CC BY
21
© В.И. Голик, 2013
УДК 622:621.039 В.И. Голик
ЦЕННЫЙ ОПЫТ ГОРНОЙ ОТРАСЛИ АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ СССР
Приведены сведения об истории научно-технического прогресса в горной отрасли атомной промышленности. Описан опыт проходки горных выработок со скоростью до 805 м/мес. Систематизированы наиболее важные показатели ресурсосберегающих технологий добычи и переработки урановых руд на предприятиях союзных республик. Показана необходимость и возможность использования ценного опыта в перспективе. Ключевые слова: научно-технический прогресс, уран, атомная промышленность, проходка, горные выработки, ресурсосбережение, технология, добыча руд, выщелачивание, активация.
В средине 20-го столетия в технологически развитых странах получили бурное развития отрасли, добывающие и использующие радиоактивное сырье. В СССР возникла новая, горнодобывающая отрасль, обеспечивающая сырьем атомную промышленность.
Государственная поддержка, улучшенные социальные условия, хорошее материально-техническое обеспечение работ позволили в короткие сроки создать коллективы горняков-разработчиков радиоактивных месторождений в России, Украине, Казахстане, Киргизии, Узбекистане, Таджикистане, Эстонии.
Добычей урана занимались: Восточный ГОК (г. Желтые Воды, Украина), Прикаспийский ГОК (г. Шевченко, Казахстан), Приаргунский ГХК (г. Краснокаменск, Россия), Целинный ГХК (г. Степногорск, Казахстан), НавоийскийГХК (г. Навои, Узбекистан), Ленинабадский ГХК (г. Чкаловск, Узбекистан), Киргизский ГРК (п. Аксуек, Киргизия), Малышевское рудоуправление (п. Малышевка, Росссия), Лермонтовское рудоуправление (г. Лермонтов, Россия) и др. Советские специалисты участвовали в добыче радиоактивных руд на территории ГДР, Венгрии, Болгарии, Чехословакии, КНР, Вьетнама.
Темпы развития уранодобывающей отрасли намного опережали темпы освоения других металлических месторождений, например, добыча меди (Учалы), бокситов (Тургй), золота (Ва-
сильковское месторождение), железа (Яковлевское месторождение) и др.
Жилые дома для горняков-атомщиков, которые строились по проектам комфортные районы больших городов, например, Новосибирска, Ленинграда, а также другие реальные преференции способствовали созданию высокопрофессиональных коллективов. Строительство горных предприятий осуществлялось невиданными для того времени темпами.
Инфраструктура атомных предприятий располагалась на больших территориях. Так, Целинный горно-химический комбинат был создан в 1962 г. с центром г. Степногорск Целиноградской области Казахстана. В 20 км от г. Степногорска располагалось рудоуправление 2, в 400 км - рудоуправление-1 (поселок Шан-Тобе), в 500 км - рудоуправление 4 (поселок Красногорский), в 350 км - рудоуправление 5 (с. Володар-ское), в 200 км - рудоуправление 3 (пос. Заозерный). Добываемая руда могла перерабатываться за тысячи километров от месторождения.
Комплекс льгот и умелая кадровая политика позволили привлечь в отрасль специалистов, сумевших реализовать ряд достижений, и сейчас неизвестных другим отраслям.
В истории научно-технического прогресса отрасли выделяются периоды: освоение прогрессивных традиционных технологий добычи и переработки, совершенствование их и создание принципиально новых технологий.
Перспективы освоения новых урановых месторождений связаны с созданием инфраструктур в неосвоенных районах, со строительством транспортных путей и энергетических систем в некомфортных районах [1].
На эти цели требуются значительные капитальные вложения с большими сроками окупаемости. Поэтому, приоритетным направлением укрепления национальной минерально-сырьевой базы атомной энергетики является рационализация технологий добычи урана на эксплуатируемых месторождениях. Это направление может получить развитие за счет использования достижений технического прогресса, обеспечивающих снижение себестоимости добычи урана [8]. Особую значимость приобретает ценный опыт, накопленный в урановой отрасли СССР за тридцать лет ее активной деятельности [3].
