Повышение интенсивности геотехнологии разработки коренных месторождений кимберлитов с комбайновой выемкой

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В., Радченко Д.Н., Арсентьев В.А., Квитка В.В., Маннанов Р.Ш. Новая технология и оборудование для высокопроизводительной закладки выработанного пространства при подземной отработке месторождений // Горный журнал, 2012. №2. С.41-43.

2. Каплунов Д.Р., Рыльникова М.В., Радченко Д.Н., Корнеев Ю.В. Передвижные закладочные комплексы в системах разработки рудных месторождений с закладкой выработанных пространств // Горный журнал, 2013. №2. С.41-43.

3. Корнеев Ю.В. Обоснование условий повышения интенсивности подземной разработки рудных месторождений с использованием передвижных закладочных комплексов // Маркшейдерский вестник, 2012. №6. С. 18-22

УДК 622.272 © П.Г. Пацкевич, 2013

ПОВЫШЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ГЕОТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ КОРЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КИМБЕРЛИТОВ С КОМБАЙНОВОЙ ВЫЕМКОЙ

Рассмотрены пути повышения интенсивности геотехнологии разработки коренных месторождений кимберлитов с комбайновой выемкой. Предложена технологическая схема с двустадийным формированием очистных выработок, обеспечивающая увеличение средней производительности комбайна на 28 % и повышение интенсивности горных работ в 2,56раза.

Ключевые слова: подземная разработка, слоевая система разработки, комбайновая выемка, кимберлит, закладка выработанного пространства, интенсивность.

Перспективы развития подземного способа добычи полезных ископаемых связаны с переходом горных работ на большие глубины, при этом условия их разработки будут постоянно ухудшаться [1]. Уже сегодня практически все основные виды страте-

гического сырья в России добываются на глубинах от 500 до 1700 м. Не являются исключением и коренные месторождения кимберлитов Якутии, составляющие основу сырьевой базы алмазодобывающей промышленности России, подземную разработку которых ведет на глубинах до 1200 м.

Характерной особенностью алмазоносных месторождений России является разнообразие условий залегания кимберлитовых трубок, их размеров и форм, наличие горно-геологических факторов, осложняющих условия разработки. К ним относятся: высокая степень обводненности ряда месторождений, наличие неф-те- и газопроявлений во вмещающих породах, низкая устойчивость руд и пород, высокая засоленность подземных вод и наличие в них растворенного сероводорода [2].

Качество добываемого сырья существенно зависит от принятого способа разрушения руд. Теоретически и экспериментально доказано, что механический способ выемки кимберлитов комбайнами способствует росту стоимости продукции на 10—14 % за счет повышения выхода крупных фракций алмазов. Поэтому при разработке кимберлитовых месторождений с высокой ценностью руды применяется геотехнология с комбайновой выемкой руды и закладкой выработанного пространства.

В ближайшей перспективе в отработку подземным способом будут вовлекаться участки месторождений, характеризующихся большей сложностью горно-геологических условий — расположенные на значительной глубине, вблизи водоносных горизонтов, запасы расположенные вблизи выработанных пространств карьеров и т.д. Ухудшение условий разработки может привести к снижению производительности интенсивности горных работ [3].

Следовательно, приоритетным направлением развития геотехнологии разработки коренных месторождений кимберлитов является обоснование параметров системы разработки, позволяющих обеспечить высокую производительность добычных комплексов, а также устойчивость горных выработок, рудного массива, вмещающих пород и закладки.

Геотехнология отработки коренных месторождений кимберлитов с комбайновой выемкой и закладкой выработанного пространства предусматривает применение одного из вариантов слоевой системы разработки с закладкой выработанного пространства

отличающиеся порядком и последовательностью выемки запасов; размерами выемочных участков по горизонтали и вертикали; размерами очистных выработок; количеством добычных комплексов в одновременной эксплуатации; прочностными и деформационными характеристиками закладочного массива. геомеханическими ограничениями, обусловленными ведением работ вблизи водоносных горизонтов и выработанных пространств карьеров.

Годовая производительность одного добычного комплекса выражается формулой: О " О

А = 360^ У-^-, т/год

кк Т О + Т  А

сл 1=1 сл( п сут

где Осп — извлекаемый объем руды в слое, т; Тсп — время отработки слоя, сут.; Асут — производительность комбайна, т/сут.

Производительность комбайна существенно зависит от применяемой технологической схемы очистных работ. Основными технологическими факторами, определяющими его производительность являются: ширина фронта очистных работ на один добычной комплекс, параметры очистных выработок, продолжительность операций по перемещению комбайнового комплекса между слоями.

