CC BY
68
СЕМИНАР 4
ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ "НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 98" МОСКВА, МГГУ, 2.02.98 - 6.02.98
В.И. Точилин, инж.,
Красноярский завод тяжелых экскаваторов
ОТРАБОТКА ПОДКАРЬЕРНЫХ ЗАПАСОВ ТРУБКИ « ИНТЕРНАЦИОНАЛЬНАЯ» С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АЭРОГЕОТЕХНОЛОГИИ
Разработка алмазных месторождений Якутии характеризуется повышенными затратами и значительным отрицательным воздействием на окружающую среду, обусловленными природными условиями Крайнего Севера.
Увеличение глубины кимбер-литовых карьеров, горнотехнические, экономические и санитарногигиенические условия производства открытых горных работ требуют существенного изменения схем вскрытия и технологии отработки месторождений [1].
Из указанных условий производства можно выделить определяющие факторы, как требующие решения, так и благоприятствующие поиску новых рациональных схем отработки алмазных месторождений.
Одним из основных горнотехнических факторов, в данном случае полезным, является достаточная прочность основного состава вскрышных пород (от 20 до 80 МПа) [2], что дает возможность отстройки уступов высотой более 100 м, при условии обеспечения локальной устойчивости бортов, устранения отрицательного влияния сезонного оттаивания горных пород на устойчивость отдельных уступов, но не всего борта карьера [3].
Так же необходимо учитывать, что устойчивость уступов зависит от времени их существования, влияния динамических нагрузок от массовых взрывов. Осыпание протаявших пород происходит с поверхности уступов, как правило, в конце августа и сентябре [4].
Экономические показатели открытых горных работ в значительной мере зависят от двух факторов: объема вскрыши, обуславливаемого углами откоса бортов
карьера , схем перемещения горной массы, трудоемкость транспортирования которой составляет 4060% общих затрат по карьеру [5].
Основным фактором, определяющим санитарно-гигиенические условия производства, является загазованность карьерной атмосферы выхлопными газами технологического автотранспорта, простои по этой причине составляют до 2471 ч в год (карьер «Удачный», 1992 г.).
Практика отработки алмазных месторождений, новые технологические решения, предложенные рядом авторов [1, 3, 5, 6, 7], учитывают и используют выше указанные факторы:
♦ увеличиваются, относительно первоначально принятых проектных решений, высоты уступов и генеральные углы откосов бортов карьеров;
♦ производится, укрепление и теплоизоляция бровок и откосов уступов;
♦ внедряются безвзрывные технологии выемки горных пород;
♦ предлагаются схемы перемещения горной массы с использованием конвейерного транспорта, рудо-, породоспусков, наклонных и вертикальных стволов, скиповых подъемников, аэростатических подъемников;
♦ в связи с малой эффективность способов проветривания карьеров, внедряются нейтрализаторы выхлопных газов и системы пылега-зоочистки воздуха кабин горнотранспортного оборудования, и способы удаления выхлопных газов двигателей внутреннего сгорания из карьерного пространства.
Предложение по отработке кимберлитовые трубок малого диаметра (или ведения работ на
действующих карьерах ниже проектной глубины) одним вертикальным или субвертикальным уступом с высотой уступа более 100 м было выдвинуто в 1975 г. сотрудниками ВНИИМИ, ЛГИ, института Якутниипроалмаз; в 1980г. В.В. Ржевский предложил вариант отработки кимберлитовых трубок карьером с вертикальным стволом. В первом случае локальная устойчивость борта должна была обеспечиваться анкерными креплениями и покрытиями на-брызг-бетоном, или мерзлотозащитными покрытиями, необходимыми для устранения отрицательного влияния сезонного оттаивания горных пород на устойчивость отдельных уступов, но не всего борта; во втором случае устойчивость борта должна была обеспечиваться вертикальной железобетонной оградительной стенкой. Из-за трудностей по организации подъема людей, руды и механизмов со дна карьера, невозможности обеспечения приемлемой производительности, психологической неподготовленности людей к работе под высокими и крутыми откосами предложения не были осуществлены [3].
