Применение открытой технологии по выемке законтурных рудных тел

чениях конструкций машин. Повышенное внимание технического персонала и применение методов не-разрушающего контроля к зонам, выявленным с по-

мощью численных методов, позволят повысить надежность, долговечность машин и сократить сроки простоев.

Библиографический список

1. Махно Д.Е., Шадрин А.И. Эксплуатация и ремонт механических лопат в условиях Севера: справочное пособие. М.: Недра, 1992. 127 с.

2. Хладноломкость и хладостойкость металлоконструкций горных машин в условиях Севера: монография / Д.Е.Махно [и др.]. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2010. 230 с.

3. Авдеев А.Н., Болотнев А.Ю., Унагаев Е.И. Распределение напряжений в базовых узлах карьерных экскаваторов и хрупкие разрушения конструкций // Вестн. Иркут. гос. техн. ун-та. 2009. №2. С. 17-19.

4. Металлические конструкции строительных и дорожных машин / В.А. Ряхин [и др.]. М.: Машиностроение, 1972. 312 с.

УДК 622.23

ПРИМЕНЕНИЕ ОТКРЫТОЙ ТЕХНОЛОГИИ ПО ВЫЕМКЕ ЗАКОНТУРНЫХ РУДНЫХ ТЕЛ

А.В.Волохов1, В.И.Снетков2

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Приведены варианты выемки законтурных запасов полезных ископаемых на различных месторождениях. Проектные технические решения по разработке рудных тел, находящихся за технической границей карьеров сложно-структурных образований, зачастую ограничиваются автоматическим их переводом на подземный способ доработки. На практике ведения открытых горных работ показано, что определенную часть законтурных залежей возможно отрабатывать по существующей технологии более дешевыми и эффективными способами без нарушения и с нарушением карьерного пространства. Ил. 7. Библиогр. 5 назв.

Ключевые слова: законтурные рудные тела; сложноструктурные месторождения; горные разработки; нерабочий борт; проектный контур; берма безопасности.

APPLICATION OF THE OPEN-CUT TECHNOLOGY FOR CONTOUR ORE BODIES MINING A.V. Volokhov, V.I. Snetkov

National Research Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074.

The article lists mining variants for contour mineral resources in various deposits. Project engineering solutions for mining of ore bodies beyond the technical boundary of open pits of complex structure formations are often confined to their immediate transfer to underground mining method. The practice of surface mining shows that a certain part of contour deposits can be developed by the existing technology using cheaper and more effective methods with and without breaking the open pit area. 7 figures. 5 sources.

Key words: contour ore bodies; complex structure deposits; mining; non-working edge; project contour; safety bench.

Проектом разработки одного из сложноструктур-ных месторождений в Забайкалье принят открытый способ добычи полезного ископаемого, при котором часть рудных запасов, оставляемых за технической границей карьера, переходит на подземный способ доработки. Принимая во внимание высокую ценность руды, положительные экономические расчеты, инженерной службой рудника открытых работ применялись различного рода технические решения по выемке законтурных рудных тел в зависимости от горногеологических условий.

Месторождение относится к типу гидротермальных, занимает площадь около 0,2 км2 и вытянуто на

северо-запад на 1000 м при ширине 150-250 м. Его характерной чертой является приуроченность к крупной зоне разломов в толще верхнеюрских вулканитов, образующих два структурных этажа.

Вмещающие породы нижней толщи представлены мощным (380-450 м) покровом андезито-базальтов (несогласно залегающих на палеозойских гранитах), трахидацитов мощностью 75-110 м, андезито-базальтов среднего покрова с выдержанной (30-40 м) мощностью. Завершают нижнюю толщу андезито-базальты верхнего покрова, вмещающие в себя выклинивающиеся участки узких прерывистых жилооб-разных тел, отличающихся высоким качеством. Об-

1Волохов Анатолий Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел.: 89246096238, e-mail: volohov@istu.edu

Volokhov Anatoly, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Mine Surveying and Geodesy, tel.: 89246096238, e-mail: volohov@istu.edu

2Снетков Вячеслав Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры маркшейдерского дела и геодезии, тел.: 89500769564, e-mail: snetkov@istu.edu

Snetkov Vyacheslav, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Mine Surveying and Geodesy, tel.: 89500769564, e-mail: snetkov@istu.edu

щая мощность пород нижнего этажа составляет около 660 м.

