Опыт совершенствования технологий отработки глубоких уральских карьеров крутыми бортами

После 2010 года (третий расчетный период) годовые объемы вскрыши возрастают до 22,5 млн м3. Автодороги между отвалами № 1 и № 2 соединяются, заканчивается формирование искусственного рельефа местности, схемы транспорта и отвалообразования, что позволяет отработать месторождение в проектных контурах карьера и уложить во внешние отвалы порядка 600 млн м3 вскрыши. Расчет необходимого инвентарного парка автосамосвалов БелАЗ-7512 грузоподъемностью 120 т в количестве 13 единиц и БелАЗ-7530 грузоподъемностью 200 т в количестве 30 единиц позволил определиться с перспективами расширения гаражного хозяйства, ремонтной базы, складов горючесмазочных материалов и др объектов, обслуживающих автомобильный транспорт.

УДК 622.271

С.В.Корнилков

ОПЫТ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЙ ОТРАБОТКИ ГЛУБОКИХ УРАЛЬСКИХ КАРЬЕРОВ КРУТЫМИ БОРТАМИ

Одной из основных причин корректировки проектов открытой разработки является отставание объемов извлекаемых вскрышных работ от установленных проектом. В любых условиях этот фактор считался негативным, влекущим за собой выбытие производительности по полезному ископаемому, отставание работ по вскрытию карьерного поля, сокращение ширины рабочих площадок и , как следствие, уменьшение готовых к выемке запасов, падение производительности основного оборудования и пр.

Однако, как это явствует из отчетных статистических данных, на мощных уральских карьерах темпы роста производительности работ по добыче опережали рост производительности по вскрыше. Для примера в табл. 1 приведены данные о фактической и проектной производительности Южного карьера комбината "Ураласбсст'? по руде и горной массе. Как видно из рисунка, вслед за достигн\тым развитием производительности по добыче проектные решения неоднократно корректировались в сторону увеличения ежегодной выемки горной массы, которая реально росла меньшими темпами.

Таблица 1

Фактическая и проектная производительность Южного карьера комбината

«Ураласбест» в 1977-1987 гг.

Год Фактические годовые показатели, млн т Текущий коэффициент вскрыши, т/г Показатели но проекту 2 очереди отработки, млн г Текущий коэффициагг вскрыши, т/т

РУДа горшая масса РУДа горная масса

1977 10,54 57.6 4,46 10.2 57.0 4.59

1978 10.47 61.6 4.88 10.1 63.0 5.24

1979 10,95 66.2 5.04 9,5 69.0 6.26

1980 11.02 68.9 5.25 8.9 75.0 7,23

1981 11.38 71.5 5.28 9.7 82,0 7.45

1982 11.98 74.0 5.18 9.6 88.0 8.17

1983 12.76 75.0 4.88 12.2 95.0 6.77

1984 13,14 76.5 4.82 12.2 100.0 7.20

1985 13.37 78.7 4.88 13.7 100.0 6.30

1986 13.75 79.0 4.74 14.4 100.0 5.94

1987 13.29 77.1 4.80 14.4 100.0 5.94

Учитывая разницу в проектных и фактически извлеченных объемах, а также себестоимость выемки одной тонны горной массы в пределах 0,52-0,55 руб/т (в ценах 1984 г.), только горняками комбината "Ураласбест", включающего три карьера: Южный, Центральный и 1-2 (проект-

нал глубина - 450 м. производительность по горной массе - 10.5 млн м3), - за неполное десятилетие для страны сэкономлены миллионы рублей при полном удовлетворении возрастающей потребности в ценном минеральном сырье - хризотил-асбесте Это достигнуто прежде всего за счет совершенствования технологии горных работ.

