Опыт ведения горных работ на карьере Жирекенского ГОКа

УДК 622. 271.3

П.Б. Авдеев, А.В. Рашкин

ОПЫТ ВЕДЕНИЯ ГОРНЫХ РАБОТ НА КАРЬЕРЕ ЖИРЕКЕНСКОГО ГОКа

*1 У/*ирекенский молибденовый комбинат в Читинской облас-жЛ\ ти является одним из крупнейших в России производителей молибденового концентрата, а в настоящее время - ферромолибдена. На Жирекенском ГОКе в период 1989-1995 гг. фактически добыто и переработано 10,546 млн т руды и получено 9,47 тыс. т молибдена (среднее содержание 0,09 %). Наибольшая производительность комбината достигнута в 1990 г. - 2,3 млн т руды и получено 2258 т молибдена. С 1991 г. добыча руды стала снижаться и в 1996 г. прекратилась, что объясняется экономическим кризисом в России, снижением спроса, низким извлечением (64-70 % при 85 % по проекту), высокой себестоимостью добычи и переработки руды. В 2000 г. возобновилась добыча руды и в 2004 - 2006 гг. комбинат перерабатывал около 2,0 млн т руды в год. На современном этапе выявлена необходимость решения ряда научно-технических задач по совершенствованию технологии открытых горных работ.

Горно-геологическая и горнотехническая характеристика Жирекенского месторождения. Жирекенское молибденовое месторождение представлено крутопадающим штокверком сложной морфологии, залегающим в гранитоидах. Внутреннее строение штокверка весьма сложное. Распределение оруденения определяется развитием различно ориентированных трещин, степенью мета-соматических изменений, а также типом гранитоидов. Падение рудного тела северо-восточное, угол падения варьирует в широких пределах 40-80°, составляя в среднем 60-70°.

Рудный контур, в пределах которого подсчитаны запасы, имеет среднюю площадь 800x900 м при площади выхода на поверхность 350х700 м. Глубина распространения балансовых запасов составляет 390 м. По данным отдельных скважин оруденение прослеживается до глубины 600-700 м от поверхности.

В подсчетном контуре выделяется ряд различно ориентированных рудных полос, разделенных прослоями забалансовых руд и пустых пород. Для рудных полос характерно наличие раздувов и

пережимов. Балансовые и забалансовые руды, а также прослои пустых пород выделяются только по данным опробования. Количество и мощность прослоев некондиционных руд и пустых пород с глубиной возрастает. Основную промышленную ценность на месторождении представляет молибден, попутный компонент - медь, запасы которой незначительны и на баланс не поставлены.

Вмещающие породы представлены крупнозернистыми порфировидными роговообманково-биотитовыми гранитами и мелко и среднезернистыми биотитовыми гранитами. Крепость руд и вмещающих пород по шкале проф. М.М. Протодьяконова составляет 10-12, средняя плотность - 2,6 т/м3. Руды и вмещающие породы обладают невысокой устойчивостью, что обусловлено развитием в центральной части месторождения зоны дробления и повышенной трещиноватости.

С увеличением глубины залегания практически все системы трещин имеют тенденцию к увеличению углов падения. Основные физико-механические характеристики пород - предел прочности на растяжение, временное сопротивление срезу, угол внутреннего трения, сцепление, предел прочности на одноосное сжатие, коэффициент крепости с увеличением глубины также возрастают.

На месторождении отмечается наличие многолетней мерзлоты островного типа до глубины 55 м. Гидрогеологические условия месторождения сравнительно простые - ожидаемый приток подземных вод до горизонта 815 м составляет 62 м3/час, ниже этой отметки - 159 м3/час.

Откосы предельных бортов карьера имеют по проекту (Читинский филиал «ВНИИПРОзолото». - Чита, 1972) плоскую или плоско-ломаную форму профильных сечений. Результирующие углы откосов колеблются от 270 в северо-западной части борта до 440 в северо-восточной. Пологие результирующие откосы по высоте борта имеют участки с углами 38...400. Ширина берм безопасности принята в проекте 10-12 м, высота погашенных уступов 30 м с углом откоса 600.