Верхний этаж вмещающих пород месторождения образован толщей верхнеюрских осадочно-вулканогенных пород, нижнемеловых отложений и представлен осадочно-туфогенным и фельзитовым комплексами, в которых сосредоточена подавляющая часть полезного ископаемого.

Тектоническая структура месторождения сложная и определена разрывными нарушениями северозападного (290-310°) простирания с падением на северо-восток (75-80°) в сторону карьерного поля, а также проявлениями разрывов северо-восточного (1070°) направления с падением на юго-восток под углами 40-80°.

Рудные скопления приурочены к системам тектонических нарушений различного масштаба и представлены в основном рудными телами сложной формы: штокверками и жилами различной мощности (0,330,0 м), иногда - пластообразными залежами.

На месторождении присутствуют подземные воды трещинного и трещинно-жильного типа, приуроченные к эффузивно-осадочным и интрузивным породам. Основную роль в обводнении играют трещинно-жильные воды, формирующиеся в зонах тектонического дробления пород. Питание подземных вод происходит за счет атмосферных осадков и ливневых вод.

Борта карьера сложены выветрелыми и передробленными породами. В связи с этим углы 30-метровых нерабочих уступов, принятых в проекте ориентировочно 55°, были пересмотрены в сторону уменьшения в верхней части до 40-45°.

Месторождение разрабатывалось открытым способом по транспортной системе разработки с вывозкой пород вскрыши во внешние отвалы и доставкой руды на склады обогатительного завода. Высота рабочих уступов составляла 10 м, углы откосов верхних трех уступов - 40-45°, нижних - 55-60°. Ширина берм безопасности равна 10 м и более.

Рыхление горной массы производилось буровзрывным способом методом скважинных зарядов. Бурение вертикальных скважин диаметром 190-243 мм осуществлялось станками СБШ-250 (СБШ-250МН). Расстояние между скважинами и их рядами колебалось в пределах 5,5-6,0 м. Взрывание применялось короткозамедленное с использованием пиротехнического реле типа КЗДШ-58. Схема коммутации зарядов, как правило, порядная. Из взрывчатых веществ использовались зерногранулит (граммонит) 30/70 и 79/21В, аммонит 6 ЖВ.

На рис. 1 представлен фрагмент нерабочего борта карьера «Т», в постоянной транспортной берме которого оставалась рудная залежь, переходящая на подземный способ отработки. Данную залежь было предложено частично отработать открытыми работами существующим карьерным оборудованием. С этой целью был вынесен контур руды на поверхность траншеи и проектные скважины под экранирующую щель и рыхление массива. Буровым станком СБШ-250МН пробурены контурные скважины, а после их взрывания - скважины рыхления. После рыхления рудного массива скважинными зарядами ВВ рудная масса отгружена экскаватором ЭКГ-5А в автосамосвалы БелАЗ-7522 и вывезена на базисный склад руды. Выработанное пространство заложено пустой породой с добавлением твердеющей смеси. Откос восстановленной постоянной транспортной бермы покрыли твердеющей закладкой для укрепления и гидроизоляции.

На время добычи рудной массы из капитальной траншеи для транспортного сообщения между уступами (горизонтами) была сооружена временная траншея. После восстановления постоянной транспортной бермы временная была ликвидирована.

Положение по открытой выемке законтурных запасов было частично реализовано техническим предложением «Об изменении места расположения капитальной транспортной траншеи в отметках +600

а) б)

Рис. 1. Отработка рудного тела в капитальной траншее: а - план участка; б - разрез по I-I; 1 - нерабочий борт; 2 - траншея; 3 - рудное тело; 4 - искусственная берма

+570 м». Оно было рекомендовано с двойной целью: частично отработать оставляемое в проектной траншее полезное ископаемое; выработанное пространство использовать для заполнения горной массой, образуемой от просыпей породы из автотранспорта на петлевом участке трассы (рис. 2).

