Технологические схемы подземной разработки подкарьерных и прибортовых запасов Оленегорского железорудного месторождения Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

СЕМИНАР 6

ДОКЛАД НА СИМПОЗИУМЕ «НЕДЕЛЯ ГОРНЯКА - 98» МОСКВА, МГГУ, 2.02.98 - 6.02.98_________

Ю.В. Демидов, проф., д.т.н., В.Н. Аминов, к.т.н., Горный институт Кольского научного центра РАН

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ ПОДКАРЬЕРНЫХ И ПРИБОРТОВЫХ ЗАПАСОВ ОЛЕНЕГОРСКОГО ЖЕЛЕЗОРУДНОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Открытая разработка запасов железных руд на Оленегорском месторождении продлится до 2010-2012 гг. Производственная мощность карьера в этот период будет постепенно снижаться. За предельным контуром открытых работ имеются значительные запасы руды, подземная отработка части которых на Оленегорском месторождении может быть совмещена с открытыми работами при выдаче горной массы непосредственно в карьерное пространство. На основе анализа горно-геологической документации выявлена возможность освоения подземной добычи руды на месторождении с выделением на первых этапах освоения подземной добычи четырех независимых участков, которые после завершения открытых работ замыкаются в единую сеть подземного рудника. Такой подход позволяет минимизировать единовременные затраты на строительство подземного рудника и осуществлять плавное уве-

личение объемов подземной добычи по мере снижения производительности карьера.

Общая схема разделения шахтного поля показана на рис. 1. Участок N 1 включает отработку запасов под дном и южным бортом карьера (висячий бок рудного тела) в разрезах 50-37, в зоне под внутренним породным отвалом. Эти запасы могут быть вскрыты наклонным стволом или автосъездом с отметки - 53 м в районе 35 разреза. К этой части шахтного поля примыкает участок N 2, запасы которого могут быть отработаны с выдачей руды в карьер по капитальной штольне, пройденной в разрезах 37-22 на отметке - 200 м. Юго-восточное крыло шахтного поля представлено участком N 3, расположенным выше проектного дна карьера в разрезах 14-0+70 м со штольневым вскрытием из карьерного пространства. Запасы участка N 4 примыкают к данному участку рудного тела и расположены ниже проектного дна карье-

ра. Их вскрытие наиболее предпочтительно произвести вертикальным стволом. Наиболее перспективными для первоочередного освоения являются участки N 1, N 3, так как их отработка может быть совмещена с горными работами в карьере. В связи с этим вопросы целесообразности подземной разработки этих частей рудной залежи рассмотрены наиболее подробно.

Учитывая, что юго-восточный борт карьера является рабочим, а также наличие в непосредственной близости от него важных промышленных сооружений, отработку запасов данного участка рудной залежи предлагается произвести этажно-камерной системой с поддержанием борта карьера целиками. Рудная зона в этом районе представлена тремя рудными телами мощностью 30-50 м со значительными породными промежутками, что создает благоприятные условия для гарантированного поддержания породного массива борта в устойчивом состоянии в

Таблица 1

Объем проходки линейных вскрывающих и подготовительных выработок для отработки рудных тел в разрезах 14-0+70, на отметках - 190м-0 и извлекаемые запасы ( участок 3 ).

Объем проходки по горизонтам, п.м/м3

Наименование горных выработок Сечение в свету, м +50м -10м -70м -130м -190м Всего

Вентиляционный восстающий N1 12 130 60 60 60 60 370/4400

Вентиляционный орт 18 10 40 120 100 140 410/7380

Г лавный транспортный штрек 18 500 620 660 740 860 3380/60840

Промежуточный транспортный штрек N1 18 - 160 240 160 400 960/17280

Промежуточный транспортный штрек N2 18 - 100 60 320 320 800/14400

Промежуточный транспортный штрек N3 18 - - - 240 - 240/4320

Промежуточные транспортные орты (всего) 18 30 160 140 220 260 810/14580

Штольня 18 100 60 50 15 30 255/4590

Вспомогательный автоуклон 18 - 480 480 480 480 1920/34560

Подъемные восстающие 8 - 120 120 120 120 480/3800

Извлекаемые запасы, тыс. т 1384.0 1795.4 2158.3 3359.4 5404.7 14101.8 9625/166150

Расчет затрат на добычу 1 т извлекаемых на поверхность запасов руды (по участку N 3)

Статьи затрат Всего затрат, долл. США Затраты на 1 т извлекаемых запасов, долл. США

Сооружение объектов капитального строительства 9906.7 0.688

Приобретение основного и вспомогательного оборудования для горных работ 9153 0.649

