Подземные горные работы

6.Описание применяемого оборудования для системы разработки

Основным применяемым при этих работах оборудованием являются механические лопаты, драглайны, многочерпаковые отвальные экскаваторы (абзатцеры), консольные отвалообразователи, транспортно-отвальные мосты, бульдозеры, отвальные плуги и краны.

Транспортировка пород на внешние отвалы осуществляется преимущественно автомобильным или железнодорожным транспортом, формирование поверхности. отвалов - бульдозерами, механическими отвалами, абзатцерами и отвальными плугами.

Путевые работы на отвалах, производимые при железнодорожной и автомобильной транспортировке пород, заключаются в сооружении и реконструкции сети транспортных путей (на отвалах эксплуатируются постоянные и временные дороги, последние перемещают по мере изменения параметров отвала). Дорожные работы осуществляются с использованием бульдозеров, кранов и грейдеров.

Вскрытие месторождений. Задачей вскрытия является установление транспортной связи между рабочими площадками уступов и земной поверхностью. Основными выработками вскрытия являются, как уже отмечалось, траншеи (в некоторых случаях, впрочем, вскрывающими выработками могут служить и подземные выработки).

Траншеи, располагаемые вне проектируемого контура карьера, называют внешними, а внутри контура - внутренними.

Внешние траншеи проходят с земной поверхности до проектируемого на той или иной глубине борта карьера (вскрышных или добычных уступов).

Внешней траншеей могут вскрываться один, несколько или все уступы карьера.

Выемка пород экскаваторами обычно совмещается с погрузкой горной массы на транспортные машины. Прямые механические лопаты применяют преимущественно для выемки мягких и плотных пород, они являются также основным оборудованием для погрузки скальных горных пород, предварительно отделенных от массива и разрыхленных с помощью взрывчатых веществ. Роторными экскаваторами осуществляется выемка различных пород - от рыхлых до трещиноватых полускальных.

Бульдозеры, колесные скреперы и погрузчики на крупных карьерах используются главным образом для выполнения различных вспомогательных операций.

Транспортировка горных пород. При разработке месторождений основными грузами в карьерах являются вскрышные породы и полезные ископаемые, перевозка горных пород - наиболее дорогостоящий и трудоемкий процесс. Грузопоток в карьере в зависимости от глубины залегания разрабатываемого месторождения или его части и интенсивности разработки меняется в значительных пределах, достигая десятков и даже сотен миллионов тонн в год. Расстояния перемещения пород составляют от нескольких десятков метров до 10-20 км.

Горная масса транспортируется от забоев рабочих уступов, причем вскрышные породы перемещают в отвалы, а полезное ископаемое направляют на приемные пункты или склады.

Основными видами карьерного транспорта являются железнодорожный, автомобильный и конвейерный.

На карьерах средней и большой производственной мощности при расстоянии перевозки горной массы более 2 км наиболее широко используется железнодорожный транспорт, характеризующийся экономичностью, длительным сроком службы и высокой надежностью. В качестве локомотивов обычно используют электровозы и тепловозы, горная масса транспортируется в металлических полувагонах большой грузоподъемности (перевозка вскрышных пород осуществляется в саморазгружающихся полувагонах, называемых думпкарами, полезное ископаемое чаще перевозится в полувагонах, разгружающихся в опрокидывателях). Среди карьерных железнодорожных путей выделяют стационарные и передвижные (первые сохраняют свое положение постоянно или в течение длительного периода разработки карьерного поля, вторые перемещают в процессе развития горных работ на уступах).

Автомобильный транспорт применяют в основном на карьерах с небольшой и средней производственной мощностью при расстоянии перевозок до 5 км.

