CC BY
26
2000
ИЗВЕСТИЯ УРАЛЬСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ АКАДЕМИИ
СЕРИЯ ГОРНОЕ ДЕЛО
Вып.11
ПОДЗЕМНАЯ РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
УДК 622.001.89 (470.5)
О.В. Славиковский
ОСОБЕННОСТИ ПОДЗЕМНОЙ ГЕОТЕХНОЛОГИИ УРАЛЬСКОГО
РЕГИОНА
В настоящее время одним нз приоритетных направлений в подземной геотехнологии является учет особенностей развития региона. Это вызвано тем, что специфические условия того или иного региона существенно влияют на развитие горнодобывающей отрасли.
Так, резкое повышение стоимости одного кубометра вскрыши на горных предприятиях КМА существенно снизило эффективность открытого способа добычи и предопределило необходимость уделить в настоящее время большее внимание развитию подземной геотехнологии в регионе, высокая значимость железных руд Таштагольского железорудного месторождения в металлургическом переделе КМ К и Новокузнецкого металлургического комбината обуславливает целесообразность отработки Таштагольского месторождения при сравнительно небольшом содержании железа даже глубинах 1000 - 1500 м системами с закладкой, несмотря на их высокую стоимость. В условиях рыночных отношений влияние региональных особенностей на развитие геотехнологии особенно возросло.
Несмотря на то,что горнодобывающая промышленность Урала существует 300 лет. она по-прежнему имеет надежную сырьевую базу, хотя основные месторождения богатых руд черных и цветных металлов, залегающих в непосредственной близости от поверхности, а основном уже отработаны.
В связи с этим характерной особенностью большинства горнорудных предприятий Урала является переход с открытого способа разработки месторождений на подземный. Практически полностью перешли на подземные работы Высокогорский, Гайский. Учалинский ГОКи. Гороблагодатское и Бакальскос рудоуправления, начался переход на подземные работы на Башкирском медно-серном комбинате и комбинате "Магнезит".
По-прежнему традиционно подземным способом ведется отработка уникальных калийных месторождений в Пермской области и Североуральских бокситовых месторождении.
Таким образом, значимость подземной геотехнологии рудных месторождений Урала в развитии местной сырьевой базы региона существенно возросла.
К этому надо добавить, что рудная база подземной гсотехнологии на Урале имеет и большие перспективы на будущее.
Наибольший интерес для подземной добычи железных руд представляют Естюнинское месторождение с запасами порядка 270 млн т, месторождение Малый Куйбасс (запасы 100 млн т), Глубоченское (запасы 270 млн т). Дальнейшее развитие подземного способа разработки медных руд на Урале связано с освоением глубоких горизонтов Гайского, Узельгинского и Камаганского месторождений а также новых глубокозалегающих месторождений Учалинского ГО Ка (ЬЬвоучал и некого, Озерного, Чебачь е).
Запасы бокситов Североуральской группы месторождений, разведанных до глубины 2 км. составляют порядка 460 млн т.
Однако анализ деятельности наших рудных шахт показал,что большинство из них в настоящее время малоэффективны.
В первую очередь это наши железорудные шахты. С началом перестройки резко упала производительность большинства из них. При проектной производительности шахт 'Северо-песчанская», «Южная», «Сидсритовая» и «Естюнинская» соответственно 4, 3, 2 и 1,4 млн т руды в год, она сегодня составляет соответственно 1,8 млн т; 800 тыс.т; 200 тыс.т и 700 тыс.т, что естественно резко ухудшило технико-экономические показатели деятельности шахт. Так, себестоимость руды на железорудных шахтах находится в пределах 50-60 тыс. руб. На рудниках цветной металлургии себестоимость добычи 1 т руды достигает 240 тыс. руб. (рудники ЮБРа ).
Безусловно отрицательно сказывается влияние сегодня природных факторов. Существенно увеличилась глубина ведения горных работ. Глубина наших железорудных шахт достигает 600 - 700 м, на медных рудниках - до 1000 м (Гайский, Узельгинский рудники), на шахтах СУ БРа - до 1200 - 1500 м.
С глубиной существсгнно ухудшаются качественные характеристики полезного ископаемого.