Так, в свое время необходимость ввода в эксплуатацию новых рудных полей на месторождениях изменила требования к скорости подготовки рудных полей. Традиционные скорости проходки стволов 20-30 м в месяц и горизонтальных выработок 50-60 м в месяц перестали удовлетворять производство. Осваивались скорости проходки одним забоем 100, 200, 300, 400 метров в месяц.
На месторождении «Ишимское» Целинного горнохимического комбината за 31 рабочий день в породах с коэффициентом крепости 14 по Протодьяконову одним забоем было пройдено 602 м.
Проходка со скоростью 602 м/мес. Выработку размерами 2, 5 • 2,5 м проходили без крепления в алевролитах и диоритах с коэффициентом крепости по М.М. Протодьяконову 10 - 15.
Шпуры глубиной 1,8 - 2 м бурили перфораторами ПР-24ЛУ с пневмоподдержками П-18ЛА. Применяли буры из стали 55С2 диаметром 25 мм и долотчатые коронки диаметром 40 мм. За один прием бурили 21 шпур.
Инициирование зарядов ВВ - электроогневое с электрозажигательными патронами. Заряд состоял из 40 % скального аммонита № 1 и 60 % детонита 10А-15.
Погрузку породы в вагоны УВГ-1,3 производили машиной ППН-10. Для обмена вагонов в призаборной части использовали передвижную накладную плиту-разлитовку длиной 24 м из расчета размещения восьми вагонов на одной ветви. На плиту вагоны подавали машиной ППН-1С, а груженые вагоны от разминовки до ствола транспортировали электровозами АК-2У.
Проветривали забой по комбинированной схеме. Отработанный воздух отсасывали вентиляторами СВМ-6м, расположенными через 100 м друг от друга. Свежий воздух в забой нагнетали вентилятором "Проходка-500-2М".
Бригада состояла из пяти звеньев по 9 человек в каждом: 6 проходчиков, 2 машиниста электровоза и 1 взрывник, которые работали по непрерывному графику с продолжительностью смены 6 ч.
Рельсовые пути настилали через 5 циклов проходки, трубопроводы наращивали один раз в сутки с соединением фланцами на болтах.
При бурении забоя в нем располагались 4 проходчика, каждому из них отводили индивидуальный сектор бурения. Буры проходчиков заднего ряда проходили между проходчиками
переднего ряда.
Технико-экономические показатели проходки:
- количество циклов проходки:
всего 377
в сутки 12,56
в смену 3,14
- продвижение забоя за цикл, м 1,6
- скорость продвижения забоя в сутки, м:
средняя 20,06
максимальная 22
- продолжительность цикла, мин 120
- производительность труда проходчика, м3/см 5.
За 6-часовую смену выполняли 3 цикла. Продолжительность операций цикла, мин:
- подготовка забоя 5
- уборка породы 44
- подготовка к бурению 41
- заряжание и взрывание 15
- проветривание 15 Всего 120
Проходка со скоростью 805,2 м/мес. В марте 1971 г. там же за 31 рабочий день в породах с коэффициентом крепости 14 по Протодьяконову одним забоем пройдено 805,2 метра выработки.
Особенность проходки заключалась в использовании организационных ресурсов без применения специальных средств механизации работ. Проходческий цикл с перемещением забоя 1,5 м за одно взрывание продолжался 1,5 часа. В шестичасовую смену за четыре проходческих цикла проходили 6 м выработки сечением 7,4 м2 [5]
Квершлаг сечением 7,4 м2 без крепления проходили в породах крепостью 14-16 по шкале М.М. Протодьяконова. Количество рабочих на участке проходки 65. Количество рабочих в звене - 12, в том числе проходчиков - 7.
