Освоение автоматически управляемых комплексов при добыче кимберлитовых руд

ОСВОЕНИЕ АВТОМАТИЧЕСКИ УПРАВЛЯЕМЫХ КОМПЛЕКСОВ ПРИ ДОБЫЧЕ КИМБЕРЛИТОВЫХ РУД

Приведены данные по первым этапам освоения автоматически управляемых комплексов погрузо-доставочного оборудования при подземной разработке кимберлитовых месторождений. Оснащение спецтехникой выполнено компанией Сандвик для подземного рудника Финч транснациональной корпорации Де Бирс, отрабатывающего кимберлитовое месторождение подземным способом. Получены первые интересные результаты работы ПДМ и автосамосвалов в автоматическом режиме.

Ключевые слова: автоматизация погрузо-доставочных работ, подземная разработка кимберлитовых месторождений, дробильные комплексы, компьютерное управление движением самосвалов по выработкам.

Семинар № 18

^Г/'омпанией Де Бирс (ЮАР) ведется большая планомерная работа по совершенствованию технологии подземной разработки кимберлитовых месторождений. Она первой в мировой алмазодобывающей отрасли внедрила прогрессивную высокопроизводительную систему разработки с самообрушением руды, что позволило вдвое повысить качество добываемых алмазов и в пять раз снизить себестоимость добычи, перешла на сухое бурение скважин, чтобы не снижать прочность кимберлита промывочной водой, освоила средства автоматизации основных технологических процессов подзем-ной добычи и много других принципиальных решений.

Подземный рудник «Финч» компании Де Бирс является наиболее автоматизированным из всех подземных рудников компании, он оснащен шестью комплектами оборудования по автоматическому движению погрузо-доставочных машин (ПДМ). Ими также оснащены автосамосвалы «Сандвик Торо», обеспечивающие транспортирование руды от пункта перегрузки до пунктов первичного дробления. На руднике принята в качестве принципиальной идеологии комплексная механизация с применением автосамосвалов и ПДМ на ближайшее будущее. На доставочных операциях по перемещению руды из очистных блоков к рудоспускам используют ПДМ, они в автоматическом режиме двигаются по выработкам, пройденным в руде или породе к пунктам дробления.

Управление данной техникой и дробилками осуществляется из пунктов текущего управления с поверхности.

Компания продала и закрыла несколько нерентабельных рудников, рудник Финч, добывая в год более 4,5 млн. тонн руды, является тренировочной платформой, на которой отрабатывается новая идеология ведения подземных горных работ. В дальнейшем предполагается подземная разработка открытых месторождений, которые перейдут на подземную отработку нижних частей разрабатываемых рудных тел, это карьеры «Вениша», «Орапа» и «Жваненг».

Расположенная в 165 км западнее г. Кимберли, трубка «Финч» была обнаружена геологами Финчамом и Швабелем в 1960 году. Трубка «Финч» - самая ценная по содержанию кимберлита в группе, включающей «Пейсертонскую» трубку. Трубка проходит внутри Гаапского плато доломитовой формации. Это вторая группа кимберлитов возрастом 118 миллионов лет. Залегает трубка с углом простирания приблизительно 50° с севера, размеры трубки на поверхности составляют площадь 17,9 га. Эти показатели делают трубку второй по своей ценности в Южной Африке после трубки Кулинан.

Вскрыта трубка традиционно, но рудник построен в короткие сроки. Рудник имеет спиралевидный съезд с поверхности до уровня горизонта 680 м и 9- метровый в диаметре глубокий шахтный ствол, который оснащен тремя автоматическими подъемниками производительностью 5,4 млн. тонн руды в год. Вскрышные работы начались в 1978 году, шахтный ствол был принят комиссией в эксплуатацию в 1982 году.

Верхние уровни - оставшиеся в бортах карьера неотработанные запасы - блоки 1-3 - были отработаны до 2005 года с использованием систем подэтажного обрушения и систем с открытым очистным пространством. Руда и пустая порода перемещались с добычных горизонтов с помощью вертикальных рудоспусков к главным конвейерным системам, до дробилок и далее к главному подъемному шахтному стволу (рис.).