Текущие эксплуатационные расходы - 2.15

Итого - 3.487

Неучтенные затраты 15% - 0,674

Всего - 4.161

процессе и после завершения отработки при достаточно высоком извлечении руды из недр. На участке выделено 5 эксплуатационных горизонтов с высотой этажа 60м. Запасы каждого горизонта вскрывают штольнями, выходящими на площадку уступов в отметках -190, -130, -70, -10, +50 м (рис. 1). Для подачи свежего воздуха в подземные выработки на фланге рудной залежи за контуром карьера проходят вентиляционный восстающий. Проходку производят снизу вверх методом расширения глубоких скважин, обуренных с поверхности и из подземных выработок, либо комплексом КПВ. Эксплуатационные горизонты подготавливают транспортными штреками , из которых нарезают очистные камеры. Объем проходческих работ и извлекаемых запасов по каждому горизонту и участку N 3 в целом приведен в табл. 1. Запасы отрабатывают

этажно-камерной системой разработки с выпуском руды из камер на подошву погрузочных заездов, доставкой ковшовыми погрузочно-доставочными машинами (ПДМ) и транспортом в карьер автосамосвалами для подземных работ. В районе порталов штолен на площадках уступов оборудуют перегрузочные склады, или рудоскаты на нижние площадки карьера. Для подготовки камеры из транспортного штрека проходят погрузочные заезды и траншейный штрек. При ширине камеры до 30-35м ее подготовка производится одной траншеей, при большей ширине двумя траншеями. С вышележащего горизонта проходят уклон на буровой горизонт и буровые штреки, из которых разбуривают скважины для разделки компенсационного восстающего, отрезной щели и непосредственного обрушения руды в камере. Возможен вариант отбойки руды методом

обратных кратерных воронок (VCR). После отбойки руду выпускают ковшовыми ПДМ с перегрузкой в автосамосвал, для чего на сопряжении каждых двух камер с противоположной стороны разделывают погрузочные ниши. Объем горно-подготовительных работ по системе - 1.6 п.м. на 1000т извлекаемых запасов, выход руды с 1 п.м скважин - 12т.

Производительность подземных работ при отработке участка N3 обусловлена време-подготовки камер, их количеством на эксплуатационном горизонте и числом горизонтов в одновременной работе. Наиболее рационально отрабатывать данный участок на первом этапе двумя очистными комплексами, каждый из которых включает одну ПДМ и два автосамосвала (ТОРО-40Д). После развития горных работ следует использовать 3 добычных комплекса. При проходке горных выработок использует следующее оборудование: бурение шпуров -Миниматик-205 ГС; уборка руды в забоях- ПДМ Торо-400Д; оборка кровли выработок Скейлер; крепление выработок - Роболт Г 395.

Учитывая среднюю длину транспортирования руды, производительность ПДМ и автосамосвалов годовой объем добычи руды при отработке участка N 3 составит 1,2-1,3 млн т, срок строительства до начала очистной выемки 1-1.5 года, срок выхода на проектную производительность - 1.5 года после начала очистных работ. Расчет общих затрат на добычу 1 т извлекаемых на поверхность запасов приведен в табл. 2. Объем проходки горных выработок на очистных работах, объем бурения, затраты на производство основных и вспомогательных процессов подземных горных работ приняты по аналогии с этими показателями в расчете на добычу 1 т руды по рудникам АО "Апатит" с учетом необходимой корректировки их значений для соответствия условиям Оленегорского месторождения. Общие затраты на добычу руды при отработке запасов участка N3 составили 4.161 долл./т.

Рис.2. Схема вскрытия и подготовки запасов под внутренним отвалом

і-автотранспортный наклонный съезд; .2-воздухоподающий уклон; З-вентиляторно-калориферная установка; 4-воздухоподающий полевой штрек; 5-буродоставочные штреки; 6-наклонный ствол второй очереди ЦПТ карьера; 7-вентиляционно-сорочный штрек

I

Рис. 3. Технологическая схема отработки запасов руды под внутренним отвалом

I -линия контакта рудного тела; 2- контур карьера; 3 -отбиваемые секции; 4 - треугольник висячего бока рудного тела; 5 - материально-ходовой штрек; 6-буровой орт; 7-8 - буродоставочные штреки; 9- вентиляционный восстающий; Ю-воздухоподающий уклон;

II - внутренний отвал.

