Повышение эффективности очистных работ камерных систем с закладкой в сложных горно-геологических условиях

УДК 622.274.4

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ОЧИСТНЫХ РАБОТ КАМЕРНЫХ СИСТЕМ С ЗАКЛАДКОЙ В СЛОЖНЫХ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

© В.В. Медведев1, В.В. Пакулов2

Забайкальский государственный университет, 672039, Россия, г. Чита, ул. Александро-Заводская, 30.

Одним из перспективных направлений снижения стоимости добычи руды при отработке залежей средней мощности является применение новых технологических решений совершенствования камерных систем разработки с закладкой. В статье представлена усовершенствованная технология ведения очистных работ камерными системами разработки с твердеющей породобетонной закладкой в условиях рудников ПАО «Приаргунское производственное горно-химическое объединение». Приведены результаты исследования оптимизации геомеханических параметров и расчетов технико-экономических показателей системы разработки. Предложенная технология ведения очистных работ позволяет повысить производительность и безопасность труда, снизить себестоимость добычи, а также обеспечить рентабельную отработку рядовых и бедных руд.

Ключевые слова: камерная система; геомеханические параметры; схема подготовки; очистные работы; породобетонная закладка; показатели.

IMPROVING EFFICIENCY OF ROOM-AND-PILLAR SYSTEMS WITH A BACKFILL IN COMPLEX ENVIRONMENTAL CONDITIONS

V.V. Medvedev, V.V. Pakulov

Transbaikal State University, 30 Aleksandro-Zavodskaya St., Chita, 672039, Russia.

One of the promising directions of decreasing the cost of mining of an average thickness ore deposit is the application of new technological solutions improving the room-and pillar systems with a backfill. The article describes an advanced technology of the room-and-pillar system of mining with a hardening rock and concrete backfill in the conditions of mines of the Priargunsky Industrial Mining and Chemical Works. It presents the results of studying the optimization of geomechanical parameters and calculations of technical and economic indicators of the room system. The offered stoping technology allows to improve the efficiency and safety of work, decrease the production cost, as well as provide profitable mining of lean and run-of-mine ores.

Keywords: room-and-pillar system; geomechanical parameters; preparation scheme; stoping; rock and concrete backfill; indicators.

Обзор отечественной и зарубежной практики разработки сложноструктур-ных месторождений с применением систем с твердеющей закладкой за более чем 30-летний период подтверждает выводы специалистов о сохраняющейся при понижении горных работ тенденции к повсеместному ухудшению горно-геологических условий и нередко весьма существенному снижению содержания полезного компонента в добытой руде.

Имеет место уменьшение доли рудных тел со сплошным оруденением, а значительная часть залежей содержит породные прослои. В последнее десятилетие, характеризующееся нестабильностью экономической ситуации и общим снижением спроса на продукцию на отечественном рынке, в ряд жизненно важных задач встала необходимость переориентации на зарубежного потребителя, вследствие чего происходило

1Медведев Валерий Васильевич, кандидат технических наук, доцент кафедры подземной разработки месторождений полезных ископаемых, тел.: 89243744714, e-mail: medvedevvv1963@mail.ru

Medvedev Valeriy, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Underground Mining of Mineral Deposits, tel.: 89243744714, e-mail: medvedevvv1963@mail.ru

2Пакулов Владимир Васильевич, кандидат технических наук, тел.: 89144389660, e-mail: Vladimir_0803@mail.ru

Pakulov Vladimir, Candidate of technical sciences, tel.: 89144389660, e-mail: Vladimir_0803@mail.ru

повышение промминимума. Это, в свою очередь, отрицательным образом сказалось на положении действующих горнодобывающих предприятий, остающихся без достаточного резерва балансовых запасов, и в особенности тех предприятий, которые в силу объективных причин вынуждены применять высокозатратные технологии. Все это подталкивало ведущие компании к поиску путей снижения себестоимости добычи и повышения производительности труда за счет разработки и внедрения новых высокопроизводительных вариантов систем разработки и комплексов самоходного очистного оборудования [4, 5].

Так, при добычи урановых руд на рудниках ПАО «Приаргунское производственное горно-химическое объединение» (ПАО «11111 ХО») наибольшие распространение имеет высокозатратная система разработки с нисходящей слоевой выемкой и твердеющей закладкой (при нормальной высоте слоя и при удвоенной высоте слоя (патент ЯИ 2209972 С2)), которая эффективна только при выемки богатых руд. Производительная камерная система разработки с отбойкой руды из подэтажных выработок с погашением выработанного пространства твердеющей закладкой применяется крайне редко, только при отработке штокверковых рудных тел в устойчивых и средней устойчивости горных породах.