К 1992 г. до предельного контура доведен один уступ горизонта 925 м в западной части карьера. Фактический угол его откоса составлял от 55 до 600 при высоте до 30 м. Нижележащие рабочие или временно нерабочие уступы высотой 10 м имели углы откосов 70-800. По прогнозу специалистов МГМИ им. Г.И. Носова (Г.Д. Замосковцева и др. - Магнитогорск: МГМИ, 1992) наибольший

срок службы будут иметь откосы верхних горизонтов западного участка в соответствии с принятым направлением развития горных работ. Этот срок составляет не менее 20 лет для уступов гор. 925945 м, которые к 1992 г. имели возраст 2-3 года, но откосы находились в весьма деформированном состоянии, что указывало на необходимость обоснования параметров погашенных уступов по условиям их устойчивости.

Физико-механические свойства гранитоидов внутри карьерного поля, исследованные в лаборатории ИГД им. А. А. Ско-чинского (таблица), могут быть использованы для обоснования параметров БВР и для оценки устойчивости временно законсервированных и погашаемых бортов карьера. С увеличением глубины прочность гранитов заметно возрастает.

Физико-механические свойства пород Жирекенского месторождения

Горные породы Предел прочности, МПа Сцепление в куске, МПа Угол внутреннего трения, град Плот- ность, т/м3

на сжатие на растяжение

Граниты свежие 121,5... 13,6. 22,0. 32,0. 2,5.

233,0 19,0 38,0 35,0 3,1

Граниты вывет-

релые и затрону- 63,0. 5,5. 10,0. 28,0. 2,3.

тые выветрива- 108,3 13,7 20,0 34,5 3,1

нием

Граниты сильно 26,0- 3,2. 3,4. 30,0. 2,2.

выветрелые 60,5 9,5 18,0 34,5 2,7

Обломочные по-

роды тектонически

нарушенных гра-

нитоидов:

а) дресвяных; - - 0,010 32 2,15

б) дресвяно- ще-

бенистых; - - 0,015 32 2,15

в) щебенистых - - 0,050 32 2,15

На месторождении весьма развиты тектонические нарушения гранитного массива, представленные разломами с протяженностью от 500 до 3000 м четырех четко выраженных систем с углами падения от 500 до 900. Породы по разломам в процессе многократных тектонических подвижек интенсивно раздроблены и представлены

песком, щебнем и дресвой. В целом по физико-механическим свойствам эти породы могут быть отнесены к обломочным породам. Мощность тектонически разрушенных пород составляет от 5 до 12 м. Некоторые разломы имеют согласное с откосами бортов падение и поэтому представляют значительную опасность по условиям устойчивости. Кроме того, на месторождении имеется множество мелких тектонических трещин с мощностью раздробленных вдоль них пород 0,2-10,0 м.

Характер и интенсивность трещиноватости массива гранитои-дов изучались ИГД им. А.А. Скочинского (1974) и МГМИ им. Г.И. Носова (1992), при этом выделены трещины отдельности, тектонические трещины, трещины выветривания и трещины от взрывных работ. На карьере выделены 6 систем трещин по простиранию с различными углами падения в выработанное пространство и 4 системы трещин по углам падения. Наибольшее развитие имеют трещины с углами падения от 600 до 900 - 63 %, трещины с углами падения 30...600 составляют 27 % и с углами падения 10-300 - 10 %. На верхних горизонтах раскрытие трещин составляет в основном от 1,0 см до 5,0 см, расстояние между трещинами - 0,2-0,5 м, т.е. массив здесь оценивается как сильнотрещиноватый (среднеблочный) - И-ая категория трещиноватости.

Средний размер элементарного структурного блока отдельности гранитов, в том числе тектонически раздробленных, составляет от 0,08 до 0,74 м. По степени трещиноватости породы и руды Жи-рекенского месторождения относятся к 1-ой, И-ой и Ш-й категориям по известной классификации.

Обломочные породы, имеющие в составе керна дресву, щебень, песок отличаются высокой водопроницаемостью - коэффициент фильтрации может достигать 5-20 м/сут. Сильнотрещиноватые выветрелые граниты, керн которых представлен дресвой и щебнем, имеют коэффициент фильтрации от 70 до 150 м/сут при наличии открытых трещин. Трещиноватые граниты имеют ориентировочное значение коэффициента фильтрации около 20 м/сут.