Горная масса перевозится в автосамосвалах, грузоподъемность которых достигает 180 т и более и в автомобильных прицепах. Маневренность автотранспорта обеспечивает повышение производительности забойных экскаваторов, а уменьшенные по сравнению с железнодорожным транспортом радиусы закругления и увеличенные углы наклона трасс существенно сокращают расстояния перевозок. Тем не менее при значительных грузопотоках и больших расстояниях перевозок использование автомобильного транспорта становится неэкономичным. Впрочем, в комплексе с железнодорожным или конвейерным транспортом применение автомобилей большой грузоподъемности весьма эффективно и на крупных карьерах, при этом они используются преимущественно на нижних горизонтах или в качестве сборочного звена комбинированного автоконвейерного транспорта. Обязательным условием эффективной и экономичной работы автомобилей является надлежащее устройство и содержание карьерных дорог. Транспортировка горной массы из карьеров на поверхность осуществляется в основном полустационарными горизонтальными и стационарными наклонными конвейерами, рациональное расстояние транспортировки достигает 2-3 км. Для перемещения преимущественно вскрышных пород применяются передвижные и самоходные конвейеры типа транспортно-отвальных мостов, перегружателей, консольных отвалообразователей. Расстояние перемещения горной массы составляет от десятков до сотен метров.

Отвальные работы. Уже в начальном периоде горностроительных работ появляется необходимость в размещении на поверхности горного отвода породных отвалов, по мере развития вскрышных работ количество породы, выдаваемой из забоев горных выработок, возрастает. Отвалы вскрышных пород располагают или на поверхности, или в образующемся выработанном пространстве, первые отвалы называют внешними, вторые - внутренними. Размещение вскрышных пород во внутренних отвалах экономичнее, так как при этом породы обычно перемещаются на сравнительно короткие расстояния и без подъема их на поверхность. Кроме того, использование выработанного пространства для размещения отвалов сокращает территории нарушаемой поверхности и в большинстве случаев упрощает и удешевляет работы по ее восстановлению. Однако область применения внутренних отвалов ограничена, они по существу могут использоваться при разработке месторождений поверхностного и в отдельных случаях нагорного типа. При этом выемка полезных ископаемых должна производиться на всю мощность залежи.

Во всех других случаях на поверхности вне контура карьера сооружаются внешние отвалы вскрышных пород. С точки зрения сокращения транспортных расходов внешние отвалы целесообразно располагать на незначительных расстояниях от карьера, однако в зависимости от особенностей местности их располагают и на отдаленных участках, отводя под отвалы малоценные или непригодные для сельскохозяйственного и промышленного использования земли (ущелья, овраги, балки, заболоченные площади, пустоши).

К отвальным работам относятся перемещение и разгрузка пород, формирование отвалов и сооружение транспортных коммуникаций.

Таблица. Технико-экономические показатели системы разработки

Из данных таблицы видно, что производительность труда рабочего при варианте с отбойкой руды наклонными слоями на подконсольное компенсационное пространство выше, а объем нарезных работ и себестоимость меньше. Интенсивность выпуска руды выше.

Этот вариант требует обязательного проведения буровых штреков и ортов, используемых только для разбуривания массива глубокими скважинами. Для снижения объема нарезных работ разработан новый вариант этой системы с разбуриванием массива непосредственно из штреков скреперования Промышленные испытания нового варианта проведены на шахте «Гигант». При массовой отбойке устья скважин недозаряжались на глубину 12 м. Применяли два способа расположения глубоких скважин; 1) пучкообразный, с бурением скважин непосредственно из заходок для дучек; 2) веерный, с бурением скважин из штреков скреперования. В первом случае недозаряженную часть скважин использовали для проходки дучек и выпускных воронок, во втором -- для образования выпускной щели.

Таким образом, при этом варианте системы полностью отказались от проходки буровых выработок и тем самым снизили затраты на 1 т добытой руды. Сравнительные технико-экономические показатели указанных вариантов приведены в табл.

Из данных таблицы видно, что при варианте системы с разбуриванием наклонных слоев из штреков скреперования расход нарезных работ ниже на 1,09 м на 1000 т отбиваемых запасов, расход ВМ -- на 25 г/т, лесных материалов -- на 0,19 м3/1000 , а производительность труда рабочего по системе на 3,4 т/смену выше. Себестоимость руды снизилась на 3,8 коп/т.

Несколько повышенный расход металлической крепи объясняется необходимостью более усиленного крепления штреков скреперования.

Суточная интенсивность выпуска руды повысилась по сравнению со средней по шахте «Гигант» на 1,18 т/м2.

Приведенные данные свидетельствуют о высокой перспективности применения этого варианта при отработке мощных залежей на больших глубинах.

