CC BY
16
© Ю.В. Волков, И.В. Соколов, A.A. Смирнов, Ю.Г. Антипин, Г.А. Чаговсп, 2012
УДК 622.013.364
Ю.В. Волков, И.В. Соколов, А.А. Смирнов, Ю.Г. Антипин, Г.А. Чаговец
ВЛИЯНИЕ УВЕЛИЧЕННЫХ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ КАМЕРЫ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЕЕ ОТРАБОТКИ
Показаны особенности разработки уральских медноколчеданных месторождений по этажно-камерной системе с твердеющей закладкой и ее недостатки. В рамках проведенной систематизации вариантов технологии отработки камер установлены зависимости показателей эффективности от увеличенных геометрических параметров с учетом соответствующих изменений потерь и разубоживания. Ключевые слова: уральские медноколчеданные месторождения, показатели эффективности, увеличенные геометрические параметры, потери и разубоживание.
Проведенный анализ горногеологических и горнотехнических условий освоения уральских медноколчеданных месторождений по этажно-камерной системе разработки с твердеющей закладкой позволил выделить общие особенности:
• снижение содержания меди в балансовых запасах с увеличением глубины разработки и широкий диапазон изменения его в пределах отрабатываемого этажа (0,5 — 2,1 %);
• вмещающие породы висячего бока представлены весьма неустойчивыми кварцево-серицитовыми и хлоритовыми сланцами мощностью от 2 до 20 м (иногда до 60), которые при обнажении отслаиваются и обрушаются в очистное пространство;
• в результате разубоживание повышается до 20 %, что, в общем, не характерно для этажно-камерной системы разработки с последующей закладкой выработанного пространства;
• уровень нормативных потерь и разубоживания установлены техническими проектами 20 и более лет назад и не соответствует существующим
в настоящее время горно-геологическим и экономическим условиям;
• потенциальная опасность самовозгорания медноколчеданых руд;
• устойчивые и весьма труднобу-римые руды;
• применяемая технология отбойки веерами скважин диаметром 105 мм зачастую не обеспечивает необходимого качества дробления, особенно при выемке камер II и III очереди. При этом выход негабарита увеличивается со среднего по руднику 12 до 20 %;
• в результате воздействия массовых взрывов и горного давления происходит увеличение ширины камер I очереди путем отслоения (обрушения) стенок, что в условиях стадийной выемки неизбежно приводит к уменьшению ширины камер II и III очереди;
• междукамерные целики (камеры II и III очереди), устойчивость которых от технологической нарушенно-сти взрывными работами и нарезными выработками и так невысока, становятся менее устойчивыми еще и в результате уменьшения их ширины на 25 %.
Рис. 1. Порядок и схема отработки запасов этажа на Гайском подземном руднике
Таблица 1
Варианты отработки камер с УГП и диапазон их изменения
Вариант Комбинация УГП Диапазон изменения УГП, м
Количество Наименование Мин. Макс. Шаг
параметров параметров (базовый) изменения
1 1 Ширина 20 40 5
2 1 Высота 80 160 26-27
3 1 Длина * 40 120 20
4 2 Ширина 20 40 5
Высота 80 160 26-27
5 2 Ширина 20 40 5
Длина 40 120 20
6 2 Высота 80 160 26-27
Длина 40 120 20
7 3 Ширина 20 40 5
Высота 80 160 26-27
Длина 40 120 20
Принимается равной мощности рудного тела.
Рассмотренные особенности вызывают резкое снижение безопасности и эффективности применяемой этажно-камерной системы разработки.
Одним из перспективных направлений развития этажно-камерной системы разработки с твердеющей закладкой является увеличение геометрических параметров камер 1,5—2,0 раза и более. При этом эффективность добычи достигается за счет сокращения объема проход-
ческих работ, повышения интенсивности отработки месторождения и концентрации горных работ, снижения потерь и себестоимости добычи. Однако наряду с преимуществами имеются недостатки, которые создают определенные технологические трудности и сдерживают широкое применение камерной выемки с увеличенными геометрическими параметрами (УГП). Такими недостатками являются:
• снижение безопасности работ за счет уменьшения устойчивости элементов очистного пространства (кровли и стенки камеры);
• повышение разубоживания в результате увеличения как размеров очистного пространства, так и времени отработки камеры;
• увеличение выхода негабарита (при веерном расположении скважин) за счет снижения равномерности распределения ВВ в отбиваемом массиве, в результате искривления взрывных скважин;
• значительное увеличение продолжительности отработки камеры, в связи, с чем возникает необходимость в существенном повышении интенсивности очистной выемки;
• преждевременный износ днища камер в результате повышения объема отбиваемой и выпускаемой руды, особенно это ярко проявляется при выемке камер II очереди.