Технология разработки месторождения и основные параметры карьера. По проекту разработка Жирекенского молибденового месторождения предусматривается открытым способом с применением транспортной системы разработки и внешнего отвалообразо-вания. По результатам сопоставления контурных коэффициентов вскрыши, значения которых не превышают 5,4 м3/т, с граничным

коэффициентом вскрыши - 7,9 м3/т глубина разработки месторождения принята равной глубине распространения утвержденных балансовых запасов 390 м до отметки 565 м.

Вскрытие месторождения решено с учетом залегания рудных тел, рельефа поверхности и размещения площадок обогатительной фабрики и отвалов вскрышных пород. Нагорная часть месторождения (выше отметки 845м) вскрывается разрезными траншеями и временными съездами, пройденными на каждый уступ, глубинная часть - двумя внешними траншеями (северной и южной), переходящими в спиральные съезды, проложенными по борту карьера. Северная траншея предназначается для транспортирования вскрышных пород, южная - для транспортирования балансовых руд на обогатительную фабрику и некондиционных руд в спецот-валы.

Основные параметры карьера на конец отработки балансовых запасов: длина и ширина карьера по поверхности, соответственно,

- 1310 м и 1120 м; длина по дну - 280 м; ширина по дну - 100 м; высота максимального борта - 390 м; углы откосов бортов карьера

- 39,0-39,50; общий объём горной массы в карьере - 192,2 млн м3, средний эксплуатационный коэффициент вскрыши - 1,92 м3/т.

Переработка окисленных руд признана экономически нецелесообразной, так как технико-экономические показатели (отнесенные к забалансовой руде) при этом будут низкими: рентабельность - 3,3 %, затраты на 1 у.е. товарной продукции - 0,90 у.е, срок окупаемости дополнительных капитальных вложений - 28 лет. Поэтому забалансовые окисленные руды размещаются в специальном отвале.

Вместе с тем при совместной переработке балансовой и забалансовой руды в объеме 5750 тыс. т технико-экономи-ческие показатели будут достаточно высокими: рентабельность 16,8 %, затраты на у.е. товарной продукции - 0,63 у.е, срок окупаемости капитальных вложений - 5,7 года.

Расчет эксплуатационных запасов произведен с учетом экс-плуатацонных потерь - 4,0 % и разубоживания руды - 6,5 %. Проектом принята производственная мощность Жирекенского ГОКа по добыче и переработке - 3750 тыс.т. Достижение указанной мощности возможно по горно-техническим факторам - годовое понижение добычных работ составляет 15,2 м/год.

Крутое падение рудных тел, ограниченные размеры карьера в плане и значительная глубина разработки не позволяют поддерживать постоянную производительность по горной массе. Слоевые коэффициенты вскрыши на верхних горизонтах значительно превышают его среднее значение по карьеру, поэтому предусматривалась в первые годы эксплуатации временная консервация борта на верхних горизонтах, что позволяет снизить объем вскрышных работ в этот период на 30-40 % .Общий объем законсервированной горной массы на верхних горизонтах достигает 25 млн м3. Разработка Жирекенского месторождения производится с применением буровзрывных работ и буровых станков СБШ-250 МН-32. Для вспомогательных целей (проходка траншей, селективная отбойка маломощных рудных тел, заоткоска уступов и т.д.) предусматривались самоходные буровые станки СБУ-100, для заряжания и забойки взрывных скважин - зарядная (М3-3А) и забоечная (ЗС-1М) машины. В качестве взрывчатых веществ рекомендованы граммо-нит 79/21Б и граммонит 30/70Б, в настоящее время широко применяется эмульсолит - П. В 2003-2004 гг. на карьере внедрена прогрессивная система инициирования зарядов СИНВ-С.

По результатам технико-экономического сравнения для погрузки взорванной горной массы рекомендованы экскаваторы ЭКГ-8И. Транспортирование руды на обогатительную фабрику и вскрышных пород в отвалы осуществляется автосамосвалами большой грузоподъемности. На основании технико-экономичес-кого сравнения автосамосвалов БелАЗ-549 грузоподъемностью 75 т с автосамосвалами БелАЗ-7519 грузоподъемностью 110 т с учетом производительности труда приняты автосамосвалы БелАЗ-7519. В настоящее время используются также автосамосвалы БелАЗ грузоподъемностью 55 т. В условиях Жирекенского карьера перспективным видом транспорта является комбинированный автомобильно-конвейерный транспорт.

