CC BY
30
© В.А. Шсрстов, С.А. Ермаков, 2008
УДК 622.345 (571.56)
В.А. Шерстов, С.А. Ермаков
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ ОЛОВОНОСНОЙ РОССЫПИ В АРКТИЧЕСКОЙ ЗОНЕ ЗАПОЛЯРЬЯ
Семинар № 14
По запасам и добыче олова Россия занимает одно из ведущих мест в мире. Основная часть разведанных запасов России (95 %) сосредоточена в Дальневосточном регионе, при этом около половины из них приходится на Якутию. В настоящее время основным оловодобывающим предприятием России является ООО "Сахаолово", которое осуществляет разработку оловоносной россыпи "Тирехтях" и рудного месторождения "Чурпунньа", расположенных в Арктической зоне Республики Саха (Якутия). Предприятие дает около 60% всей добычи олова России. В число находящихся на балансе предприятия россыпных месторождений, входит и уникальная как по запасам, так и по качеству песков россыпь "Тирехтях", не имеющая аналогов в России и зарубежных странах. В связи с переходом комбината от плановой экономики к рыночной в 1995 г. была проведена переоценка сырьевой базы комбината и по экономическим соображениям россыпь "Тирехтях" была рекомендована к промышленному освоению. Первоначально россыпь планировалось отрабатывать открытым способом, но в 1995 г. разработка началась одновременно открытым и подземным способами. Обеспеченность запасами, пригодными для промышленного освоения россыпи при существующих экономиче-
ских условиях, составляет около 30 лет.
Россыпь находится в арктической зоне Якутии, приблизительно в 300 км от Ледовитого океана, добыча из нее составляет около 30 % в целом по России.
Подземные работы
Принципиальное отличие подземной разработки этой оловоносной россыпи от шахт, разрабатывающих мерзлые золотосодержащие россыпи -специфические горно-геологические условия: чрезвычайно большая ширина россыпи (200-1200 м) и мощность продуктивного пласта, достигающая 27 м. В настоящее время в эксплуатацию вовлечена нижняя, наиболее обогащенная часть месторождения с выемочной мощностью продуктивного пласта 3 м. Существующая технология подземной разработки россыпи основана на буровзрывной отбойке песков с использованием как переносного, так и импортного самоходного оборудования (буровые каретки и дизельные погрузочно-доставочные машины). Система разработки - камер-но-лавная с оставлением междука-мерных, в основном, ленточных целиков шириной 3 м, реже Г- и П-образной формы. Потери в целиках при применении последних достигают
17-20 %. Ширина камер 15-18 м, длина 50 м; при параметрах шахтных полей 200х600 м количество отраба-
тываемых лав достигает 80-100. Годовая производительность шахты -180 тыс.м3.
Основные направления совершенствования технологий подземной разработки оловоносных россыпей
Повысить эффективность проходки подготовительных и нарезных выработок можно за счет применения длинношпуровой отбойки учитывая, что по паспортным характеристикам буровых кареток "Буммер" и "Тамрок" глубина шпуров при их использовании составляет 3 м. Увеличение глубины бурения шпуров с 1,8 до 2,5-3 м позволит увеличить выход горной массы за цикл в 1,5-2,0 раза, существенно снизить продолжительность подготовительно-заключительных и вспомогательных операций. За счет этого повысится на 15-20 % коэффициент использования машин во времени и соответственно их производительность. Как уже отмечалось выше, буровые каретки на очистной добыче работают с полной производительностью при ширине камеро-лавы более 10 м, так как в этом случае возможно фронтальное расположение каретки относительно забоя и бурение шпуров двумя гидроперфораторами. Для рационального использования буровых кареток в ка-
Рис. 1. Предлагаемая принципиальная технологическая схема очистньх работ, базирующаяся на длинношпуровой отбойке: 1 - рассечка; 2 - вентиляционный
штрек; 3 - транспортный штрек; 4 -междукамерные целики; 5 -линия установки буровой каретки во фронтальное положение
меро-лавах с шириной 15-18 м предлагается поперечная схема подвига-ния очистного забоя с применением длинношпуровой отбойки (рис. 1). Сущность ее заключается в том, что линия очистных работ параллельна транспортному и вентиляционному штрекам. Рассечка приходится по середине камеро-лавы и делит ее на два равных забоя длиною по 7 м, глубина шпуров 2,5-3,0 м. При использовании этой схемы буровая каретка работает с одним перфоратором при продольном ее расположении на расстоянии до 10 м, а оставшиеся 40 м она работает во фронтальном положении с двумя гидроперфораторами. По предварительным расчетам применение этой схемы очистной добычи позволит сократить время отработки камеро-лавы на 30 %, повысить производительность труда на 15-20 %.