Анализ теории и практики применения этажно-камерной системы разработки показал, что увеличение геометрических параметров проводилось, как правило, в благоприятных горно-геологических условиях. При этом их влияние на прибыль оценивалось на уровне выемочной единицы только с учетом положительных факторов, а отрицательные не учитывались. В условиях медноколчеданных месторождений необходим учет отрицательного влияния геометрических параметров для объективного обоснования эффективности камерной выемки.
В качестве примера рассмотрена технология разработки Гайского месторождения как наиболее представительного по запасам и типичного по горно-геологическим условиям на Урале (рис. 1).
Опыт применения технологии камерной выемки с УГП на отечествен-
ных и зарубежных рудниках показал, что при отработке камер возможны 7 вариантов комбинаций УГП и величина параметров отличается значительной вариативностью. Известно, что характер и степень влияния каждого отдельно взятого геометрического параметра камеры на ТЭП ее отработки является различным. Очевидно, что увеличение одного или одновременно нескольких параметров приведет к различному изменению ТЭП отработки камеры, поэтому необходимо оценивать экономическую эффективность всех возможных вариантов. Систематизация возможных вариантов отработки камеры с УГП по признаку их комбинации и диапазон изменения значений геометрических параметров представлены в табл. 1.
Пределы изменения значений геометрических параметров очистных камер соответствуют реальным параметрам наиболее широко применяемых на практике отработки месторождений с аналогичными условиями. Кроме того, Гайский подземный рудник имеет опыт отработки камер высотой до 160, шириной до 40 и длиной до 80 м, и возможность применения их по горно-геологическим и горнотехническим условиям.
В рамках предложенной систематизации оценивалось влияние УГП на извлекаемую ценность (Дизв.), затраты на добычу и обогащение руды (Зд.о.) и прибыль на уровне ГОКа (Пр) с учетом соответствующих изменений потерь (П) и разубоживания (Р). При этом использовалась методика определения Пр в расчете на единицу погашаемых балансовых запасов камеры, утвержденная Ростехнадзором. Рассмотрены только варианты 1—3 и 7 технологии с УГП, поскольку варианты 4-6 являются промежуточными и учтены в варианте 7.
Таблица 2
Влияние увеличенных геометрических параметров на изменение потерь, разубоживания и прибыли по вариантам технологий 1-3 и 7
Вариант
П и Р, %
Пр, руб./т
Р (В) = 8,9743 - 0,2117В + 0,0134В2
Р (!) = 15.02 - 0,1509! +16,4286 • 10-4 !2
Р (В,!) = 17,688 + 0,1888В - 0,2828! + +0,0064В2 + 0,0004В! + 0,0011!2
Пр (В) = 72,4229 + 4,7489В - 0,1477В2
Пр (Н) = 122,0782 - 0,0707Н - 0,0012Н2
Пр (!) = 68,1 +1,2097! - 0,0048!2
20 25 30 35
Пр (В,!) = 24,14 + 2,44В +1,57! --0,11В2 + 0,0036В! - 0,0068!2
1
2
3
7
Аналитическими расчетами определено влияние УГП на П и Р (табл. 2, графа 2). Установлено, что во всех вариантах П снижаются, Р повышается при увеличении В и Н и снижается при увеличении Ь. Повышение разу-боживания по камере происходит за счет увеличения объема, отслоившихся вмещающих пород висячего бока.
В результате экономико-математического моделирования получены зависимости влияния УГП на Пр с учетом величин П и Р, соответствующих различным вариантам (см. табл. 2, графа 3). Из графиков видно, что существуют области отрицательного влияния В и Н и положительного влияния Ь. Отрицательное влияние геометрических параметров объясняется повышением разубоживания, а положительное — его снижением. Влияние потерь незначительно. Анализ данных моделирования показал следующее.
