Оценка изменения тенденций развития технологии разработки жильных месторождений криолитозоны

Е.В. Никулин, 2010

УДК 622.032:551.34

Г.П. Необутов, Д.Н. Петров, Е.В. Никулин

ОЦЕНКА ИЗМЕНЕНИЯ ТЕНДЕНЦИЙ РАЗВИТИЯ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ ЖИЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ КРИОЛИТОЗОНЫ

Два-три десятилетия назад разработку жильных месторождений в нашей стране осуществляли с применением в основном систем разработки с открытым очистным пространством, с обрушением руды и вмещающих пород, с магазинированием руды. Более 50 % запасов отрабатывали системами разработки подэтажными штреками и подэтажным обрушением. Является актуальной современная оценка тенденций развития технологии разработки жильных месторождений криолитозоны с учётом результатов новых научных исследований и накопленного практического опыта.

Известно, что условия промышленного освоения месторождений в криолитозоне, в частности, на российском Северо-Востоке, определяемые экономико-географическим их положением, климатом региона, геологическими особенностями, хотя и имеют общность с условиями месторождений других регионов страны, в то же время характеризуются отличиями. Месторождения расположены в отдаленных и труднодоступных районах — вдали от развитых промышленных центров и от входных баз (в отличие, например, от большинства рудников Урала, Казахстана, Средней Азии, Сибири, районов золотодобычи развитых стран мира). Кроме того, большинство из них расположено в горной местности и в зоне многолетней мерзлоты, что также отражается на специфике ведения горных работ. Существенное влияние сложности и изменчивости условий залегания жильных месторождений на технологию их разработки отмечено в ряде работ [1, 2 и др.].

Считается [2], что методология обоснования технологии разработки золоторудных месторождений должна основываться на сбалансированном соединении двух позиций: с одной стороны, использования технических достижений и объективно существующих закономерностей развития горной техники и технологии, с другой — достаточно полного учёта условий разработки месторождений как объектов применения этой техники и технологии.

На отечественных и зарубежных рудниках используют одни и те же системы отработки рудных жил. В частности, удельный вес основных систем разработки при выемке крутопадающих тел, по различным источникам информации, составляет: с магазинированием руды 55-60 % (на зарубежных 25-30 %), горизонтальными слоями с закладкой 20-25 % (соответственно, 45-50 %), подэтажными штреками 8-10 % (10-12 %).

Область применения системы разработки с магазинированием руды охватывает в основном месторождения сравнительно бедных руд и, частично, средней ценности, то есть наиболее распространенные.

На золоторудных предприятиях Северо-Востока систему разработки с закладкой ранее не применяли, поэтому основной объем добычи руды (около 90 %) приходился на равно распространенные системы с магазинированием и подэтажными штреками, причем удельный вес каждой из них на руднике сильно изменялся в зависимости от мощности рудных тел в годовом наборе очистных блоков и других факторов. Остальной объем добычи составляли системы с обрушением, камерностолбовая и пр.

Количественные и качественные показатели извлечения руды из недр более высоки при системе с закладкой; системы с магазинированием и подэтажными штреками в этом отношении им уступают, хотя имеются и исключения.

Производительность труда забойного рабочего зависит от применяемой системы разработки и мощности рудного тела. Характер этой взаимосвязи объясняет одну из причин распространенности системы с магазинированием руды: меньшая трудоемкость очистной выемки (особенно на стадии отбойки блока).

Выполненная нами обобщённая оценка перспектив применения различных систем разработки показывает, что ведущими из них в ближайшей перспективе останутся: для отработки маломощных жил — с магазинированием руды и открытым очистным пространством; для тонких

жил — с раздельной выемкой и закладкой очистного пространства отбиваемыми вмещающими породами.

При мощности рудных тел свыше 3 м, по сравнению с тонкими и маломощными, качественно изменяются (улучшаются) условия ведения горных работ. Появляются широкие возможности для механизации основных технологических процессов, в том числе и за счет применения высокопроизводительного самоходного оборудования. При использовании скважинной отбойки повышается эффективность взрывных и горно-подготовительных работ. За счет этого, как правило, улучшаются общие показатели добычи руды и снижается её себестоимость.