Предлагаемая схема является и более безопасной. При организации работ по этой схеме снижается вероятность обрушения пород кровли,
Рис. 2. Новый вариант камерно-лавной системы разработки
вследствие перемещения работ из открытого пространства в выработку ограниченной площади сечения, что облегчает приведения забоев в безопасное состояние. Благодаря увеличению длины шпура сокращается время бурения забоев, и соответственно и время пребывания в призабойном пространстве.
Снижения потерь можно достичь как за счет частичного погашения целиков, так и за счет увеличения пролета камер, позволяющего уменьшить количество целиков. Анализ опыта применения камерно-лавной системы разработки при отработке оловоносной россыпи "Тирехтях" позволил предложить новый вариант этой системы. В предлагаемом варианте поперечные целики исключаются за счет смещения каждого последующего ме-ждукамерного целика относительно предыдущего на половину ширины камеры (рис. 2). Этим достигается двукратное сокращение площади обнажения, обеспечивающее повышение безопасности труда. Для разработки россыпей с высокой льдисто-стью рыхлых отложений и выемочной мощностью продуктивного пласта
этот вариант характеризуется следующими показателями: пролет камеры - 20 м, ширина междукамерных целиков принимается в зависимости от выемочной мощности и превышает ее на 20-30 %; при этом удельный вес подготовительных и нарезных работ составляет 20-25 %, потери в целиках не превышают 10 %.
Учитывая, что применение БК "Тамрок" с пневматическими перфораторами характеризуется значительными материальными и трудовыми затратами, связанными со строительством и эксплуатацией компрессорной, пневматических сетей, использование БК "Тамрок", "Буммер" с гидравлическими бурильными машинами при относительно небольшом сроке отработке россыпных шахт (1,5-2 года) представляется предпочтительным. Кроме того, применение сжатого воздуха в выработках, расположенных в многолетнемерзлых породах, приводит в летний период эксплуатации шахт к выпадению конденсата воды (кристаллической изморози) в трубопроводах, что в конечном итоге отрицательно сказывается на работе буровых машин.
При увеличении высоты вскрывающих и подготовительных выработок до 3,5 м появляется возможность применения на подъеме и складировании песков на поверхность автомобильного транспорта.
Экспериментальные работы по применению этого способа подъема и складирования песков с использованием автосамосвалов "Татра-138" (Чехословакия) были проведены институтом ВНИИ-1 на Чукотке на трех шахтах приисков им. Билибина и "25 лет Октября" в 1964-1965 гг.
В результате производственных испытаний автомобильного транспорта на доставке отбитых песков из шахты на поверхность было установлено [1]:
- в среднем за месяц производительность труда подземных рабочих при ведении очистной выемки песков увеличилась до 15 м3/чел.-смену, в отдельные сутки - до 18-20 м3/чел.-смену, по сравнению с 8-10 м3/чел.-смену при использовании переносного оборудования;
- себестоимость добытых песков снизилась на 10-20 %;
- скорость подготовки и отработки шахтного поля при прочих равных условиях возросла примерно в 1,5 раза;
- расход электроэнергии уменьшился на 15-20 %, количество буль-дозеро-смен на складировании песков снизилось в 5-10 раз.
Использование автомобильного транспорта вместо применяющихся ленточных конвейеров в сочетании с высокопроизводительными ПДМ, позволит повысить производительность труда подземного горнорабочего до
18-20 м3/чел. в смену, при существующей в настоящее время - 10-12 м3/чел. Кроме того, как показали предварительные расчеты, эксплуатация автотранспорта особенно выгод-
на при отработке крупных шахт и позволяет сосредоточить промывку добытых подземных песков в одном месте и на одной промывочной установке вместо трех существующих, расположенных в разных местах.
Окончательный выбор того или иного комплекса самоходного оборудования определяется горнотехническими условиями его эксплуатации, техническим исполнением, уровнем надежности и стоимости.