Рис. 2. Выемка руды из капитальной траншеи: а - план участка; б - разрез по линии I-I; 1 - нерабочий борт;

2 - рудное тело; 3 - новое положение траншеи

Практика эксплуатации капитальной траншеи в районе транспортной петли горизонта +660 м показала, что со временем за счет просыпей из автотранспорта горной массы образуются излишки породы, которые необходимо отгружать и вывозить из карьера. Такие работы требуют дополнительных затрат и вызывают организационные трудности ввиду невозможности их выполнения в рабочие дни. Чтобы частично устранить возникающую ситуацию, было предложено удлинить капитальную траншею на интервале +595  +600 м на 35 м, одновременно выполнив ее положе и шире.

В образовавшийся объем постепенно с помощью бульдозера «растягивались» излишки породы от просыпей горной массы из автотранспорта на петлевом участке автомобильной дороги горизонта +600 м.

Бурение, взрывание, экскавация и транспортировка горной массы производились по существующей технологии открытых горных работ.

Предложение, направленное на обеспечение безопасности автотранспортного движения на горизонте +555 м (петлевая площадка) карьера «Т», конечной своей целью имело создание безопасных условий труда на открытых и подземных горных работах после перехода на отработку законтурных запасов руды (открытые работы без нарушения карьерного пространства), рис. 3.

По проектному состоянию горных работ на конец отработки карьера оставлен породный целик высотой

5 м на разворотной площадке горизонта +555 м. Целик создавал условия плохой видимости движущимся навстречу друг другу транспортным средствам. Кроме того, эксплуатационной разведкой в целике были выявлены дополнительные запасы руды.

Исходя из указанных обстоятельств было рекомендовано отработать проектный целик с попутной добычей полезного ископаемого. Для увеличения объема добычи дополнительным техническим решением была установлена целесообразность отработки открытым способом запасов руды в отметках от +545 до +555 м.

На месте выработанного пространства по горизонту +545 м был сформирован искусственный массив из твердеющей закладки толщиной до 2,0 м, армированный металлической сеткой (см. рис. 3,в). Оставшийся объем заполнен породной отсыпкой.

Рабочим проектом доработки запасов в бортах и под дном карьера, выполненным проектным институтом по просьбе предприятия, к реализации также рекомендована выемка обособленных рудных тел открытым способом за счет локальных врезок в борт с увеличенным углом откосов нерабочих уступов [1]. В частности, по северному борту такая отработка предусмотрена между разведочными линиями 29-36 горизонта +510 м. В результате изменившихся горнотехнических условий, добыча отдельного рудного тела с помощью локальной врезки в борт была осуществлена в уступе +510++540 м только для одного блока (рис. 4).

Второе аналогичное сложноструктурное месторождение («К-К»), но меньших размеров, отрабатывалось открытыми работами. Так же, как и на карьере «Т» рудные скопления приурочены к системам тектонических нарушений различного масштаба и представлены в основном рудными телами сложной формы: штокверками и жилами различной мощности (0,330,0 м).

Карьер нагорного типа имеет средние высоты южного и северного бортов - соответственно 125 и 80 м, углы их наклона - соответственно 35 и 37°. Высота рабочих уступов составляла 10 м, углы откосов верхних трех уступов - 40-45°, нижних - 55°. Ширина берм безопасности равна 8-10 м.

Для промышленного освоения месторождения «К-К» проектным институтом был выполнен проект на его разработку только открытым способом. Все остальные рудные запасы, не вошедшие в проектный контур карьера, автоматически перешли на подземный способ доработки. Проектом предусмотрено вскрытие каждого рабочего горизонта капитальными траншеями со спиральной формой трассы, проводимыми вдоль капитального борта карьера.

