CC BY
38
--------------------------------------- © Ю.В. Волков, И.В. Соколов,
В.Д. Камаев, 2004
УДК 622.272
Ю.В. Волков, И.В. Соколов, В.Д. Камаев
ГЕОТЕХНОЛОГИЯ ДОРАБОТКИ МЕДНОКОЛЧЕДАННОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПОДЗЕМНЫМ СПОСОБОМ
Семинар № 13
ТУ предыдущих статьях, опубликован-
-О ных авторами в ГИАБе (№ 10, 2000 г.; № 4, 2001 г.; № 4, 2003 г.), теоретически обоснованы систематизация, методика выбора, конструирование и оптимизация вариантов подземной геотехнологии выемки подкарьерных запасов при комбинированной разработке медноколчеданных месторождений. В соответствии с перспективными направлениями и принципами освоения меднорудных месторождений Урала [1] обоснована и запроектирована рентабельная отработка Молодежного медноколчеданного месторождения.
Молодежное месторождение расположено в Верхнеуральском районе Челябинской области, в семи километрах от Узельгинского подземного рудника, и эксплуатируется Учалинским ГОКом - одним из ведущих предприятий медной подотрасли РФ. В настоящее время Молодежное месторождение отработано до предельной глубины 260 м (отм.+240 м) открытым способом. Балансовые запасы руды, оставшиеся за контуром карьера составляют 6028,9 тыс. т (в том числе серный колчедан -417 тыс. т), и являются существенным резервом для восполнения выбывающих мощностей Учалинского ГОКа. Поэтому руководством комбината в 2001 г. принято решение о проектировании Молодежного подземного рудника с производственной мощностью 400 тыс. т руды в год, а ИГД УрО РАН поручена разработка ТЭО (проекта) «Доработка Молодежного месторождения подземным способом».
Преобладающая часть (порядка 90 %) запасов Молодежного месторождения, подлежащих подземной доработке, находится в пределах наиболее крупного рудного тела (р.т.) №1. Оно имеет довольно сложную линзо- или пластообразную форму, залегает согласно с вмещающими породами, характеризуясь северо-северо-западным простиранием и восточным падени-
ем под углом от 15 до 70о. Глубина залегания (отметка кровли) колеблется от 170 до 450-480 м от поверхности. Общая протяженность по простиранию достигает 580 м, длина по падению 40 м, мощность изменяется от 2-5 до 70-80 м, в среднем 25 м. Вмещающие породы со стороны висячего бока устойчивые, со стороны лежачего - средней устойчивости.
Руды месторождения, в основном, медные и медно-цинковые сплошные и вкрапленные. Запасы серного колчедана (6,9 % общих запасов), как показало экономическое обоснование, целесообразно перевести в забалансовые. Промышленные запасы руды составляют 5416,5 тыс. т. Ценность руды высокая.
Ожидаемые максимальные притоки воды оцениваются в 350-400 м3/час. Все сплошные руды склонны к самовозгоранию (II класс), месторождение - пожароопасное (II тип). Месторождение не отнесено к склонным по проявлению горных ударов.
В исследовательских работах, проводимых авторами в течение последних пятнадцати лет, обоснована подземная геотехнология при комбинированном способе разработки, определены принципы, которыми следует руководствоваться при проектировании данного рода объектов [2, 3]. Анализ опыта применения и проектирования комбинированной геотехнологии на уральских медноколчеданных месторождениях позволил сделать некоторые обобщения. Во-первых, наличие карьера в непосредственной близости от запасов, предназначенных для подземной отработки, является главным фактором, определяющим как преимущества, так и недостатки комбинированной геотехнологии. Преимущества, заключающиеся в использовании карьерного пространства для расположения вскрывающих подземных выработок и карьерного оборудования для технологических целей (транспортирование руды, реже - бурение), зачастую экономически не перекрывают
недостатки, обусловленные негативными факторами. Следовательно, в проектируемой геотехнологии должны быть устранены негативные и использованы положительные факторы. Во-вторых, даже в рамках одного уральского региона наблюдается большое разнообразие применяемых вариантов схем вскрытия, систем разработки и видов геотехники. Проектирование технологической части по методу аналогии неприемлемо. В-третьих, проектирование инфраструктуры и инженерного обеспечения подземного рудника осуществляется исходя из наличия необходимых объектов на промплощад-ке открытого рудника и требований к охране окружающей среды на момент разработки проекта.