Учитывая общую закономерность, характерную для россыпных месторождений и заключающуюся в тенденции снижения среднего содержания олова в песках, для обеспечения достигнутого уровня добычи россыпного олова из подземных песков нужно в ближайшие годы увеличить производительность шахт не менее чем 1,5 раза. Такого увеличения можно достичь путем применения поточноцикличной технологии, основанной на механическом разрушении мерзлых крупнообломочных пород с использованием на очистной добыче мощных добычных комбайнов. В качестве последних рекомендуется рассмотреть возможность применения комбайна типа АМ-75 фирмы "Альтина-Вест-фалия" (Австрия) или П-220 (Новокраматорский машиностроительный завод, Украина), внедрение которого позволит увеличить объем добычи подземных песков со 180 до 300 тыс. м3. К сожалению, как показал анализ литературных источников, практически отсутствуют достаточно полные и объективные публикации об эффективности их использования и работоспособности на шахтах и рудниках России, хотя по неофициальным данным в общей сложности около 10 комбайнов типа АМ-75 применяются в Норильске, на шахтах Кузбасса и при подземной разработке алмазоносной трубки "Интернациональная"
(г. Мирный). Учитывая, что разработка россыпных месторождений характеризуется отсутствием постоянно действующих круглогодичных дорог и надлежащей ремонтной базы, а также большую стоимость комбайна АМ-75, по сравнению с П-220, вероятно, предпочтительным является приобретение 2-3 комбайнов типа П-220, чем одного импортного, так как в случае выхода из строя одного комбайна его можно заменить вторым.
Открытые горные работы
Производительность карьера по добыче и промывке песков 110 тыс. м3, разрабатываемый полигон имеет незначительную ширину 100-300 м и мощность торфов 1-3 м. Основу технологии вскрышных и добычных работ составляет послойная бульдозерная выемка торфов и песков в теплое время года (конец мая - конец сентября). Вскрыша торфов осуществляется параллельными заездами бульдозеров ДЭТ-250, Т-500 в траншеях с глубиной 0,2-0,4 м. Горная масса от вскрышных работ выкладывается за пределами контура балансовых запасов. На погрузке горной массы используются погрузчики РБ-570, Ь-34, на транспортировке торфов и песков
— автосамосвалы БелАЗ-7540. Разработку песков по естественной от-тайке обеспечивают 2 бульдозера на базе трактора Т-500, 2 бульдозера на базе трактора ДЭТ-250, для подачи песков в бункер промприборов используются 4 бульдозера на базе трактора Т-170.
С учетом того, что подготовка месторождения к разработке проводится в зимнее время, проектом отработки месторождения часть объемов вскрыши в пределах 50-60 тыс. м3 в год предусматривается проводить буровзрывным способом методом скважинных зарядов. Бурение скважин производится станками НКР-100,
ВУД-1. В качестве взрывчатых материалов для взрывания скважинных зарядов применяются аммиачно-се-литренные ВВ.
Основные направления совершенствования технологии открытой разработки оловоносных россыпей
Учитывая, что наиболее богатые участки россыпи будут полностью отработаны в ближайшее время, для наращивания объемов добычи открытым способом необходимо применение геотехнологий, обеспечивающих реальную возможность повышения эффективности производства (производительности и прибыльности, экологичности и безопасности, инвестиционной привлекательности объектов освоения). В этой связи нужна организация крупного карьера, оснащенного современным буровым и горно-транспортным оборудованием, и обоснование рациональных схем вскрышных и добычных работ с минимальным воздействием последних на окружающую природную среду.
Принимая во внимание, что россыпь Тиррехтях достаточно крупная (длина 4500 м при средней ширине 950 м, средняя мощность торфов 13,2 м, песков - 38,8 м) и обладает большими запасами, возможно применение поточной технологии на базе оборудования непрерывного действия (роторные экскаваторы, конвейеры, отвалообразователи), обеспечивающей селективность, поточность (непрерывность) процессов выемки, транспортировки, отвалообразова-ния, рекультивации нарушенных земель. На участках с различной мощностью продуктивного слоя возможно применение многоуступной (2, 3 уступа) схемы разработки с использованием различных наборов оборудования.
В ИГДС выполнена оценка возможности отработки россыпных месторождений олова в т.ч. "Тирехтях" с помощью роторных экскаваторов. Основным критерием возможности эксплуатации роторных экскаваторов является удельное сопротивление пород копанию (К) отбойным органом роторного экскаватора, расчет которого для данной россыпи выполнен по методике УкрНИИпроект [2].
По результатам расчётов удельное сопротивление копанию вечномёрзлых торфов и песков колеблется в пределах 0,54...3,43 кН/см2. При этом, как показывают результаты ряда исследований, наличие в мёрзлых породах льдистых включений в виде линз, жил, гнёзд и т.пр. резко снижает сопротивление пород копанию за счёт проявления свойств хрупкости пород. Полученные результаты показали возможность разработки пород данной россыпи роторными экскаваторами.
