Перспективные направления совершенствования геотехнологий крутопадающих жил на больших глубинах

как между отдельными операторами одних и тех же машин, так и между различными типами экскаваторов. Пределы изменения коэффициента управления для экскаваторов ЭКГ-8И с 8-кубовым ковшом составляют от 0,43 до 0,80 при среднем значении 0,61; для тех же машин с ковшом вместимостью 6 м3 - 0,73-0,88 при среднем значении 0,81. Среднее значение коэффициента для экскаваторов ЭКГ-6,3УС составляет 0,77 при колебании значений в пределах 0,71-0,86.

Значительный разброс средних значений коэффициента управления между однотипными машинами говорит о неиспользованных возможностях и существенных резервах повышения выработки экскаваторов за счет дальнейшего совершенствования мастерства управления машинами. В целом у более опытных машинистов экскаваторов коэффициент управления близок к единице.

Значительный разброс данных нельзя отнести лишь к уровню квалификации машинистов экскаваторов. Поскольку в основу коэффициента управления

заложены фактические данные о конечном результате работы машины, то анализируемый критерий, наряду с оценкой качества работы машинистов экскаваторов, характеризует и технические возможности отдельных машин. Отсюда понятен рост коэффициента с уменьшением вместимости ковша, объясняемой реализацией большей мощности, приходящейся на единицу экс-кавируемого грунта. Видимо, уменьшение вместимости ковша одних и тех же типов экскаваторов приводит к увеличению коэффициента его наполнения. Это имеет особое значение в условиях экскавации тяжелых скальных грунтов.

Таким образом, описанная методика, в основу которой положена величина удельной продолжительности цикла экскавации, т.е. конечный результат работы машины в конкретных условиях, позволяет оценить как уровень квалификации машинистов экскаваторов, так и технические возможности отдельных типов машин.

Библиографический список

1. Кох П. И. Надежность механического оборудования 2. Домбровский Н. Г. Многоковшовые экскаваторы. Кон-

карьеров. М.: Б.и., 1978. 189 с. струкция, теория и расчет. М.: Машиностроение, 1972. 432 с.

УДК 622.83

ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ГЕОТЕХНОЛОГИЙ КРУТОПАДАЮЩИХ ЖИЛ НА БОЛЬШИХ ГЛУБИНАХ

А _ О

Д.Е.Махно1, Е.Л.Сосновская2

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 666074, г. Иркутск, ул. Лермонтова,83.

Приведен анализ отечественного и зарубежного опыта разработки крутопадающих жильных месторождений. Рассмотрены положительные и отрицательные моменты геотехнологий. Обоснованы перспективные направления совершенствования геотехнологий крутопадающих жил на больших глубинах в сложных условиях тектонически нарушенных и высоконапряженных массивов горных пород. Предложено вести выемку запасов полезных ископаемых на больших глубинах системами с открытым выработанным пространством и магазинированием руды и снизить удельный вес систем разработки с закладкой. Использование этих геотехнологий позволяет повысить производительность труда горнорабочих и уменьшить потери руды и металла в недрах. Ил. 1. Табл. 1. Библиогр. 9 назв.

Ключевые слова: крутопадающие жильные месторождения; системы разработки с открытым выработанным пространством и с магазинированием руды, с закладкой; мероприятия по повышению устойчивости эксплуатационных блоков; уменьшение потерь руды в целиках.

PROMISING COURSES TO IMPROVE GEOTECHNOLOGIES OF STEEPLY DIPPING VEINS AT GREAT DEPTHS D.E. Makhno, E.L. Sosnovskaya

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

The analysis of domestic and foreign experience in the development of steeply dipping vein deposits is performed. Positive and negative aspects of geotechnologies are considered. The authors justify promising courses to improve the ge-otechnologies of steeply dipping veins at great depths under the complex conditions of faulted and highly stresses rock

1 Махно Дмитрий Евсеевич, доктор технических наук, профессор кафедры горных машин и электромеханических систем, тел.: (3952) 405085, makhno@istu.irk.ru