Анализ факторов, влияющих на производство открытых горных работ, и вопросов, требующих решения, для отработки кимберлитовых трубок малого диаметра вертикальными (суб-вертикальными) уступами - уступами большой высоты, позволяет сформулировать требования к рациональной схеме отработки кимберлитовых трубок малого диаметра:
♦ исключение влияния сезонного оттаивания на устойчивость бровок и откосов уступов;
♦ максимальное уменьшение времени существования уступов в рабочем состоянии;
♦ исключение осыпания протаявших пород с поверхности уступов;
♦ переход на вертикальные схемы транспортирования горной массы, не требующие проведения горно-капитальных работ;
♦ исключение выхода выхлопных газов в атмосферу или применение для горного оборудования электрических энергоисточников;
♦ обеспечение выполнения подъемно-транспортных операций ( в том числе подъема людей) в рабочей зоне карьера в период отработки высокого уступа;
♦ достаточная, для выполнения необходимых объемов горных работ, производительность;
♦ внедрение дополнительных мер безопасности при работе на нижних рабочих площадках уступов большой высоты.
Дополнительно, технологическое оборудование должно иметь высокую монтажную готовность (малая трудоемкость и сроки монтажа), возможность проведения многократных сборок - разборок.
Указанным требованиям хорошо соответствует аэрогеотехнология, основанная на использовании при ведении открытых горных работ аэростатических аппаратов легче воздуха, работы по которым в настоящее время возобновлены и ведутся в России и других странах на основе применения современных легких и высокопрочных материалов [6].
Сущность предлагаемой схемы (рис.1) заключается в следующем:
♦ отработку запасов рудного тела открытым способом производят одним высоким уступом, максимально разрешенной по условиям обеспечения устойчивости высоты;
♦ для обеспечения устойчивости высокого уступа, обеспечения локальной устойчивости бровок и откосов, исключения осыпания протаявших пород, выполнения санитарно-гигиенических требований к атмосфере карьера, предлагается безвзрывная технология с использованием электрических
экскавационных машин фрезерного типа, например, фирмы «Вирт-ген», с выполнением всего
объема горных работ по отстройке уступа большой высоты, заданной величины, в течении 9- 10 месяцев, в период с октября по июль (одна трубка - один уступ - один сезон );
♦ доставку горной массы с рабочей нижней площадки уступа от экскавационной машины на поверхность производят аэростатическим подъемником в контейнерах.
При ведении работ на вновь осваиваемом месторождении монтаж аэростатического подъемника и экскавационной машины может производиться одновременно. При доработке запасов действующего месторождения для монтажа и демонтажа экскавационной машины целесообразно использовать указанный подъемник. Его можно использовать так же для подъема людей и выполнения других подъемно-транспортных операций в период отработки высокого уступа. После завершения работ производится передислокация всего комплекта оборудования на другое, аналогичное по парамет-
рам, месторождение. Для повышения безопасности работ, эвакуации людей из карьерного пространства в аварийных ситуациях предлагается использовать системы аварийного спасения на основе индивидуальных или групповых малогабаритных в нерабочем состоянии, быстро заполняемых, гелиевых аэростатических подъемников (антипарашютов).
Параметры и преимущества предлагаемой схемы ведения открытых горных работ с использованием аэрогеотехнологии, более подробно, рассмотрим на примере отработки подкарь-ерных запасов трубки «Интернациональная», в сопоставлении с традиционной технологией и отработкой одним вертикальным уступом с использованием наращиваемого по высоте подъемника башенного типа.
По состоянию на 1997 г. карьер трубки «Интернациональная» отработан на проектную глубину 286 м (отметка дна + 116 м) в 1979 г. с использованием одного спирального съезда и двух предохранительных берм. Борт карьера отстроен под углом 45-48 0. За прошедшие 18 лет все бермы засыпаны и передвижение по ним даже пешком невозможно, объем осыпей на дне карьера, количество воды и ее химсостав неизвестны; есть основания считать, что вода в карьере поверхностная [3].
Для дальнейшей отработки месторождения, представляющего собой субвертикальное, овальное в плане рудное тело, площадью поперечного сечения 5,4 - 3,9 тыс. м2 (длинная ось овала 95 - 100 м, короткая 60 - 70 м), ведется строительство подземного рудника.
