидростойки. Клинообразные элементы ограждающего щита расположены в секциях крепи так, что в смежных секциях между ними образуются рудоприемные окна (рис. 3).
Перед отбойкой рудной массы буровзрывным способом гидростойки распирают в кровлю. Производят взрыв. Динамическая нагрузка ударной волны и удары кусков горной массы воспринимаются клинообразными элементами щита, которые подобно волнорезу разбивают взрывную волну, чем гасят ее ударную силу, а рудоприемные окна пропускают в скреперный отсек летящие куски руды и расчлененную взрывную вол-ну.Задняя стенка
Рис. 3. Вариант сплошной системы разработки с гидрозакладкой выработанного пространства и защитно-разделительной передвижной крепью: 1 - секции крепи; 2 - скреперный отсек; 3 - ограждающий щит; 4 - основная рама; 5 - перекрытие; 6 - задняя стенка; 7 - скреперная дорожка; 8 - опорная рама щита; 9
- гидродомкрат; 10, 11 - гидростойки; 12 - рудоприемные окна
расположена от взрыва на значительном расстоянии и поэтому воспринимает уменьшенный в 1,5-2,0 раза импульс удара, так как энергия ударной волны падает обратно пропорционально кубу расстояния между взрывом и преградой. Отбитая руда, заброшенная силой взрыва в скреперный отсек, убирается лебедкой по скреперной дорожке. После уборки руды, освободив гидростойку, гидродомкратами передвижения выдвигают раму с установленным на ней клинообразным элементом щита к груди забоя. Гидростойки распирают в кровлю. В аналогичном порядке выдвигают рамы всех секций крепи. Затем освобождают гидростойки и подтягивают основные рамы скреперного отсека к рамам. При передвижении крепи оставшаяся руда у забоя зачищается клинообразными
элементами щита, поступая через рудоприемные окна в скреперный отсек, из которого ведут все работы по доставке отбитой горной массы. Перекрытие отсека надежно защищает рабочих от возможных обрушений вмещающих пород.
Согласно существующей в нашей стране классификации запасов месторождений к забалансовым запасам относятся запасы, использование которых в соответствии с утвержденными кондициями в настоящее время экономически нецелесообразно или технически трудно осуществимо, но которые в дальнейшем могут явиться объектом эксплуатации.
На уральских медноколчеданных месторождениях количество забалансовых руд исчисляется несколькими миллионами тонн. В одних случаях они залегают как прослои внутри рудных тел или непосредственно примыкают к балансовым запасам. В других случаях залегают обособленно в виде небольших по мощности рудных залежей или в значительных по мощности рудных зонах, но с небольшой сульфидной вкрапленностью.
Наибольший интерес для повторной отработки представляют запасы металла, сосредоточенные в породах висячего бока, представленных кварцево-серицитовыми сланцами Дегтярского месторождения. Мощность этой рудоносной зоны колеблется от 20 до 120 м. Данные о содержании Си, 2п и S в кварцево-серицитовых сланцах получены опробованием в специально пройденном разведочном квершлаге в породах висячего бока гор. 250 м. При среднем содержании меди 0,37 % на расстоянии 35 м от рудного тела был зафиксирован участок длиной 15 м с повышенным содержанием меди: в пределах от 0,43 до 1,22 %. Общий объем минерализованной зоны, пригодной для повторной разработки, составляет примерно 18 млн т.
Изучение опыта разработки месторождений руд цветных металлов показало, что повторное использование закладочного материала с попутной добычей потерянного в нем металла является одним из перспективных путей повышения эффективности работы предприятия. В этом свете вопросы повторного использования закладки являются актуальной задачей для Березовского золоторудного месторож-дения, которое представляет собой типичное дайковое поле с широко развитыми в его пределах жильными породами разнообразного состава. Жилы сложены в основном минерализованным трещиноватым кварцем. Падение жил крутое, почти вертикальное; мощность - от едва заметных проводников до 2-3 и более метров в раздувах. Вмещающие породы в большинстве своем крепкие (/ = 12 + 15).