На горизонтах 430 м и 510 м отработка велась с помощью системы этажного самообрушения. В блоке - горизонте 4 на горизонте 630 м, который в данный момент является основным

пространством; блоки 4-6 - отрабатываются системой этажного самообрушения

выемочным горизонтом, используется одна основная конусная дробилка первичного дробления.

Выемка блока (горизонта) 4 была спроектирована с автоматизацией всех основных производственных процессов, и предполагается, что она будет использоваться как платформа для будущего, влияющая не только на разработку блока (этажа) 5, но также и на решения по добыче алмазов и других месторождений компании.

Пока проект автоматизации находится в стадии рассмотрения, это также оптимизирует поток денежных средств и капитала на сегодняшний день, переход на автоматику должен быть обоснован экономически.

Блок 4 - это вертикальный 100-метровый массив руды ниже основания старого карьера, которое находится на уровне гор. 510 м. Подсечка для обнажения кровли проходит на уровне гор. 610 м, добычной горизонт находится на уровне гор. 630 м. Основание блока имеет 305 воронок (всего 358, включая те, которые находятся по периметру массива) с размерами доставочных выработок 4,5*4,5 м. Размеры выработок горизонта подсечки немного меньше и составляют 4^4 м.

Выемка блока 4 началась с образования купола самообруше-ния, который образуется с горизонта подсечки, для чего бурятся и взрываются серии скважин на горизонте подсечки до тех пор, пока гидравлический радиус площади подсечки не станет достаточным для того, чтобы весь массив в силу трещиноватости начал обру-шаться.

Полуавтоматические буровые установки «Сандвик Тамрок», применяемые для бурения скважин, ведут бурение на сухую (без воды), из-за влажностных характеристик кимберлита, влияющих на его прочность. На руднике «Финч» используется эмульсионное ВВ, которое приготавливается под землей и заряжается в шпуры и скважины. Используется для этого транспорт и оборудование африканской компании по производству взрывных работ (AEL). Получаемая эмульсия достаточно вязкая, что позволяет произвести заряжение этого ВВ в 102 мм скважину без вытекания.

Автомобильная база в настоящее время состоит из 8 ПДМ Сандвик 007, которые совместно работают с двумя ПДМ Сандвик 006 на горизонте подсечки. Автомобильная база состоит из подземных автосамосвалов Т50D фирмы Сандвик Торо, впервые введенных в эксплуатацию конце 2005 года, которые доставляют руду

по выработкам к пунктам первичного дробления, оснащенным конусными дробилками фирмы Кавасаки.

Шесть грузовиков перемещаются по скоростным выработкам на горизонт 630м, где автоматически управляемые ПДМ доставляют руду из воронок в блоке и загружают в самосвалы, в одном из 5 пунктов перегрузки.

Системой предусмотрена доставка ПДМ также и с ручным управлением. В отличие от дробилок, используемых непосредственно в блоках 1-3, в блоке 4 дробилка первичного дробления устанавливается на некотором расстоянии от рудного тела, так как процесс самообрушения в самом блоке вызывает увеличенное горное давление, что может вызвать непредвиденные вывалы, поломку оборудования.

Приобретенный опыт работы машин в автоматическом режиме позволил сделать некоторые неожиданные выводы. Автоматически управляемые автосамосвалы могут перемещаться с большей скоростью, чем автосамосвалы, управляемые вручную, в более узких по сечению тоннелях, при этом они обеспечивают более высокую производительность, чем обычное оборудование. Риск субъективной ошибки (человеческого фактора) исчезает, в результате чего стали возможными названные достижения, кроме того, поломок и столкновений грузовиков на сопряжениях выработок стало меньше.

В первой стадии выпуска руды из воронок горные работы ведутся с непрерывным мониторингом количества тонн руды, выпущенной из каждой выпускной воронки, ежедневно. Данная информация поступает в систему управления производством (PCS) и, в конечном счете, в главное управление производством. Выпускные воронки нарезаны так, что каждая из них функционирует в своем добычном режиме. Производство, нужные объемы выпуска постоянно пересчитываются и корректируются. В основном центральные воронки, из которых выпуск руды начинается раньше, имеют более высокую суточную выемку руды по сравнению с теми, из которых начался выпуск позже. Это позволяет сохранять ку-полообразование при развитии навала самообрушенной руды, а также предотвращает возникновение большого воздушного зазора между куполом и необрушенным массивом при выпуске слишком большого объема руды, что бывает при большом темпе выпуска.

