CC BY
42
© Ю.И. Ролионов, П.Г. Паикевич, 2003
УЛК 622.272
Ю.И. Ролионов, П.Г. Паикевич
ВЫБОР ТЕХНОЛОГИИ ГОРНЫХ РАБОТ НА СТАЛИИ ПЕРЕХОЛА К ПОЛЗЕМНОМУ СПОСОБУ ОТРАБОТКИ ПОЛКАРЬЕРНЫХ ЗАПАСОВ ТРУБКИ "АЙХАЛ"
Кимберлитовая трубка "Айхал" представляет собой крутопадающее сплюснуто-трубча-тое тело, которое на уровне современного горизонтального среза (до начала отработки месторождения) имело в поперечном сечении дайко-образную форму с неправильными очертаниями образующего контура и соотношением в плане короткой и длинной осей 1:6,4. Простирание кимберлитового тела - северо-восточ-ное 63°. Протяженность тела на поверхности по длинной оси составляла 510 м, ширина - от 50 до 120 м, в среднем - 82,5 м.
На глубине 126 м (абс. отм. +374 м) от поверхности единое рудное тело разделяется на два самостоятельных: юго-западное и северо-восточное, изолированных друг от друга массивом вмещающих карбонатных пород. Мощность перемычки карбонатных пород, разделяющих оба рудных тела, возрастает от 22 м на абс. отметке +225 м до 105 м на абс. отметке -400 м.
В свою очередь северовосточное рудное тело на глубине около 620 м (-120 м абс.) также разделяется на два рудных столба: западный и восточный. Таким образом, трубка "Айхал" на глубоких горизонтах делится на три рудных тела (магмоподводящих канала), переходящих в верхних горизонтах в единое рудное тело.
Северо-восточное рудное тело, подлежащее отработке подземным способом, имеет дайко-образную форму и сложную конфигурацию как в плане, так и в разрезе.
Кимберлиты, слагающие северо-восточное рудное тело, представлены порфировыми кимбер-
литами и кимберлитовыми брекчиями. Кимберлитовые брекчии составляют основной объем северо-восточного рудного тела (до 99 %), порфировые кимберлиты встречаются в нем лишь в виде мелких единичных обособлений.
Прочностные свойства кимберлитов невысоки и колеблются от 10-20 до 40-50 МПа со средним объемным весом 2,4 т/м3. По вещественному составу и алма-зоносности обе разновидности кимберлитов лишь незначительно отличаются друг от друга и относятся к одному технологическому типу. В районе месторождения выделяются 3 типа подземных вод:
1. Карьерные воды, которые сформировались за счет поверхностного стока и слабой подпитки межмерзлотными водами;
2. Подмерзлотные (меж-
мерзлотные) воды вскрыты на отм. +157/+158 м, являются слабо напорными (не более 20 м), причем напоры снижаются при постоянном изливе. Воды распространены не повсеместно, их можно отнести к пластовотрещинному типу. Состав вод выдержан: хлоридно-кальциевые
рассолы отрицательно температурные, средняя минерализация 110-150 г/литр;
3. Промежуточное положение занимают воды, циркулирующие в пределах рудного тела.
Главным источником водо-притоков в подземные горные выработки являются атмосферные воды, образующиеся в период снеготаяния и летний период за счет ливневых дождей. Поступление атмосферных вод составляет 60-70 тыс. м3 в год. Макси-
мальный суточный приток - 3000 м3/сутки.
До июля 2002 г. отработку прибортовых запасов на опытнопромышленном участке рудника "Айхал" вели системой разработки с подэтажной выемкой и открытым очистным пространством. С июля, вследствие участившихся случаев обрушения бортов карьера, рудник перешел на систему разработки с подэ-тажным обрушением под породной подушкой. Внедрение данной системы сопровождается значительными техническими трудностями. Не отработаны оптимальные параметры БВР, нуждается в корректировке высота подэтажа, часто возникают зависания отбитой руды и, как следствие, сложности с ее выпуском. Существенно снизилось качество выдаваемой рудной массы в связи с высоким разубоживанием.
Важной проблемой для рудника является то, что в настоящее время на дне карьера скопилось около 100 тыс. тонн отбитой руды, перемешанной с соленой водой и глинистыми наносами. При движении фронта очистных работ от дна карьера к нижним горизонтам вероятность прорыва пульпы с катастрофическими последствиями для рудника многократно возрастает. Поэтому отработку следующих подэтажей нельзя вести без предварительного осушения дна карьера.
