CC BY
45
- © Г.М. Еремин, А.В. Смагин, 2014
УДК 622.271.3.06
Г.М. Еремин, А.В. Смагин ОСОБЕННОСТИ ДОРАБОТКИ
КОВДОРСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ РУД СУПЕРГЛУБОКИМ КАРЬЕРОМ С УЧЕТОМ МОНИТОРИНГА УСТОЙЧИВОСТИ ЕГО БОРТА
Приведены основные результаты изучения особенностей ведения горных работ в карьере с применением ЦПТ и отстройки высоких бортов при мониторинге и контроле их устойчивости в ходе работ.
Ключевые слова: карьер, устойчивость борта, рудное тело, дробильно-конвейер-ный комплекс, вентиляционные ставы, сдвижения прибортового массива пород.
Специфика ведения горных работ и отстраивания откосов уступов и бортов глубокого Ков-дорского карьера
При отработке Ковдорского карьера до глубины с отметкой дна минус 760-850 м расстояние транспортирования руды составит около 20 км, а с учетом горизонтальной составляющей 22-24 км.
В связи с этим целесообразно рассмотреть несколько альтернативных вариантов для транспортирования руды и вскрыши с глубоких горизонтов по сравнению с применением только автомобильного транспорта.
Среди них перспективными могут быть применение конвейерных комплексов в системе циклично-поточной технологии (ЦПТ), рудоспусков и наклонных стволов, вскрывающих глубокие горизонты, а также наклонного автомобильного или скипового подъемника и скиповых стволов для породы с грузоподъемностью скипа 80-100 т, отстраиваемых в северной части карьера, имеющего форму, близкую к овальной [1, 2].
Варианты автоподъемников были разработаны в 90-х гг. прошлого века для карьеров ОАО «Апатит» и алмазных карьеров, но пока, ни на одном
из них не принято решения о применении таких комплексов.
Ниже приведены результаты сравнения применения в основном вариантов ЦПТ с отстраиванием конвейерных комплексов Ковдорского карьера с поверхности удлинением существующих линий ЦПТ в глубокие зоны и наклонных конвейерных стволов и рудоспусков, вскрывающих глубокие рудные горизонты до отметки горизонта -350 м.
На рис. 1 а, б, рис. 2 приведены планы и разрез на участке борта карьера по варианту института Гипро-руда с отметкой дна -660 м и -680 м, а также с отм. дна -760 м (предлагаемый вариант). При этом рассмотрена возможность разработки рудного тела по всей мощности месторождения для минимизации потерь ценных комплексных железных руд в бортах карьера.
Углубочные работы в карьере выполняются в рудной зоне с постепенным смещением к висячему боку залежи для отстройки восточного борта под углами 42-46° в верхней зоне для обеспечения его устойчивости 5070 лет и более. В связи с сужением рудной зоны в северной части карьера и выявленных рудопроявлений в
а б
Рис. 1. Выхода рудных тел в карьерное пространство и схемы расположения конвейерных трасс и наклонных отвалов при вскрытии глубоких горизонтов в карьере
Рис. 2. Поперечный разрез по Y -614 со схемой отстраивания участков борта на различных горизонтах
юго-западной части карьера целесообразно доработку рудных зон вначале завершить в северной части карьера до отметки -760 м, а в средней части по рудному телу, исключая углубку по центральной породной толще с постоянным смещением углубки вблизи западного борта в юго-западную зону с отработкой дополнительных запасов руды юго-западного рудного тела в количестве 30-40 млн т до отметки -760 м.
По укрупненным оценкам количество руды, включаемую в разработку по предлагаемому варианту по основному рудному телу составляет 503 млн т при выемке около 238 млн м3 вскрышных пород.
Разработка этих запасов с минимальными затратами на транспортирование горной массы до конечных пунктов (фабрика, отвал) может быть достигнута правильным обоснованием плеча откатки руды и пород или близостью транспортных коммуникаций к центру тяжести рудного тела.
Поэтому по первому варианту строительство комплекса ЦПТ целесообразно развивать примыканием к действующим конвейерным линиям на отметке горизонта -10x20 м или + 142 м.
