CC BY
29
СЕМИНАР 7
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА -2001"
МОСКВА, МГГУ, 29 января - 2 февраля 2000 г.
^ © В.Х. Беркович, Ю.А. Дик, ^ Д.Н. Пятин,2001
ч
УДК 622.272:622.8
В.Х. Беркович, Ю.А. Дик, Д.Н. Пятин
ТЕХНОЛОГИЯ СОВМЕСТНОЙ ОТРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ В УСЛОВИЯХ СОХРАНЕНИЯ ЗАПОВЕДНЫХ ЗЕМЕЛЬ
Э
ффективность разработки месторождений открытым способом на прямую зависит от объемов вскрыши в контуре карьера. Объемы вскрышных пород, в свою очередь, определяются углами откосов борта карьера. При этом, в зависимости от глубины разработки влияние угла борта карьера на объемы горной массы в его контуре имеет арифметическую прогрессию. Таким образом имеется непосредственная связь угла откоса борта карьера и эффективностью отработки месторождения, как с экономической, так и с экологической точки зрения.
Угол борта карьера является результатом применяемых на открытых горных работах систем разработки и вскрытия месторождения, механизации горных работ и горно-технических условий месторождения. В общем виде это выражается в двух значения угла борта карьера: конструктивный и устойчивый. Приведение к максимуму того и другого, при обязательном условии, что конструктивный угол борта должен быть не больше устойчивого, является задачей горной науки.
Сама постановка задачи исходит из того, что горно-технические условия разработки месторождения открытым способом установлены и неизменны. Темой данной статьи является попытка используя преимущества подземной технологии создать, сконструированные заранее, условия отработки месторождения открытым способом.
В ряде случаев, при отработке месторождений возникает проблема отчуждения заповедных или других
мых земель.
В зарубежной практике (Япония, Канада, США) вестны случаи применения подобной технологии при работке ценных руд в условиях, когда было необходимо хранить плодородные земли. Такой способ подготовки обеспечивает ведение
тых горных работ с незначительным коэффициентом
вскрыши и минимумом площадей нарушаемых земель. Данная технология была названа «безус-тупной» или «отработкой колодцем». Авторами разработан способ, при котором для поддержания бортов карьера (колодца) в устойчивом нии используются отработанные в опережающем порядке подземные камеры, заложенные
деющей закладкой. Они могут быть
ными или наклонными - под углом 60-80° - в
зависимости от условий устойчивости пород сива. Порядок отработки рудного тела приведен на рис. 1.
По данным геологической разведки определяют контур зоны разработки. За контуром этой зоны сверху вниз проходят спиральную выработку с уклоном, позволяющим использовать самоходное оборудование. Параллельно спиральной выработке формируют по контуру зоны разработки выработанное пространство для сооружения опережающей крепи (колодца) путем последовательной отработки камер первой и второй очереди (рис. 2). Для этого из спиральной выработки проходят буровыпускную выработку, из которой разбуривают и взрывают камерные запасы. Отбитую горную массу самоходным оборудованием вывозят по спиральной выработке на поверхность. После завершения выпуска и зачистки почвы отработанных камер выработанное пространство закладывают твердеющей смесью. Камеры второй очереди отрабатывают после достижения твердеющей закладкой нормативной прочности. Вентиляцию осуществляют по нагнетательной схеме с подачей воздушной струи по вентиляционным скважинам.
После сооружения одного витка крепи приступают к разработке запасов внутри колодца открытым способом, при этом основное направление работ принимают от центра к периферии (к крепи колодца). Параллельно с этими работами ведут наращивание крепи колодца подземным способом.
В последнюю очередь отрабатывают запасы руды под траншеей. В этом случае руду на поверхность выдают по спиральной выработке. Таким образом удается интенсивно отрабатывать ограниченное в плане крутопадающее рудное тело благодаря непрерывной выемке запасов руды в центральной и периферийной частях.
В качестве примера применения безуступной технологии рассмотрена разработка Шемурского и Ново-Шемурского месторождений медноколчеданных руд (Ив-дельский район Свердловской области). Находясь на севере области в 2-5 км от заповедника «Денежкин Камень» они имеют слабую перспективу разработки традицион-
Рис. 1. Безуступный способ отработки рудного тела: 1 - проектный контур карьера; 2 - кольцевая крепь;
3 - спиральная выработка
ным способом в виду большой экологической опасности. Новая технология отработки - с минимальным нарушением недр - делает ее весьма актуальной.