Формы рудных залежей месторождений Стрельцовского рудного поля ПАО «11111 ХО» определила структурная подготовка. Так, мощные рудные залежи (30% от общих запасов руды), как правило, имеют форму крутопадающих рудных столбов и штокверкоподобных залежей с высоким коэффициентом рудонос-ности при средней мощности рудных тел более 5 м. Остальная часть запасов руды находится в рудных телах, имеющих жи-лообразную форму. В целом по Стрель-цовской группе месторождений руды относятся в большинстве случаев к неустойчивым вследствие приуроченности к тектоническим нарушениям, и

лишь у штокверкоподобных залежей руды характеризуются как среднеустой-чивые. Вмещающие породы вне зон тектонических нарушений среднеустойчи-вые [3].

Одним из перспективных направлений совершенствования камерных систем разработки с закладкой является применение новых технологических решений при отработке запасов залежей средней мощности со снижением себестоимости добываемой продукции и вовлечением в отработку запасов рядовых и бедных руд, в которых применение системы разработки с нисходящей слоевой выемкой и твердеющей закладкой нерентабельно.

В качестве решения поставленной задачи нами был разработан вариант камерной системы с закладкой для горногеологических условий блока 4в-725 месторождения Антей рудника № 1 ПАО «ППГХО» и произведено его сравнение с базовой системой разработки с нисходящей слоевой выемкой и твердеющей закладкой.

Для повышения эффективности и безопасности технологии ведения очистных работ нами были выполнены исследования по оптимизации геомеханических параметров камерной системы с твердеющей закладкой. Проведен анализ и обоснована методика определения допустимых пролетов обнажения камер для горно-геологических и горнотехнических условий разработки месторождений ПАО «ППГХО» в зависимости от морфологии залежей, физико-механических свойств рудного тела и вмещающих пород, структурных особенностей массива и природного поля напряжений. По методике Читинского филиала ВНИПИгорцветмет рассчитаны наклонные и горизонтальные пролеты обнажения камеры для различных условий. При этом установлено, что в рассматриваемых условиях определяющими параметры камеры являются горизонтальные обнажения [2].

Выведены зависимости величины допустимых пролетов обнажения от

глубины горных работ, угла падения и мощности рудного тела, по результатам которых построены номограммы и выведена расчетная формула. Определены параметры, конструктивные особенности камерной системы разработки с твердеющей закладкой. Исследованы вопросы оптимизации расстояния между погрузочными заездами.

По результатам проведенных исследований создан вариант камерной системы разработки с твердеющей закладкой выработанного пространства для отработки рудных тел в блоке 4в-725 на глубине 400 м со следующими основными параметрами: высота блока - 50 м; длина блока - 223 м; высота подэтажа из-за изменчивости контуров рудных тел принята 10 м; ширина камер - до 16,5 м; длина камеры - до 30 м, толщина потолочины - не менее 6 м. Блок разбивают на 5 камер длинной по 30 м, 2 камеры длинной 25 и 28 м и междукамерный целик шириной 20 м (рисунок).

В качестве основного технологического оборудования предлагаемой системы разработки рекомендуется использование высокопроизводительного самоходного оборудования для бурения скважин станка Simba 1354 фирмы Atlas Copco с дизельным приводом хода и электрогидравлической буровой системой и доставки рудной массы погрузо-доставочной машины SANDVIK LH203 c дизельным приводом. Транспортирование руды по транспортному штреку до околоствольного двора будет производиться локомотивным транспортом.

Блок подготавливается по ортовой тупиковой схеме подготовки. На откаточном горизонте подготовка осуществляется полевыми откаточными штреками и погрузочными заездами, а также вентиляционным штреком и ортами на вышележащем горизонте. На подэтажах проходятся рудные подэтажные штреки. С целью вентиляции и в качестве запасного выхода проводим вентиляционно-ходовые блоковые восстающие, наклонный спиральный съезд, обеспечивающий заезд на подэтажи буровой уста-

новки и транспортировку оборудования, а для доставки закладочной смеси в отработанные камеры проходят из закладочных ортов закладочные скважины диаметром 300 мм.

Нарезка блока в камере включает в себя проведение подсечных ортов (на каждом подэтаже), подэтажных буровых штреков, отрезного восстающего на всю высоту камеры и образование плоского днища и отрезной щели. Отработка камер осуществляется от флангов к центру. Сперва отрабатывается камера № 7 с последующей закладкой твердеющей по-родобетонной смесью, далее камера № 1 с закладкой камеры. Последующие камеры отрабатывают после затвердения закладки в соседней камере. Выемка руды в блоке производится камерами сразу на всю ее высоту за исключением камеры № 6, в которой производим выемку в два этапа, между камерами № 3 и № 4 временно оставляем технологический междукамерный целик шириной 20 м, который после заполнения отработанных камер твердеющей смесью и затвердения закладки будет отработан.

