О системах и технологиях открытой разработки полезных ископаемых

© Б.Р. Ракишев, 2002

УДК 622.271.4

Б.Р. Ракишев

О СИСТЕМАХ И ТЕХНОЛОГИЯХ ОТКРЫТОЙ РАЗРАБОТКИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Терминология - важнейшая составляющая специфического языка любой отрасли науки и техники. Однозначное определение и толкование терминов, понятий способствует правильному восприятию операций и принятию верных решений при рассмотрении различных теоретических и практических задач. Это в полной мере относится и к горным наукам и производству, где целый ряд основных понятий до сих пор трактуется неоднозначно и недостаточно четко.

В работах [1-7] под разработкой месторождения полезных ископаемых понимается совокупность горных работ по вскрытию, подготовке и очистной выемке полезных ископаемых. В то же время в широко распространенных определениях систем разработки [1-7] понятие "разработка месторождения" привязано только ко второй составляющей указанной совокупности, т.е. к подготовке и очистной выемке полезных ископаемых без учета ее первой составляющей, т.е. вскрытия месторождения.

Так, акад. Л.Д. Шевяков отмечает, что до начала очистных работ в том или другом месте шахтного поля необходимо проводить к этим местам подготовительные выработки из уже проведенных для вскрытия месторождения капитальных выработок. Работы по проведению подготовительных выработок, т.е. "подготовительные работы определенным образом должны предшествовать очистным работам и сочетаться с ними. Такой определенный порядок проведения подготовительных и очистных выработок, увязанный в пространстве и времени называется системой разработки месторождения (или его части)" [4].

Проф. Е.Ф. Шешко понимает под системой разработки месторождения "безопасные и экономичные способы

осуществления определенного комплекса вскрышных, траншейных и добычных работ, обеспечивающие плановую разработку карьерного пота" [5].

По акад. В.В. Ржевскому "под системой разработки месторождения понимается порядок и последовательность выполнения открытых горных работ в пределах карьерного поля или его участка. В общем случае горные работы включают добычные, вскрышные и горно-подготовительные работы" [6].

Из приведенных определений видно, что система разработки месторождения соотнесена только к комплексу подготовительных (траншейных или горно-подготовительных) и очистных (добычных, вскрышных) работ в шахтном (карьерном) поле. А этот комплекс, как известно, представляет разработку полезных ископаемых уже после вскрытия месторождения, следовательно, он не характеризует в полном объеме разработку месторождения.

Термин "разработка полезных ископаемых" является обобщающим принятых в тех же источниках терминов "разработка мощных пластов", "разработка тонких жил", "разработка горизонтальных и пологих залежей", "разработка наклонных и крутых залежей" и др. В условиях открытых работ этот термин включает в себя и вскрышные породы, удаляемые при разработке полезных ископаемых.

Отмеченное различие признаков функционального характера горных работ позволяет разграничить понятия "разработка месторождения" и "разработка

полезных ископаемых", которые многими специалистами воспринимаются как синонимы. На самом деле, как выяснено выше, первое понятие - более общее и иерархически система "разработка месторождения полезных ископаемых" состоит из двух подсистем "вскрытие месторождения" и "разработка полезных ископаемых" (рис. 1). Последние функционально взаимосвязаны. Суть этих понятий раскрывают нижеприведенные определения, сформулированные автором на основе творческого переосмысления идей и подходов корифеев советской горной науки - академиков Л.Д. Шевякова, Н.В. Мельникова, В.В. Ржевского, О.А. Байконурова, профессоров Е.Ф. Шешко, А.И. Арсентьева и др. с учетом современного состояния наук [11].

Разработка месторождения полезных ископаемых — освоение месторождения посредством его вскрытия и извлечения горных пород из недр

Земли различными способами (открытым, подземным, скважинным, подводным и комбинированным).

Вскрытие месторождения - обеспечение доступа от поверхности Земли к различным участкам месторождения посредством проходки капитальных горных выработок, создающих возможность проведения подготовительных выработок. При открытом способе разработки к капитальным выработкам относятся вскрывающие наклонные траншеи, подземные выработки и т.д., а к подготовительным - разрезные траншеи, котлованы.

Совокупность вскрывающих каждый из рабочих горизонтов наклонных траншей образует систему капитальных траншей. Такая система представляет собой траншейный (от-

Рис. 1. Структура открытой разработки месторождения полезных ископаемых

крытый) способ вскрытия карьерного поля [5-8]. Имеют распространение также подземный и комбинированный способы вскрытия месторождения (см. рис. 1).