Таким образом, в процессе проектирования с целью определения оптимального варианта геотехнологии необходимо рассчитать множество (десятки) сочетаний порядка, схем вскрытия, систем разработки месторождения, инженерного обеспечения горного производства. Очевидно, что выбранный вариант является относительно оптимальным. Выбор вариантов вскрытия и систем разработки произведен с использованием ЭВМ по авторской программе.
В ТЭО рассмотрено три варианта вскрытия:
1. Вертикальным вентиляционно-вспомогательным стволом, проходимым с поверхности (отм.+490 м) до гор.+70 м и автотранспортным уклоном, проходимым из карьера (отм.+275 м) до гор.+70 м под углом 5,50, а также штольнями +324 и +264 м.
2. Вспомогательным наклонным стволом, проходимым с поверхности (отм.+490 м) до гор.+70 м под углом 250 и автотранспортным уклоном, проходимым из карьера (отм.+252 м) до гор.+70 м под углом 5,50, а также штольнями +324 и +264 м.
3. Вспомогательным уклоном, проходимым с поверхности (отм.+468 м) до гор.+70 м под углом 70 (90 - до отм.+350 м) и автотранспортным уклоном, пройденным из карьера (отм.+264 м) до гор.+70 м под углом 70, а также штольнями +324 и +264 м (рисунок).
Схема вскрытия (вариант 3): 1 - автотранспортный уклон; 2 - фланговые вентиляционно-ходовые восстающие; 3 - вспомогательный уклон; 4 - контур карьера; 5 -контур р.т. № 1
Во всех вариантах основные горизонты располагаются на отм.+330, +270, +210, +150, +70 м, подэтажи - +300, +240, +180, +125, +100 м. Транспортирование руды производится автосамосвалами по автотранспортному уклону в карьер и далее автосамосвалами БелАЗ-7540 на поверхность. В вариантах 1 и 2 - с помощью автосамосвалов МоАЗ-7405, в варианте 3 - Б.ТС-20.
Поскольку технология отработки месторождения и затраты на строительство поверхностных объектов во всех вариантах аналогичны, технико-экономическое сравнение вариантов вскрытия проведено по наиболее различающимся показателям - суммарному объему горно-капитальных и подготовительных выработок и сроку строительства. Результаты расчетов показывают примерное равенство объемов горнокапитальных и подготовительных выработок по вариантам (табл. 1). Разница между ними составляет не более 7 %. Разница в сроке строительства значительна - 16 месяцев.
ТЭО принят вариант 3, позволяющий значительно сократить срок строительства и ввода в эксплуатацию рудника за счет уменьшения подготовительного периода строительства и поэтапно вскрывать и отрабатывать запасы месторождения. Важными обстоятельствами являются также значительный опыт и высокая скорость проходки выработок с использованием самоходного оборудования, высококвалифицированные кадры и необходимые технические средства, имеющиеся у УГОКа.
Порядок отработки месторождения нисходящий, начиная с этажа +270- +210 м. На последнем этапе отрабатывается целик толщиной 10-20 м, оставляемый между карьером и подземными горными выработками с целью изоляции последних. Системы разработки с закладкой: этажно (подэтажно) - камерная, камерная со взрыводоставкой.