Поддержание рабочих площадок проектной ширины на всех рабочих горизонтах оправдано лишь в тех случаях, когда карьерное пространство развивается, а его высста и соответственно протяженность вскрышных и добычных фронтов пропорциональны установленной производительности по полезному ископаемому, вскрыше и количеству экскаваторов, принятых для обеспечения установленного объема производства При дальнейшем росте глубины разработки и увеличении геометрических размеров карьера возникают "излишки" фронтов уступов. В этих условиях стремление поддержать требуемую ширину рабочей площадки и соответственно угол наклона рабочего борта 8-14°. как это требуется в первые годы существования карьера, приводит лишь к необоснованному увеличению объемов вскрышных работ и ухудшению экономических показателей работы предприятия

Поэтому при достижении горными работами большинством уральских карьеров глубины 100-150 м были внедрены технологии поэтапной отработки с формированием в их пространстве временно нерабочих бортов. Теоретическое обоснование поэтапной отработки глубоких карьеров, обеспечивающее высокую экономическую эффективность отнесения пиковых объемов вскрышных работ на более поздние периоды, осуществлено проф В.С.Хохряковым и реализовано на практике коллективами проектировщиков и инженерно-технических работников горных предприятий.

Проекты поэтапной отработки карьеров, выполненные Уралгипрорусой, реализованы на Главном карьере Качканарского ГОКа при постановке его северо-западного борта в долговременную консервацию, при поэтапной отработке карьера Джеты гари некого асбестового ГОКа, в проектах неоднократной реконструкции Центрального карьера Гороблагодатского РУ и пр. Проекты Уралгипрошахта позволили внедрить такие технологии на карьерах комбинатов "Ураласбсст и "Башкируголь . Современная глубина разработки Сибайского карьера - более 450 м, достигнутая горняками Башкирского мсдно-ссрного комбината, обеспечена смелыми проектами поэтапной реконструкции границ разработки и вскрытия карьерного поля, выполненными институтом "Унипромедь*.

В процессе реализации таких проектов, многие идеи которых были подсказаны практикой разработки карьеров, которые были названы глубокими, инженерно-технические работники горнодобывающих предприятий Урала решали задачи освоения новых технологий, технологических схем отработки и организации ведения горных работ на консервируемых и расконсервируемых бортах. Отрабатывалась тактика вскрытия и подготовки у частков карьерного поля, позволяющая осуществлять безостановочну ю выемку полезного ископаемого требуемого качества и вскрыши в стесненных условиях. Разрабатывались эффективные и безопасные технологии буровзрывных работ и экскавации в приконтурных зонах при постановке усту пов во временную и долговременную консервацию, технологии и схемы взрывания, обеспечивающие управление параметрами развала, в том числе при каскадном взрывании, а также технологии возобновления горных работ на законсервированных участках бортов. Одновременно внедрялись разработанные предприятиями мероприятия по освоению новой горной техники, обеспечивающей высокие темпы и интенсивность ведения горных работ, а также повышение производительности труда применительно к усложнившимся горнотехническим условиям

Внедрение технологий поэтапного ведения горных работ с постановкой участков бортов или групп уступов в консервацию увеличило общий результирующий угол наклона карьерного пространства (до 17-20°) и обусловило значительное сокращение текущих извлекаемых объемов вскрыши, однако угол наклона в действу ющей части рабочей зоны оставался практически неизменным.

Последу ющее увеличение текущей глубины разработки на мощных карьерах до 200-250 и более метров и еще большее увеличение их геометрических размеров привело к тому, что все большее влияние на порядок и очередность развития горных работ стало оказывать состояние готовности вскрышных уступов к разработке, т.к. значительная часть вскрышного фронта и частично - добычных уступов оказалась занята полу стационарны ми вскрывающими выработками, а так-

же приведена в нерабочее состояние с оставлением площадок консервации, транспортных берм или берм очистки.

Для примера в табл.2 призсдсны данные, характеризующие общую протяженность уступов на каждом из отрабатываемых горизонтов Южного карьера комбината "Ураласбест" и фактическое состояние активных фронтов работ по добыче и вскрыше, на протяжении которых поддерживается проектная ширина рабочей площадки. Аналогичные обобщенные данные за ряд лет приведены для некоторых уральских карьеров в табл.3.

Как видно из таблиц, использование и поддержание на глубоких карьерах сформированного за все прошедшие годы отработки фронта работ в активном состоянии относительно невелико и составляет 10-30 % от общей протяженности уступов. Это обуславливается резким возрастанием инерционности вскрышных работ, которое выражается в том. что для подготовки каждого нового горизонта в глубоких карьерах и поддержания достаточного объема готовых к выемке запасов необходимо перемешать в пространстве и времени борт весьма значительной высоты.