Выполненный анализ горнотехнической обстановки на руднике "Айхал" показал, что отработка запасов северо-восточного рудного тела системами подэ-тажного обрушения вариантами с отбойкой и выпуском руды как с открытым выработанным пространством (с частичным мага-зинированием руды), так и под породной подушкой технически сложна и экономически неэффективна. Предлагается горные работы вести под защитой рудной подкарьерной потолочины. Наиболее надежным и эффективным вариантом подземной добычи кимберлита проектными решениями, выполненными институтом "Гипроникель", рекомендуется слоевая нисходящая выемка с твердеющей закладкой
Рис. 1. Принципиальная схема камерной системы разработки. Выемка камер первой очереди
и ориентацией лент по короткой оси трубки, обеспечивающая безопасное выполнение горных работ под искусственной кровлей. Недостатком варианта является перманентное накопление недозаклада в слоях, что может привести к деформации и последующему обрушению под-карьерной рудной потолочины. Не исключается и, по нашему мнению, предпочтительней использование восходящей слоевой выемки с ориентацией лент по короткой или длинной оси, что позволит контролировать состояние потолочины и определить надежную ее мощность путем прямого эксперимента.
Камерные варианты системы разработки в зависимости от выбранных параметров системы и ее конструкции могут быть реализованы на более низком уровне требований к прочностным характеристикам искусственного массива.
Применение каких-либо других вариантов систем в условиях подземного рудника "Айхал" не просматривается.
Исходя из горнотехнических и горно-геологических условий Айхальского месторождения отработку кимберлитовой трубки целесообразно начать с глубоких горизонтов (от -100 м до 0 м), но в связи с критическим состоянием по строительству всего комплекса надшахтных и подземных сооружений, необходимых для перехода к подземным работам, выемку подкарьерных запасов имеет смысл разделить на два этапа. Это позволит не закрывать рудник на реконструкцию.
На первом этапе извлекают запасы месторождения до отметки + 150 м. При камерном варианте системы разработки предусматривается оставление рудной потолочины мощностью от 15 до 30 м, отделяющей выработанное пространство карьера от развивающихся подземных горных работ. Участок северо-восточного рудного тела с отметки +180 м до отметки +150 м разбивается на два подэтажа высотой по 15 м.
На каждом подэтаже проходят сеть подготовительных и нарезных выработок, включающих в себя транспортные штреки, разрезные орты, вентиляционные восстающие и рудоспуски. На уровне кровли верхнего подэтажа создается вентиляционнозакладочный горизонт (рис. 1). Подэтажи отрабатывают в восходящем порядке.
Шахтное поле разбивается на камеры шириной 6 м и целики (15-20 м). Отработка камер первой очереди ведется двумя фронтами от центра рудного тела к его флангам, но возможен вариант с развитием горных работ от одного фланга к другому. Длина камер равна горизонтальной мощности рудного тела по падению.
Отработка камеры начинается с проходки разрезного орта и отрезного восстающего в центре камеры. После образования отрезной щели ведется скважинная отбойка запасов камеры на плоское днище. Для обеспечения безопасности горных работ необходимо оборудовать не менее двух заездов в камеру, пройденных в ее торцах. Для обеспечения зачистки днища предлагается пройти еще два заезда в центре камеры, которые оформляют из смежных с ней целиков. Перед закладкой камеры выполняется зачистка ее днища с помощью дистанционно управляемых ПДМ.
В связи с отсутствием на руднике комплекса по производству
твердеющих закладочных смесей, в камерах первой очереди возможно применение сухой закладки, которую доставляют в выработанное пространство камер ПДМ. Камеру закладывают из выработок верхнего подэтажа. Закладочный массив возводится по аналогии с отсыпкой отвалов. Поверхность сухой закладки планируется ПДМ с учетом оставления свободного пространства для проветривания и оборки кровли с почвы подсечки. Так как при отработке верхнего подэтажа днищем камеры является закладочный массив нижней, перед началом отбойки запасов верхней камеры необходимо провести планировку поверхности из закладки и уложить на нее монолитный слой твердеющей закладки мощностью 0,5 м.
Технология выемки камер первой очереди верхнего подэтажа идентична вышеописанной и отличается лишь тем, что днище этих камер выполнено монолитной закладкой и отпадает необходимость формирования монолитного слоя в кровле камер.