Отработка рудных тел средней мощности и мощных производится, как правило, с применением одних и тех же систем разработки, за исключением системы с магазинированием руды, которую при благоприятных условиях иногда применяют для отработки рудных тел мощностью 3-3,5 м. Однако доля ее применения не превышает 5-7 % от общей добычи из рудных тел средней мощности и мощных. В основном же рудные тела этих категорий мощности разрабатывают системами с открытым очистным пространством (камерно-столбовая, подэтажными штреками, этажно-камерная), с закладкой выработанного пространства и с обрушением (со слоевым и подэтажным обрушением).

Основными условиями эффективного применения системы разработки подэтажными штреками является достаточная устойчивость руды и вмещающих пород, угол наклона рудного тела не менее 50°, мощность рудного тела от 5 до 20 м. При мощности рудного тела более 20 м применяют обычно этажно-камерную систему разработки с отбойкой руды из подэтажных ортов. Если мощность рудного тела менее 5 м, то применение системы становится нецелесообразным из-за большой удельной протяженности нарезных выработок.

Среди зарубежных стран с развитой горнодобывающей промышленностью наиболее близки к рассматриваемым условия освоения золоторудных жильных месторождений Северной Америки (Канады и северной части США), где отмечают снижение совокупной производительности труда и удорожание продукции из-за географического смещения горных работ в районы с более сложными природными условиями и вовлечением в разработку месторождений, их участков и горизонтов с менее благоприятными горно-геологическими условиями. Как отмечалось, за рубежом в соответствующих условиях применяются практически те же системы разработки, что и на отечественных рудниках, с той лишь разницей, что гораздо шире используются системы с закладкой, а камерно-столбовая система при отработке пологих и наклонных рудных тел на большинстве рудников преобразована в камерно-целиковую с выемкой панелями.

На зарубежных рудниках при системе с магазинированием более высокая производительность труда достигается благодаря совершенной буровой технике и механизации вспомогательных процессов: в рудных жилах мощностью до 2,5 м производительность труда забойного рабочего на очистной выемке составляет от 15 до 30 т/чел.-смену (6-11 м3/чел.-смену), т.е. выше в среднем примерно на 10 %. Но разрыв в производительности труда подземного рабочего более значителен ввиду высокого уровня механизации вспомогательных работ.

При разработке тонкожильных месторождений можно отметить достаточно широкое распространение скважинной отбойки (диаметр скважин 41-54 мм). Условия применения скважинной отбойки: угол наклона жил более 50-55°, выдержанность элементов залегания, высота этажа не более 10-12 м (по условию приемлемости отклонения скважин от заданного направления).

Система с подэтажной скважинной отбойкой более эффективна при разработке тонких крутонаклонных жил, чем система с магазинированием руды. Однако более широкое ее применение сдерживается следующими факторами:

длина очистных камер должна обеспечивать устойчивость открытого очистного пространства без создания дополнительных мер по поддержанию бортов блока;

происходит значительное разубоживание при отработке ветвящихся жил;

имеет место излишне высокое разубоживание при отработке камер со слабыми вмещающими породами и высоком горном давлении.

Для отработки средней мощности и мощных рудных тел за рубежом применяют системы разработки с подэтажным или этажным массовым обрушением веерами глубоких скважин.

Тенденции и направления перспективного развития технологии и техники разработки жильных месторождений в нашей стране ранее устанавливались научными и производственными организациями (ИПКОН РАН, ВНИПИгорцветмет, бывшие Минцветмет и Главалмаззолото и др.).

Основными направлениями совершенствования технологии разработки крутопадающих рудных жил было принято:

- увеличение объемов применения системы разработки с закладкой;

- создание и освоение технологий на базе малогабаритного самоходного оборудования и систем разработки подэтажными штреками и с закладкой;

- создание технологии и техники выемки по простиранию с применением очистных механизированных комплексов — монорельсовых, пневмобаллонных, с механизированной пневмогидравлической передвижной крепью;

- создание новых вариантов систем разработки переходного класса между системами с магазинированием и системами с закладкой.