Для проходки стандартное механическое оборудование усовершенствовали:
- погрузочную машину ППМ-1С утяжелили на 500 кг;
- зубья ковша погрузочной машины армировали;
- мощность подъемного двигателя погрузочной машины увеличили.
Бригада состояла из 5 звеньев по 12 человек в каждом: 7 проходчиков, 2 вспомогательных рабочих, взрывник, машинист электровоза и электрослесарь. Бригада работала по непрерывному графику при четырех шестичасовых сменах в сутки.
Шпуры бурили перфораторами ПР-24ЛУ на пневмопод-держках П-18ЛК с антивибрационным устройством ПВ-1. Применяли буры длиной 5 м из 25-миллиметровой стали 55С-2 с долотчатыми коронками диаметром 40 мм.
Забой бурили 6 проходчиков, расположенных в два ряда так, что каждый обуривал свою зону забоя.
В качестве ВВ использовали детонит 10А-15 и скальный аммонал № 1. Заряды готовили заранее поодаль от забоя. Уложенные в специальную кассету патроны вместе с боевиком транспортировали в забой в контейнере. Продолжительность заряжания не превышала 6 мин. Взрывание - огневое.
Забои проветривали вентиляторами типа СВМ-6м и "Про-ходка-500-2М" по прорезиненным трубам диаметром 500 мм. Перед взрыванием в забое включали водо-воздушный распылитель.
Породу в вагоны емкостью 1,3 м3 грузили утяжеленной машиной ППН-1С. Вагоны обменивали на накладной плите -разминовке. Рельсовые пути настилали через 4 - 5 циклов во время обуривания забоя. Постоянные пути стелили из рельсов Р-24 длиной 8 м, а временные - из рельсов Р-18, которые настилали на металлические шпалы с замковыми соединениями.
Порожние вагоны подавали по правой ветви с помощью электровоза АК-2У. Вагон к машине подкатывали два проходчика. Груженый вагон откатывали при помощи электровоза. Наклонную плиту с двумя параллельными рельсовыми путями на длине 50-60 м передвигали электровозом.
Продолжительность выполнения операций проходческого цикла, мин:
- подготовка к уборке 6
- уборка породы 32
- подготовка к бурению 4
- бурение шпуров 29
- заряжание 6
- взрывание и проветривание 13
- всего на 1 цикл 90 Особенность проходки заключалась в рациональнойорга-
низации труда (рис. 1).
Рис.1. Схема проходки горизонтальной выработки с обменом вагонов на накладной плите
Проходческий цикл продолжался 1,5 часа. В шестичасовую смену за четыре проходческих цикла проходили 6 м выработки. После проветривания забоя в наступающем порядке обирали кровлю от заколов. Вагон вместимостью 1 м3 грузили за 40-50 секунд. Его подхватывали 2 проходчика и обменивали на порожний вагон на накладной плите.
В это время сзади подтаскивали заранее собранные распределители сжатого воздуха и воды, масленки, перфораторы, снаряженные бурами определенной длины. Как только последний вагон пересекал стрелку, в забое начиналось бурение шпуров. Пять проходчиков размещались с молотками в две шеренги в шахматном порядке так, чтобы буры проходчиков заднего ряда проходили под мышками проходчиков переднего ряда. На одного проходчика в месяц пришлось почти 30 метров готовой выработки.
Технико-экономические показатели проходки:
- количество циклов 511
- средняя глубина шпуров, м 1,8
- коэффициент использования шпуров 0,87
- средняя скорость продвижения забоя, м/сутки
- количество шпуров в комплекте
- производительность труда, м3/смену:
26 17
рабочего по участку
рабочего забойной группы
5,7 3
Описанная технология может быть реализована в условиях горных предприятий.
Технология разработки урановых месторождений характе-ризуетсяследующими данными с указанием условий ее применения.