Показатели по вариантам вскрытия
Показатели Вариант 1 Вариант 2 Вариант 3
1. Длина выработок, м 13233 12197 15241
в т.ч. основных вскрывающих:
- вертикальный ствол, 0 4,0 м 445 - -
- наклонный ствол, 8 = 14,0 м2 - 995 -
- вспомогательный автоуклон, 8 = 14,1 м2 - - 3690
2. Объем выработок, м3, 225226 209605 215883
в т.ч. основных вскрывающих:
- вертикальный ствол 7458 - -
- наклонный ствол - 13580 -
- вспомогательный автоуклон - - 52030
3. Срок строительства рудника, мес. 40 46 30
в т.ч. по вводу в эксплуатацию (до гор.+270 м
включительно) 40 46 18
Вариант этажно-камерной системы разработки запасов р.т. № 1 в этаже +210/+270 м (отработка ниже дна карьера) заключается в проведении на гор.+210 м из доставочного и вентиляционного штреков доставочных ортов, из которых проходятся погрузочные заезды и буроподсечные орты. На гор.+240 м из вентиляционных штреков проходятся буровые орты, сбиваемые с отрезным восстающим +210/+240 м. Разбуривание и отбойка руды осуществляется из буровых и буроподсечного ортов. Целик под дном и в борту карьера оформляется таким образом, чтобы его нижняя часть имела наклон, соответствующий углу откоса нижнего уступа карьера (70-60°) исходя из условий полноты заполнения камерного пространства твердеющей закладкой и дальнейшего рационального извлечения запасов изолирующего целика по системе подэтажного обрушения с торцовым выпуском. Выпуск руды осуществляется в погрузочных заездах, доставка -по доставочным ортам и штреку до места погрузки в автосамосвалы.
Параметры варианта системы разработки: высота камер - до 60 м; высота бурового подэтажа - 30 м; ширина камер - до 15 м; длина камер - равна горизонтальной мощности рудного тела. Расположение камер вкрест простирания рудного тела. Порядок отработки камер в этаже целиковый или сплошной. Закладка камер производится из вентиляционнозакладочного штрека гор.+270 м по скважинам.
Для отработки рудных тел № 2-ю, 4 и 2 ввиду их небольшой мощности (до 12 м), отсутствия охраняемых объектов на соответст-
вующих участках карьера, низкого содержания в руде серы (24 %) принята система разработки подэтажного обрушения с торцовым выпуском с помощью ПДМ. Параметры варианта системы разработки: высота подэтажа (заходки) - 12 м; ширина заходки - 8 м; длина заходки - по горизонтальной мощности рудного тела. Порядок отработки подэтажами сверху вниз, в подэтаже - сплошной от центра к флангам. Проветривание очистных забоев производится вентиляторами местного проветривания, участка в целом - за счет общешахтной депрессии по штольням в карьер.
В качестве основного технологического оборудования приняты:
- буровой станок «С0Л0-10097Я» или БУ80НБ, для бурения скважин;
- буровая установка «Минибур Г2Ф», для проходки горных выработок;
- погрузочно-доставочная машина «ТОРО-400» («Т0Р0-007»), для проходческих и очистных работ;
- шахтный автосамосвал Е1С-20 (Тамрок);
- машины для перевозки людей и вспомогательная 1ВЛГ и 1ВОМ, соответственно.
Параметры всех вариантов систем разработки будут уточняться в процессе опытнопромышленных испытаний. Средневзвешенные по системам разработки потери руды 5 %, разубоживание 10 %. Основные технологические показатели приведены в табл. 2.