Усреднение качества руды производится непосредственно в карьере и на шихтовочном складе, через который проектировалось пропускать 75 % всей руды, фактически в 2005 2006 гг. пропускалось до 90 % всей руды.

Общий объем вскрыши по состоянию на 1.01.86г. составлял 158,6 млн м3, в том числе забалансовых окисленных руд - 3,5 млн м3, забалансовых сульфидных руд - 20,8 млн м3 и пустых пород -134,3 млн м3. Забалансовые руды складируются в двух внешних самостоятельных отвалах, пустые породы размещаются в отвалах

№ I и № 2. Все отвалы располагаются за пределами перспективного контура карьера. Для производства планировочных работ на отвалах используются бульдозеры ДЭ-118 на базе трактора ДЭТ-250. Планировке подлежит 70 % общего объема вскрыши.

В период эксплуатации отвалов выявились специфические научно-технические проблемы, характерные для регионов с суровыми климатическими условиями и распространения многолетнемерзлых пород. В августе 1989 г. в рабочей зоне отвала № 1 высотой 60 м произошло не управляемое сдвижение отсыпаемых пород и выдавливание оттаявших грунтов основания. По расчетам высота устойчивого отвала при отсыпке в зимнее время на мерзлое основание достигает 110 м, при отсыпке в летнее время на талое основание - 54 м. Для консервации мерзлых грунтов основания рекомендована отсыпка в зимнее время перекрывающего (теплоизолирующего) слоя вскрышных пород высотой 5 м, что потребовало прокладывать дополнительные автодороги и увеличило расстояния транспортировани. Эти недостатки устраняются формированием устойчивого отвала двумя параллельными предотвалами, отсыпаемыми в зимнее время таким образом, чтобы между предотвалами в основании формировался перекрывающий слой высотой не менее 5 м. Пространство между предотвалами заполняется в летнее время. При высоте отвала 110 м около 50 % объемов летней вскрыши размещается в этом пространстве. Для размещения остатков летней вскрыши необходимо создавать резервные участки с учетом ограничения максимальной высоты отвала на талом основании. При такой организации отвалообразования необходимо тщательно корректировать календарный план отсыпки отвалов. При затруднениях с применением схем для летнего и зимнего периодов отвалообразования производят отсыпку в режиме допустимых деформаций путем организации надежного контроля состояния отвала. Критическая скорость деформирования, при которой не допускаются работы на отвале, составляет 0,50 м/сут. Обоснование рациональной технологии отвалообразования и оптимизация её параметров при отсыпке пород на основания в сложных геокриологических условиях распространения многолетнемерзлых пород требует дальнейших исследований.

Директивный срок ввода Жирекенского ГОКа в эксплуатацию был установлен в 1987 году. Продолжительность освоения проектной мощности комбината определилась равной 20 месяцам. При

этом уровень освоения проектной мощности на конец первого года эксплуатации (1988 г.) должен был составить 65 %, а объем добычи и переработки руды - 1750 тыс. т или 80 % освоенной мощности, в 1989 г.- соответственно 100 % и 2800 тыс. т руды, в 1990 году предприятие должно было работать с полной проектной производительностью - 3750 тыс. т руды в год.

По производительности труда рабочих - 87,2 м3/смену (228 т/смену) Жирекенский карьер превосходил известные в стране карьеры - Сорский (70,7 м3/смену), Тырнаузский (71,2 м3/смену), Кальмакырский (46,4 м3/смену - факт и 63,5 м3/смену - проект) и др., а также крупнейший в Азии карьер Эрденет (Монголия) - 30 млн т горной массы, производительность труда 73 м3/смену (182 т/см), но уступал некоторым зарубежным карьерам - Монто-Веялли (США), 28 млн т горной массы, производительность труда 275 т/смену.

