Основные направления развития геотехнологии и геотехники подземной разработки рудных месторождения

© Ю.В. Волков, И.В. Соколов, 2007

УДК 622.273.2

Ю.В. Волков, И.В. Соколов

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ГЕОТЕХНОЛОГИИ И ГЕОТЕХНИКИ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Семинар № 17

Эффективность подземного способа разработки рудных месторождений в решающей степени зависит от применяемых геотехнологий и геотехники. Интересным представляется вопрос перспектив их развития, в контексте весьма непростых проблем, стоящих перед горняками. Постоянно ухудшающиеся горногеологические условия, связанные с увеличением глубины разработки месторождений, снижение содержания полезных компонентов в руде неизбежно ведут к росту затрат на добычу и переработку. Компенсация данных затрат возможна только при комплексном повышении производительности труда на всех процессах очистной выемки, снижении ее капитало-, материало- и энергоемкости, интенсификации горного производства.

Перспективы развития подземной геотехнологии связаны в определяющей степени с модернизацией систем разработки, геотехники (технологического оборудования), комплекса взрывных работ. В силу достаточно большой инертности горного производства в целом, считаем, что в ближайшие два десятилетия в рассматриваемой области будут востребованы в качестве авангардных прототипов для внедрения технологии и технические средства, разработанные на рубеже веков специально для крупных горных проектов, таких как Kiruna Mine

(гор. 1045 м), Palabora underground и др.

В мировой практике технический прогресс в первую очередь связан с ориентацией на широкое применение самоходного горного оборудования. Основными предприятиями-разра-ботчиками и поставщиками самоходного бурового, погрузочно-доставоч-ного и транспортного оборудования на мировой рынок являются: «Там-рок» (Финляндия), «Атлас Копко» (Швеция), «Кавасаки» и «Фурукава» (Япония), «Ингерсолл Рэнд» (США). На протяжении последней четверти века на погрузке и доставке руды на передовых зарубежных и отечественных рудниках используются самоходные ковшовые погрузочно-доставоч-ные машины (ПДМ), как с дизельным, так и электрическим приводом. Опыт их использования показал, что для повышения эффективности процесса доставки руды необходимо увеличивать грузоподъемность ПДМ. В настоящее время шведская компания ЁКАБ уже эксплуатирует 25-тонные погрузчики «Торо-2500 Е» с емкостью ковша 10 м3. Применение ПДМ грузоподъемностью 15 тонн сейчас рядовое явление.

Транспортирование горной массы также осуществляется в основном автосамосвалами грузоподъемностью до 40-50 т. На австралийских рудниках Stawell и Golden Grove новые автоса-

мосвалы TORO SUPRA грузоподъемностью 80 т применяют для транспортирования руды на поверхность по автоуклону (1/7-1/8). На шведских рудниках Мальмбергет - 120-тонные самосвалы компании «Сису», Хольмчерн -самосвалы «Кируна Электрик» грузоподъемностью 50 т с приводом от троллейной линии, специально сконструированные для транспортирования по наклонным выработкам (12,5 %).

Широкое использование гидравлических перфораторов является главным направлением совершенствования буровых работ. Техническая производительность гидроперфораторов типа ГЛ или COP при бурении скважин составляет 30-45 п. м /ч. Так буровой станок «Симба W 469» имеет дистанционное управление, оборудован буровым молотком с гидравлическим приводом, который обеспечивает среднюю производительность 300 м скважин в сутки.

Дальнейшее совершенствование технологии бурения и перемещения руды в пределах блока самоходным оборудованием идет по пути широкого внедрения робототехники. Развитие информационных и коммуникационных технологий, повсеместное внедрение автоматизации и дистанционного управления горными машинами и агрегатами являются приоритетными направлениями совершенствования подземной геотехники.

Наиболее эффективными системами разработки являются: этажнокамерная с открытым очистным пространством, этажно-камерная с закладкой, этажное принудительное обрушение, подэтажное обрушение с торцовым выпуском, самообрушение. С целью повышения эффективности систем разработки увеличивают геометрические параметры блоков. Так на Гайском подземном руднике отработаны камеры высотой 160 м, пла-

нируется увеличить их ширину до 30 м. На руднике Кируна высота подэтажа при системе разработки подэ-тажного обрушения и торцовом выпуске руды увеличена до 27 м, а на шахте Северопесчанская ОАО «Богословское РУ» - до 20 м. Высота этажа при этажном принудительном обрушении и этажно-камерной системе разработки составляет как правило 80 м.

Важным этапом совершенствования схем вскрытия и подготовки рудных месторождений и технологических схем перемещения руды явился переход на отработку месторождений с концентрационными горизонтами, позволяющими сосредоточить шахтный рудопоток на одном горизонте и тем самым снизить объемы транспортных и камерных выработок на промежуточных горизонтах и повысить эффективность работы подземного транспорта. Перспективен перенос дробильных комплексов в шахтное поле или внедрение мобильных дробилок в комплексе с конвейерным транспортом (рудники Гайский, южноафриканский Palabora, австралийский Mount Isa).

Основными направлениями развития технологии и конструкции систем подземной разработки являются:

- увеличение геометрических параметров выемочной единицы (блока, камеры, очистной заходки) с учетом геомеханических ограничений;

- применение системы разработки с закладкой выработанного пространства малопрочными твердеющими смесями и (или) породой взамен системы с открытым очистным пространством при разработке высокоценных руд;

- применение системы разработки с самообрушением руды при разработке рядовых по ценности руд;

- применение систем разработки с обрушением руды и вмещающих

пород при разработке руд низкой

ценности;

- установление рационального соотношения геометрических размеров выемочной единицы, параметров конструктивных элементов системы разработки, порядка очистной выемки, вида и типоразмера применяемой геотехники путем их совместной оптимизации;

- упрощение конструкции системы разработки в целом и, вследствие этого, уменьшение удельного объема подготовительно-нарезных работ;

- объединение процессов открытых и подземных горных работ при комбинированной разработке месторождений;

- увеличение высоты подэтажа по условию бурения, отказ от промежуточных буровых подэтажей;

- упрощение конструкции днища блока;

- применение плоского или траншейного днищ блоков, отказ от выпускных воронок;

- применение торцового выпуска отбитой руды из специальных выработок или непосредственно с почвы камеры (при дистанционно управляемых ПДМ);

- организация параллельного (а не последовательного) во времени выполнения процессов очистной вы-

емки в пределах выемочной единицы;

- замена переносного технологического оборудования на комплексы самоходных машин;

- создание в добычном участке машинного пространства (machine placement) для наиболее полного и эффективного использования машины в течение смены;

- повышение количественных и качественных показателей извлечения за счет селективной добычи;

- использование сил горного давления для разрушения рудного массива

- приготовление взрывчатого вещества на месте заряжания скважин.

Таким образом, перспективы развития подземной геотехнологии разработки рудных месторождений, в том числе и на Урале, связаны с необходимостью решения двух ключевых проблем: снижения до конкурентоспособного уровня затрат на добычу и перемещение рудной массы из забоя на поверхность и повышения качественных и количественных показателей извлечения. Актуален вопрос переноса обогатительного производства в подземные выработки, что позволяет уменьшить затраты на подъем рудной массы на поверхность, а породы в виде хвостов обогащения размещать в выработанном пространстве.

— Коротко об авторах

Волков Ю.В. - профессор, доктор технических наук, Соколов И.В. - кандидат технических наук,

ИГЛ УрО РАН.