Приаргунский комбинат в г. Краснокаменске(Россия). Рудные тела имели жилообразную, линзообразную или неправильную форму при мощности от 0,5 до 15 м. Вмещающие породы трещиноватые, средней и слабой устойчивости. Коэффициент крепости руд и вмещающих пород, соответственно, 810 и 10-12 по Протодьяконову. Коэффициент рудоносности
Параметры системы разработки горизонтальными слоями: высота блока 60 м, длина 100 м, ширина соответствует горизонтальной мощности. В этих условиях производительность блока достигала 1800 м3/смену, в среднем составляя 7-8 м3/смену. Потери составляли до 3 %, а разубоживание руды достигало 35 %.
При очистных и нарезных работах использовали: на уборке - погрузочно-доставочные машины ЛБ-125/1000 или МПДН-1 со средней длиной доставки 35-40 м; на бурении -ручные перфораторы на пневматических поддержках. Заряжение и взрывание производили гранулированными ВВ с помощью пневматических зарядчиков.
В настоящее время комбинат является основным добытчиком урана России. Его технология модернизируется на основе освоения технологий с выщелачиванием урана (рис. 2).
Ленинабадский комбинат в г. Чкаловске (Таджикистан). Месторождение было представлено крутопадающими линзообразными штокверками. Рудовмещающими породами являются нарушенные тектоническими трещинамифельзиты. Руда и порода имеют коэффициент крепости по проф. М.М. Протодья-конову 10-12. Более 50 % запасов сосредоточено в мелких рудных телах с коэффициентом рудоносности от 0,7 до 0,9 и
0,65-0,70.
сопровождаются мелкими ответвлениями на флангах с удалением от основного рудного тела.
Среднемесячная производительность блока 4000т. Объем нарезных работ на 1000 т руды- 76 м3. Отношение объема нарезных работ к объему добычи -19,5 %. Трудоемкость добычи на 1000т -137 чел./смен, производительность труда забойщика 3,3 м3/смену.
Лермонтовское горно-химическое управление (Северный Кавказ), известно тем, что здесь в промышленных масштабах применяли принципиально новую технологию - подземное выщелачивание [4].
Месторождение приурочено к интрузивному массиву горы и сложено гранитопорфирами. Мощность отдельных трещин: от 1-5 см до 0,5-1,0 м. Мощность балансовых руд: от 0,7 до 20 м. Высота рудного тела - 30-90 м. Промышленные руды сопровождались ореолами забалансовых руд, которые по, минерализации и технологическим свойствам аналогичны балансовым рудам. С 1968 г. здесь в течение 30 лет уран добывали подземным выщелачиванием руд с забалансовым содержанием. Коэффициент извлечения по 44 отработанным блокам составил 50 %, достигая 80 %.
Целинный горно-химический комбинат (г. Степногорск, Казахстан) с предприятиями комбината в пределах Тургайской и Кокчетавской областей [2].
Рудоуправление 1. Штокверковое рудное тело с падением около 800 залегало в неустойчивых интенсивно подробленных глинизированных и насыщенных водой породах. Интенсивное проявление горного давления, большие водопритоки, слежи-ваемость и рассланцованность горных пород при коэффициенте крепости менее 10 снижали качество руд, добываемых камерными системами с подэтажным обрушением.
Уменьшить потери пытались применением несущих и разделительных перекрытий из тросов, металла и других материалов. Перекрытия обеспечивали существенное снижение потерь и разубоживания. В рудоуправлении освоено новейшее для того времени оборудование: буровые каретки СВ-1 П, погру-зочно-доставочные машины ЛБ-1/1000 и МПДН -1А, электро-гидро- перфораторы и буровой молоток Осиповского.
Рудоуправление 2 в 20 км от г. Степногорска. Крупное месторождение штокверковой формы с выходом на поверхность залегало в породах малой и средней крепости. Отработка его велась одновременно открытым способом -карьером и подземным рудником с оставлением целика толщиной до 40 м.