Фактическое извлечение руды, из расчета на каждую воронку в соответствии с заданным планом, составляет 75% балансовых запасов блока, воронки создаются с использованием набрызг-бетона и поддерживаются с использованием напряженного бетона.

Текущая добыча блока 4 в первой стадии составляла 16000т в день, далее она была увеличена вовлечением новых выпускных отверстий. Конусная дробилка Кавасаки имеет производительность 1200 т в час, стволовой подъем - 1000 т/час, таким образом, есть резерв производительности, возможность для дальнейшего увеличения добычи.

В настоящее время в блоке 4 на доставке работает 8 ПДМ и на транспорте - 6 автоматизированных самосвалов, которые перевозят около 700 т руды в час. Ближайший план состоит в увеличении добычи по руднику до 20000 тонн в день, что будет достигнуто с использованием дополнительно одного самосвала, одного дополнительного пункта погрузки и дробилок, установленных на горизонте подсечки, а также некоторой оптимизацией работ. Ограничивающим фактором являются ситуации, когда один из самосвалов находится в обслуживании, либо в поломке. В дальнейшем предусматривается разработка специального оборудования для первичной дробилки - лазерных сканеров, регистрирующих объемы возникающей пыли.

Преимущество от приобретения 6 автоматизированных самосвалов, успешно работающих, представляет только первую стадию в трехступенчатом плане для проекта, который должен реализоваться до 2014 года. Во вторые три года реализуется стадия 2 (2007-2010), сутью которой является развить потенциал автоматизированных систем посредством приобретения еще 17 автоматизированных самосвалов T50D и 9 ПДМ, а также постоянно работающей дробилки для крупных кусков свыше 1500 мм в качестве второй дробилки на горизонте подсечки.

Дробилки MMD уже использовались при отработке блока 1-3, поэтому их техническое обслуживание изучено в ходе добычных работ рудника «Финч». Новая дробилка позволяет перерабатывать дополнительно 3900 тонн в неделю, беря руду с горизонта подсечки, и ПДМ будут иметь возможность грузить руду так же прямо в дробилку, помимо основной погрузки в рудоспуски, где руда перемещается на гор. 630 м и грузится в автосамосвалы.

Следующее совершенствование в направлении увеличения годовой мощности рудника заключалось в установке дозатора «Сандвик» ближе к пунктам перегрузки. В дополнение был установлен мобильный бутобой, который разбивает крупные куски в горловине пунктов выпуска и улучшает истечение руды к погрузочному оборудованию.

Автоматизированные ПДМ Сандвик 007 также оценивались по технологичности при работе на горизонте подсечки, и это формирует базовые решения по их эксплуатации как автоматов на основном - доставочном гор. 630 м. Со стороны детального экономического анализа проект использования автоматов на горизонте подсечки и на горизонте доставки находится в состоянии оценки, но принципиальное положительное отношение со стороны горняков - технологов при ведении очистных, доставочных работ является несомненным.

-------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кузьмин Е.В., Узбекова А.Р. Самообрушение руды при подземной добыче. М.: МГТУ. - 2006. - 284 с. ' '

2. Mining Magazine, Volume 197, №6, 2007, p. 10-15. ЕШ

E. V. Kuzmin, A. V. Baranov

AUTOMATION TECHNOLOGY IN THE KIMBERLITE UNDERGROUND MINING

The paper is dedicated to very interesting experience collected the underground mine Finsh De Beers transnational corporation, mines the kimberlite ore. The computer aggregates have been supplied by Sandvic company. The first results of application automatic controlled mashines are very specific and surprised.

Key words: automated underground minig, control LHD and trucks, krushing complecses, advantage of the automotive operations.

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

Кузьмин Е.В. - доктор технических наук, профессор,

Баранов А.В. - горный инженер,

Московский государственный горный университет,

Moscow State Mining University, Russia, ud@msmu.ru

------------------------------------------------------ © Б.А. Картозия, 2010

36l