CC BY
80
© А.П. Филатов, В.И. Клишин, 2007
УДК 622.272.(571-56)
А.П. Филатов, В.И. Клишин
ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ И СРЕДСТВ МЕХАНИЗАЦИИ ПОДЗЕМНОЙ ОТРАБОТКИ ПОГРЕБЕННЫХ АЛМАЗОСОДЕРЖАЩИХ РОССЫПЕЙ
~П настоящее время 80 % запасов и ресурсов алмазов со-
-Я-М средоточены в коренных источниках, а 15% - в россыпях [1, 2]. Россия по разведанным запасам алмазов занимает первое место в мире, основанная часть которых сосредоточена в Республике Саха (Якутия). Причем прогнозные ресурсы алмазов России в несколько раз превышают разведанные запасы. В пределах ЗападноЯкутской алмазоносной провинции до 97 % добычи (в стоимостном выражении) осуществляется из коренных месторождений и 3 % добывается из алмазоносных россыпей [2]. В последние годы геологоразведочными работами на месторождении «Солур» выделена перспективная площадь алмазной россыпи, залегающей на глубине 45-50 м от поверхности, под толщей терригенных отложений верхнего палеозоя и нижнего мезозоя [1]. Ориентировочная площадь блока составляет 10 тыс. м2, средняя мощность руды -3,15 м, ее запасы - 500 тыс. м3. Особенности залегания рудного тела в россыпи заключаются в значительных изменениях его мощности (от 0,3 до 3-х метров). При этом актуальным становится вопрос обеспечения селективной выемки руды без потерь и разубожива-ния.
Капиталоемкие подземные горные работы становятся рентабельными и конкурентоспособными только при применении новых эффективных технологических решений. К таким рентабельным технологиям следует отнести подземный, камерно-столбовой способ разработки с обрушением кровли без оставления целиков с использованием высокопроизводительной горнодобывающей техники: проходческих и очистных комбайнов, гидравлических механизированных крепей, погрузочно-доставочных машин. К преимуществам проектируемой механизированной технологии относятся: от-
работка месторождения без потерь полезного ископаемого, повышение безопасности горных работ, ликвидация трудоемкого ручного труда при буровзрывных работах, возможность селективной выемки кимберлитовой руды.
Особенность залегания полезного ископаемого в россыпях, заключается в значительных и непрогнозируемых изменениях мощности разрабатываемого пласта. Используя, мировой и отечественный опыт работы в смежных областях создания технологии и средств механизации при разработке пластовых угольных и рудных месторождений [3-5], были предложены нетрадиционные технологические решения подземной разработки погребенных россыпей камерно-столбовой системой с использованием высокопроизводительных транспортных машин и проходческих комбайнов с рабочим органом избирательного действия, работающим под защитой шагающих крепей (рис. 1).
Сущность предлагаемой системы разработки заключается в том, что отрабатываемое поле оконтуривается продольными и поперечными штреками. Один из продольных штреков специальными выработками соединяется с грузовыми и вентиляционными стволами. Далее, в процессе добычи, поле разрезается поперечными, а затем продольными выработками с оставлением целиков шириной 5-6 м.
Проходка продольных, поперечных и оконтуривающих штреков осуществляется проходческим комбайном с рабочим органом избирательного действия, транспортирование пустой породы, а также добываемой руды производится самоходными транспортными машинами. Кровля выработок вслед за проходом комбайна ан-керуется. Шаг установки анкеров определяется в каждом конкретном случае состоянием кровли. По окончании разрезки поля продольными и поперечными выработками, приступают к работе по выемке оставленных целиков и посадки кровли.
Погашение целиков производится с помощью того же проходческого комбайна, работающего под защитой самопередвигающей-ся шагающей гидравлической крепи. При этом, пустую породу транспортируют комбайном в выработанное пространство, а добытую руду погружают в самоходные транспортные машины. По мере выемки целиков и передвижения комбайна и крепи, незакрепленная и частично закрепленная анкерами
Рис. 1. Технологическая схема отработок пластового алмазосодержащего месторождения
кровля выработки позади крепи садятся, а пространство выработки между крепью и бортом негашеного целика сохраняется, обеспечивая безопасные условия работы транспортных машин при погрузке в них комбайном добытой руды.