Рис. 1. Схема доработки подкарьерных запасов кимберлитовой трубки одним высоким вертикальным уступом с использованием аэростатического подъемника:
1 - привязной аэростатический подъемник; 2 - электрическая экскавационная машина фрезерного типа; 3 -транспортный контейнер; 4 - канатная система механизмов подъема и горизонтального перемещения; 5 -приемный бункер; 6 - борт карьера; 7 - вертикальный откос рабочего уступа; 8 - металлическая предохранительная стенка
Планируется подземная отработка запасов на глубину до 1030 м. При этом запасы на отметках
Рис. 2. Схема доработки подкарьерных запасов кимберлитовой трубки одним высоким вертикальным уступом с использованием наращиваемого подъемника башенного типа и контуры карьера при традиционной технологии:
а); б); в); г) - последовательность наращивания башни подъемника при понижении площадки уступа; 1-башенный подъемник; 2 - электрическая экскавационная машина фрезерного типа; 3- электропогрузчик; 4 - секция башни; 5 - основание башни; 6 - опорная плита; 7 -скользящая оболочка; 8 - металлическая предохранительная стенка; 9- спиральный съезд; 10 - граничное положение борта и подошвы карьера по варианту отработки - А; 11 - граничное положение борта и подошвы карьера по варианту отработки - Б
I
Рис. 3. Схема проходов машины фрезерного типа при отработке площадки вертикального уступа: а) - по сходящейся спиральной траектории; б) - по расходящейся спиральной траектории; 1- зоны челноковых проходов
- 265... + 116 м предполагается отрабатывать в составе II очереди [2] или в последнюю очередь, что объясняется отсутствием надежной технологии ведения горных работ в зоне насыщенного метаном и сероводородом водоносного горизонта и надеждой, что через 10 - 12 лет такая технология появится [3]. В качестве варианта отработки запасов II очереди, находящихся в зоне водоносного горизонта, предлагается нетрадиционный метод разработки - выбуривание руды и работы под защитой сооруженной на контре рудного тела тампонажной завесы [3]. В связи с этим высока актуальность поиска новых схем отработки подкарьерных запасов трубки «Интернациональная».
Аппроксимируя рудное тело как эллиптический цилиндр с большой осью 100 м, малой осью 70 м, получим площадь основания 5498 м2 и соответствующий объем руды, извлекаемой при отработке на задаваемую глубину.
В качестве расчетных вариантов отработки подкарьер-ных запасов одним вертикальным уступом рассмотрим: до отметки + 40 м,
♦ вариант А отметки кровли водоносного гори
зонта [2], глубина карьера 362 м, высота уступа 76 м;
♦ вариант В - до отметки - 148 м, на 18 м ниже предполагаемой подошвы водоносного горизонта (отметка - 130 м), глубина карьера 550 м, высота уступа 264 м.
Для схемы доработки запасов одним вертикальным уступом большой высоты, с использованием наращиваемого по высоте подъемника башенного типа, примем те же параметры высокого уступа. Для доставки горной массы от бункера подъемника, устанавливаемого на верхней площадки отрабатываемого уступа, предусмотрим технологический автотранспорт с движением его по восстановленному спиральному съезду (рис2).
Для схемы отработки по традиционной технологии с использованием технологического автотранспорта примем угол откоса борта карьера - 60 0 (рис. 2). Рассматриваются проектные глубины карьера 362 м (соответствует варианту А) и 550 м (соответствует варианту Б).
Данные расчета объемов горных работ, расхода энергоресурсов, коэффициентов использования энергии, оценочной стоимости энергоресурсов сравниваемых вариантов приведены в таблице.
При расчете энергозатрат учитывалось перемещение горной массы до верхнего контура карьера с учетом известных данных по энергетической эффективности автомобильного транспорта (Кпа 8,9% ) глубоких карьеров и канатных механизмов подъема (с учетом компенсации веса тары принят Кпа 55%).
Коэффициент полезного использования энергии, в пересчете на подъем руды, рассчитан исходя из отношения идеальной работы подъема к фактическим затратам на подъем всего объема горной массы.
Оценочная стоимость энергоресурсов определена исходя из средних мировых цен на 1 кВтч энергетических ресурсов, 0,06 долл. США и принятого коэффи-
циента удорожания для Крайнего Севера 1,5.