Makhno Dmitry, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Mining Machinery and Electromechanical Systems, tel.: (3952) 405085, makhno@istu.irk.ru

Сосновская Елена Леонидовна, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры разработки месторождений полезных ископаемых, тел.: (3952) 405085, e-mail: 1 .gor@istu.edu

Sosnovskaya Elena, Candidate of Geological and Mineralogical sciences, Associate Professor of the Department of Exploitation of Mineral Deposits, tel.: (3952) 405085, e-mail: 1 .gor @ istu.edu

massifs. The excavation of mineral resources at great depths is proposed to carry out by the systems with the open goaf zones and ore shrinkage and decrease the specific weight of development systems with gobbing. The use of these ge-otechnologies allows to increase the productivity of miners and reduce ore and metal losses in the bowels of the earth. 1 figure. 1 table. 9 sources.

Key words: steeply dipping vein deposits; development systems with open goaf zones and ore shrinkage; development systems with gobbing; measures to increase the stability of the mined blocks; reduction of ore losses in ore pillars.

Разработка крутопадающих месторождений из-за неравномерности распределения полезных ископаемых в недрах, изменчивости элементов залегания, разнообразия физико-механических свойств пород и руд характеризуется многогоризонтной и выборочной отработкой запасов и многообразием применяемых систем разработки [1]. Их разработка осуществляется системами с открытым выработанным пространством, магазинированием руды, закладкой выработанного пространства и обрушением. При разработке на больших глубинах наблюдается тенденция перехода на системы разработки с закладкой очистного пространства (горизонтальные и наклонные слои) с применением высокопроизводительного самоходного оборудования, особенно в зарубежной практике.

Рассмотрим отечественный и зарубежный опыт разработки жильных месторождений системами с закладкой выработанного пространства. На Холбинском руднике крутопадающие рудные тела вначале отрабатываются подэтажными штреками или с магазиниро-ванием руды. Затем открытые камеры закладываются пустыми породами через закладочные дучки с верхних горизонтов [2].

На месторождении «Купол» для отработки маломощных рудных тел со сложной морфологией и тектоникой применяется система с закладкой выработанного пространства. Суть системы заключается в выемке запасов горизонтальными (или слабонаклонными) слоями, начиная с нижнего слоя. Каждый отработанный слой закладывают пустой породой, при этом поверхность закладки служит платформой для рабочих и оборудования, занятых на очистных работах при погашении вышележащих слоев. Закладка поддерживает борта очистного пространства. Руду отбивают на поверхность закладки и доставляют в камеры перегрузки механизированным способом.

Иркутским политехническим институтом разработан вариант системы разработки с выемкой запасов блока горизонтально ориентированными подэтажами и закладкой очистного пространства подрываемыми породами.

Система горизонтальных слоев с закладкой широко применяется на рудниках Швеции, Канады, НРБ, Австралии, Италии и других стран для отработки тонких и средней мощности крутопадающих рудных тел с достаточно устойчивой рудой и слабыми вмещающими породами [3]. Повышение устойчивости кровли и боков очистных забоев обеспечивается установкой анкерного крепления, часто в сочетании с металлической сеткой.

Основным недостатком систем с закладкой выработанного пространства является высокая себестои-

мость добычи руды и низкая производительность труда горнорабочих.

Для повышения эффективности и безопасности выемки запасов применялись комбинированные системы разработки (А.М.Павлов, С.А.Царев, А.И.Ляхов, И.Б.Хорохонов, Л.М.Радченко, Г.С.Томашев, В.Д.Томилов, Б.М.Зайцев, Л.И.Сосновский и др.): с восходящей слоевой выемкой и магазинированием руды; с магазинированием руды и временной предохранительной крепью; с подэтажным магазинировани-ем руды и креплением временной предохранительной крепью; подэтажными штреками и магазинированием руды; магазинированием руды с восходящей слоевой выемкой, шпуровой и скважинной отбойкой; с магази-нированием руды и срубовым креплением; с креплением срубовой крепью; слоевым обрушением; с мага-зинированием руды и подвесной предохранительной крепью.