По окончании выемки целика на всю длину продольной выработки, крепь поперечным ходом перемещается в район следующего целика. Место под ее установку в новом целике подготавливается переместившимся по поперечной выработке проходческим комбайном. Выемка целиков производится последовательно, начиная от целика вдоль продольного оконтуривающего штрека, противоположного штреку, соединяющего грузовой и вентиляционный стволы.
Алмазы крупностью более 10 карат составляют 3 % объема добычи, но доля выручки от их реализации составляет 45 %. [2]. Стоимость алмаза (при соответствующих качественных характеристиках) возрастает в геометрической прогрессии по отношению к увеличению массы кристалла, в связи с чем сохранение природной целостности и монолитности камней в процессе добычи приобретает исключительное значение. Не останавливаясь на причинах повреждения кристаллов алмазов при взрывной отбойке руды, отметим, что специальными исследованиями в АК АЛРОСА на руднике «Интернациональный» доказана эффективность и целесообразность применения комбайновой (механической) отбойки руды, обеспечивающей повышение сохранности кристаллов и определенный гранулометрический состав руды. По мере внедрения подземных способов разработки кимберлитовых месторождений на рудниках стали использоваться проходческие комбайны с исполнительными органами избирательного действия, оснащенные тангенциальными резцами, конструктивные особенности которых обеспечивают разрушение прочной руды.
Предварительные расчеты показывают, что при разработке погребенных россыпей «Солур» с использованием одного проходческого комбайна типа 41II1-5 производительностью 0,6 м3/ мин и двух самоходных вагонов 5ВС-15 производительностью 75 м3/см., общая добыча горной массы, включающая в себя алмазную руду и пустые породы, составит не менее 200 т/см. при продолжительности смены 6 часов.
Расчет экономического эффекта
Исходные данные:
1. Мощность залежи, м
2. Угол падения, град
1*5
0...100 до 6-7 камерно-столбовая полное обрушение наклонный ствол,
бремсберг, штреки
3. Крепость пород и руды, f
4. Система разработки
5. Управление кровлей
6. Вскрытие шахтного поля
Оборудование забоя:
1. Комбайн проходческий (отечественные типа ПК 32, 4ПП5 и т.п., либо зарубежные Фест- Альпине).
2. Крепь шагающая гидравлическая.
3. Самоходный вагон.
4. Гидрооборудование с насосной станцией.
Производительность комбайна, м3/мин..................0,6
При сечении штрека 5x5 =25 м2, скорость продвижения ком-
Ук = —— = 0,024 м/мин = 1,44 м/час 25
При этом производительность комбайна:
Q = 0,6 х60 = 36 м3/ час = 90 т/ч (при f = 2,6 г/ см 3 )
Сменная производительность, т/с. = 90 х 5 = 450 т/ см.
Суточная производительность, т/сут. = 450 х3 = 1350 т/сут.
Продвижение комбайна в сутки = 1,44 х5 х 3 = 21,6 м. (при коэффициенте машинного времени Км = 0,8)
Производительность в месяц, т/мес = 1350 х30 = 40500 т.
Годовая добыча 1 комбайном Qroд = 40,5 х 12 = 486 тыс.т ~ 500 тыс.т
При работе одновременно 2-х комбайнов годовая добыча составит 1,0 млн. тонн руды.
Запасы разведочного участка «Солур» составляют:
3,5 х 400 х400 х2,5 = 1,4 млн. т, т.е. весь участок может быть отработан за 1,5 года при минимальных затратах на подготовку участка.
Несмотря на значительные первоначальные капиталовложения на приобретение горнопроходческого комбайна, гидравлической крепи и погрузочно-доставочных машин, отработка месторождения «Солур» механизированным способом является рентабельной и
байна:
0,6
перспективной. Расчетные рентабельность и окупаемость проекта сопоставимы с аналогичными показателями других проектов строительства рудников в АК АЛРОСА.