Таблица 2
Основные технологические показатели
Показатели Единица измерения Количество
Годовая добыча руды, тыс.т 400
в том числе: попутная (нарезные работы) тыс.т 26,3
Удельный вес применяемых систем разработки:
- этажно (подэтажно)-камерная с закладкой % 72
- камерная с доставкой руды силой взрыва и закладкой % 14
- камерно-целиковая с закладкой % 4
- подэтажное обрушение с торцовым выпуском % 10
Общий объем горнокапитальных работ 3 тыс.м 134
Общий объем горно-подготовительных работ 3 тыс.м 82,8
Удельный объем подготовительно-нарезных работ м3/1000 т 32,6
Годовой объем закладочных работ 3 тыс.м 119,1
Таблица 3
Основные технико-экономические показатели
Наименование показателей Единица Значение по-
измерения казателей
1. Годовая производительность рудника тыс.т 400
2. Срок отработки запасов лет 17
3. Численность трудящихся, всего чел. 255
в том числе рабочих чел. 230
4. Производительность труда:
забойного рабочего т/чел.-смену 46
1 -го трудящегося рудника т/чел.-год 1569
5. Продолжительность строительства мес. 30
6. Эксплуатационные расходы:
на 1 т руды руб. 604,8
в том числе себестоимость добычи руб. 370,3
7. Срок окупаемости капитальных вложений:
- простой лет 6,5
- с учетом дисконтирования леї 10,5
Способ проветривания нагнетательный. Вентилятор главного проветривания ВОД-30М устанавливается на поверхности у устья вспомогательного уклона. Сжатый воздух подается компрессорами типа 43 ВЦ-160/9. Компрессорная станция состоит из двух компрессоров и размещается в существующем здании гаража. Водоотлив двухступенчатый: I - участковые (этажные) насосные станции, располагаемые на гор.+210, +150 и + 70 м, подают воду на гор.+270 м; II - - главная водоотливная установка (четыре насоса ЦНСК 300 х 300), расположенная на гор.+270 м, выдает воду на поверхность.
Основные технико-экономические показатели вскрытия и доработки подземным способом балансовых медно-цинковых руд Молодежного месторождения рассчитаны для нормы дисконтирования 10 % и представлены в табл. 3.
Таким образом, на основе проведенных исследований определены научно-методи-ческие принципы обоснования и проектирования подземной геотехнологии при комбинированной разработке медноколчеданных месторождений. Реализация проектных решений позволит эффективно освоить запасы Молодежного месторождения.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Яковлев В.Л., Волков Ю.В., Славиковский О.В. О стратегии освоения меднорудных месторождений Урала //Горный журнал. - 2003. - №9. - С. 3-7.
2. Волков Ю.В. Системы разработки подземной геотехнологии медноколчеданных месторождений Урала - Екатеринбург: УрО РАН, 2001. - 198 с.
3. Волков Ю.В., Соколов ИВ., Камаев В.Д. Выбор систем подземной разработки рудных месторождений. -Екатеринбург: УрО РАН, 2002. - 124 с.
— Коротко об авторах --------------------------
Волков Ю.В. — профессор, доктор технических наук, Соколов И.В. - кандидат технических наук,
Камаев В.Д. - кандидат технических наук,
ИГД УрО РАН.
--------------------------------------------- © А. А. Смирнов, 2004
УДК 622.272 A.A. Смирнов
НАСУЩНЫЕ ЗАДАЧИ ПОДЗЕМНОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ УРАЛЬСКИХ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Семинар № 13
~П хождение России в мировую эконо--Я-М мику ставит вопрос об обеспечении конкурентоспособности горнодобывающих предприятий, в том числе с подземной добычей руд. Достаточно остро этот вопрос стоит и для Уральских рудников, несмотря на существенный дефицит рудного сырья в регионе.
Сейчас мировое сообщество ориентируется, как правило, на интернациональное использование рудных месторождений большой мощности, с высоким качеством природного сырья и залегающих в благоприятных горногеологических условиях. Вследствие этого количество подземных рудников в мире сравнительно невелико, а действующие имеют возможность использовать самую современную высокопроизводительную технику и технологию.
Уральские рудные месторождения, как объекты подземной геотехнологии, в большинстве случаев имеют или сравнительно неболь-
шие запасы, или невысокое качество, или сложные условия разработки и освоения, а часто эти неблагоприятные факторы действуют вместе. К тому же оборудование действующих горнорудных предприятий изношено, для вскрытия запасов, обеспечивающих стабильную добычу, не хватает инвестиций, а геологоразведка отстает. Казалось бы, в этих условиях большинство подземных рудников Урала должно быть закрыто из-за низкой конкурентоспособности. Такой процесс вроде бы и намечался в 90-е годы. Однако фактически закрылось небольшое число малых и нерентабельных предприятий, остальные работают достаточно устойчиво, несмотря на все негативные факторы и часто неблагоприятную мировую конъюнктуру.
Объяснение такому положению состоит в том, что непосредственно на мировом рынке конкурирует не рудное сырье, а достаточно