Таблица 2

Структура фронтов работ на Южном карьере комбината «Ураласбест» в 1986 г.

Высотная отметка горизонта, м Протяженность фронтов уст нов, м

общая активная по горной массе активная по руде

212 7260 0 0

197 7040 0 0

182 6840 680 120

167 6500 1260 60

152 6200 3040 80

137 5700 2820 280

122 5420 2460 260

107 5260 2780 200

92 4800 1860 680

77 4040 1700 620

62 J460 1320 700

47 2960 1460 740

32 2020 980 720

17 1420 1240 1040

2 240 180 180

ВСЕГО по карьеру 69160 21780 5680

Таблица 3

Характеристика параметров карьерного пространства некоторых крупных уральских карьеров

Наименование карьера Годы Глубина по проекту м Годовой объем выемки горной массы, млн м5 Размеры карьера, га I лубина горных работ, м Общая протяженность ipoina, км

уступов активного добычного активного вскрышного

Комбинат « Ураласбест»

Южный 1980-1989 550 22.5 507 240-265 58,1-78.0 1,7-2.8 15.9-20.7

Центральный 1982-1989 650 27.4 595 255-300 99,2-117,0 4.2-7,9 14.7-18.9

Комбинат «Магнезит»

Карагайский 1991 380 8.6 134 310 63,8 0.8 6.9

Объеоинение « Чеяябинскугояь»

Разрез Коркинский 1988-1992 575 24.1 665 460-475 — 1.4-1,5 10.3-11.9

В этих условиях приведение требуемой производительности карьера по горной массе в соответствие с необходимой протяженностью уступов, обладающих полной готовностью к отработ-

ке. и создание на них рабочих площадок проектной ширины не только экономически нецелесообразно. но и технически неосуществимо из-за большич объемов вскрыши, которые необходимо извлечь в ограниченный период времени. При этом годовые объемы удаляемой вскрыши теоретически могли бы возрасти в 3-5 (до 8-Ю) раз по сравнению с реально извлекаемыми. Поэтому степень концентрации работ на больших глубинах при перемещении бортов значительной высоты резко возрастает, вследствие чего значительная часть фронтов работ (до 45-70 %) фактически консервируется и расконсервируется в течение года. Этот факт влечет за собой необходимость совершенствования и разработки новых технологических схем ведения горных работ.

Практика разработки уральских глубоких карьеров показала, что карьерным пространством необходимо управлять, т.е. организовывать и вести отработку месторождения таким образом, чтобы в каждый текущий момент времени при выполнении установленной программы по добыче можно было обеспечить достижение любого экономически целесообразного коэффициента вскрыши, в том числе и минимального. Это обеспечено созданием технологий ведения горных работ в стесненных условиях при перемещении крутых бортов 19-24° (26°). Реализация таких технологий оказалась возможной при последовательно-параллельной отработке отдельных участков карьерного поля не только в плане, но и по глубине Это позволило поддерживать рациональный график работ по удалению технически осуществимых и экономически оправданных объемов вскрышных работ, обеспечивающих бесперебойную, безопасную добычу полезного ископаемого. Например, разрез "Копейский" комбината "Челябинскуголь" в течение многих лет отрабатывал свои обособленные карьеры-участки без применения буровзрывных работ с углами наклона рабочего пространства до 24-26°, что позволило ему поддерживать самую низкую по объединению себестоимость добытого угля 76-101 руб/т (в ценах 1997 г.) при текущих коэффициентах вскрыши 13,5-18.0 м3/т.

Инженерный поиск горняков-открытчиков Урала позволил создать разнообразные технологии ведения горных работ на крутых перемещаемых бортах глубоких карьеров.

Уже в течение не менее чем двух десятилетий угол наклона отрабатываемого с применением буровзрывных работ и железнодорожного транспорта северного борта Коркинского разреза составляет 20-23°. Перемещение борта с таким большим результирующим углом наклона достигается за счет выделения зон концентрации горных работ по глубине. Каждый такой участок дополнительно ограничивается по протяженности в плане для достижения достаточной интенсивности подвигания фронта работ. Борт по высоте отрабатывается группами-участками, на которых в данный момент сконцентрированы горные работы В пределах каждой из отрабатываемых групп осуществляется попеременная консервация и расконсервация усту пов Зоны концентрации на противоположных флангах борта год от года понижаются, или же, наоборот, центр тяжести вынимаемых объемов повышается в -зависимости от наличия на нижних добычных горизонтах готовых к выемке запасов.