Анализ современного состояния технологии добычи руд, условий ведения подземных горных работ позволил выявить ряд тендений, оказывающих существенное влияние на развитие горного производства:
- постоянное снижение содержания металла в рудной массе диктует необходимость увеличения объемов добычи, что приводит к повышению ресурсопотребления, увеличению отходов и снижению эффективности производства в целом;
- ухудшается экологическая безопасность горного производства. Так, при добыче руд цветных металлов для получения 1 т металла в концентрате необходимо разместить на поверхности от 100 до 150 т пустой породы и 90-95 т хвостов обогащения;
- увеличение глубины ведения горных работ стимулирует рост ресурсопотребления и затрат на проветривание, поддержание выработанного пространства, подъем и добычу руды в целом.
В то же время практика отечественных и зарубежных рудных шахт доказала их конкурентоспособность открытым работам. Так, себестоимость 1 т добычи руды на шахте им. Губкина (КМА) составляет сегодня 22 тыс.руб. С переходом к рыночным отношениям с целью повышения конкурентоспособности рудных шахт Урала требуются кардинальные изменения как в технологии ведения горных работ, так и в геотехнике.Чтобы быть конкурентоспособным, перед рудником стоит проблема выполнения двух основных приоритетных задач:
- повышение качественных показателей добываемого сырья;
- снижение себестоимости добычи.
При этом необходимо учитывать уже большую техногенную нарушснность абиоты экосистем Уральского региона, что предопределяет необходимость создания экологически безопасной подземной геотехнологии.
В то же время наши ведущие ученые-горняки считают,что в ближайшее время ожидать создания каких-то прорывных технологий невозможно. Поэтому стратегия создания новой подземной геотехнологии - это:
- рациональное сочетание существующих технологий;
- поиск комбинаций из известных процессов;
- региональность технологии.
В первую очередь необходимо преодолеть негативное влияние роста глубины горных
С ростом глубины ведения горных работ .существенно возрастают затраты на риречешение руды от забоя до поверхности. В настоящее время трудоемкость процесса л^хмещения руды (выпуск и доставка руды в блоке, магистральный транспорт, подъем) Г jDcrvraeT 40 % в общей трудоемкости добычи и дальше будет расти. Рост стоимости ^Иесгоноситслсй также существенно удорожает процесс перемещения "забой - поверхность". I Анализом традиционных технологий установлено, что на подземную электровозную откатку, щробление и подъем расходуется примерно 37-40 % электроэнергии от обшерудничной Расход Ьэзфгии и основных материалов прямо пропорционален увеличению объема добычи, и. \ »оборот, снижение объема добычи на 25 % позволяет уменьшить расход энергии и основных *зтерналов на 20-22 %.
Действующая ныне концепция подземной разработки рудных месторождений, основанная на применении главным образом массовых высокопроизводительных и валовых технологий, формировалась в более благоприятных экономических условиях. При неустойчивой экономике, ухудшении горно-геологических, экологических и социальных условий эта концепция становится неприемлемой.
Альтернативным направлением развития подземной геотехнологии месторождений, очевидно, должны быть такие, которые обеспечивали бы повышение качества добываемой руды, резкое снижение грузопотоков рудной массы на поверхность, существенное снижение отходов производства, более полное использование запасов месторождений и экологическую гчгзопасность
В наибольшей мере этим требованиям отвечают технологии разработки месторождений, основанные на применении в процессе добычи разделительных процессов. Под разделительными понимаются процессы, обеспечивающие отделение компонентов рудной массы по признакам полезного ископаемого: пустая порода, сорта полезного ископаемого по типам руд и содержанию металла в разделяемых объемах и др. Разделительные процессы выполняются в виде пересмотра кондиций, различных видов сортировки рудной массы (породоотборки. рудовыборки), предконцентрации (породоотделения), базирующихся на применении современных технических средств и, наконец, организации в отдельных случаях в перспективе создания подземного обогащения.
Добыча и выдача из шахты только полезного ископаемого с оставлением на месте залегания всего остального,то есть осуществление избирательной выемки, - один из главных путей повышения экологичности подземной геотехнологии. Пути реализации сводятся к следующему.
В первую очередь необходимо пересмотреть бытующую в практике большинства железорудных шахт технологию выдачи породы с проходческих работ совместно с рудой. В ИГД УрО РАН уже сравнительно давно разработана технология выдачи породы отдельным потоком и доказана ее эффективность.