Устанавливались также следующие основные тенденции развития техники и технологии разработки жильных месторождений за рубежом [3, 4, 5]:

- совершенствование наиболее распространенной системы разработки с магазинированием руды;

- расширение области применения систем разработки с закладкой и с подэтажной отбойкой;

- расширение объема использования самоходной техники;

- создание и использование малогабаритного самоходного оборудования и механизированных очистных комплексов на монорельсовом ходу.

Отечественный и зарубежный опыт обязывает считаться с тем, что системы разработки с открытым очистным пространством и с магазинированием руды еще длительное время будут базовыми для жильных месторождений, особенно в неблагоприятных условиях их освоения (отдаленность, небольшие запасы, нагорный тип, наличие многолетней мерзлоты), когда применение закладки технически трудно осуществимо. Поэтому актуальны вопросы совершенствования и развития системы разработки с магазинированием, создания эффективных ее вариантов и устранения присущих ей недостатков: низкого уровня механизации производства; сравнительно высоких потерь и разубоживания руды; сложности обеспечения безопасности добычи в условиях недостаточно устойчивых пород и высокого горного давления.

Таким образом, ранее установленные тенденции развития и обоснования направлений совершенствования технологии разработки жильных месторождений криолитозоны остаются в основном приемлемыми и в настоящее время. Вместе с тем возникает необходимость их дополнения рядом следующих важных позиций.

Так, можно считать, что проблема коренного совершенствования технологии разработки рудных тел средней и большой мощности в настоящее время не является существенно значимой. На отечественных рудниках накоплен достаточный опыт применения прогрессивных технологий и систем разработки в различных условиях, позволяющий безошибочно выбирать их для отработки любого месторождения с рудными телами средней и большой мощности [1]. По-существу, единственная трудность здесь заключается в подборе и приобретении соответствующего, уже выпускающегося серийно, отечественного или более качественного зарубежного самоходного оборудования.

К важным направлениям совершенствования технологии разработки тонких жил следует добавить максимально широкое применение раздельной выемки руды, так как имеющая место повсеместно применяемая подача на обогатительные и извлекательные фабрики большого объема разубоженной горной массы нередко нерентабельна и обусловливает накопление на верхних горизонтах рудников нарастающего объема забалансовых запасов руды в тонких жилах, значительная часть которых могла бы экономически выгодно отрабатываться. По мере увеличения нарушенности массива пород в результате углубления горных работ возможность доступа к оставленным запасам уменьшается, и большая их часть, вероятнее всего, будет потеряна.

Проведенные нами исследования целесообразности использования на рудных месторождениях Якутии твердеющих смесей на цементной основе выявили, что затраты на закладочные работы не окупаются снижением потерь в недрах. Процесс закладки вообще является элементом, сильно замедляющим и удорожающим горные работы, поэтому одно из условий применения данной технологии, как уже отмечалось, высокая ценность добываемой руды.

Возведение искусственных целиков из льдопородного закладочного материала при разработке крутопадающих рудных тел: 1 — восстающий; 2 — расширение восстающего; 3 — отшивка отделений для размещения льдопороды и людских ходков; 4 — людские ходки; 5 — отделения для льдопороды

Однако, выполнены обоснования [6, 7] и доказано, что одним из перспективных направлений создания технологий нового качественного уровня, позволяющих рационально осваивать месторождения криолитозоны, является развитие систем разработки с управлением горным давлением льдопородной закладкой, вариант использования которой при разработке крутопадающих месторождений рассматривается ниже.

Предлагаемый двухстадийный способ разработки основан на результатах исследований [8] и заключается в выемке рудных целиков (первая стадия) и в отработке остальных запасов блока после заполнения выработанных пространств льдопородным закладочным материалом (вторая стадия). Для этого через 50-60 м по простиранию проходят восстающие с применением монорельсового комплекса, например КОВ-25. С их же помощью восстающие расширяют до 15-20 м (рисунок).