Запасы участка N 1, расположенные со стороны южного борта и под дном карьера на отметках от -200м до 0м в разрезах 50-37, оконтурены по категории Сі и составляют 26,9 млн т. Начиная с отметки -150 м контур рудных тел резко сужается и выклинивается на отметке - 200 м (рис 2). Дно карьера на этом участке засыпано внутренним отвалом высотой 120-150 м, нижняя отметка дна составляет около -70 м. Рассмотрено два варианта вскрытия запасов. Первый вариант предусматривает вскрытие наклонным автомобильным съездом, который проходится с отметки -53 м в районе 35 разреза (рис. 2) в непосредствен-

ной близости от устья выработок 2-й очереди ЦПТ карьера. В целях использования карьерного оборудования транспорт руды по автосъезду может производиться автосамосвалами БЕЛАЗ-548. В этом случае поперечное сечение съезда составит около 30 м2. Транспортный автосъезд проходят первоначально до отметки первого добычного горизонта (-90 м), а в дальнейшем углубляют одновременно с производством добычи руды. Учитывая, что при отработке гор.-90 м вовлекаются в добычу запасы треугольника висячего бока в южном борту карьера, запасы данного горизонта составляют около 30% общих извлекаемых запасов, что в абсолютных значениях соответствует примерно 7,5 млн т. Расположение рудной зоны под внутренним отвалом позволяет отработать ее запасы высокоэффективной системой подэтажного обрушения, не нарушая северного борта карьера (рис. 3). Отрабатываемый участок разделяется на две панели погрузочным ортом, соединенным с транспортным автосъездом. От погрузочного орта проходят буродоставочные штреки на фланги панели. Отработка произ-

водится от флангов к центру с постепенным погашением выработок подэтажа. Для выпуска и доставки руды используются ПДМ Т0Р0-400 Э, на бурении скважин гидравлическая буровая установка СОЛО-Г 1008 РА, на проходке выработок комплексы, аналогичные рекомендованным для участка N 3. Каждая панель делится на три части вентиляционными и доста-вочными ортами, соединяемыми с подэтажным вентиляционным штреком, пройденным на 8м выше основного горизонта. Для проветривания тупиковых забоев буродоставочных штреков свежая струя подается в них принудительно по вентиляционным гибким трубопроводам диаметром 800 мм. Свежий воздух поступает от вентиляционного штрека в вентиляционные орты, которые проходятся также выше основного горизонта параллельно транспортным ортам. Из каждого буродоставочного штрека проходится восстающий сечением 4,0 м2 на вентиляционный орт. В восстающем устанавливается вентилятор местного проветривания, который с использованием вентиляционных рукавов подает воздух в забой буродоставочного штрека. Исходящая струя по транспортным выработкам поступает на вентиля-ционно сборочный штрек через специально пройденные панельные восстающие и далее через штольню и вентиляционный восстающий выбрасывается на поверхность в южном борту карьера.

Панельные вентиляционные восстающие и сборочный вентиляционный восстающий оборудуются лестничными отделениями и служат запасными выходами на поверхность. Для подачи свежего воздуха в подземные выработки на площадке карьера в районе загрузочного бункера дробилок ЦПТ (отметка +71м) оборудуется вентиляторно-калориферная установка. От нее воздух по вентиляционному восстающему поступает на вентиляционный уклон, а оттуда на подэтажные вентиляционные штреки. При отработке данного участка приняты следующие параметры: высота подэтажа - 20 м; вы-

сота отбиваемой ромбовидной панели - 40 м; расстояние между буродо-ставочными штреками-16 м. При этом средний расход подготовительно-нарезных выработок на 1000 т извлекаемых запасов 1,98 п.м (35,6 м3/1000 т);потери руды -19,2%; разубоживание - 12% . Учитывая, что запасы рудного тела ниже отметки -150 м резко выклиниваются, рекомендуется ограничить глубину разработки на этом участке до данной отметки. При отработке рудного тела до отметки -150 м, извлекаемые запасы руды по участку N 1 составят около 18.6 млн т, а при подтверждении запасов по категории С2 более 43 млн т.

Учитывая запасы руды на подэтажах, темпы проходки выработок, размеры отрабатываемого участка и длину транспортирования руды на поверхность (от 320 до 800м), наиболее рационально отрабатывать запасы участка с годовой производительностью 1,3-1,5 млн т по руде. Для обеспечения этой производительности понадобится иметь в наличии 4 проходческих комплекса, 3 добычных, 2 автосамосвала типа ТОРО-40 Д для проходческих работ и 4 автосамосвала Т0Р0-40Д для добычи руды (или 4 автосамосвала БЕЛАЗ-548).