Анализ данных таблицы подтверждает экономическую эффективность схем отработки кимбер
литовых трубок малого диаметра с использованием аэростатических и наращиваемых башенных подъемников. Необходимая для отработки кимберлитовых трубок малого диаметра, в течении одного сезона, производительность 1,5 - 3 млн. м3 (3 - 6 млн т ) обеспечивается существующими шахтными подъемными машинами [8]. Схема наращивания башни подъемника (рис. 2) может быть реализована на основе широко применяемых типовых схем наращивания самоподъемных башенных кранов.
Практика эксплуатации комбайна послойного фрезерования SM-2600 на карьере трубки «Юбилейная» показала эффективность и достаточную производительность безвзрывной выемки кимберлито-вых руд [9]. Эффективная работа
в стесненной рабочей зоне может быть обеспечена при работе по схеме сходящихся - расходящихся спиралей с отработкой центральных зон, составляющих от 5 до 16 % общей площади забоя, по челночной схеме или технологии с блуждающими центрами спиральных заходок (рис. 3).
Для формирования колодцевого профиля уступа должны применяться комбайны с рабочим органом, выступающим за габариты шасси и кузова. Для транспортирования горной массы от выемочной машины к загрузочному устройству возможно применение как конвейерной схемы, с консольными конвейерными стрелами на выемочной машине и основании башни, так и более гибкого технологического варианта с электропогрузчиками.
Внедрение схем отработки кимберлитовых трубок малого диаметра одним уступом большой высоты, с использованием мобильных аэростатических подъемников и наращиваемых подъемников башенного типа, обеспечивающих отработку алмазных месторождений с минимальным объемом горных работ; позволит ввести в эксплуатацию большое количество кимберлитовых трубок, отработка которых по традиционным технология неэкономична, снизит до минимума отрицательное воздействие на окружающую среду. Наиболее рационально, в первую очередь, применить предлагаемые схемы для доработки подкарьерных запасов трубки «Интернациональная», используя
при этом принцип ведения горных работ , один карьер - один уступ -один сезон.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. . Яковлев В.Л., Андросов А.Д., Саввинов К.Н. Принципы перехода на безэтапную отработку глубоких алмазодобывающих карьеров Якутии // Горный журнал. - 1996. - № 7-8.
2. Зуев В.М., Безбородов С.М., Салопанов А.Т., Иванушкин Ф.С. Геологические факторы отработки якутских месторождений алмазов // Горный журнал. - 1994.-№ 9.
3. Козеев А.А., Изаксон В.Ю., Звонарев Н.К. Термо- и геомеханика алмазных месторождений. - Новосибирск: Наука. Сибирская издательская фирма РАН, 1995.
4. Изаксон В.Ю., Самохин А.В., Петров Е.Е., Слепцов В.И. Вопросы устойчивости обнаженных многолетнемерзлых горных пород. - Новосибирск: ВО «Наука.» Сибирская издательская фирма, 1994.
5. Ржевский В.В. Открытые горные работы. Учебник для вузов. В 2-х частях. Часть 2. Технология и комплексная механизация . - 4-е изд., пе-рераб. и доп. - М: Недра, 1985.
6. Буткин В.Д. Перспективы ре-
шения ряда проблем разработки глубоких карьеров на основе аэрогеотех-нологических комплексов // Проблемы открытой разработки глубоких карьеров: Труды международного
симпозиума «Мирный - 91» / НИЦ «Мастер». - Удачный, 1991.
7. Точилин В.И. Энерго- и ресурсосберегающие аэрогеотехнические комплексы для глубоких карьеров// Прикладные и теоретические вопросы нетрадиционной энергетики и энергосберегающих технологий: Материалы научно-технической конференции 2830 сентября. Под ред. к.т.н. П.Г. Гу-зюкина.- Санкт - Петербург. 1992.
8. Песвианидзе А.В. Расчет шахтных подъемных установок: Учеб. пособие для вузов. - М.: Недра, 1992.
9. Анистратов К.Ю., Луцишин С.В. Исследования эксплуатационных характеристик комбайна послойного фрезерования SM- 2600 фирмы WIRTGEN на карьере тр. «Юбилейная» // Сборник докладов Международной конференции по открытым горным работам.- М.: Изд. АО ЦНИИ ОМ ТП, 1995.
© В.И. Точилин
Объемы горных работ в контурах доработки под-карьерных запасов одним вертикальным уступом с использованием аэрогеотехнологии или наращиваемого башенного подъемника, и отработки по традиционной технологии
З і i999
i99