Запасы месторождения извлечены с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями. Дорогой цемент заменили молотым в шаровых мельницах доменным шлаком, снизив расход цемента до 40-60 кг/м3 смеси.
При камерной системе разработки производительность труда рабочего горного цеха составляла3,5 м3/смену, а разу-боживание 15-17 %.
Рудоуправление 3, пос. Заозерный (Казахстан). Месторождение представлено главным рудным телом - жилой крутого падения, мощностью 1,5-2,0 до 10 м, а также серией маломощных пологих «секущих» рудных тел.
Главное рудное тело в верхней части было вскрыто карьером, затем отрабатывалось блоками с магазинированием руды и закладкой пустот породами,отбиваемыми из магазина или подаваемыми с земной поверхности. Секущие пологие рудные тела разрабатывали сплошной системой с деревянной крепью. Производительность труда забойщика не превышала 3
м3/смену; производительность блока - 340 м3/смену; потери -10 %; с разубоживание -40 %.
Рудоуправление 4, пос. Красногорский (Казахстан). Месторождение «Ишимское» отработано с оставлением более 1 млн. м3 пустот их не заполненными (изолированными). Показатели технологии: производительность труда забойщика 3,6 м3/чел./смену, производительность блока - средняя -366, максимальная - 750 м3/месяц.
В конце 70-х - начале 80-х г. отрабатывали крутопадающие маломощные жилы месторождений Шокпак и Камышо-вое.Смеси, приготовленные на закладочном комплексе месторождений Шокпак, транспортировали на расстояние до 2 кмна месторождение Камышовоес подъемом транспортной выработки на 12 мза счет обратного уклона.Здесь впервые в мировой горной практике был освоен дезинтегратор для активации вяжущих.
Еще в 70-х годах работали колонковые станки КБУ-50 и КБУ-80 и самоходные станки ПБУ-80, ПБУ-70, СБ-70. Станками бурили веера в породах с коэффициентом крепости 1016 по шкале Протодьяконова.
В забоях бурили с колонок, устраняющих контакт человека с инструментом. На заводах отрасли выпускали перфораторы, буровые станки и погрузочно-доставочные машины типа МПДН-1М. Выработки проходили с помощью полков КПВ и буровой установкой 2 КВ.
О научно-техническом уровне отрасли можно судить по практике Целинного горно-химического комбината (Казахстан). В систему комбината входили гидрометаллургический, ремонтно-механический и химический заводы. Критерием уровня технологий завода является выпуск электрогидрофици-рованной техники: перфораторов 2ГП, 3 ГП, машин для погрузки и транспортирования руды с емкостью кузова 1 м3 и др.
Химический завод выпускал серную кислоту, минеральные удобрения. Продукция завода, одной из первых в СССР, получила Знак качества и была известна за пределами Казахстана и страны.
Разобщенность месторождений, незначительные запасы руд в большинстве из них, низкий коэффициент рудоносности обусловливали высокую себестоимость металла. Программы совершенствования производства в сумме обеспечивали при-
рост производительности труда на 20-30 %, а нужно было в 23 раза.
Выход из положения могла обеспечить технология добычи металлов выщелачиванием из руд на месте залегания в блоках или в штабелях на поверхности. Идея была подтверждена 30-летним опытом выщелачивания урана из скальных забалансовых руд месторождения «Быкогорское» (Северный Кавказ).
В ЦГХК было начато скважинное выщелачивание руд месторождения «Семизбай», успешно продолжающееся в настоящее время. Впервые в мировой практике был отработан блок с подземным выщелачиванием балансовых руд с коэффициентом извлечения металлов 72 %.Работала установка по выщелачиванию отвалов месторождения «Маныбай» и хвостов гидрометаллургического завода.
Комбинат того времени был единственным предприятием, где были освоены все способы выщелачивания металлов из руд (рис.3).