Выработке практических рекомендаций по отработке Шемурских месторождений безуступной технологией предшествовал определенный объем исследований, в задачу которых входило создание аппарата расчетных формул по определению типа и параметров крепи ствола большого диаметра в зависимости от фактического состояния горных пород; моделирование на эквивалентных материалах для установления характера изменения давления на крепь вертикальной выработки в зависимости от ее радиуса, а так же величин горизонтальных составляющих напряжения и соотношения между ними.
Рудная зона Шемурского месторождения имеет мощность в северной и центральной частях до 200 м. Падение рудной зоны западное. Угол падения рудной зоны достигает 50 град. Центральная часть месторождения выходит на поверхность. Всего на Шемурском месторождении выделено 9 рудных тел. Балансовые запасы сосредоточены в первом рудном теле (99,6 %). Согласно кондициям на месторождении выделяются два типа руд:
• медные руды - среднее содержание меди 1,71 %, цинка - 0,21 %, серы - 43,10 %;
• серноколчеданные руды - составляют 17,3 % от балансовых запасов. Среднее содержание серы - 45,3 %.
Вредные примеси в рудах представлены свинцом, мышьяком, сурьмой и фтором. Балансовые запасы медных руд категории С1+С2 составляют 5,1 млн т.
Выполнен технологический регламент отработки Шемурского месторождения традиционным способом. Параметры карьера: глубина -120 м, длина - 630 м, ширина - 370 м. Объем добычи горной массы - 10 720 тыс. м3, в том числе вскрыша - 8 920 тыс. м3. Средний коэффициент вскрыши - 1,7 м3/т. Производительность карьера по руде - 800 тыс. т/год, по вскрыше - 1 500 тыс. м3/год. Срок существования карьера - 8,5 лет.
С использованием аппарата расчетных формул и результата моделирования были получены данные по конструкции и параметрам крепи при отработке Шемурского месторождения безуступ-ной технологией. При расчете толщины крепи принимали во внимание внешний диаметр равный 200 м. Результаты расчета приведены ниже.
наиболее оптимальной оказалась кольцевая крепь с верхней отметкой 750 м, наружным диаметром по верху 100 м, наружным диаметром по низу -50 м (отметка 630 м), высотой 120 м, толщиной 14 м. Карьер располагается в геологических блоках с наибольшими запасами руды между геологическими разрезами по линии 37 и 40. Конструктивно крепь представляет собой спираль из четырех витков. Для создания кольцевой крепи необходимо 800 тыс. м3 закладочного материала. Объем горной массы, подлежащей выемке внутри кольцевой крепи составляет 1,26 млн м3. Для сооружения кольцевой крепи необходимо пройти наклонный съезд площадью сечения 17 м2 по спирали с углом наклона к горизонту 6-8 град. Из наклонного съезда проходится спиральная выработка, трасса которой соответствует проектному контуру колодца на расстоянии 15-20 м от него. По мере проходки спиральной выработки формируют камеры для создания кольцевой крепи. Каждая камера имеет длину 50 м, ширину 14 м и высоту 40-45 м и сбивается со спиральной выработкой буровыпускными выработками. Всего для создания кольцевой крепи необходимо отработать 30 камер со средним объемом 28 тыс. м3 каждая. Технология возведения кольцевой крепи позволяет иметь одновременно в работе семь камер, а для начала открытых работ внутри колодца должны быть готовы, как минимум, два витка кольцевой крепи, т.е. необходимо отработать
подземным способом 14 камер, для чего потребуется 3 года.
Отработка запасов внутри колодца осуществляется вскрытием внутренними траншеями на спиральный съезд. Система разработки углубоч-ная с вывозкой горной массы и параллельным продвиганием фронта работ от фланга к центру. Для обеспечения высокой точности бурения и с целью охраны кольцевой крепи от последствий буровзрывных работ рекомендуется бурение наклонных сближенных скважин малого диаметра с отступлением ближнего к крепи ряда скважин не менее чем на 1,2 м. Дополнительные природоохранные мероприятия, предусмотренные регламентом (искусственное увлажнение пород с улавливанием пыли, гидроизоляция, нейтрализация карьерных вод и др.), сохраняются и даже оказываются более эффективными за счет концентрации горных работ при новой технологии.