Такое разветвление комплекса ЦПТ предусмотрено на Сарбайском железорудном карьере [3]. Расположение нитки конвейерной линии с высотой подъема 120-140 м и конвейерах с углом подъема 15-16° позволит уменьшить угол наклона восточного борта до 43-45° и тем самым обезопасить его от возможной деформации при больших углах наклона. Следующая нитка конвейерной линии может быть отстроена в северном направлении в месте сужения северного и южного частей рудного тела с применением трубчатого конвейера с высотой подъема 200-210 м. Имеющееся предложение по применению такого
конвейера с расположением его на северном борту достаточно опасно, поскольку он на большом протяжении находится под каскадом вертикальных уступов с общим наклоном 54-55°.
Предлагаемое размещение трубчатого конвейера на длительный период обеспечит минимальное расстояние транспортирования руды до дробиль-но-перегрузочного пункта, расположенном на горизонте +202 м. Последний горизонт, на котором может быть расположен ДПУ по вскрыше является минус 250 м.
При отработке более глубоких горизонтов могут быть использованы круто-наклонные конвейера, часто размещаемые на средних и верхних горизонтах карьера [4].
Ранее была выполнена оценка экономической эффективности применения дробильно-конвейерного комплекса фирмы «Крупп» на Полтавском ГОКе сравнивались два варианта: применение дробильно-конвейерно-го комплекса (ЦПТ) и транспортирование руды автосамосвалами, высота подъема Н = 160 м, производительность Q = 2500 т/ч.
Расчеты показали, что почти при одинаковом уровне капиталовложений по сравниваемым вариантам наблюдается равенство издержек на оплату банковского кредита, процентов, страхования, налогам, амортизации, но затраты на энергоносители, запчасти, шины, заработную плату значительно ниже в варианте с ЦПТ.
Эксплуатационные затраты на 1 т транспортируемого материала составили соответственно при ЦПТ-0,66 ДМ, а при автомобильном транспорте - 1,26 ДМ или на 61% выше.
Окупаемость дробильно-конвей-ерного комплекса составляет 4 года, причем отмечается, что с углублением горных работ в карьере эффективность применения ЦПТ в карьере будет повышаться.
Для оценки затрат по предлагаемому способу учтены затраты на строительство конвейерных линий по руде и вскрыше с углом подъема 15° и окупаемостью капвложений 5-7 лет.
По варианту с применением ЦПТ на базе комплекса рудоспуски - наклонные конвейерные стволы по руде и вскрыше с учетом ранее выполненных работ рассмотрено проведение наклонного конвейерного ствола на гор. -350 м с выходящими на него двумя рудоспусками диаметром 3-5 м. По сравнению с ранее рассмотренным вариантом (доставка руды непосредственно на обогатительную фабрику) предлагается отстроить нитку наклонного ствола с примыканием вдоль восточного борта к действующим перегрузочным пунктам на отметку -20 м или + 142 м. Длина ствола при этом будет изменяться от 1200 м до 1800 м.
Вскрышная схема включает проходку наклонного отвала по западному борту с участком квершлага на отметке -250 м - +250 м с выходящими на него двумя рудо-спусками. Ствол выходит на поверхность участка действующей конвейерной линии на северо-западе карьера для транспортирования породы на отвал № 3. От этого участка может быть отстроена новая конвейерная линия с наклоном 15-16° для выхода в начале на отметке +400 м, а затем отсыпка отвала емкостью 150-175 млн м3 до отметке +500 м. Остальная часть вскрыши (30-50 млн м3) может быть размещена внутри контура карьера в его северной части при доработке первоначально северного рудного тела.
Оценка затрат при реализации способа показывает, что этот способ более дорогостоящий по капзатра-там, чем при отстройке конвейерных линий с поверхности с постепенным их понижением, но эксплуатационные затраты при применении рудоспусков с расстоянием транспортирования до
1,5-2 км меньше, чем в первом случае.
Кроме того применение схемы с наклонными стволами позволяет решить другую важную проблему для глубокого карьера - его проветривание. Пока эта проблема не затрагивается в существующих схемах и предложениях по доработке карьера. Безусловно, необходимо проветривание глубоких застойных зон в карьере.
При применении стволов можно было бы решить и эту проблему. При этом вентиляционные ставы (воздухо-падающие) могли бы быть размещены в восточном выдачном стволе, а загрязненные струи воздуха могут собираться и выдаваться по выработкам на глубоких горизонтах, примыкающим к выдачному наклонному стволу по вскрыше. Доработка карьера может осуществляться удлинением воздухо-падающих и воздуховыдающих ставов, отстраиваемых по откосам борта.