Разработка полезных ископаемых - извлечение горных пород (полезного ископаемого, включая нефть, газ, воды) из недр Земли различными способами (открытым, подземным, скважинным, подводным и комбинированным) после вскрытия месторождения. При открытом способе разработки оно осуществляется проведением разрезных траншей (котлованов) из уже пройденных капитальных выработок, удалением вскрышных пород и выемкой полезного ископаемого.

Таким образом, открытая разработка полезных ископаемых - извлечение горных пород из недр Земли некоторой заданной совокупностью подготовительных, вскрышных и добычных работ в карьерном поле.

Переходя к определению системы разработки полезных ископаемых, следует отметить, что "система (от греческого systema - целое, составленное из частей; соединение) - множество (сово-купность) элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определенную целостность, единство. Поскольку понятие системы имеет чрезвычайно широкую область применения (практически каждый объект может быть рассмотрен как система), постольку его достаточно полное понимание предполагает построение семейства соответствующих определений - как содержательных, так и формальных. Лишь в рамках такого семейства определений удается выразить основные системные принципы:

целостности, структурности, взаимозависимости системы и среды, иерархичности, множественности описания каждой системы и др." [2].

На основе изложенного искомое определение можно сформулировать следующим образом.

Система открытой разработки полезных ископаемых - совокупность взаимосвязанных между собой подготовительных, вскрышных и добычных работ, выполняемых в определенном порядке и последовательности в пределах карьерного поля.

Такое определение можно распространить и на систему подземной разработки полезных ископаемых с использованием соответствующих терминов. Оно устраняет дублированное использование отдельных признаков в старых определениях системы разработки и режима горных работ, тем самым усиливает значимость последнего в технологии горного производства.

Если под режимом горных работ понимается "установленная проектом или исследованием последовательность выполнения объемов вскрышных и добычных работ по времени, обеспечивающая планомерную, безопасную и экономически эффективную разработку месторождения за срок существования карьера" [6], то выбранная система разработки должна предусматривать предпосылки для создания режима горных работ, отвечающего указанным требованиям.

Как известно, система разработки тесно связана с комплексами горного и транспортного оборудования, вскрытием рабочих горизонтов и технологией горных работ. Но это не означает, что упомянутые обязательно должны найти отражение в определении системы разработки (см. понятие «система»).

Хотя новое определение системы открытой разработки полезных ископаемых по форме и структуре отличается от определения акад. В.В. Ржевского, по содержательной части оно

полностью совпадает с ним. Это показывает, что системы открытой разработки и их классификация, предложенные акад. В.В. Ржевским наиболее полно отвечают современному состоянию теории открытых горных работ [10, 11].

В совершенствование указанной классификации по направлению перемещения заданной совокупности подготовительных, вскрышных и добычных работ в карьерном пространстве можно выделить только три системы разработки: сплошную, углу-бочную и комбинированную (рис. 1). Эти системы по направлению подви-гания фронта горных работ в плане относительно осей и контура карьерного поля могут подразделяться на подсистемы: продольные, попереч-

ные, веерные, кольцевые с образованием внутренних отвалов; дополнительно на однобортовые, двухбортовые и т.д.

Что касается известных классификаций систем разработки по направлению и способу перемещения вскрышных пород в отвалы (проф. Е.Ф. Шешко) и способу транспортирования вскрышных пород на отвалы (акад. Н.В. Мельникова), то они по сути выходят за рамки принятого понятия системы разработки и по содержанию представляют технологию открытой разработки полезных ископаемых. (Технология - совокупность знаний о способах и средствах проведения производственных процессов). Они сыграли неоценимую роль в создании новых технологий и развитии горного производства в целом.

Действительно, конечной целью разработки месторождения полезных ископаемых (МНИ) является обоснование и выбор такой технологии горного производства, которая обеспечила бы своевременное, ритмичное, рациональное освоение недр и комплексное использование всех горных пород с наилучшими экономическими и экологическими последствиями.

Технология горного производства (система), как известно, объединяет технологию производственных процессов, технологии вскрытия месторождения и разработки полезных ископаемых (подсистемы) (рис. 2).

Технология производственных процессов включает принципы, средства механизации и способы выпол-

Рис. 2. Структура технологии горного производства при открытой разработке месторождений полезных ископаемых

нения основных производственных процессов: подготовки горных пород к выемке, выемочно-погрузочных работ, транспортирования и складирования горных пород. Эти технологии в различном сочетании и масштабе используются как при вскрытии месторождения, так и при разработке полезных ископаемых.

Технологией вскрытия месторождения предусматриваются способы проходки капитальных горных выработок, включая средства механизации и проведение проходческих работ. Они реализуются технологией проходческих работ.