Сложность и разнообразие горногеологических условий залегания рудных тел Березовского месторождения предопределили многовариантность систем разработки,
применявшихся на различных этапах деятельности предприятия. В настоящее время удельный вес этой технологии среди прочих достигает 80 %, а на верхних горизонтах накоплено свыше 100 тыс. м3 закладочного матИерзиалап.рактики отработки Березовского месторождения системой разработки
горизонтальными слоями снизу вверх, с гидрозакладкой известно, что закладочный материал, как правило, обогащается рудной мелочью за счет потерь руды при отбойке, уборке и доставка отбитой руды на слое. Вот эту обогащенную закладку и предлагается использовать повторно, перепуская ее на нижние горизонты. Сама по себе идея перепуска и добычи закладки не нова и, оценивая предложение по рассматриваемой проблеме, неизбежно возникает вопрос: что
позволяет нам считать повторное использование закладки с попутной добычей из нее потерянной руды перспективным для Березовского место-рожПдреенжидяе. всего дефицит закладочного материала и сравнительно высокие расходы на его добычу и доставку в очистное пространство. Применяемые в настоящее время пески добывают из старых отвалов и автотранспортом доставляют на шахту. В себестоимости закладочных работ транспортные расходы составляют 50 %. Старые отвалы не бесконечны, а использовать пески обогащения непосредственно с фабрики не представляется возможным из-за содержания в них
вредных компонентов. Что касается потерь рудной мелочи в закладочном материале, то из практики известно, что они составляют в среднем 5 % общего содержания металла в жильной массе.
Для повторного использования закладочного материала предлагается гидромониторный способ его добычи. Подготовительные работы заключаются в восстановлении крепления на откаточном штреке при условии, если сохранился надштрековый целик. В случае отсутствия над-штрекового целика транспортную выработку в закладке проходят с помощью внедряющейся передвижной крепи многоразового использования конструкции института "Унипромедь", которая состоит из внедряющегося щита, секции крепи с выпускными окнами и насосной установки с гидроциклиндрами. Монтаж и демонтаж производят с помощью самоходной монтажной каретки, которая перемещается внутри секций крепи. Смонтированный щит, опираясь на бетонное кольцо, продвигается в закладочный массив и по мере проходки под его защитой монтируют секции крепи; управляют продвижением щита с пульта (рис. 4.).
Рис. 4. Схема технологии повторного использования закладочного материала: 1 - закладочный массив;
2 - металлосодержащая пульпа; 3 -гидромонитор; 4 - передвижная крепь;
5 - пульпопровод; 6 - шлюз; 7 - возводимый закладочный массив
тельного цеха, что основывается на результатах исследований и уточнения механизма процесса сдвижения, поведения подрабатываемого объекта в условиях контролируемых деформаций, но и время начала отработки предохранительного целика. На практике чаще всего возможность отработки предохранительного целика или его части появляется уже после того, как горные работы опустились на нижележащие горизонты. Чем дальше переносится начало отработки, тем больше увеличиваются затраты на поддержание капитальных и подготовительных выработок.
Выемку запасов из охранных целиков предлагается вести камерными системами отработки с предварительным укреплением вмещающих пород. В качестве примера возьмем охранный це-
В силу ухудшения горно-геологических условий, увеличения глубины разработки и других причин на многих рудниках содержание металла в добываемой рудной массе постоянно снижается, а затраты на добычу возрастают. Поэтому в ряде случаев оказывается экономически целесообразным возвращаться на ранее отработанные участки и разрабатывать оставленные на верхних горизонтах при эксплуатации целики, в том числе охранные, которые раньше отрабатывать было невыгодно.
В настоящее время в целиках различного назначения, главным образом в предохранительных целиках стволов шахт и транспортных магистралей, законсервировано огромное количество ценных руд. Поэтому даже частичная выемка этих запасов является актуальной задачей для многих рудников. При этом оказывается важным не только сам факт выемки руды из предохрани-
лик Березовского месторождения в этаже 187-212 м, который пересекает мощное тектоническое нарушение, колеблющееся в пределах 0,3-0,5 м, угол падения 30о. Непосредственная зона разлома сложена глинистым и обломочным материалом, и от нее отходят опережающие трещины, создающие зону ослабленных пород. Ширина ослабленной зоны равна 4-5 м в каждую сторону от разлома. Выше зоны ослабления руды и породы достаточно устойчивы.