Данная проблема могла бы просто решена при применении электромобилей на глубоких горизонтах, возможно через 20-30 лет она может быть реализована в связи с прогрессом техники в этой области, но в ближайшие 10-15 лет на Ковдорском карьере эта проблема может быть одной из самых важных.
Особенности ведения мониторинга техногенных процессов (горнодобычных) при формировании борта глубокого карьера
При ведении горных работ в карьере чрезвычайно важно осуществлять мониторинг вскрываемых (обнажаемых) массивов пород. Результаты мониторинга позволят учитывать различное природное состояние массивов, а также их нарушенность выветриванием и водотоками в борту карьера. Мониторинг техногенных процессов необходимо провести с учетом глубины и, следовательно, дополнительного давления в призме сдвига. Важно правиль-
Рис. 3. Блок-схема осуществления мониторинга состояния уступов и борта карьера и своевременного принятия решения для обеспечения устойчивости карьерных откосов
но дифференцировать массивы пород по устойчивости и управлять их состоянием с использованием комплекса мер. Такими мерами могут быть, например, изменения угла наклона карьерных откосов, снижение техногенных нагрузок (от массовых взрывов), осушение и укрепление уступов.
При формировании борта карьера на конечном контуре с использованием высоких уступов важная роль должна отводиться изучению свойств массивов пород и проведению мониторинга в ходе работы карьера (рис. 3).
На рис. 3 представлена блок-схема осуществления мониторинга состояния уступов и борта карьера и своевременного принятия решения для обеспечения устойчивости карьерных откосов.
На основе этой блок-схемы предложена корректировка угла откоса борта на участке профиля скважины 14 ИГ и 6 ИГ (рис. 4).
В процессе ведения горных работ при отстраивании откосов необходимо выявлять и уточнить особенности трещиноватости породных массивов, углов падения ослаблений, величину действующих динамических импульсов при массовых взрывах в близлежащих зонах заоткоски уступов и участков борта; а также количество водо-при-токов в карьер в различных зонах и по глубине бортов. Создавая модели развивающихся процессов во времени и выполняя с помощью их прогноз устойчивости тех или иных участков массивов бортов, можно своевременного принять решение об их укреплении.
Для выявления механизма сдвижения прибортового массива пород необходимо изучить его состояние в динамике изменения его напряженного состояния созданием наблюдательной станции как на поверхности с выведением датчиков контроля устойчивости по высоте борта, так и подземных условиях при доработке карьера и подготовке к переходу к разработке глубоких рудных горизонтов подземным способом. Для измерения величины смещения блоков, участков массивов пород применяют глубинные и кровельные реперы Их смещение контролируют с помощью дальномеров, использованием спутниковых систем для принятия правильных и своевременных решений по обеспечению устойчивости бортов карьеров. При этом важно установить начало изменения физико-механических свойств пород. Для долговременных наблюдений за изменениями напряженного состояния устанавливают струнные реперы, а для определения полного напряженного состояния используют метод разгрузки.
Контроль за изменением прочностного состояния пород по высоте борта можно также осуществлять применением геофизических, сейсмических методов (токо-каротажа, гамма-каротажа, звукометрических методов и других). Это позволит своевременно выявить начинающиеся ослабления прочностных свойств пород при изменении упругих и ползучих свойств пород и своевременно принять решение для повышения устойчивости массива борта.