Технология открытой разработки полезных ископаемых, состоящая из технологий добычных и вскрышных работ (см. рис. 2) - наиболее ответственная и подытоживающая часть всей технологии горного производства. Она рассматривает принципы и способы поэтапной разработки карьерного поля, способы управления режимом горных работ, способы и средства управления качеством выдаваемой продукции, способы управления развитием добычных и вскрышных работ в карьерном пространстве во времени с созданием рационального текущего объема выработанного пространства, способы обеспечения эффективного взаимодействия между отдельными технологическими процессами. Таким образом, перечисленный комплекс способов управления развитием горных работ в карьерном пространстве, средств достижения наи-

лучшего сочетания производственных процессов и их выполнение представляют технологию открытой разработки полезных ископаемых.

К наиболее . высокому уровню способа производства относится поточная технология добычи полезного ископаемого и вскрышных пород, в том числе с их перевалкой в выработанное пространство, к следующему уровню -циклично-поточная технология производства горных работ. Распространенными являются технологии с погрузкой горных пород мехло-патами в транспортные средства и перемещением их к пунктам назначения. При разработке сложноструктурных многокомпонентных месторождений, россыпей и др. применяются специальные технологии добычных работ.

В соответствии с классификацией проф. Е.Ф. Шешко можно выделить следующие технологии вскрышных работ [5, 9]:

• технология вскрышных работ с непосредственной перевалкой вскрыши в выработанное пространства (А-1), то же, с краткой экскаваторной перевалкой вскрыши (А-2), то же, с перевалкой вскрыши отвалообразо-вателями (А-З);

• технология вскрышных работ с перевозкой вскрыши на внутренние отвалы (Б-4), то же, на внешние отва-

лы (Б-5), то же, на внешние и внутренние отвалы (Б-6);

• технология вскрышных работ с частичной перевозкой вскрыши на внутренние или внешние отвалы (В-7), то же, с частичной перевалкой вскрыши во внутренние отвалы (В-8).

Имеет место также технология вскрышных работ с удалением вскрыши башенными экскаваторами, колесными скреперами, бульдозерами, гидромеханизированным способом и другим специальным оборудованием [6,

7].

Перспективными являются технологии разработки с использованием нестандартных способов подготовки горных пород, выемки, погрузки, их транспортирования и складирования.

Обоснование и выбор объема и параметров каждого блока технологий, их взаимоувязка должны привести к результатам, способствующим внедрению в широком масштабе безопасных малоотходных и безотходных производств, позволяющих обеспечить полноту выемки всех полезных ископаемых из недр, глубокую их переработку, комплексное использование всех отходов и сократить или полностью исключить негативное воздействие горных работ на окружающую среду при минимальных трудовых, материальных, энергетических и денежных затратах.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Терминологический словарь, «Горное дело». Под. ред. Н.В. Мельникова. - М.: Недра, 1965, 299 с.

2. БСЭ, т.т.21,23. - М.: Советская энциклопедия, 1976, с. 301-307, 463-464

3. Байконуров О.А. Классификация и выбор методов подземной разработки месторождений. - Алма-Ата: Наука, 1969, 606 с.

4. Шевяков Л.Д. Разработка месторождений полезных ископаемых. - М.: Углетехиздат, 1953, 756 с.

5. Шешко Е.Ф. Открытая разработка месторождений полезных ископаемых. - М-Харьков: Углетехиздат, 1951, 222 с.

6. Ржевский В.В. Открытые горные работы, ч.2. - М.: Недра, 1985, 550 с.

7. Мельников Н.В. Избранные труды: Состояние и проблемы раз-

вития горной науки и техники в СССР. - М.: Наука, 1992, 230 с.

8. Арсентьев А.И., Холодняков ГА. Проектирование горных работ при открытой разработке месторождений. - М.: Недра, 1994, ЗЗ6 с.

9. Томаков ПИ., Наумов И.К. Технология, механизация и организация открытых горных работ. - М.: МГГУ, 1992, 464 с.

10. Истомин В.В., Коваленко B.C. Развитие теории систем открытой разработки. - М.: Горный журнал, №1, 1999, с.33-38.

11. Ракишев Б.Р. Об основных понятиях разработки полезных ископаемых. ДАН РК, Алматы, №4, 2001, с.6З-68.

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ

Ракишев Баян Ракишевич - зав. кафедрой ОГР КазНТУ им. К.И.Сатпаева, доктор технических наук, профессор, член - корреспондент академик НАН РК.

«НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА-2002» СЕМИНАР № 13