Технико-экономические показатели системы этажного принудительного обрушения: месячная производительность блока колеблется от нескольких до 200 тыс. т и более (в зависимости от применяемого оборудования). Сменная производительность труда забойного рабочего при крепкой руде колеблется от 50 до 100--120 т/чел. Удельный объем подготовительно-нарезных выработок незначительный и равняется всего 2,5--6,0 м/1000 т запасов руды. Однако потери и разубоживание руды при этой системе сравнительно высоки и обычно составляют 10--20%.

Системой подэтажного обрушения с торцовым выпуском руды называется система с обрушением руды и вмещающих пород, при которой производится сплошная выемка руды (без проведения компенсационных камер) со скважинной подэтажной отбойкой руды в зажиме и выпуском ее под налегающими породами через творцы доставочных подэтажных выработок.

Условия применения системы несколько отличны от условий применения этажного принудительного обрушения. Устойчивость и крепость руды и вмещающих пород могут быть любыми, так же как и угол падения залежи. Мощность залежи в случае крутого падения должна быть не менее 3--5 м во избежание чрезмерного разубоживания руды боковыми породами и не менее 10--20 м при пологом падении, так как иначе нет смысла в делении блока на подэтажи. Ценность руды должна быть средней и ниже. Допускается обрушение земной поверхности.

При наличии этих условий подэтажное обрушение применяют лишь в тех случаях, когда нецелесообразно вести этажное обрушение, т. е. обрушать массив на полную высоту этажа. Это бывает в следующих случаях: слабые руды и большое горное давление (при подэтажном обрушении срок поддержания выработок для выпуска и доставки руды сокращается в несколько раз); слеживающаяся руда; чередование крепких руд с легкообрушающимися; крупные включения пустых пород или некондиционных руд, которые при подэтажном обрушении могут быть оставлены невынутыми; наличие в рудном теле нескольких сортов руд, которые при подэтажном обрушении могут выдаваться отдельно; неправильные контакты рудного тела, так как подэтажное обрушение позволяет более точно производить выемку руды по контактам.

Системы с закладкой являются более универсальными и могут применяться в широком диапазоне горно-геологических условий, также позволяют добиться высокой производительности, и характеризуются высокими показателями извлечения руды. Однако применение этих систем требует более высоких капитальных и текущих затрат, связанных с производством закладочных смесей и возведением искусственного массива.

Для конкретных горно-геологических условий устанавливается порядок проведения подготовительных и очистных выработок во времени и пространстве, который в основном определяет систему разработки. К системе разработки предъявляются требования безопасного ведения работ, минимальных потерь полезного ископаемого в недрах, высоких и устойчивых технико-экономических показателей. На выбор системы разработки влияют факторы: горно-геологические (мощность и угол падения тела полезного ископаемого, его ценность, строение, глубина залегания, газоносность, водообильность, физико-механические свойства полезного ископаемого и вмещающих пород и др.) и горнотехнические (средства механизации, технический уровень предприятия и др.).

Системы разработки рудных (в т. ч. горно-химического сырья) и нерудных (главным образом гипса) месторождений существенно отличаются от таковых для угольных месторождений и поэтому рассмотрены ниже раздельно.

Уровень производительности труда на рудниках Горной Шории значительно уступает зарубежным аналогам. На лучших из них - Шерегешском и Абаканском производительность рабочего по системе разработки составляет 25 т/чел.см., что заметно ниже, чем на рудниках, применяющих самоходное оборудование в аналогичных горно-геологических условиях.

В рыночной экономике весьма важным недостатком этой технологии являются также повышенные требования к нормативам подготовленных и готовых к выемке запасов. Расчеты, выполненные по методике [10], показали, что при одной и той же производительности рудника система этажного обрушения требует оборотных средств в 1.4-1.6 раза больше, чем при подэтажной выемке.

Рудные залежи месторождений имеют весьма сложные формы с большим объемом породных включений. При общем разубоживании руды 30-35% доля породных прослоев достигает 70%. С увеличением глубины горных работ объемы породных прослоев в балансовых запасах (по данным В.С.Шеховцова) возрастают, и можно ожидать роста разубоживания и, соответственно, снижения содержания металла в руде.