Таким образом, при обосновании и выборе эффективного способа доработки запасов открытым способом и формирования высокого и крутого борта карьера в границах перспективного глубокого карьера необходимо: • обеспечить устойчивость восточного борта карьера на длительную перспективу (50-100 лет и более),
регулированием его наклона при отстраивании откосов бортов в верхней зоне коры выветривания до 43-45° и снижением техногенных нагрузок, в том числе его осушением;
• обосновать технологическую схему разработки запасов комплексных железных руд с минимальными эксплуатационными затратами и капвложениями на строительство комплексов ЦПТ по руде и вскрыше;
• при постепенном переходе с созданием в глубоких зонах участков бортов от крутонаклонных до вертикальных при доработке карьера целесообразно использовать технологии типа так называемых «щадящих», снижающих до минимума нарушение приоткосного массива пород, а также решение вопросов закрепления ослабленных участков бортов и берм, нарушенных взрывом;
• обеспечить решение проблемы с загазованностью глубоких зон в карьере и отводом воды, фильтрующейся из массива восточного борта;
• для повышения устойчивости откоса борта сверхглубокой карьерной выемки кроме размещения пород вскрыши в контуре карьера, как внутренний отвал, целесообразно переместить часть вскрышных пород из отвалов, расположенных в юго-западной, западной и северо-западной зонах отвода с их одновременной переработкой (МЖР) через 20-30 лет, используя транспортную схему карьер-фабрика;
• важно проведение полного мониторинга вскрываемых участков массивов пород в карьере и в пределах потенциальных поверхностей скольжения, что позволит своевременно принять решение об устойчивости участков борта карьера и укрепления отдельных его участков;
• приступить к решению проблемы утилизации некондиционного сырья, накопленного в складах и отвалах, содержащих фосфор, железо, бадделе-
ит, а также известь, магнийсодержаще-го сырья и других полезных компонентов. Это в значительной мере повысит эффективность работы предприятия и сохранения ресурсов;
• своевременно подготовить проведение основных и вспомогательных выработок для разработки месторождения подземным способом, исполь-
зуя действующие технологические схемы выдачи руды и вскрыши из карьера, например, проведением первоначально слепого ствола для выдачи руды на промежуточный горизонт (возможно на отм. -350 м). Это даст возможность на определенном этапе построить глубокий рудник с разработкой запасов до отметки -2000 м.
1. Кулешов А.А., Васильев К.А., Докукин В.П., Коптев В.Ю. Анализ вариантов транспортирования руды от карьера до обогатительной фабрики в условиях АК «АЛ-РОСА» // Горный журнал. - 2003. - № 6. -С. 13-16.
2. Усынин В.И., Решетняк С.П., Еремин Г.М. Вскрытие глубоких горизонтов карьеров Севера. Сборник научных тру-
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ
_ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
дов. - Апатиты: Изд. Кольского филиала АН СССР. - 1988. - С. 9-22.
3. Яковлев В.Л. Транспорт глубоких карьеров: Состояние, проблемы, перспективы развития. Сборник научных трудов. - Апатиты - С-Петербург. - 2012. - С. 67-80.
4. Санакулов К.С., Шелепов В.И. Глубокие вводы поточного звена ЦПТ в карьере «Мурунтау» // Рациональное освоение недр. - 2011. - № 4. - С. 52-57. ЕИЗ
Еремин Георгий Михайлович - кандидат технических наук, научный сотрудник,
e-mail: [email protected],
Смагин А.В. - младший научный сотрудник,
Горный институт Кольского научного центра РАН.
UDC 622.271.3.06
FEATURES IMPROVEMENTS KOVDOR DEPOSIT OF INTEGRATED IRON ORE SUPERGLOBAL QUARRY WITH REGARD TO MONITORING THE SUSTAINABILITY OF ITS BOARD
Eremin G.M., Candidate of Engineering Sciences, Researcher, e-mail: [email protected], Smagin A.V., Junior Researcher,
Mining Institute of Kola Scientific Centre of Russian Academy of Sciences.
The main results of the study of mining in the career using CCM and the detuning high sides for monitoring and control their sustainability progress.
Key words: careers, the sustainability Board, the ore body, crushing and conveying complex, ventilation rates, displacement priportovogo rock.
REFERENCES
1. Kuleshov A.A., Vasil'ev K.A., Dokukin V.P., Koptev V.Yu. Gornyi zhurnal, 2003, no 6, pp. 13-16.
2. Usynin V.I., Reshetnyak S.P., Eremin G.M. Vskrytie glubokikh gorizontov karerov Severa. Sbornik nauchnykh trudov (Вскрытие глубоких горизонтов карьеров Севера. Collection of scientific papers), Apatity, Изд. Кольского филиала АН СССР. 1988, pp. 9-22.
3. Yakovlev V.L. Transport glubokikh karerov: Sostoyanie, problemy, perspektivy razvitiya. Sbornik nauchnykh trudov (Транспорт глубоких карьеров: Состояние, проблемы, перспективы развития. Collection of scientific papers), Apatity, 2012, pp. 67-80.
4. Sanakulov K.S., Shelepov V.I. Ratsional'noe osvoenie nedr, 2011, no 4, pp. 52-57.