Однако существуют россыпи, мощность которых превышает возможности отработки их комбайном из-за значительных колебаний по мощности (до 30 м) в виде «карманов», что характерно для запасов на месторождениях Накынского рудного поля. Для таких месторождений предложено верхнюю часть тела отрабатывать ка-мерно-целиковой технологией, рассмотренной выше, а в районе расположения «карманов» дальнейшую отработку рудного тела производить технологией с обрушением и выпуском руды под защитой гибкого перекрытия. Для этого, при отработке верхней части, в районе «карманов» на почве настилают гибкое перекрытие по аналогии с известной технологией [7]. При отработке погребенных алмазоносных россыпей прорыв гибкого перекрытия не произойдет в связи с тем, что удельный вес пород не превышает удельного веса руды. Это позволит исключить потери и разубоживание руды при выпуске под гибким перекрытием, а также сокращения объема работ за счет совмещения операций по добыче руды и монтажу гибкого перекрытия при отработке камер и опорных целиков комбайном.
Для этого в способе слоевой отработки погребенных алмазоносных россыпей с наличием в контурах шахтных полей впадин с алмазосодержащей рудой, включающем механизированную отработку верхнего слоя камерами с последующей отработкой опорных целиков и монтажом гибкого перекрытия и отработку системой блочного обрушения нижнего слоя, включающего впадины с алмазосодержащей рудой, гибкое перекрытие монтируют только над впадинами с алмазосодержащей рудой.
Повышение эффективности при данном способе отработки достигается, кроме этого, благодаря значительному сокращению объема работ по монтажу гибкого перекрытия, так как гибкое перекрытие монтируют только над впадинами, заполненными алмазосодержащей рудой. Целесообразно монтаж гибкого перекрытия производить сначала на почве отрабатываемых комбайном камер, а затем на почве отрабатываемых комбайном опорных целиков, при этом гибкие перекрытия
Рис. 2. План вскрытия и отработки верхнего слоя
примыкающих камер и опорных целиков, соединяют между собой, образуя сплошное гибкое перекрытие над впадинами с алмазосодержащей рудой.
Гибкое перекрытие монтируют сразу вслед за продвижением комбайнов при отработке ими камер и опорных целиков,
Рис. 3. Сечение А-А на рис. 2
поэтому операции по отработке и монтажу гибкого перекрытия совмещаются по времени, что значительно повышает эффективность предлагаемого способа слоевой отработки погребенных алмазоносных россыпей с впадинами.
Верхний слой вскрывают штольнями 1 (рис. 2), пройденными, например, из карьера. Между собой штольни 1 соединяют выработкой 2, а с оконтуривающими слой продольными 3 и поперечными 4 выработками верхнего слоя - уклонами 5 (рис. 3). Все поле верхнего слоя разрезают продольными штреками 6 на три панели. В свою очередь каждую панель разрезают по мере отработки верхнего слоя внутрипанельными штреками 7 и 8 на выемочные единицы размером 100*200 м. Выемочные единицы отрабатывают с помощью проходческих комбайнов и погрузоч-но-доставочных машин. При этом в каждой выемочной единице отрабатывают сначала камеры 9, формируя выемочные целики 10, шириной 5 м и длиной 100 м, которые отрабатывают после отработки камер. Ширина камер также составляет 5 м. Монтаж гибкого перекрытия производят только над впадиной с алмазосодержащей рудой, контуры которой определяют геологоразведкой.
На почве каждой камеры монтируют гибкое перекрытие, состоящее из металлических полос 11 (рис. 4). При этом на бортах камеры 9 оставляют запас гибкого перекрытия для соединения с гибким перекрытием примыкающего опорного целика 10. После
отработки камер 9 отрабатывают находящийся между ними опорный целик 10, на почве которого
Б-Б
Рис. 4. Сечение Б-Б на рис. 2 (монтаж гибкого перекрытия)
также монтируют гибкое перекрытие 11. При этом гибкие перекрытия камер 9 и примыкающих к ним гибких перекрытий опорных целиков 10 соединяют между собой с помощью каната 12, образуя, таким образом, сплошное гибкое перекрытие на почве верхнего слоя над впадиной с алмазосодержащей рудой. Отработку нижнего слоя погребенных россыпей, включая впадины, с алмазосодержащей рудой, производят системами с обрушением под защитой гибкого перекрытия.