Конечная его глубина имеет отметку дна +650 м. В этом случае на горизонтах +660, +650 м и ниже оставались законтурные запасы полезного ископаемого (рис. 5).

Для осуществления частичной выемки указанной руды открытыми горными работами по существующей технологии было предложено:

а) изменить конструкцию проектной траншеи в

Рис. 3. Выемка законтурных запасов из технологического целика: а - план участка; б - разрезы по линиям II-II, III-III; в - схема погашения выработанного пространства: 1- металлическая сетка с торкрет-бетоном;

2 - породная отсыпка; 3 - искусственный массив

уступе от +660 до +670 м, выполнив ее петлевой;

б) увеличить уклон транспортной бермы с горизонта +660 м на горизонт +650 м до 100 %% (по проекту - 80 %).

В результате изменения прямолинейной траншеи на петлевую трассировку на горизонте +650 м был освобожден и отработан участок оставленных проектом запасов руды. Увеличением уклона капитальной траншеи была понижена отметка дна карьера на 5 м, также позволившая доработать часть законтурной залежи (рис. 5,6).

Внедрение данных предложений в производство (способов открытой выемки законтурных запасов с нарушением карьерного пространства) позволило дополнительно отработать часть законтурных рудных залежей карьера, переходящих на подземный способ

доработки, более дешевым открытым способом.

Отработка законтурных запасов Уртуйского буроугольного разреза. Уртуйское буроугольное месторождение занимает юго-западную прибортовую зону Восточно-Урулюнгуевской впадины, устьевую часть пади «Уртуй». Протяженность его в меридиональном направлении составляет 2,7 км, ширина колеблется от 0,7 до 2,3 км. Общая площадь равна 6 км2, абсолютные отметки поверхности колеблются от +637 до +645 м.

В геологическом строении месторождения принимают участие породы нижнего и верхнего структурных этажей. Кристаллический фундамент месторождения слагают гранитоиды протерозоя и палеозоя, а также позднепротерозойские метаморфические породы. Глубина залегания фундамента составляет 500-700 м.

Рис. 4. Схема отработки рудного тела локальной врезкой в борт: 1 - нерабочий борт карьера; 2 - локальная врезка; 3 - очистные заходки из карьера

Рис. 5. Схема выемки законтурного рудного тела карьера «К-К»: 1 - рудное тело; 2 - проектный уступ; 3 - предложенный вариант

Рис. 6. Разрез по линии XI-XI (см. рис. 5): 1 - нерабочий борт; 1 - рудное тело; 3 - предложенный вариант

Породы Кутинской свиты развиты на всей площади месторождения и представлены угленосной под-свитой, в составе которой выделяются две толщи: нижняя подугольная и верхняя продуктивная. В составе подугольной толщи преобладают песчаники с горизонтами алевролитов, аргиллитов и конгломератов. Продуктивная толща в своей нижней части вмещает пласты бурых углей промышленного значения. Основную долю в составе пород толщи играют алевролиты, тесно переслаивающиеся с песчаниками.

Четвертичные отложения имеют четырехчленное строение разреза (сверху вниз):

а) почвенно-растительный слой и покровные делювиальные суглинки мощностью 1-4 м;

б) гравийно-галечные отложения с галькой и валунами изверженных и метаморфических пород мощностью 8-25 м;

в) супеси и пески мощностью до 10-30 м с галькой и гравием;

г) суглинки и глины с включением гальки и валунов мощностью до 20-30 м.

Мощность четвертичных отложений на большей части площади месторождения составляет 50-60 м, в южной части уменьшается до 40 м.

Месторождение характеризуется сложными гидрогеологическими условиями, обусловленными тектоническими нарушениями, анизотропными фильтрационными свойствами рыхлых четвертичных отложений, значительной водообильностью угольных пластов, недостаточно изученными условиями взаимосвязи водоносных горизонтов.