Сущность предложенного способа в следующем. Укрепление зон тектонических нарушений осуществляют из ортов бурового горизонта 193 м (рис. 5). С этой целью орты проходят за контактом рудного тела на 3 м, устанавливают там буровые станки НКР-100 и обуривают вмещающие породы веерами на расстоянии 2 м от контакта. В скважину вводят арматуру (2 прутка диаметром 32 мм) и заиливают цементным раствором с водоцементным отношением
0,5. Для ускорения процесса схватывания в раствор добавляют хлористый кальций в количестве 3 % веса воды. Предел прочности на сжатие составляет 200 кг/см2, а на разрыв 16 кг/см2. Выпуск отбитой руды ведут через плоское днище самоходными машинами типа СТ-2Б.
Заключение
1. Анализ отечественного и зарубежного опыта показывает, что при современной технологии ведения горных работ и четко разработанных мероприятиях по повышению безопасности, повторная подземная разработка месторождений может успешно осуществляться практически повсеместно. На уральских месторождениях повторная отработка не нашла применения. Отдельные случаи повторной добычи носят "подпольный" характер, без широкой рекламы, например, на Березовском, Североуральском рудниках.
2. Применение повторной разработки на медноколчеданных месторождениях Среднего Урала позволит дополнительно извлечь значительный объем медной руды, тем самым увеличить минерально-сырьевую базу подотрасли и решить социально-экономические проблемы действующих предприятий.
3. На уральских медных рудниках объектами
для повторной отработки являются:
• из балансовых запасов - руда в предохранительных целиках и не извлеченная из блока при первичной отработке руда;
• из забалансовых запасов - оруденелые вмещающие породы, обособленные залежи (некондиционные по мощности и содержанию). В количественном выражении на обследованных месторождениях на долю руды в целиках приходится 1,4 млн т (Си = 1,4^2,5 %); потерь балансовых руд 3,3 млн. т (Си = 0,9^1,4 %, 2п = 3^3,3 %); забалансовых руд 35,6 млн. т (0,3-0,5 % Си).
Рис. 5. Вариант камерной системы разработки с предварительным укреплением вмещающих пород (Березовское местороожде-ние)
4. Современное состояние изученности процесса сдвижения горных пород и земной поверхности на уральских месторождениях позволяет сделать предварительные выводы о влиянии первичной разработки на величину активного сдвижения горных пород в зоне обрушения. Эффективность отработки предохранительных целиков определяется, главным образом, горнотехническими условиями, содержанием полезных компонентов в руде по сравнению со среднешахтным содержанием и временем начала отработки целика.
5. Анализ потерь показал, что технология выемки потерянных руд в большой мере определяется состоянием и условиями залегания запасов, а также состоянием прилегающего к ним выработанного пространства.
6. На уральских месторождениях забалансовые запасы в одних случаях представлены прослоями внутри рудных тел или непосредственно примыкающими к балансовым запасам, в других
- залегают обособленно в виде небольших по мощности рудных тел или в значительных по
мощности рудных зонах, но с небольшой сульфидной вкрапленностью.
При определении эффективности отработки этих запасов из общих затрат исключаются затраты на горнокапитальные выработки, отчисления на ГРР, общерудничные затраты и т.д. Поэтому себестоимость добычи 1 тонны руды при повторной разработке часто бывает ниже себестоимости 1 тонны руды при первичной разработке.
7. Для извлечения руды, потерянной при первичной разработке, предложен ряд технологических схем по выемке различных структур запасов руд, пригодных для повторной разработки.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ =-
X-------------------------------------------------------------------------7
Чижов Е.А. - кандидат технических наук, ОАО «Унипромедь» Екатеринбург, Россия.
Беркович В.Х. - кандидат технических наук, ОАО «Унипромедь» Екатеринбург, Россия.