Отмеченные выше недостатки существующей технологии добычи железных руд вызывает необходимость проработки концепции о техническом перевооружении и реконструкции рудников с переходом на отработку месторождений комплексами самоходного оборудования [10]. На наш взгляд горно-геологическим и геомеханическим условиям месторождений наиболее соответствует система подэтажного обрушения с торцевым выпуском руды.

Проанализировав исходные данные, формируются перспективные направления исследования. Для отработки запасов месторождения, исходя из горно-геологических условий, ценности руды наиболее перспективной видится слоевая и камерная система разработки с закладкой сформированных пустот твердеющими смесями. Исходя из заданной, очень высокой годовой производительности для подземных рудников, видится наиболее целесообразным применение на основных технологических процессах высоко производительного самоходного оборудования. Так же для обеспечения заданной годовой производительности с целью обеспечения фронта работ определяется камерно-целиковый порядок выемки запасов.

Для конкретных горногеологических условий устанавливается порядокпроведения подготовительных и очистных выработок во времени и пространстве, который в основном опрееляет систему разработки. Ксистеме разработки предъявляются требования безопасного ведения работ, минимальных потерь полезногоископаемого в недрах (см. Потери полезного ископаемого), высоких и устойчивых технико-экономических показателей.

На выбор системы разработки влияют факторы: горногеологические (мощность и угол падениятела полезного ископаемого, его ценность, строение, глубина залегания, газоносность, водообильность, физико-механические свойства полезного ископаемого и вмещающих пород и др.) и горнотехнические(средства механизации, технический уровень предприятии я и др.).

При существующей классификации систем разработки, учитывая горнотехнические условия и ценность добываемого сырья, подземная разработка может быть осуществлена с применением технологии с принудительным обрушением руды или с искусственным поддержанием выработанного пространства.

В сложившихся условиях будет осуществляться последовательная разработка месторождения.

Учитывая, что строительство подземного рудника до настоящего времени не начато, неизбежен разрыв между окончанием открытой и началом подземной разработки, который составит по разным вариантам вскрытия и подготовки от 2 до 8 лет. Более позднее вскрытие принесет огромные убытки предприятию.

Проблема перехода на подземную разработку кимберлитового месторождения «Мир» стала актуальной давно. На различных этапах проектных работ рассматривались вопросы вскрытия месторождения, обоснования технологии его разработки, а также мероприятия по защите карьера и рудника от подземных вод.

Решения, предложенные в предшествующих научно-исследовательских и проектных работах, по тем или иным причинам не были приняты к практической реализации.

К настоящему времени на месторождении «Мир» сложилась критическая ситуация. На научные, проектные и изыскательские работы, строительство и ввод в эксплуатацию рудника в сроки, позволяющие обеспечить относительно плавный переход к подземной разработке, остается не более 4 лет.

Подход МГГУ к решению проблемы перехода на подземную разработку трубки «Мир» заключается в том, чтобы применить технологию, обеспечивающую безопасность горных работ и экономическую эффективность при кратчайших сроках разрыва между завершением открытой и началом подземной добычи руды.

Оценка геомеханической и гидрогеологической обстановки, проведенная МГГУ и другими организациями, показывает, что отказ от водоотлива из зоны месторождения (т.е. затопление карьера) возможен, если под дном карьера будет оставлен безвозвратно теряемый рудный целик толщиной не менее 85 м. Под его защитой разработка может вестись системами с закладкой.

Были рассмотрены также варианты технологии с закладкой выработанного пространства, которые позволили бы сократить параметры рудного целика с замещением его искусственным, обеспечивающим безопасное ведение горных работ при затоплении карьера. Необходимо отметить, что о какой-либо эффективности технологии с закладкой можно говорить только в случае затопления карьера. При этом некоторые специалисты предлагают оставлять части рудного целика толщиной 10-15 м.

По нашим оценкам естественный целик толщиной 10-15 м, площадью около 35 тыс.м2 не может обеспечить гидроизоляцию карьера от подземного рудника, поскольку при подработке целика и вызванной ею посадке толщи пород на закладочный массив в нем будут образованы вертикальные водопроводящие трещины.