В связи с вынужденной закладкой камер первой очереди бесцементными, сухими или гидравлическими смесями отработка запасов камер второй очереди возможна лишь небольшими за-ходками с минимальным обнажением поверхности первичных камер в их торцах и только с предварительным тампонажем (цементацией) этих обнажений.
Тампонаж массива сухой закладки первичных камер может проводиться по следующим схемам:
• тампонаж всей прикон-тактной поверхности и днища камер первой очереди;
• предварительный тампонаж вскрываемых участков при-контактной поверхности камер.
Тампонажные работы по первой схеме проводятся непосредственно после закладки камер первой очереди с поверхности закладочного массива. При всей простоте этой схемы работ ей присущ ряд недостатков, среди которых основными являются неконтролируемость качества тампонажа, а также большой расход цемента.
Вторая схема предусматривает проведение местных тампо-нажных работ, проводимых перед вскрытием конкретного участка приконтурной части камеры. Для этого перед отбойкой последней заходки толщиной = 2 м в слое при отработке запасов вторичных камер через шпуры (возможно использование отбойных шпуров) по всей площади забоя нагнетается цементный раствор. Таким образом упрочняется корка закладки первичных камер площадью 20-30 м2, что существенно повышает надежность результатов цементации. Это позволяет создать закладочный массив прочностью около 1 МПа, достаточной для обеспечения устойчивости вертикального обнажения высотой 5-6 м.
Рудные междукамерные целики после закладки первичных камер и набора закладочным массивом нормативной прочности отрабатывают слоями в восходящем порядке с использованием твердеющей и малопрочной закладки после сооружения постоянного закладочного комплекса. Возможна слоевая выемка центральной части междука-мерных целиков и до его сооружения с применением описанной
Рис. 2. Принципиальная схема отработки запасов участка +163/+180 м с применением комбайна: 1 - очистная лента; 2 - разрезной орт; 3 - вентиляционно-закладочный орт; 4 - вентиляционно-закладочный штрек; 5 -камера аварийного сброса закладки
выше технологии ведения закладочных работ.
Однако, камерные варианты систем разработки, хотя и позволяют достигнуть проектной производительности в столь трудных условиях Айхальского месторождения, тем не менее требуют проведения опытно-исследовательских работ по условиям их применения.
Наиболее полная и безопасная отработка запасов трубки подземным способом возможна только слоевыми системами с закладкой, но эта технология требует наличия закладочного комплекса с четкой и бесперебойной работой его служб, завершение строительства которого планируется в 2007 г.
Нами рассмотрен альтернативный вариант отработки запасов в интервале отметок +150 -+185 м слоевой системой разработки с закладкой выработанного пространства и восходящим порядком выемки слоев, предусматривающий применение низкопрочных (малоцементных) закладочных смесей, приготавливаемых из хвостов обогатительной фабрики № 8 на временном закладочном комплексе, что, по нашему мнению, позволит руднику "Айхал" выйти из сложившегося тупикового положения (рис. 2).
Исходя из опыта работы рудника "Интернациональный", на
котором высота выемочной единицы изменяется от 12 до 17 м, предлагается разбить подкарьер-ные запасы рудника "Айхал" в интервале отметок +150-+185 м на два участка высотой 13 м (три слоя между горизонтами +150 и + 163 м) и 16 м (четыре слоя между горизонтами +163 и +185 м).
При комбайновой выемке рудное тело разбивается на ленты шириной 5-6 м, расположенные по простиранию его фактического контура.
Горные работы начинаются с отработки секции № 2 (между гор. +163 и гор. +185 м). Для этого с транспортного штрека и квершлага +163 м проходят заезды на рассечной слой № 1, из которых по рудному телу комбайном нарезают разрезные орты через 60-100 м. Для обеспечения надежной вентиляции очистных забоев в торце каждого разрезного орта проходятся вентиляционные восстающие, которые сбиваются с горизонтом +185 м.
Очистные работы начинают после окончания строительства вентиляционно-закладочного горизонта с выемки слоя с параметрами 5-644 м по контакту руда-порода. При этом длина тупикового забоя (заходки) составляет 50-90 м. Для обеспечения устойчивости рудных целиков за-ходки первой очереди отрабатываются через две ленты (10-12 м). После отработки очередного
слоя выполняют его зачистку и установку закладочных перемычек.