Второй вариант вскрытия (рис.1) предусматривает выдачу руды из подземного рудника с помощью наклонного конвейерного ствола, который проходят из существующих выработок II очереди ЦПТ. Наклонный ствол проходится с отметки -50 м (существующее положение выработок II очереди ЦПТ ) до отметки -240 м. Угол наклона ствола принимается 15, протяженность его соста-вит-550м. Данная схема вскрытия запасов предусматривает дробление руды до класса (-200 мм), для чего сооружается камера дробления с установкой в ней дробилок. Вскрытие эксплуатационных горизонтов производится автоуклоном, располагаемом в лежачем боку рудного тела с отметки -53 м. Добытая руда на горизонтах перепускается по рудоперепускным восстающим на концентрационный горизонт -150 м, где она перевозится самосвалами "ТО-

РО-40" до загрузочных бункеров камеры дробления. Дробление осуществляется малогабаритными дробилками WB (Вестфалия-Бекорит, ФРГ), и после дробления руда доставляется конвейером до ЦПТ, перегружаясь в общий поток, направляемый на фабрику.

Подача свежего воздуха к местам производства работ осуществляется по схеме аналогичной 1 варианту. При использовании варианта с выдачей руды на поверхность наклонным конвейером транспортировка руды на концентрационном горизонте будет осуществляться самосвалом типа "ТОРО-40" грузоподъемностью 40 т. Загрузка руды в кузов самосвала будет производиться вибропитателем типа ВПР-4А с дистанционным управлением из кабины самосвала. Производительность погрузки руды 13,5-15 т/мин., то есть время загрузки самосвала можно принять 3 мин. Среднее плечо перевозки составляет -250м. Общий путь за рейс - 500м. Скорость движения "Т0Р0-40 принимаем 14,0 км/час. Время разгрузки самосвала в рудоспуск 20 сек , время рейса 6 мин., производительность в сутки 4680т, в год 936 тыс. т. Для обеспечения объемов добычи -1,3 млн т/год необходимо 2 самосвала типа "ТОРО-40". По остальным показателям данный вариант аналогичен варианту с выдачей руды в карьер по наклонному автосъезду.

Варианты различаются объемом подземных горно-капитальных и горноподготовительных работ, количеством и типом применяемого оборудования на рудовыдачном комплексе. Типы и количество единиц оборудования для производства горных работ аналогичны рекомендованному списку для участка N 3, учитывая примерно равную годовую производительность при отработке этих участков. Общие затраты на добычу 1т извлекаемых запасов руды соответственно по первому и (второму) вариантам, выраженные в долларах США составят: затраты на капитальное строительство и подготовку панелей к эксплуатации -0.376 (0.410);затраты на приобретение оборудования-0.565 (0.492); те-

кущие эксплуатационные затраты 2.21 (2.09);всего с неучтенными расходами в размере 20% общие затраты - 3.781 (3.578). Учитывая, что разница в затратах по вариантам незначительная, окончательное решение о варианте вскрытия следует принять с учетом общей ситуации по горным работам в карьере. В частности во взаимосвязи с реализацией проектного решения по строительству узла дробления для второй линии ЦПТ на гор.-53 м и его использованию для выдачи руды с нижних горизонтов карьера. В этом случае наиболее целесообразно будет выдавать руду из подземных выработок автотранспортом до приемного бункера комплекса дробления.

Отработку оставшихся за контуром карьера запасов участков N 2 и N 4 целесообразно произвести после завершения работ на карьере. Запасы участка N 2 по контуру С 41 0 составляют 14,3 млн т, их отработка может быть произведена этажнокамерной системой с поддержанием массива на целиках. Значительные запасы сосредоточены ниже дна карьера в отметках от 220 до -1100 м. Эти запасы могут быть вскрыты вертикальным стволом, пройденным с отметки -220 м из контура карьера. Технология выемки под-карьерных запасов аналогична отработке вышележащего участка N 3. При этом могут быть использованы вентиляторно-калориферная, компрессорная и насосная станции, сооруженные для отработки участка N 3, а также часть его горных выработок. Таким образом, технически обоснована возможность компенсации сокращения объемов добычи на открытых работах за счет вовлечения в отработку прибортовых и под-карьерных запасов подземным способом. Положенные в основу принципы проектирования подземной добычи руды с разделением шахтного поля на независимые участки позволяет минимизировать и рассредоточить во времени затраты на подземную добычу руды, что особенно важно для перехода к подземному способу разработки на железорудных месторождениях с низким качеством исходного сырья.

Ю.В. Демидов, В.Н. Аминов