Выполненный комплекс исследований кафедрой подземной разработки УГГГА показал, что в целях повышения конкурентоспособности наших рудников как черной, так цветной металлургии, исходя из условий рыночной экономики, роста глубины ведения горных работ и ухудшения качественных характеристик руды, необходимо пересмотреть существующие кондиции по целому ряду рудников.
Так. на Гайском медном руднике рудные залежи мощностью свыше 1 м стояли на балансе. Технико-экономическая оценка, произведенная в последнее время, доказала, что даже при повышенном содержании полезного компонента такие залежи отрабатывать для рудника убыточно, и в настоящее время на балансе состоят уже залежи мощностью свыше 3 м Однако с ростом глубины горных работ на руднике снова встал вопрос об изменении кондиций. Кафедрой РРМ для условий Ганского рудника в рамках выполнения хоздоговорной работы по технико-экономической оценке эффективности отработки маломощных залежей в зависимости от их параметров и качественных характеристик руды составляется экономико-математическая модель оценки эффективности их отработки, исходя из стоимостных параметров очистных работ на руднике. Уже предварительные расчеты показывают, что существующие кондиции должны быть пересмотрены.
Для шахты «Естюнинская» ВГОКа кафедрой РРМ была выполнена работа «Технологический аудит ш. «Естюнинская». При среднем содержании железа в руде 30-32 % при оконтуривании очистных блоков бортовое содержание железа принято 16 %. При составлении программы научно-технического сопровождения технологической модернизации ш. «Естюнинская» принято решение о необходимости разработки и утверждения нсвого ТЭО кондиций по месторождению с учетом современных экономических требований к добываемому сырью.
Как правило, процентное содержание полезного компонента в целом по месторождению неоднородно. В этих условиях с переходом к рыночным отношениям становится нерентабельной добыча и переработка бедных руд и появляется необходимость в технологиях с раздельной выемкой.
Общая концепция этого направления заключается в том, что уровень избирательности технологии добычных работ путем целенаправленного выбора возможных решений приводится в соответствие с характером и уровнем изменчивости естественного распределения полезного компонента в массиве.
Первое направление - просто оставлять бедные руды в шахте, то есть переводить их в 'забалансовые. Но в условиях рынка они могут быть в ближайшее время востребованы. При таких технологиях встает вопрос запасосберсжения полезных ископаемых. В современных условиях остро необходимы не просто системы разработки, а системы разработки и сохранения запасов для будущей их эксплуатации.
Второе направление - общеизвестное - это селективная выемка.
Основное направление разделительных технологий 'заключается в возложении на рудник функций первичной рудоподготовки, т.е. в создании тем самым условий дня существенного повышения качества добываемой рудной массы, утилизации большей части отходов в руднике.
Первичную рудоподготовку в подземных горных выработках возможно производить не только усреднением, что характерно на сегодня, но и разделительными процессами, включающими в себя рудосортировку и предконцентрацию рудной массы. Использование предконцентрации позволяет увеличить качество рудной массы, сократить отходы производства и снизить ресурсопотребление.
Анализ традиционных технологий с позиции возможности применения предконцентрации руд позволил выделить системы разработки с открытым выработанным пространством и камерные системы с использованием сухой закладки как наиболее приемлемые. На сегодня разработаны технологии добычи с предконцентрацией руд вблизи очистных блоков и в панелях при панельно-столбэвой системе, а также при системе с лодэтажной и этажной отработкой с торцовым выпуском, предусматривающие местоположение пунктов породоотделения, последовательность процессов, обратный породопоток, размещение отходов и прочие процессы и операции, возникающие при породоотделении.
Достоинством этих технологий является возможность производства работ по породоотделению в непосредственной близости к месту залегания руд и размещению отходов в выработанном пространстве.
Отдельно необходимо остановиться на проблеме технического перевооружения шахт.
С распадом СССР практически распалась и отечественная машиностроительная база для рудных шахт.
Рудники цветной металлургии, сориентированные на широкое внедрение технологий на базе применения самоходного горного оборудования, продолжили эту тенденцию за счет применения импортной самоходнсй техники.