Технология разработки россыпи с применением роторноконвейерного комплекса
Исходя из основных современных требований к технологии открытой разработки (высокая производительность, экологическая безопасность и низкие энерго-металлоёмкость, а также - возможность комплексного безотходного использования добываемого сырья) авторами представляется целесообразным рекомендовать транспортно-отвальную схему производства горных работ, предусматривающую "жесткую" связь забойной и отвальной сторон с подачей оловосодержащего сырья на береговую обогатительную фабрику (стационарную или сезонную) и подачей вскрышных пород и хвостов обогащения в выработанное пространство с последующей технической рекультивацией земель.
Принципиальная схема модуля (участка) поточной технологии разработки россыпей такого типа показана на рис. 3. Сущность её заключается в следующем. При 2-х уступной отработке (вскрышной и добычной) вскрытие месторождения осуществляется одной траншеей, размещаемой на торцевой границе карьера. Для монтажа вскрышного комплекса проходится траншея вкрест простирания россыпи. Ширина траншеи определяется из условий размещения экскаватора и отвалообразователя. Параллельно с определением вскрывающей и вскрышной траншей осуществляется дренаж участка месторождения. Из рис. 3 видно, что разработка и перемещение вскрышных пород в выработанное пространство осуществляется при наиболее коротком - поперечном направлении экскаватором 1 и отва-лообразователем - 2. На участках с большими мощностями толщи наносов и продуктивных песков верхний уступ может разрабатываться роторноконвейерным комплексом с транспортом горной массы конвейерами по обычной П-образной схеме.
Добычные заходки, отрабатываемые роторно-конвейерным комплексом 3 и 4, размещаются также в направлении вкрест простирания россыпи.
Пески продуктивной толщи конвейерным ставом доставляются на обогатительную фабрику, размещённую за контуром месторождения. Переработанная горная масса после обезвоживания доставляется конвейерами 5 на отвалы и укладывается в верхние отвалы отвалообразователем 6.
Переход вскрышного роторного комплекса в новую заходку не представляет каких-либо сложностей. При переходе в новую заходку добычного экскаватора одновременно с передвижкой забойного конвейера осуще-
Рис. 3. Принципиальная технологическая схема отработки россыпи "Тнрехтях
ГіТТІ і ІТІїїіТіТіГі ГТІТіТІ ПЖШіІПі
ствляется передвижка отвального, перешагивание компенсатора высоты и наращивание (с забойной стороны) передаточного конвейера.
При оценке целесообразности внедрения поточной технологии на рассматриваемом месторождении следует учитывать, что средства поточной технологии, благодаря консольной подаче горной массы осуществляют основные работы по технической рекультивации земель. Практически после укладки отвалов отвалообразова-телем при технической рекультивации требуется только планировка (бульдозерные работы).
Обогащение
На месторождении "Тирехтях" работают 3 промприбора ПКС-1200, один на промывке песков с полигона, два других на промывке песков, добытых подземным способом Общий объем промывки песков 280-300 тыс. м3 в год. Основным оборудованием для обогащения оловоносных песков являются отсадочные машины МОД-4М по 8 штук на один прибор, концентрационные столы СКО-1-7,5 по 9 столов на каждый прибор.
1. Потапенко В. В. Применение автотранспорта на шахтах приисков Северо-Востока//Разработка россыпных месторож-дений.-Магадан, 1969.- С.100-115.
Установка классификатора, как показывает практика отработки месторождения, - производственная необходимость, связанная с максимальным выделением песчаного материала с целью его обезвоживания и складирования с эфельными отвалами, благодаря чему снижается объем песков, сбрасываемых в ило-отстойник. После промывки песков в скруббербутаре галя (класс + 20 мм) ленточным конвейером направляется в отвалы, хвосты обогащения (класс -20+4 мм) осаждаются в накопителе с после-дующим складированием. Класс -4+1 мм проходит через классификатор, где обезвоживается и складируется. Остальной материал направляется в пруд-отстойник, слив которого возвращается в технологический процесс. В результате обогащения песков получается оловянный концентрат марки КО-1, КО-2. Концентрат затаривается в контейнеры с крышкой в сушильном отделении и хранится на промплощадке фабрики. Вывоз контейнеров производится по автозимнику.
------------- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
2. Владимиров В.М., Трофимов В.К. Повышение производительности карьерных многоковшовых экскаваторов. М.: Недра, 1980. ЕШЗ
— Коротко об авторах ---------------------------------------------------------------
Шерстов В.А. - доктор технических наук, главный научный сотрудник Института горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН, г. Якутск,
Ермаков С.А. - кандидат технических наук, старший научный сотрудник, заведующий лабораторией открытых горных работ Института горного дела Севера им. Н.В. Черского СО РАН, г. Якутск.
Доклад рекомендован к опубликованию семинаром № 14 симпозиума «Неделя горняка-2008». Рецензент д-р техн. наук, проф. В.С. Коваленко.