Прогнозный максимальный приток воды в разрез может составлять до 3 000 м3/ч: из комплекса рыхлых отложений - 309 м /ч, из горизонта подугольных осадочных пород - 73 м3/ч и угольного пласта - 2 618 м3/ч. С целью предотвращения затопления разреза водами поверхностного стока предусмотрен их отвод за пределы разреза.

Уртуйское месторождение бурых углей разрабатывается открытым способом с вывозкой вскрышных пород на внешние и внутренние отвалы автомобильным транспортом. Вскрытие месторождения осуществлено разрезной траншеей. Проектная длина разреза по поверхности составляет 3 000 м, ширина по поверхности равняется 2 500 м, максимальная глубина - 210 м. Проектные углы откосов бортов разреза на конец отработки составляют от 16 до 21°. Бермы безопасности шириной 12 м устраиваются по высоте

борта через каждые 12 м. Углы нерабочих уступов разреза на предельном контуре приняты 35°.

Буровзрывные работы применяются только в зимнее время для рыхления мерзлоты.

Погрузка вскрышных пород производится экскаваторами типа ЭКГ- 6,3ус, ЭКГ-8И, ЭКГ-10И в автосамосвалы БелАЗ-7523 с вывозкой на внутренние и внешние отвалы.

Уголь из забоя отгружается экскаваторами ЭКГ-6,3ус и ЭКГ-5А в автосамосвалы-углевозы и вывозится на угольные склады, откуда сортируется в вагоны и доставляется к месту назначения.

Экономическая нестабильность в горной промышленности страны сказалась и на работе Уртуйского буроугольного разреза. Ослабление технико-экономической базы предприятия, проявляющееся в виде нехватки дизельного топлива и запасных частей для автотранспорта и экскаваторного парка, выразилось в снижении темпов выполнения объема горных работ. В результате систематического отставания вскрышных работ (около 24 млн м3) на разрезе в течение ряда лет образовалось зацеличивание части запасов угля в южном борту разреза. Кроме того, под капитальными съездами находились законтурные запасы угля.

Для того чтобы вскрыть законтурные и зацеличен-ные запасы угля в проектных объемах и направлениях, необходимо было целенаправленно производить выемку горной массы в этом районе в течение несколько лет (рис. 7).

Для ускоренной отработки законтурных и зацели-ченных запасов угля в количестве 1500 тыс.т и эффективного использования автотранспорта при размещении вскрышных пород было предложено:

1. Взамен проектных капитальных траншей, расположенных в усложненных горно-геологических условиях южного борта, произвести строительство постоянных транспортных берм в северной части разреза.

2. Уменьшить объем вскрышных работ при вскрытии законтурных и зацеличенных запасов угля на 700900 тыс.м3 за счет изменения конструкции предельного контура южного борта на участке разработки.

3. Учитывая недолгий срок службы отработанного участка южного борта (2-3 года по сравнению с проектным около 25 лет), оформление его нерабочих уступов производить под углом 60° с оставлением предохранительных берм шириной не менее 10 м.

а) б)

Рис. 7. Выемка законтурных запасов угля: а - разрез по линии 37; б - разрез по линии 38; 1 - нерабочий борт; 2 - предложенное положение нерабочего борта; 3 - полезное ископаемое; 4 - фактическое состояние; 5 - внутренний отвал; 6 - граница формирования внутреннего отвала

4. В целях улучшения экономики производства и повышения устойчивости участка южного борта разреза, организовать в образованном выработанном пространстве внутренний отвал пустых пород объемом 4,5 млн м3.

5. Для обеспечения безопасных условий труда в период отработки южного участка борта работы по выемке угля разделить на два этапа:

- на первом этапе производства вскрыши и добычи угля оставлять временный предохранительный целик на горизонте +588 м шириной 30 м; генеральный угол борта в этом случае будет равен 25° при расчетном устойчивом 28°;

- на втором этапе добычных работ доработать временный предохранительный целик с одновремен-

ным формированием в выработанном пространстве внутреннего отвала пустых пород.