Отрезной восстающий проводят по контуру камеры с помощью скважин под углом, равным углу падения залежи. После этого оформляют отрезную щель, ориентируя ее в крест простирания залежи. Отработка камерных запасов включает бурение СБУ Simba 1354 из подэтажных штреков веерных скважин диаметром 80 мм и их взрывание. Отбитая в камере руда по орт-заездам и полевому штреку доставляется погрузочно-доставочной машиной LH203 к рудоспуску на гор. +287,8 м.

После отбойки камеры образовавшееся открытое пространство заполняется твердеющей закладкой с использованием пустой породы в качестве заполнителя. Объем камеры, подлежащей заполнению, Vk = 12375 м3. Закладка состоит из твердеющей смеси и пустых пород из отвалов от проходческих и очистных работ с содержанием названых компонентов в соотношении 50/50%. Использование кускового закладочного

а\

Разрез по линии 100+100

Штрек 4В-кл

Разрез по линии 100+30

Штрек *в-9Я Ь'ЯУРчнад орф

Разрез по пинии 99+75

Разрез по линии 99+40

ЗокМФЗОчняП орт

и1гприк*гагя*

Камерная система разработки с закладкой

материала (пустой породы) экономит вяжущий раствор и снижает затраты на подготовку заполнителя.

Предлагается применение раздельного способа возведения закладочного массива, который состоит из двух технологических линий. Первая - приготовление вяжущего раствора и транспортирование его по трубам до выработанного пространства, вторая - подготовка и транспортирование заполнителя в вагонах или погрузочно-доставочными машинами. Возведение породобетонного закладочного массива заключается в первоначальном заполнении камеры раствором литой твердеющей смеси на глубину, обеспечивающую в дальнейшем подачу заполнителя (горной породы) до момента схватывания раствора, в который добавлена замедляющая комплексная добавка, увеличивающая время схватывания. Литая твердеющая закладка по первой технологической линии и порода в качестве наполнителя по второй технологической линии поступают в камеру по скважинам, пробуренным с вентиляционного горизонта, где, смешиваясь, образуют породобетонный массив. Процесс возведения искусственного массива повторяется закладкой слоями до полной высоты камеры. Перед закладкой массива производят устройство изолирующих перемычек на подэтажах и монтаж бетоновода [1].

К достоинствам камерной системы разработки с закладкой можно отнести достаточно высокую производительность блока, равную 20500 т/мес., более низкую себестоимость добычи руды и закладочных работ при применении по-родобетонной закладки по сравнению с системой разработки горизонтальными слоями с твердеющей закладкой и более безопасные условия труда рабочих забойной группы. Основными недостатками системы являются высокое разубо-живание при отработке невыдержанных по мощности залежей и рудных тел с прослойками из пустых пород, невозможность применения этой системы разработки в неустойчивых породах и

рудах, высокие объемы подготовительно-нарезных работ.

В качестве альтернативной технологии очистных работ рассматриваем применение в блоке 4в-725 базовой системы разработки с нисходящей слоевой выемкой и твердеющей закладкой. Для сравнения с камерной системой принимаем параметры блока 4в-725 по характеристике рудного тела: высота блока -50 м; длина блока - 223 м; ширина блока

- по максимальной ширине оруденения

- 25 м; высота слоя - 3,0 м; ширина захо-док -3,0 м; угол наклона заходок - 3-5°.

Очистной блок имеет ортовую кольцевую подготовку. Блок отрабатывают горизонтальными слоями, начиная с верхнего под защитой искусственной кровли, которую для каждого очередного слоя образуют из твердеющей закладки по мере выемки вышележащего слоя. Отработка запасов слоя производится заходками высотой 3,0 м по обе стороны от разрезного слоевого орта. За-резку слоя осуществляют из наклонного съезда.

Очистные работы включают отбойку рудного массива в заходках, уборку рудной массы в рудоспуски, проветривание и крепление очистного пространства, выпуск и погрузку рудной массы из рудоспусков, установку в отработанных заходках изолирующих перемычек и заполнение выработанного пространства твердеющей закладкой. При очистных работах используем самоходное очистное оборудование: буровую каретку МИНИБУР 1ФЭ и погрузочно-транспортную машину ПД-2Э.

Погашение выработанного пространства в блоке производится твердеющей закладкой по мере отработки слоевых заходок. Закладку заходок производят секциями, длина секции для жестких и расслаивающихся смесей составляет 15 м (объем секции - около 150-200 м3), секции отделяются изолирующими перемычками. Перед закладкой предусматривается армировка заходок с образованием подвесной крепи, связывающей между собой все заложенные

по вертикали заходки, укладка металлической сетки на почву выработки и ее крепление.