Такая технология обусловливает на протяжении долгих лет вовлечение в одновременную отработку до 39 уступов при среднегодовом перемещении 15-24. среднюю скорость подвигания фронта работ 30-44 м/год, обеспечивающую среднегодовую у глу оку дна до 8 м/год и поддержание производительности разреза по углю, близкую к проектной. При этом обеспечивается достаточно высокая конкурентоспособность предприятия на уральском рынке угля (полная себестоимость добычи не превышает 130-145 руб/т в ценах 1997-98 гг.).

При отработке крутых бортов до 19-24° на карьерах комбината "Ураласбест'" выделяются технологические зоны - участки карьерного пространства по глубине, имеющие обособленное вскрытие и Отрабатываемые по различным технологическим схемам. Для примера в табл. 4 приведены параметры таких зон по участкам бортов Южного карьера.

Верхняя зона карьера вскрывается прямыми железнодорожными заездами, при этом ее западная и северная части поставлены в долговременну ю консервацию, а восточная и южная отрабатываются по традиционным технолсгическим схемам на железнодорожный транспорт. Средняя технологическая зона карьерного поля представляет собой законсервированный по всему периметру борт, перемещаемый участками по мере необходимости углубки дна и подготовки новых запасов, при этом западный участок вскрыт автомобильными съездами, а восточный - комбинацией автомобильных и обратных железнодорожных заездов. Технологические схемы отработки (консервации-расконсервации) средней, а также нижней зон весьма разнообразны и зависят от

конструкции перемещаемого борта, применяемого выемочного оборудования и вида используемого транспорта

Таблица 4

Параметры технологических зон по участкам Южного карьера комбината "Ураласбест"

Технологическая тона карьера Высота зоны, м Угол наклона борта, град

запад восток север юг

Верхняя 90 29 13 33 14

Средняя 60 26 19 27 25

Нижняя 90 17 24 30 —

Инженерно-техническими работниками комбината совместно с Уральской государственной горно-геологической академией разработан комплекс таких схем, отвечающих правилам безопасного ведения горных работ, в основу которого положена идея создания или поддержания на ограниченном фронте работ разворотной площадки для автомобильного транспорта или транспортной полосы вдоль фронта усту па. При этом в процессе ведения работ применяется послойная отработка развала с верхней и нижней погрузкой, частичная перевалка горной массы на поверхность развала или на нижние горизонты, создание разворотных ниш, сброс горной массы взрывом на концентрационный горизонт и т.п. Технологические схемы разработаны на основании типизированной конструкции перемещаемого карьерного пространства для случаев, когда отрабатываемый борт сложен площадками консервации, транспортными бермами, бермами очистки, их комбинацией. или уступы сдвоены.

Еще одним из перспективных способов повышения угла наклона перемещаемого борта является сдваивание и даже страивание уступов в рабочей зоне.

Такая технология с успехом применена на Кара ганском карьере комбината "Магнезит", имеющем глубину горных работ свыше 280 м и высота перемещаемого борта до 250 м. При этом угол наклона отрабатываемых бортов колеблется от 20 до 26°. По мере необходимости сформированные и поставленные в консервацию высокие уступы разрезаются, а нижележащие - наоборот, сдваиваются, и горные работы на них приостанавливаются.