При корректировке проекта предусматривались мероприятия по снижению отходов производства. Рудовмещающие породы Жи-рекенского месторождения представлены в восточной части крупнозернистыми порфировидными роговообманково-биотитовыми гранитами, в западной части - мелко и среднезернистыми биотито-выми гранитами. В приповерхностной части на глубину 40-50 м развита зона окисления. Кроме того, в центральной части месторождения отмечается наличие зоны дробления и повышенной трещиноватости. В пределах отмеченных зон руды и вмещающие породы обладают невысокой устойчивостью, коэффициент крепости их по шкале проф. М.М. Протодъяконова не превышает 6. Эти породы после непродолжительного времени разрушаются до состояния пылеватых песков. Коэффициент крепости вмещающих пород на отдельных участках, незатронутых процессами выветривания и тектонической деятельности, составляет 10-12. При бурении структурной скважины в западном борту карьера было установлено, что монолитные прочные породы в массовом объеме встречаются на глубине 100-140 м. Данные породы могут служить сырьем для строительного и дорожного щебня марки 1000. Строительство автомагистрали федерального значения «Чита - Хабаровск» вблизи Жирекенского ГОКа значительно повышает инвестиционную привлекательность этого проекта.

Проектом намечалось использование вскрышных пород на строительство внешних внутрикарьерных и отвальных автодорог.

С этой целью на первые годы эксплуатации предусмотривалось приобретение дробильно-сортировочной установки производительностью 30 м3/час. Данная установка предназначена для двухстадиального дробления горных пород с пределом прочности до 300 МПа и получением следующих фракций (мм): 0-5, 5-20, 20-40, 40-70. В состав установки входят: агрегат среднего дробления СВД-26Б и агрегат мелкого дробления и сортировки СМД-27Б.

Возможная производительность дробильно-сортировочной установки при круглогодовом режиме (305 рабочих дня в году и 21 рабочих часа в сутки) по исходному материалу составляет 192 тыс. м3, выход товарного щебня - в пределах 75 %. Ежегодная потребность в щебне для внутренних нужд Жирекенского ГОКа определилась равной 45 тыс. м3, поставка щебня внешним потребителям -до 100 тыс. м3 в год.

Дробильно-сортировочную установку целесообразно разместить на поверхности в районе ввода южной въездной траншеи в карьер. Погрузка товарного щебня в автосамосвалы предусматривалась одноковшовым погрузчиком, предназначенного для выполнения вспомогательных работ в карьере. Отходы дробления (породная мелочь класса 0-5 мм) могут быть использованы для забойки взрывных скважин, а также на дорожном строительстве. Вмещающие породы в той или иной степени металлоносны. В процессе избирательного измельчения молибденита при дроблении горных пород по опыту работы Сорского молибденового комбината возможно, что содержание молибдена в мелких классах будет выше, чем в исходном материале. Поэтому при производстве щебня необходимо систематическое опробование породной мелочи и при содержании молибдена выше 0,03 % отходы дробления направляются на обогатительную фабрику в качестве товарной руды.

Для достижения проектных показателей и обеспечения дальнейшего совершенствования горных работ на карьере Жирекенско-го ГОКа и полноты использования недр рекомендуется проведение научно-исследовательских работ, из которых к числу первоочередных относятся:

- разработка и внедрение методики и нормативов эксплуатационной разведки;

- разработка и внедрение методики определения нормативов потерь и разубоживания;

- разработка методики эксплуатационного опробования;

- разработка системы управления качеством руды и оперативного планирования сменной и суточной добычи руды с применением компьютерных технологий;

- выбор рационального развития горных работ в карьере и обоснование параметров временно законсервированных бортов и технологии их расконсервации;

- обоснование устойчивости временно законсервированных бортов и бортов в предельных контурах карьера;

- разработка оптимальных параметров буровзрывных работ по критерию минимума затрат на производственные процессы, включая дробление руды на фабрике, с учетом платежей за выбросы загрязняющих веществ;

- проведение исследований по использованию вскрышных пород для производства товарного щебня;

- обоснование параметров комбинированного автомобильноконвейерного транспорта.

— Коротко об авторах ------------------------------------------

Авдеев П.Б. - кандидат технических наук, доцент, директор Горного института,

Рашкин А.В. - доктор технических наук, профессор,

Читинский государственный университет.

--------------------------------------- © А.В. Рашкин, С.Ю. Селезнев,

Г.В. Секисов, А.А. Якимов,

2007

УДК 504.3/.55.06:622

А.В. Рашкин, С.Ю. Селезнев, Г.В. Секисов,

А.А. Якимов

СТИЛИЗАЦИЯ ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПРИ МАССОВЫХ ВЗРЫВАХ НА КАРЬЕРАХ

^буровзрывные работы (БВР)являются одним из наиболее л.9 ответственных, материалоёмких и трудоёмких производ-