Эксплуатационная производительность комбайна (Осм) составляет:

Осм = , О 'Т°п 'У-, т/см.

1+ТВ Г К°'Крю

Т РО )

где Ок—техническая производительность комбайна, м3/мин; Топ — оперативное время работы комбайна в смену, мин; у — плотность руды в массиве т/м3; ТКВ — время на вспомогательные операции при отбойке, мин; Тро — время на отбойку руды, мин; Ко — коэффициент, учитывающий отдых рабочего; Крез — коэффициент резерва основного горно-шахтного оборудования.

Эксплуатационная производительность комбайна определяется соотношением времени на отбойку руды и временем, затраченным на вспомогательные операции при отбойке, и представляет собой линейную функцию прямо пропорциональную указанному соотношению.

Рис. 1. Зависимость эксплуатационной производительности комбайна от площади сечения и объема крепления

Основным резервом повышения производительности является минимизация времени на вспомогательные операции, которое пропорционально длине выработки и не зависит от площади ее сечения. Зависимости производительности комбайнов АМ-75 и АМ-105 от площади сечения, приведены на графике (рис. 1).

Интенсивность отработки крутопадающих месторождений определяется годовым понижением горных работ (V):

V = у£э , м/год,

где Qп — погашаемые в течение года запасы, т/год; у — плотность руды, т/м3, £э — средняя эксплуатационная площадь рудного тела, м2.

Соответственно интенсивность горных работ обратно пропорциональна эксплуатационной площади и, следовательно, длины фронта очистных работ, приходящейся на один добычной комплекс. Ее уменьшение с одной стороны, приводит к увеличению годового понижения горных работ, а с другой может привести к снижению производительности комбайна из-за недостаточного резерва забоев.

Минимальный резерв забоев на один добычной комплекс следует определять с учетом возможной вариации производи-

тельности комбайна, неравномерности объемов извлекаемых запасов в очистных выработках и применяемого порядка выемки. В этом случае минимальный резерв забоев (Кр.3) будет составлять:

7 Тл Л

Кр.з. =

V-.

Яср - 2$

Яр + 2^

, д ед.

где Vmax — максимальные запасы руды в очистной выработке в пределах рассматриваемого участка месторождения; Vmin — минимальные запасы руды в очистной выработке в пределах рассматриваемого участка месторождения; $ — стандартное отклонение производительности, м /см; 0ср — средняя производительность комбайна, м3/см.

Минимальная необходимая ширина добычного участка (Ьф) составит:

Ьф = Кр.3хп*Ь, м,

где Ь — горизонтальный пролет очистной выработки, м; п — количество очередей отработки заходок в слое.

Разработка большинства кимберлитовых трубок осложняется наличием водоносных комплексов, содержащих газонасыщенные агрессивные рассолы, поэтому при их разработке необходимо ограничивать уровень вертикальных смещений и растягивающих деформаций в налегающих породах, чтобы они не превышали критических значений, при достижении которых возможно образование сквозных секущих трещин, соединяющих водоносные горизонты с выработками подземного рудника.

Применение систем разработки с закладкой позволяет регулировать величину смещений и деформаций за счет выбора порядка выемки запасов и придания закладочным массивам заданных деформационных свойств. Оценка влияния порядка и последовательности выемки запасов на напряженно-деформированное состояние горного массива выполнена для трех принципиальных схем с учетом ограничений, накладываемых применением комбайновой выемки (рис. 2).

В расчетах использован метод конечных элементов, реализованный в программном комплексе В результате моделирования отработки участка месторождения высотой 60 м установлено, что:

а — вариант № 1 б — вариант № 2

Рис. 2. Принципиальные схемы отработки

в — вариант № 3

— параметры зон сжимающих напряжении и их максимальная величина практически не зависят от применяемого порядка выемки запасов и определяются соотношением деформационных свойств рудного, породного и закладочного массивов;

— величина горизонтальных растягивающих напряжении существенно зависит от применяемого порядка выемки. Максимальное их значение составляет: вариант № 1 — 3,7 МПа, вариант № 2 — 3,2 МПа, вариант № 3 — 2,7 МПа;

— величина вертикальных смещений после отработки блока составляет: вариант № 1 -32 см, вариант № 2 — 30 см, вариант № 3 — 26 см, при этом характер развития смещений имеет существенные различия (рис. 3).

Рис. 3. Развитие вертикальных смешений по мере отработки

Моделированием развития работ одновременно в нескольких разрезках установлено, что восходящий порядок выемки слоев возможен только при ведении очистных работ одним фронтом, вследствие концентрации в рудном массиве горизонтальных напряжений.