Вариант 1. Увеличение В с 20 до 40 м снижает удельную Пр на 82, 4 руб. за счет повышения Здо. на 54,5 руб. и уменьшения Дизв. на 27,9 руб. в результате увеличения Р с 10 до 22 %. Область отрицательного влияния разубоживания на Пр показана на графике розовым цветом, а положительного — зеленым. Здесь и в дальнейшем область отрицательного влияния разубоживания на Пр ограничена на графиках: сверху пунктирной линией — это график Пр от УГП при базовых П=2,5 и Р=10,1 %;снизу — это аналогичный график с учетом строго определенных П и Р, соответствующих различным вариантам комбинации УГП. Соответственно, область положительного влияния разу-боживания расположена выше пунктирной линии.
Вариант 2. Увеличение Н с 80 до 160 м снижает удельную Пр на 29,4 руб. за счет повышении Зд.о. на 18,3
руб. и уменьшения Дизвл. На 11,1 руб. в результате увеличения Р с 10 до 15 % (область отрицательного влияния Р).
Вариант 3. Увеличение Ь с 40 до 120 м повышает удельную Пр на 36,3 руб. за счет снижения Зд.о. на 24,1 руб. и повышения Дизв. на 12,2 руб. в результате уменьшения Р с 10 до 6 % (область положительного влияния).
Вариант 7. При одновременном увеличении В, Ни Ь величина Пр снижается или повышается по отношению к базовой в зависимости от соотношения значений УГП. Следовательно, существуют области как положительного, так и отрицательного влияния УГП.
Таким образом, установлено, что при увеличении геометрических параметров эффективность отработки камер по традиционной технологии в значительной степени определяется величиной разубоживания в зависимости от комбинации УГП. При этом эффективность выемки камерных запасов существенно снижается из-за отрицательного влияния разубожива-ния на себестоимость добычи и обогащения руды, извлекаемую ценность и, в конечном итоге, на прибыль горного предприятия.
Из 25 рассмотренных отечественных и зарубежных рудников, применяющих камерную систему разработки, практически во всех случаях при ухудшении горно-геологических условий использовались следующие способы сохранения устойчивости очистного пространства: уменьшение геометрических параметров камеры; стадийная отработка камер; предварительное укрепление ослабленного массива с помощью стальных анкеров; магазинирование руды или породы в очистном пространстве; сооружение бетонных подпорных стенок и гибких перекрытий; применение временных
рудных целиков; оставление постоянных целиков или предохранительных рудных «корок».
Сравнительный анализ показал, что для наших условий наиболее приемлемым способом снижения разубо-живания является применение предохранительных целиков (ПЦ). Они не допускают обнажения неустойчивых вмещающих пород и обеспечивают сохранение устойчивости очистного пространства в течение всего периода отработки камеры, что позволяет существенно повысить безопасность работ и снизить разубоживание без дополнительных затрат. Недостатком этой технологии является увеличение
потерь, определяемых размерами ПЦ. Очевидно, что технология камерной выемки, предусматривающая оставление ПЦ, требует технико-экономического обоснования. Поэтому изыскание адекватной рассмотренным условиям технологии представляется актуальным.
Исследования проведены в рамках Программы ОНЗ РАН №3 «Комплексное освоение недр Земли: новые методы разработки и обогащения многокомпонентных руд и углей в условиях кризиса» по проекту «Обеспечение устойчивого развития горного производства при освоении месторождений многокомпонентных руд и углей», гггт?
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Волков Юрий Владимирович — доктор технически наук, профессор, зав. лаб. подземной геотехнологии,
Соколов Игорь Владимирович — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, лаб. подземной геотехнологии,
Смирнов Алексей Алексеевич — кандидат технических наук, старший научный сотрудник, лаб. подземной геотехнологии
Антипин Юрий Георгиевич — кандидат технических наук, ведущий инженер лаб. подземной геотехнологии,
Чаговец Галина Алексеевна — младший научный сотрудник, горный инженер, лаб. подземной геотехнологии,
ИГД УрО РАН, е-шаП: [email protected].
Лебединский ГОК. Работы в карьере