Перечисленные технологии, также как и системы с закладкой выработанного пространства, характеризуются повышенной трудоемкостью, высокой себестоимостью добычи руды.

В настоящее время сохраняется большой удельный вес систем разработки с открытым выработанным пространством и с магазинированием руды. Этими системами добывается около 50% всех руд жильных месторождений [1] (таблица). По сравнению с системами разработки с закладкой эти системы более производительны и менее трудоемки. Однако вопросы определения параметров этих технологий решены недостаточно полно, особенно для условий разработки сложных тектонически нарушенных и высоконапряженных массивов горных пород на больших глубинах (400-600 м и более).

На участках с повышенными гравитационно-тектоническими напряжениями, интенсивной трещи-новатостью отмечаются случаи неустойчивого состояния подрабатываемых массивов в виде разрушения и обрушения отдельных участков целиков, кровли горных выработок и камер (Дарасунский, Холбинский, Златоустовский, Каульдинский и другие рудники). Всё это отрицательно влияет на безопасность труда работающих и эффективность выемки запасов. На участках с пониженным напряженным состоянием, не сильно нарушенными трещинами могут оставляться целики больших объемов - до 15-40% запасов блока. Поэтому, как отмечает академик М.И. Агошков [4], потери руды часто достигают необоснованно больших значений - до 20-40% запасов блока, разубоживание - до 23-25%, особенно при отработке ценных руд.

Параметры систем разработки с открытым выработанным пространством и с магазинированием

руды на крутопадающих месторождениях

Наименование рудника (страны) Глубина горных работ, м Условия залегания Применяемая система разработки Параметры блоков, м, длина высота Размеры целиков, м, междуэтажный (потолочина)/ междукамерный Качественные показатели извлечения руды

Мощность рудных тел, м Угол падения рудных тел, град Коэффициент крепости руды /пород Потери, % Разубожи-вание, %

Березовский (Россия) 312712 1.5 - 2.0 80 -85 10 - 14/10 -14 с магазинированием руды 10 - 50 3 6-8 19.3 86.5

этажно-камерная 50 - 80 11 - 13 8 - 12 31.7 10 - 15

Рудник им. Матросова (Россия) 50 -250 5 - 20 60 -85 10 - 12/6 - 8 этажно-камерная, подэтажных штреков, с магазинированием руды 60 - 100 40 - 50 12 - 14 6 - 8 8 - 9 23 - 25

Кочкарский (Россия) 312716 до 0.8 более 50 10 - 15/10 -15 с магазинированием руды 10 - 50 50 3 6-8 1.6 72.5

до 3.0 более 50 с магазинированием руды 23 67.2

Дарасунский (Россия) 500 -700 до 0.8 более 50 10 - 14/10 -14 с магазинированием руды 10 - 50 50 3 6.9 31.7

500 -700 до 3.0 более 50 с магазинированием руды 11.6 1.3

Холбинский (Россия) 700 -1000 0.8 - 3.0 более 50 10 - 16/10 -16 с магазинированием руды 10 - 50 50 3 6 -8 12 70

Златоустов-ский (Россия) до 300 2 - 4 75 -85 11 - 13/12 -16 подэтажных штреков, с магазинированием руды 70 - 100 35 - 50 4.5 - 6.0 6 - 8 8 20

Юго-Восточный Акчатаустов-ского комбината (Россия) до 250 - 300 от долей метра до 10 - 15 75 -85 12 - 14/12 -14 с магазинированием руды, подэтажных штреков 60 60 6 8 - 9 12 8

Молодежный, Солнечный ГОК (Россия) - от долей метра до 25 - 30 65 -90 10 - 14/10 -14 с магазинированием руды, подэтажных штреков 84 40 - 60 - 9 17

Ахтын-Тонканский (Казахстан) - 3 - 16 60 -90 14 - 18/14 -18 подэтажных штреков 50 - 60 50 - 70 - 7 12 - 22

Иртышский (Казахстан) - до 4 до 90 8 - 10/8 - 10 подэтажных штреков, с магазинированием руды 50 50 3 - 4 3 - 14 15 - 16