Таким образом, при ведении работ вблизи водоносных горизонтов следует либо применять восходящий порядок выемки клинообразным фронтом, который характеризуется наименьшими геомеханическими последствиями, либо корректировать верхнюю границу горных работ. При отсутствии геомеханических ограничений предпочтение следует отдавать вариантам, обеспечивающим наибольшую интенсивность горных работ при максимальной производительности комбайнового комплекса.

Результаты расчетов и опыт ведения подземных горных работ на руднике «Интернациональный» показали возможность увеличения параметров поперечного сечения очистных выработок. С целью оценки эффективности изменения параметров были проведены испытания выемки запасов очистными выработками с увеличенными параметрами.

Производительность комбайнового комплекса при отработке очистных выработок в зависимости от сечения, формируемого одним ходом комбайна (ШхВ), составило: 6,0^1,55 м — 157 тыс. т/год; 5,4x4,5 м — 200 тыс. т/год; 6,0x5,2 м — 254 тыс. т/год.

Таким образом, двустадийная выемка запасов очистной за-ходки может быть рекомендована при условии, если оба хода комбайн будет проходить, сечением близким к техническим возможностям.

Возможные направления совершенствования геотехнологии разработки глубоких горизонтов кимберлитовых месторождений рассмотрены на примере трубки «Интернациональная». Участок месторождения расположен на глубине от поверхности 10001220 м.

Оценка по рейтинговой классификации показала, что время устойчивого стояния горизонтальных обнажений рудной кровли с пролетом 6 м на рассматриваемых глубинах будет составлять от 2 до 10 суток, что не позволяет обеспечить безопасное ведение очистных работ в восходящем порядке. Для сравнения приняты три варианта:

Рис. 4. Технологическая схема с двустадийным формированием очистных выработок

1) Технологическая схема с одностадийным формированием очистных выработок со стандартными параметрами, применяемыми на руднике;

2) Она же с увеличенными параметрами;

3) Технологическая схема с двустадийным формированием очистных выработок (рис. 4).

Результаты расчетов производительности и интенсивности показывают, что наиболее приемлемым вариантом является технологическая схема с двустадийным формированием очистных выработок, которая обеспечивает увеличение средней производительности комбайна на 28 % и повышение интенсивности горных работ в 2,56 раза.

Результаты экономического сравнения вариантов показали, что совокупный экономический эффект от внедрения новой технологии по сравнению с применяемым на руднике вариантом составит 95,6 руб/т добытой руды. Экономический эффект от увеличения параметров очистных выработок при сохранении существующей технологической схемы очистных работ составит 19,3 руб/т.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Проблемы комплексного освоения суперкрупных рудных месторождений. // Под.ред. академика К.Н. Трубецкого, чл. — корр. РАН Д.Р. Каплунова. — М.: 2004. 416 с.

2. Замесов Н.Ф., Айнбиндер И.И., Звеков В.А., Овчаренко О.В., Пац-кевич П.Г., Родионов Ю.И. Актуальные проблемы геотехнологий подземной разработки рудных месторождений в сложных горнотехнических условиях и пути их решения. — Горный журнал, № 4, 2005. с.36

3. Пацкевич П.Г. Повышение интенсивности слоевой системы разработки с закладкой и комбайновой отбойкой руды на руднике «Интернациональный» // Материалы 5-й Международной научной школы молодых ученых и специалистов «Проблемы освоения недр в XXI веке глазами молодых», УРАН ИПКОН РАН, 11-14 ноября 2008 г. С.167-169.

4. Айнбиндер И.И., Пацкевич П.Г., Родионов Ю.И. Новые подходы к подземной разработке месторождений полезных ископаемых. - Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых, № 5, 2008. С. 89-97.

УДК 622.274

© З.Р. Гибадуллин, В.Н. Калмыков, А. А. Зубков, С. С. Неугомонов, П.В. Волков, Е.И. Пушкарев, 2013

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ МЕХАНИЗИРОВАННОГО КРЕПЛЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК МЕТОДОМ «МОКРОГО» НАБРЫЗГБЕТОНИРОВАНИЯ НА ПОДЗЕМНЫХ РУДНИКАХ ОАО «УЧАЛИНСКИЙ ГОК»

Проведена разработка технологии механизированного крепления горных выработок способом «мокрого» набрызгбетонирования.

Ключевые слова: набрызгбетонирование, «сухая» и «мокрая» технология, коэффициент использования оборудования, длина транспортирования, экономическая оценка.

Производительность труда на работах, связанных с нанесением набрызгбетона, значительно возрастает при переходе от машин сухого способа к новейшим роботизированным установ-