Таблица 5

Сравнительная характеристика показателей интенсивности отработки карьеров

Использование площади, % Удельный выход, т/м I ¡роизводительность 1 км фронта работ, тыс.м'/км

Предприятие, карьер руды с активной площади залежи юрной массы с

залежи кар|>ера площади рабочей юны по руде по юрной массе

Костомукшски 0 Г'ОК

Центральный 85.2 76.4 50.0 22.1 1315 676

Южный 67.3 64.8 24.8 12.5 933 439

Комбинат «Магнезит»

Кара тайский 32.0 24.6 71.0 74.3 1000 1283

Комбинат « Челябинскуголь»

Разрез Коркинский 37.2 10.6 53.2 66,6 1400 1798

Комбинат ' 'Ураласбест "

Центральный 32,8 34.0 28.1 36.5 907 1137

Южный 20.6 16.5 56.3 72.3 2256 1000

Формирование строенного уступа в рабочей зоне на северном борту Главного карьера Качканарского ГОКа (проектная глубина с учетом' нагорной части более 450 м, в начале 90-х годов: производительность по горной массе 7.5 млн мУгод, в т.ч. по руде 13,9 млн т/год, площадь

карьерного поля 274 га) позволило, не изменяя принятой схемы вскрытия, перераспределить интенсивность ведения работ по площади карьера и существенно снизить расходы на вскрышные работы за счет отработки участков с более низкими коэффициентами вскрыши.

Таким образом, к настоящему времени на у ральских карьерах разработаны и освоены разнообразные технологии ведения горных работ на крутых бортах Особенностью данных технологий является управление параметрами рабочей зоны на участках законсервированных бортов глубоких карьеров, обеспечивающее требуему ю интенсивность подвигания горных работ и их понижение. своевременную подготовку запасов полезного ископаемого при минимальных затратах на отработку (табл. 5).

Ведение горных работ на значительных глубинах и при высоте перемещаемых бортов более 140-200 м ограниченным парком выемочного оборудования накладывает свои ограничения на порядок вскрытия отрабатываемых горизонтов, ужесточает требования к организации взаимодействия произволственных процессов и технологической дисциплине, имеет свои особенности по вскрытию отдельных участков карьерного поля и последовательности переноса вскрывающих выработок.

Вместе с тем благодаря отработке карьеров крутыми бортами их технико-экономические показатели конкуриру ют с карьерами, находящимися в более благоприятных горнотехнических условиях, а показатели интенсивности эксплуатации рабочей юны и собственно площади месторождения на таких карьерах выше. В табл. 5 приведена сравнительная характеристика Центрального и Южного карьеров Костому кшского ГОКа (данные за 1989-90 гг.) со сравнительно небольшой текущей глубиной разработки - до 80-100 м. имеющих проектную глубину до 600 м, суммарную производительность по горной массе 21,4 млн м'/год, общую площадь, вовлеченну ю в разработку, 510 га. сопоставимые с параметрами и производительностью глубоких карьеров Урала Данные табл. 5 свидетельству ют прежде всего о высокой концентрации работ и их технологической эффективности.

УДК 622 68-114

Ю.А. Бахтурнн ИГД У рО РАН

ОРГАНИЗАЦИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ КОНВЕЙЕРНОГО И ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА НА КАРЬЕРАХ

Особенность проектирования и эксплуатации карьеров большой глубины и производительности состоит в том. что практически не удастся решить проблему транспорта горной массы так, чтобы по мерс роста глубины карьера оставалась бы эффективной монотранспортная схема на весь период от начала и до конца отработки месторождения. Поэтому основной остается тенденция широкого применения на карьерах комбинированных систем транспорта. С начала 80-х годов наряду с двухзвенными нашли применение трехзвенные транспортные схемы, в частности авто-мобильно-конвейерно-железнодорожный (а-к-ж д.) транспорт

Динамика абсолютных и относительных значений объемов перевозок горной массы в период стабильного развития экономики свидетельствует 66 их устойчивом росте и расширении сферы применения этого вида транспорта: в период с 1985 по 1990 гг. с 34,6 до 76,3 млн т по руде (с 7.7 до 16.2 % от общего объема перевозок по железору дным предприятиям СССР), с 20,5 до 43 млн т по вскрыше (с 2,2 до 3,7 %). Соотвстству ющис удельные показатели сохраняются и в период развития рыночной экономики стран СНГ: в 1998 г. по руде - 17,0 %, по вскрыше 4,2. При этом с применением а-к-ж.д. транспорта в 1998 г. перевезено более 50 % руды и 100 % вскрыши от общего объема перевозок с применением циклично-поточной технологии (ЦПТ). Это обусловлено следующим: целесообразностью использования сложившейся инфраструктуры железнодорожного