Система разработки с нисходящей слоевой выемкой и твердеющей закладкой обеспечивает более полную выемку запасов с минимальными потерями и разубоживанием руды, но в тоже время имеет ряд существенных недостатков. Основными недостатками системы разработки с нисходящей слоевой выемкой и твердеющей закладкой является высокая себестоимость очистных работ, связанная в основном с расходами на твердеющую закладку, равную 32% от общей стоимости очистных работ, взятой по руднику, возможное отслоение искусственной кровли в заходках при ведении горных работ горнорабочими непосредственно в забое очистной выработки, а также необходимое интенсивное проветривание тупикового очистного забоя вентиляторами местного проветривания, связанное с обеспечением нормативных

уровней загрязненности атмосферы по спецфакторам.

Для определения эффективности применяемой и предлагаемых систем разработки при отработке средней мощности рудных залежей в горно-геологических условиях блока 4в-725 выполнено технико-экономическое сравнение вариантов по технологическим показателям и получаемой прибыли, результаты которого представлены в таблице.

Расчет прибыли по сравниваемым технологиям производен с 1 т балансовых запасов по методике академика М.И. Агошкова при содержании металла в балансовых запасах блока 0,121% и рыночной стоимости 80 долл. за 1 кг закиси-окиси урана. Как видно из таблицы, из сравниваемых систем разработки при отработке штокверкоподобных рудных залежей наибольшую эффективность имеет камерная система разработки с закладкой выработанного пространства породобетонной смесью (твердеющая

Сравнение основных технико-экономических показателей вариантов технологии очистных работ

Нисходящая Камерная система

Показатель слоевая выемка разработки

с закладкой с закладкой

Балансовые запасы блока, т 261830 261830

Эксплуатационные запасы блока, т 303308,6 314237,9

Средняя выемочная мощность, м 9,0 9,0

Угол падения рудного тела, град. 80 80

Потери, % 3,0 4,0

Разубоживание, % 20,0 29,0

Удельный расход подготовительно-нарезных работ, м3/1000 т 64,9 179,5

Месячная производительность блока, т/мес. 9500 20500

Производительность забойного рабочего, т/ч см 27,6 57,1

Себестоимость добычи 1 т руды, р/т 2368,80 1756,00

Время отработки блока, лет 2,66 1,28

Прибыль, получаемая по системе разработки, р/т - 500,10

закладка и порода из отвалов, от проходческих и очистных работ), система разработки с нисходящей слоевой выемкой и твердеющей закладкой нерентабельна, так как в данных условиях, согласно расчетам, убыточна. Внедрение предлагаемой технологии очистных работ варианта камерной системы разработки с применением породобетонной закладки позволит в два раза повысить производительность труда и снизить себестоимость добычи на 25%, а также обеспечить достаточно полное извлечение полезного ископаемого и рентабельно отрабатывать рядовые и бедные руды.

Также можно сделать вывод о перспективности применения высокопроизводительной камерной системы разработки с подэтажной отбойкой и твердеющей закладкой при применении рудо-сортировки и обогащения руды, что позволит существенно снизить последствия разубоживания, возникающего в процессе отбойки, и подавать на горно-металлургический завод более качественную руду.

Для повышения эффективности технологии камерных систем разработки с породобетонной закладкой рекомендуется применение высокопроизводительного бурового и погрузочно-доставоч-ного оборудования, которое способно повысить интенсивность отработки блока и производительность труда.

Библиографический список

1. Медведев В.В., Пакулов В.В. Совершенствование технологии закладочных работ при камерных системах разработки с закладкой // Вестник Забайкальского государственного университета. 2013. № 10 (101). С. 25-31.

2. Методические указания по установлению размеров камер и целиков при камерных системах разработки руд цветных металлов. Чита: Изд-во ВНИПИгор-цветмета, 1988. 126 с.

3. Овсейчук В.А., Лизункин.В.М., Пирогов Г.Г. Подземная разработка месторождений редкометалльных и радиоактивных руд: учеб. пособие. Чита: Изд-во ЧитГУ, 2008. 327 с.

4. Способ разработки сложно-структурных месторождений / В.М. Ли-зункин, Ю.Н. Галинов, В.Е. Подопри-гора, В.В. Медведев // Горный информационно-аналитический бюллетень. 2004. № 12. С. 192-194.

5. Совершенствование подэтаж-ных систем со скважинной отбойкой при отработке месторождений Стрельцов-ской группы / В.М. Лизункин, В.В. Медведев, В.Е. Подопригора, В.А. Овсейчук, Ю.Н. Галинов // Новый век - новые открытия: материалы Межрегион. конф., посвящ. 40-летию ЗабНИИ. Чита, 2001. С. 349-351.

Статья поступила 09.09.2015 г.