Дальневосточного ГМК (Россия) - до 3 и более до 90 от 8 - 10 до 14 - 18/10 -16 с магазинированием руды, подэтажных штреков 30 - 60 40 6 - 7 10 - 12 5 - 7 19 - 25

Кадамжайско-го комбината (Кыргызстан) - 8 - 10 до 70 - 80 14 - 17/4 - 6 с магазиниро-ванием руды 40 - 50 30 5 - 6 6 18 15

Муфулира (Африка) 350 -более 500 12 - 18 40 -60 - с магазиниро-ванием руды, подэтажных штреков 18 50 12 -15 3 - 6 20 - 40 -

Нкана (Африка) более 700 13 - - подэтажных штреков 27 52 18 5 - 6 18 -

Рудники бассейна Седбе-ри (Канада) 450 -950 3 - 5 до 90 - с магазиниро-ванием руды 75 50 12 3 - 12 - -

Матитоу (Канада) 180 -360 2 - 18 75 - с магазиниро-ванием руды 45 40 9 9 - -

Рудники "Сигма" (Канада) более 1000 2 - 24 55 -90 - с магазиниро-ванием руды 30 - 180 36 - 45 не более 9 - -

Флин -Флон (Канада) более 270 6 - 30 70 -75 - подэтажных штреков 75 - 135 135 - 150 15 12 - 24 - -

Осаридзава (Япония) б ол е е 300 до 8 65 -90 - с магазиниро-ванием руды 40 25 - - -

В настоящее время появились новые подходы, методы и методики к обоснованию параметров геотехнологий крутопадающих жильных месторождений [2, 5-8]. В массиве горных пород выявлено крайне неравномерное распределение природных (первоначальных) напряжений. Установлено наличие средне- и высоконапряженных участков. Расчеты размеров устойчивых целиков и обнажений камер предлагается производить с учетом выявленных закономерностей формирования природных и техногенных напряжений в массивах горных пород и руд, наличия многолет-немерзлых пород, прочностных и упругих свойств пород и руд, фактора времени.

Анализ результатов определения параметров целиков по методикам [2, 6, 8, 9] позволяет отметить, что на глубинах горных работ 400-600 м и более ширина междукамерного целика (МКЦ) при оставлении потолочины минимальных размеров в средненапряженных зонах может достигать 10 м, в высоконапряженных

зонах - 22 м. Объем руды в ленточных целиках может достигать в средненапряженных зонах - 32 %, в высоконапряженных зонах 58 % (рисунок). Рекомендуется оставлять целики минимальных размеров: надштре-ковый 2 м, подштрековый 4 м, междукамерный 7-8 м. В этом случае объем руды в целиках будет минимальным и на глубинах до 600 м не будет превышать 22-28%.

При оставлении целиков минимальных размеров для обеспечения безопасности при ведении горных работ весьма перспективным является применение специальных мероприятий.

При отработке маломощных жил до 3 м одним из мероприятий по обеспечению устойчивости подштре-ковых целиков и бортов камер в горной практике является выемка запасов в эксплуатационном блоке не сплошным забоем, а лентами шириной 10-20 м (А.И. Ляхов, А.М. Павлов, Л.И. Сосновский, Е.Л.Сосновская и др.). В этом случае расчетные напряжения в под-

Графики объемов руды в ленточных целиках (Уц) в зависимости от глубины горных работ (Н): 1 - минимальные (рекомендуемые); 2 - в средненапряженных зонах; 3 - в высоконапряженных зонах

штрековом целике и борту камеры меньше допустимых даже на больших глубинах. Это можно объяснить тем, что большую часть напряжений воспринимает прилегающий массив, а не целики блока. Коэффициент объемности здесь составляет 0,18-0,25. Следовательно, только четверть нагрузки воспринимают целики и обнажения блока по сравнению с вариантом отработки камеры большей длины [9].