Для месторождений, разрабатываемых с закладкой пустот твердеющими смесями, особую важность приобрела технология активации закладочных смесей [9]. На месторождении Шокпак был освоен первый в горной практике дезинтегратор в технологической цепи закладочного комплекса (рис.4).
Рис. 3. Комплексирование технологий выщелачивания урана:
1 - штабель КВ; 2 - блок ПВ; 3 - отвал; 4 - пруд; 5-5,6,7,8 - емкости; 9,10 -технологические аппараты; 11 - сорбционно-десорбционная колонна; 12-16 - вспомогательное оборудование
к
6
Рис. 4. Закладочный комплекс с активацией отходов обогащения: 1 - автосамосвалы; 2 - склад цемента; 3 -склад шлака; 4 - пылеуловитель; 5 - грохот; 6 - скреперная лебедка; 7 - бункер шлака; 8 - дозатор; 9 - дезинтегратор; 10 - уловитель металла; 11 - бункер-успокоитель; 12 - емкость для воды; 13 - расходомер воды; 14 - скважины; 15 - смеситель; 16 - емкость с классификатором; 17 - бункер цемента; 18 - транспортер; 19 - бункер песка; 20 - склад песка
От коренного совершенствования технологических процессов готовился переход к радикальной перестройке технологии подземной разработки. Предполагалось выдавать богатые добытые и обогащенные по традиционной технологии руды в заводской передел. На их место в пустоты подавать малопрочную закладку, а руду среднего и низкого качества выщелачивать на месте залегания.
Был создан производственно-технологический комплекс -электрохимическая очистка шахтной воды - выщелачивание металла - приготовление твердеющих смесей. Процессы 90-х годов помешали массовому внедрению новой технологии, и накопленный отраслью опыт остался невостребованным, однако, они могут представлять интерес для добычи и переработки руд в новых экономических условиях.
- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бубнов В.К., Голик В.И., Капканщиков А.М. и др. Актуальные вопросы добычи цветных, редких и благородных металлов. Акмола, 1995. 601 с.
2. Голик В.И. в кн. /Ляшенко В.1., Люлько О.В., Стусь В.П. Охорона навколишнього середовища та людини в урановидобувних регюнах. Позитрон Gmbh. Киев. 2004. 485 с.
3. Голик В.И. Научно-технический прогресс в истории подземной добычи радиоактивных руд. ЦНИИ и ТЭИ Ч M, М.1992. 162 с.
4. Голик В.И. Приоритетные пути развития горнодобывающего и перерабатывающего комплекса Северо-Кавказского региона / А.Е. Воробьев, В.И. Голик, Д.П. Лобанов. - Владикавказ: Рухс, 1998. - 358 с.
5. Голик В.И. Разработка месторождений полезных ископаемых. - Владикавказ: МАВР, 2006. 950 с.
6. Мосинец В.Н., Авдеев О.К., Мельниченко В.Н. Безотходная технология добычи радиоактивных руд. М., Энергоатомиздат, 1987, 240с.
7. Принципы и базовые критерии создания экологически чистых технологий комплексного освоения бедных (убогих) забалансовых руд месторождений стратегически важного минерального сырья / А.Е. Воробьев и др. // Вестник РУДН: Серия Инженерные исследования. - 2004.
8. Теория и практика добычи полезных ископаемых для комбинированных способов выщелачивания. Бубнов В.К., Спирин Э.К., КапканщиковА.М. и др.Жана Арка, Акмола.1992. 545 с.
9. Хинт И.А. О четвёртом компоненте технологии. Научно-информационный сборник СКТБ «Дезинтегратор». Таллин, «Валгус», 1980. нхч
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -
Голик Владимир Иванович - доктор технических наук, профессор. Центр геофизических исследований Владикавказского научного центра РАН и Правительства Республики Северная Осетия-Алания, зав.лабораторией, [email protected]