Заходки второй очереди проходят вприсечку к закладочному массиву заходок первой очереди. При обнаружении в отработанных лентах недо-закладов, они устраняются в ходе выемки вторичных и последующих лент. Для стока дренированной воды слои имеют наклон в 3 %о от флангов в сторону пережима (в районе квершлага) рудного тела.
При отработке лент по контакту рудного тела с вмещающими породами необходимо проводить детальную разведку вышележащего слоя для уточнения его контуров, ибо это позволит рассчитать точное количество лент и расположение разрезных ортов при его отработке. В днище рас-сечного слоя (+163 м) создается армированный слой мощностью не менее 1,5 м и прочностью закладочного массива не менее 3-4 МПа. Если на момент отработки секции № 2 на руднике не будут построены наклонные и вертикальный стволы и не будут вскрыты запасы нижележащих горизонтов, то следующим дей-
ствием необходимо приступить к подготовке и отработке секции № 1 (гор. +150/+163 м). К этому моменту на руднике должна быть проведена детальная доразведка запасов этого горизонта.
Отработка запасов секции № 1 идентична отработке вышележащей секции № 2, при этом вентиляционно-закладочный горизонт + 185 м сохраняет свои функции. Для этого необходимо продлить блоковые вентиляционные восстающие до горизонта +150 м и перебурить закладочные скважины. На этом первый этап отработки подкарьерных запасов завершается. Выемка запасов ниже гор. +150м (до гор. -100 м) безусловно должна выполняться слоевой системой с твердеющей закладкой с нисходящим порядком выемки этажей +100, ±0 и -100 м и восходящим порядком выемки слоев в этаже (рис. 3). Отсутствие данных о детальной геологической разведке этого участка подкарьерных запасов и информации о морфологии рудного тела по этажам, позволяет наметить лишь общие принципы выемки запасов в интервале отметок -100/+150 м.
Рис. 3. Принципиальная схема слоевой системы разработки с камерно-целиковым порядком отработки лент и комбайновой отбойкой: 1 - транспортный уклон; 2 - заезд на слоевой орт; 3 - вентиляционно-закладочный горизонт; 4 - незаложенная лента; 5 -недозаклад; 6 - слоевой орт; 7 - направление движения воздуха; 8 - вентиляционный восстающий
В зависимости от формы и размеров рудного тела возможна как комбайновая, так и буровзрывная технологии. При малой мощности рудного тела необходимо использовать технологию взрывной отбойки с расположением лент вкрест простирания рудного тела и корректировкой схемы подготовки этажа, в частности, вентиляционно-закладочного горизонта.
В обоих случаях этажи делят на ленты, а порядок их выемки зависит от выбранной технологической схемы отработки слоев. Параметры очистных выработок (лент, слоев) уточняются с учетом опыта отработки запасов этажа +150/+185 м. Слои возможно извлекать как тупиковыми забоями, так и с недо-закладкой очистного пространства. Последняя схема по фактору эффективности проветривания и производительности добычного комплекса предпочтительней.
Обобщая вышеизложенное, можно сделать вывод, что наиболее эффективная подземная отработка подкарьерных запасов трубки "Айхал" с ее сложными горно-геологическими и горнотехническими условиями возможна только слоевыми системами разработки с твердеющей закладкой. Другие варианты, такие, как применение вариантов камерной системы разработки, можно рассматривать, как временные, позволяющие руднику преодолеть сложности переходного периода от открытых горных работ к подземным.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
Родионов Ю.И. - горный инженер, ИПКОН РАН. Пацкевич П.Г. - горный инженер, ИПКОН РАН.
Файл: ПАЦКЕВИЧ
Каталог: G:\^ работе в универе\2003г\Папки 2003\GIAB5_03
Шаблон:
C:\Users\Таня\AppData\Roaming\Microsoft\Шаблоны\Normal.do
tm
Заголовок: Кимберлитовая трубка "Айхал" представляет собой крутопа-
дающее сплюснуто-трубчатое тело, которое на уровне современного горизон Содержание:
Автор: peter
Ключевые слова:
Заметки:
Дата создания: 05.05.2003 8:58:00
Число сохранений: 10
Дата сохранения: 08.11.2008 0:47:00
Сохранил: Таня
Полное время правки: 48 мин.
Дата печати: 08.11.2008 1:17:00
При последней печати страниц: 4
слов: 2 448 (прибл.)
знаков: 13 956 (прибл.)