Аналогичным вариантом предлагается отработать и Ново-Шемурское месторождение. Рудная зона вытянута субмеридианально на 1000 м при наибольшей ширине 500 м. Основные запасы (более 95 %) сосредоточены в главной группе рудных тел, расположенных сравнительно компактно, но на большом интервале глубин от 6 м до 380 м. Поэтому эта часть месторождения разделена на два участка: Центральный, выше горизонта 240 м и Юго-Восточный, на глубине 180-380 м. Руды медные и медно-цинковые. Запасы категории С1+С2 составляют 12,8 млн т со средним содержанием меди - 1,62 % и цинка -3,65 %.
Проектный вариант карьера на все месторождение: глубина 370 м, длина 1,6 км, ширина - 1,4 км. Объем добычи горной массы - 247 млн. м3, в том числе вскрыши - 239 млн м3. Альтернативным проектному предлагается комбинированный вариант отработки.
Центральная часть месторождения, выше горизонта 240 м, отрабатывается карьером глубиной 190 м. Объем горной массы 31,0 млн м3. Юго-Восточный участок месторождения, ниже отметки 200 м, отрабатывается по новой, безус-тупной технологии (рис. 3). Причем, календарный график подготовки, строительства и эксплуатации рудника составлен таким образом, что за время отработки карьера (до абсолютной отметки 200 м) будет сооружен подземным способом «колодец» до отметки 50 м. Параметры «ко-
Г лубина ствола, м 0-50 50-100 100-150
Толщина крепи, м 2,5 8 14
После сравнения различных параметров крепи
Таблица
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ОТРАБОТКИ ШЕМУРСКОГО И НОВО-ШЕМУРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Показатель Ново-Шемурское Шемур ское
Проектный Новый Проектный Новый
Общий объем добычи горной массы, млн м3 247,0 31,0 10,7 2,1
„ _ в том числе: вскрыша 238,7 27,6 8,9 -
Рис. 2. Технология воз- „ руда 8,3 5,5 1,8 2,0
. ведения кольцевой кре- — Общая себестоимость Д_ м горной м.арсы, руб. 1026,6 254,5 193,0 180,0
Общие гатратщи млн руб. 8521,0 1403,0 347,5 360,0
очереди; 3 - Спиральный
съезд; 4 - буровыпускные выработки
лодца» примерно такие же, как и при отработке Шемурского месторождения.
Для оптимизации параметров технологии комбинированной разработки безуступным способом необходимо найти прибыль, которая является разностью между экономикой затрат на вскрышу и возведения кольцевой крепи подземным способом.
Затраты на возведение кольцевой крепи включают стоимость проходки наклонного съезда и подземной отработки камер с закладкой их твердеющим материалом. Основные техникоэкономические показатели отработки Шемурско-го и Ново-Шемурского месторождений с использованием безуступной технологии разработки в сравнении с проектным традиционным вариантом приведены в таблице.
Все вышеизложенное свидетельствует о том, что отработка Шемурских месторождений, содержание и запасы металла в которых ниже
среднеотраслевых, традиционной технологией не выдерживает критики. Только новая технология позволяет значительно (в разы) снизить объем вскрышных работ и за счет этого свести до минимума объем нарушаемых земель, при минимальных затратах на добычные работы. Экологические проблемы горного производства также получают свое решение.
В заключении необходимо отметить следующие аспекты введения новой технологии:
1. В настоящих экономических условиях данная технология применима для месторождений при отработке которых возможно отчуждение заповедных земель или охраняемой территории.
2. Развитие и обоснование технологии потребует нового подхода к ведению открытых и подземных горных работ, применения новых конструктивных решений, а также более углубленного изучения механизма взаимодействия системы ''борт карьера - кольцевая крепь'' с геомеханиче-ской точки зрения.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Беркович В.Х. - кандидат технических наук, ОАО «Унипромедь» Екатеринбург, Россия.
Дик Ю.А. - кандидат технических наук, ОАО «Унипромедь» Екатеринбург, Россия.
Пятин Д.Н. - горный инженер, ОАО «Унипромедь» Екатеринбург, Россия.
^__________________________________________________________:_____________________/