Для вскрытия нижнего слоя производят (рис. 5) проходку из выработки 2, соединяющей штольни 1 , двух продольных выработок 13 до пересечения с рудным телом. Затем перпендикулярно этим выработкам 13 проходят поперечную рассечку 14 и продольные выработки 15 (рис. 6). Полученные при этом выемочные блоки нижнего слоя разрезают камерами 16 с оставлением между ними опорных целиков 17, которые отрабатывают системой блочного обрушения под защитой гибкого перекрытия (рис. 7).
Обоснованная коротко-забойная (камерно-столбовая) технология селективной отработки пластовых россыпных кимберлито-вых месторождений (типа «Солур») с изменяющейся мощностью рудного тела обеспечивает реализацию следующих преимуществ: низкую капиталоемкость затрат; быстрый возврат инвестиций за счет ускоренного ввода в эксплуатацию и отсутствие потерь добычи; стабильный уровень добычи ввиду гибкости самой технологии и ее адаптивности к изменению горно-геологических условий;
весьма низкие затраты на тонну добычи ввиду большого пред-ремонтного ресурса выемочных и
і і і;
! І !>" .4
'Ті і
!■ Iі ~у?‘. ;1
ТД • - .
Рис. 5. План отработки нижнего слоя под гибким перекрытием
Рис. 6. Сечение Е-Е рис. 5 (вид екрест простирания впадины)
д-до
Рис. 7. сечение Д-Д рис. 5 (отработка нижнего слоя), повернуто
транспортных машин; высокий уровень механизации всех процессов технологического цикла. Основной принцип короткозабойной технологии заключается в максимальном обеспечении работы по выемке комбайна, все остальные процессы выполняются следом или параллельно. Общие черты технологии - одинаковый подбор машин, включающий самоходные транспортные средства, анкероустановщики, бункер питатель и мобильный блок электрооборудования, а также возможность погашения целиков обратным ходом с уровнем отработки запасов, достигающим 95 %.
Для отработки россыпных месторождений, с изменяющейся мощностью до 30 м в виде «карманов» предложено верхнюю часть тела отрабатывать камерно-целиковой технологией с настилом на почве в районе расположения «карманов» гибкого перекрытия. Дальнейшую отработку рудного тела предлагается производить технологией с обрушением и выпуском руды под защитой гибкого перекрытия. При этом предложен порядок подготовки и отработки запасов, обоснованы параметры системы разработки и их основные технические характеристики, а также рекомендованы добычные и горно-подготовительные комплексы.
-------------------------------------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Ничипорук А.О. Алмазодобывающий комплекс АК «АЛРОСА»: его роль и место в мировом алмазном бизнесе // Горный журнал. - 2005. - № 7. - С. 5 - 12.
2. . Мировая добыча алмазов: цифры, факты, события /Вечерина О.П., Левченко В.А., Никулин А.М. и др. - М.: Издательская фирма «Восточная литература» РАН, 2000. - 270 с.
3. Саламатин А.Г. Подземная разработка мощных пологих угольных пластов. - М.: Недра, 1997. -407с.
4. Зурабишвили И.И., Капанадзе В.А., Кикабидзе А.Ф. Разработка марганцевых месторождений /Под ред. И.И. Зурабишвили. - М.: Недра, 1987. - 176с.
5. Развитие техники для подземной добычи угля, калийных и марганцевых руд. - М.: Недра, 1985. -360с.
6. Томчин Л.И., Смычник А.Д. Опыт разработки старобинского месторождения калийных солей // Горный журнал. - 1998. - № 11-12. - С. 79-84.
7. Основы технологии разработки угля с применением гибких перекрытий / Дмитриев С.И. и др. - М.: Недра, 1967. - С. 74-80, С. 124-128. ЕШ
— Коротко об авторах ------------------------------------------------
Клишин В. И. - доктор технических наук, заведующий лабораторией, Институт горного дела СО РАН,
Филатов А.П. - кандидат технических наук, зам. главного инженера, АК «АЛРОСА».