6. Для подтверждения запасов угля и уточнения его границ залегания произвести эксплуатационно-разведочное бурение с горизонта +610 м.

7. Для контроля за устойчивым состоянием южного борта отрабатываемого участка заложить маркшейдерскую наблюдательную станцию.

8. Все работы по вскрытию, добыче угля и формированию внутреннего породного отвала осуществлять в соответствии с разработанным графиком.

Общий экономический эффект от применения технологии открытых горных работ при отработке законтурных рудных тел на вышеуказанных месторождениях составил 113,1 тыс. руб. (в ценах 2010 г.).

Библиографический список

1. А.с. 1712605, СССР, Кл. Е 21 С 41/00. Способ открытой разработки сложных рудных тел / Э.Л. Галустьян [и др.]. № 4155049/63; заявл. 02.12.86; опубл. 15.02.92, Бюл. № 6. 4 с.

2. Волохов А.В. Способ прогнозирования устойчивости подрабатываемых откосов карьера // Проблемы освоения минеральной базы Восточной Сибири: сб. науч. тр. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2004. Вып. 4. С. 185-188.

3. Галустьян Э.Л. Геомеханика открытых горных работ: справ. пособие. М.: Недра, 1992. 272 с.

4. Единые правила безопасности при разработке месторождений полезных ископаемых открытым способом. Введ. 09.09.02. СПб.: ДЕАН, 2003. 176 с.

5. Шмонин И.Б., Волохов А.В. Оценка устойчивого состояния карьерных откосов при выемке запасов путем врезок за проектный контур борта карьера // Проблемы освоения минеральной базы Восточной Сибири: сб. науч. тр. Иркутск, 2005. Вып. 5. С. 115-118.

УДК 622.245.42.05

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ТАМПОНАЖА СКВАЖИН И ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК ПУТЁМ ПРИГОТОВЛЕНИЯ РАСТВОРОВ НА ОСНОВЕ ЦЕМЕНТА

П.Я.Зельцер1

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Применяемые для механизированного приготовления тампонажных растворов цементосмесительные машины (ЦСМ) типа СМН-20 различных модификаций совместно с насосами цементировочных агрегатов (ЦА) служат в основном для приготовления вяжущих смесей заданного состава. Это оборудование имеет ряд недостатков: зависание цементного порошка в бункерах ЦСМ и образование сводов, неодновременный выход на рабочий режим при использовании значительного числа единиц ЦСМ и ЦА, неравномерная подача жидкости затворения насосами ЦА в смесительные устройства ЦСМ. Анализ известных технических решений, изучение и научное обобщение тенденций развития отечественного и зарубежного машиностроения, связанного с цементировочным и другим близким по параметрам оборудованием, позволил реализовать более эффективные конструкции. Даётся научное обобщение тенденций развития и разработка малогабаритного оборудования для тампонажа скважин и горных выработок реализацией технологических схем приготовления тампонажных растворов путём пополнения порошкообразных материалов в процессе приготовления. Ил. 1. Табл. 1. Библиогр. 2 назв.

Ключевые слова: тампонаж скважин и выработок; цементосмесительные установки; цементировочные агрегаты; цементный порошок; технологические схемы приготовления растворов; вяжущие материалы; плотность тампонажного раствора; малогабаритное оборудование; частота вращения шнеков.

EQUIPMENT FOR PLUGGING WELLS AND MINE WORKINGS BY PREPARING THE GROUTS BASED ON CEMENT P.Ya. Zeltser

National Research Irkutsk State Technical University, 83 LermontovSt., Irkutsk, 664074.

Used for the mechanized preparation of grouting mortar cement mixing plants (CMP) of СМН-20 type of different modifications together with the pumps of cementing units (CU) mainly serve for the preparation of binding mixtures of speci-

1Зельцер Павел Яковлевич, доктор технических наук, профессор кафедры технологий геологической разведки, тел.: (3952) 539263.

Zeltser Pavel, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Prospecting Technologies, tel. (3952) 539263.