При системах с магазинированием руды, где выемочная мощность невелика (1-3 м) для обеспечения устойчивости эксплуатационного блока перспективно применять крепление стойками. При системах подэтажных штреков (выемочная мощность 3 м и более) рекомендуется применять анкерное и анкерно-тросовое крепление на подэтажах. Параметры крепления предлагается определять из условий необходимости поддержания разрушающегося слоя пород по известным методикам. Толщину разрушающегося слоя можно определять по данным исследований в пределах 3-5 м [2, 9].

Для уменьшения потерь руды в целиках их целесообразно отрабатывать. Анализ горного опыта указывает, что междукамерные целики (охранные целики восстающего) возможно отрабатывать в процессе очистной выемки. При этом восстающие следует крепить срубовой крепью, обеспечивающей безопасность горнорабочих. Подштрековый целик отбивать на зама-

газинированную руду. Возможно применение ис-куственных целиков. Потери руды при выемке целиков (по опыту Холбинского рудника) составляют 6%, общие потери по блоку 5,6%, в том числе в целиках - 1%, на днище блока- 1,3%, за срубом восстающего - 0,4%, на лежачем боку - 2,2%, при транспортировке - 0,7%.

При разработке жил на больших глубинах в условиях удароопасности перспективными направлениями для обеспечения безопасности и уменьшения потерь руды является применение методов разгрузки целиков и создание элементов податливости в них, замена рудных целиков искусственными и др. [5-6].

Анализ вышеизложенного позволяет сделать вывод о перспективности выемки запасов полезных ископаемых жильных месторождений на больших глубинах системами с открытым выработанным пространством (подэтажных штреков и др.) и с магазинированием руды. Представится возможным изменить наметившуюся в настоящее время тенденцию увеличения удельного веса систем разработки с закладкой выработанного пространства. Применение систем с открытым выработанным пространством и с магазинированием руды приведет к значительному повышению производительности труда и снижению себестоимости добычи полезных ископаемых крутопадающих жильных месторождений, в том числе золота, полиметаллов, редких и цветных металлов, урана и др.

Библиографический список

1. Технология разработки золоторудных месторождений / В.П.Неганов, В.И.Коваленко, Б.М.Зайцев, Л.И.Сосновский и др.; под ред. В.П.Неганова. М.: Недра, 1995. 336 с.

2. Параметры геотехнологии отработки крутопадающих жил в условиях крайне неравномерного распределения запасов металла в недрах на больших глубинах Зун-Холбинского золоторудного месторождения / А.М.Павлов, Е.А.Мильшин, Е.Л.Сосновская и др. // Горный информационно-аналитический бюллетень. М.: МГГУ, 2009. № 5. С.22-27.

3. Хомяков В.И. Зарубежный опыт закладки на рудниках. М.: Недра, 1984. 224 с.

4. Технико-экономическая оценка извлечения полезных ископаемых из недр. / М.И.Агошков, В.И.Никаноров, Е.И.Панфилов и др. М.: Недра, 1974. 312 с.

5. Сосновский Л.И., Зубков А.В. Технологические схемы ведения очистных работ с податливыми целиками на Березовском месторождении // Вестник ИрГТУ. 2007. № 1, т. 1. С. 92-95.

6. Сосновский Л.И. Определение параметров устойчивых

целиков и кровли камер при разработке крутопадающих золоторудных жил на больших глубинах // Вестник ИрГТУ. 2007. № 1, т. 2. С. 63-66.

7. Сосновский Л.И., Филонюк В.А., Сосновская Е.Л. Механизм возникновения и закономерности пространственного распределения участков с относительно высокой и невысокой степенью естественной напряженности в горном массиве // Вестник ИрГТУ. 2006. № 2. С.93-97.

8. Ясыченко В.Б., Сосновская Е.Л. Обоснование параметров геотехнологии крутопадающих жил Ново-Широкинского месторождения // Известия высших учебных заведений. Горный журнал. Известия ВУЗов. 2010. №5. С. 52-57

9. Ясыченко В.Б., Сосновская Е.Л. Обоснование параметров подземной геотехнологии крутопадающих жильных месторождений на стадии строительства рудников // Геодинамика и напряженное состояние недр - 2011: труды научной конференции. Новосибирск: Изд-во ИГД СО РАН, 2011. С. 133-140.