Во время расширения восстающих устанавливают распорную крепь в два ряда, которую впоследствии используют для оборудования людских ходков и отделения для закладки.

В зимнее время, в период низких отрицательных температур (минус 20-30° С и ниже), охлажденная до этих температур порода, предназначенная для закладки, с поверхности по трубам перепускается в камеры; одновременно дозировано подается вода. Причем «наращивание» льдопородных целиков производится слоями: работы по закладке и

промораживанию каждого последующего слоя осуществляются после смерзания закладочных пород предыдущего слоя [7].

Работы по возведению искусственных целиков из льдопороды производят в период низких отрицательных температур, при этом в закладываемое пространство вентиляторами местного проветривании с поверхности подают холодный воздух для удаления тепла при кристаллизации воды. При достаточной теплоизоляции искусственных льдопородных целиков отработку основных запасов блока системой с магазинированием руды или подэтажными штреками можно производить в любое время года.

В целях повышения несущей способности искусственных льдопородных целиков и устойчивости обнажений рекомендуется упрочнение льдопородного закладочного материала различными способами: использованием сетчатых материалов, установкой ограждений перед возведением закладочного массива, его затяжкой крепежными материалами из отработавших свой ресурс тросов, крепёжного леса, пиломатериалов, труб, буровой стали и т.д.

Предлагаемый способ возведения искусственных целиков из льдопородного закладочного материала обеспечивает снижение уровня потерь и разубоживания добываемой руды.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Неганов В.П. Технология разработки золоторудных месторождений. Производственно-практическое издание / В.П. Неганов, В.И. Коваленко, Б.М. Зайцев и др. -М.: Недра, 1995. -336 с.

2. Курсакин Г.А. Технология разработки золоторудных жильных месторождений / Г.А. Курсакин -Владивосток: Дальнаука, 2002. - 240 с.

3. Айрапетян Л.Г. Современные тенденции совершенствования подземной добычи руды за рубежом / Л.Г.Айрапетян, Я.И. Юхимов // Горное дело: обзорн. информ. -М.: ЦНИИЭИЦМ, 1989. - Вып. 4.-58 с.

4. Исследование систем разработки маломощных крутопадающих рудных тел в Швеции // Цветная металлургия. Горное дело и обогащение руд. Зар. опыт: экспресс информация. - М.: ЦНИИЭИЦМ, 1988. - Вып. 9. -С. 2 - 3.

5. Шнайдер М.Ф. Пути совершенствования очистной выемки жильных месторождений / М.Ф. Шнайдер, В.Г. Гальперин, Л.И. Кузнецов // Цветная металлургия. - 1988. - № 6. - С. 17 - 22.

6. Необутов Г.П. Подземная добыча руды с использованием льдопородной закладки на месторождении Бадран в Якутии / Г.П. Необутов, В.П. Зубков, А.Ф. Мамонов // Горный информ.-аналит. бюллетень. - 2001. - № 10. - С. 71 - 74.

7. Необутов Г.П. Методические аспекты рационального освоения месторождений криолитозоны с использованием льдопородной закладки / Г.П. Необутов, Д.Н. Петров // Наука и образование. - 2002. - № 4. - С.5 - 7.

8. Кривошеев И.С. О возможности применения льдопородной закладки при разработке крутопадающих рудных тел в условиях вечной мерзлоты / И.С. Кривошеев, В.Г. Жук, В. Л. Погребной // Колыма. -1977. -№ 5. - С. 12-15. ЕШ

— Коротко об авторах --------------------------------------------

Необутов Г.П. - кандидат технических наук, ст.й научный сотрудник, Петров Д.Н. - научный сотрудник,

Никулин Е.В. - инженер.

Институт горного дела Севеpа им. КВ. Черского GO PAH, г. Якутск. E-mail: igds@vsn.ru