На уральских рудниках цветной металлургии широко применяются самоходные буровые установки финской фирмы «Тамрок» типа «Миниматик», «Минибур», самоходные буровые станки типа «СОЛО», погрузочно-доставочныс машины типа «TOPO». За последнее время стали применять и буровую технику шведской фирмы «Атлас Копко». Самоходный буровой станок в настоящее время типа «Симба» применяется на Гайском руднике. Безусловно, производительность зарубежного бурового оборудования на порядок выше отечественного. Так. среднесмснная производительность станка НКР-100 - основного бурового агрегата Д1Я бурения
Нввжнн - составляет в среднем порядка 15-20 п.м. скважин, тогда как техническая ^■■пзодитсльность станка «Симба» составляет 40-45 п.м. в час.
Однако высокая стоимость зарубежной техники делает недоступной ее для ряда даже ■¿■2ХОВ цветной металлургии. Так, самоходный буровой станок типа «СОЛО» или «Симба» ^^■т от 400 до 600 тыс. долларов, а самоходная погрузочно-доставочная машина типа «TOPO» » тыс. долларов. В связи с этим на ряде рудников (например, шахты СУБРа) объем добычи В» сазе самоходной техники существенно снизился. На Гайском руднике на бурении скважин Шивльзуется один станок «Симба» и 34 буровых станка НКР-100.
Другим недостатком технологий на рудных шахтах Урала на базе самоходного ■ввсудорания является то, что мы используем его в существующих технологических схемах, не I вшазая новые специально для него, что существенно снижает его эффективность.
Железорудные шахты, ориентированные на применение циклично-поточных ■«кно.тогий на основе применения оборудования непрерывного действия (различного типа ^штателей, »угонов с межкузовным перекрытием, обеспечивающих непрерывность погрузочно-гр^грузочных операций), в связи с отсутствием требуемых комплексов машин отечественного Ёиреизводства, с одной стороны, и невозможностью приобретения импортной самоходной техники i связи с ее дороговизной, - с другой, практически все перешли к технологии 70-х годов, г «снованной на применении скреперной доставки руды в блоке, на бурении скважин.
переносного станка НКР-100 и электровозной откатки в глухих вагонах грузоподъемностью 10-20 f ж на подземном транспорте.
Отказ от валовой выемки требует пересмотра существующих технологий. Практика ¿гатитовых рудников и шахт Запорожского железорудного комбината (Украина) - тому подтверждение. Все эти предприятия были ориентированы на широкое применение поточных [ технологических схем: ленточные конвейеры, вибропитатели ВВДР и т.д. В настоящее время все эти предприятия перешли на технологии добычи на основе применения самоходной горной техники.
В связи с этим, хотим мы этого или не хотим, технический прогресс при подземной -сотехнологии связан с широким применением импортного самоходного оборудования. В настоящее время каждое предприятие решает проблему его приобретения самостоятельно и не всегда удачно, поскольку зарубежные фирмы в первую очередь соблюдают свои интересы
В то же время на основе маркетинга мирового рынка продаж самоходного горного обрудования сегодня сложилось четкое представление о ведущих фирмах-изготовителях. Это шведская фирма «Атлас Копко», финская фирма «Тамрок», Японская фирма «Кавасаки», американская «Ингерсолл Ренд» и польская «Фандрома».
Уже сегодня возможно в рамках области, лучше региона организовать массовую скупку этого оборудования, что будет стоить гораздо дешевле, чем единичное приобретение. В дальнейшем возможно создание совместных предприятий по разработке самоходной техники для рудных шахт.
Но, главное, необходимо создание новых технологий, обеспечивающих эффективное использование этой дорогостоящей техники.
В заключение следует отметить, что каждому предприятию необходимо иметь стратегию отработки месторождения на длительный период, поскольку большинство уральских рудных месторождений отрабатываются комбинированным способом, а четкой увязки открытого способа разработки с подземным нет.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
/. Зейнултн АЛ. Обоснозанне и разработка технологии подземной добычи с предконцентрацией рудной массы: Авторсо. дис. ... д-ра техн. наук /МГГУ.- М..34с
2. Трубецкой КН. , Галченко Ю.П. Принципы построения экологически безопасных гсотехнологии// Горный вестник. - 1999. -№4-5. - С.21-28
