книги из ГПНТБ / Ходинов, А. С. Открытая разработка месторождений горно-химического сырья

применением буровзрывных и взрывных работ в два подуступа. Верхний вскрышной подуступ до пиритового песчаника обуривали станками вращательного бурения СВБ-2, вскрышные породы укладывали во внутренний отвал. Затем пиритовый песчаник дробился накладными

Рис. 7. Экскаватор ЭВГ-6 в карьере Маарду

обуривали станками СВБ-2.

С увеличением мощности вскрыши перешли на эк­ скаваторы ЭВГ-6 (рис. 7), для переэкскавации был при­ обретен экскаватор ЭШ-8/60. Применив станки шаро­ шечного бурения СБШ-200, по рекомендации ГИГХС пе­ решли на обуривание и взрывание вскрышного уступа сразу на всю высоту.

На карьерах Кингисеппского месторождения в пер­ вые годы эксплуатации применялась транспортная си­ стема разработки с использованием буровзрывных ра­ бот, экскаваторов ЭКГ-4 и автосамосвалов МАЗ-525, позднее БелАЗ-540.

Конструкция и рабочие параметры мощных шагаю­ щих драглайнов позволяют применять их на экскавации взорванных полускальных и скальных пород. Технико­ экономическая целесообразность такой работы при бес­

39

транспортной системе разработки подтверждается опы­ том угольных разрезов и Роздольского горно-химическо­ го комбината, а также собственным опытом химиче­ ского комбината Маарду по переэкскавации смешанных скальных и мягких пород.

Внедрение бестранспортной системы разработки с ис­ пользованием шагающего экскаватора ЭШ-8/60 на карье-

Рис. 8. Схема к расчету параметров бестранспортной системы разработки на карьере Маарду:

А — ширина экскаваторной заходкн; H Q— высота уступа; И отп—высота

отвала: S — расстояние от оси экскаватора до бровки уступа; К — рас­ стояние от нижней бровки вскрышного уступа до верхней бровки руд­ ного уступа; I — проложенне откоса рудного уступа: В — расстояние от ннжней бровки рудного уступа до отвала: С — проложенне откоса от­ вала; R р — радиус разгрузки; а, ß, у — углы откосов соответственно

рудного, вскрышного уступов и внутреннего отвала

ре комбината Маарду показало, что он хорошо работает и передвигается, располагаясь на кровле вскрышного уступа, разрыхленного взрывом.

Зависимость параметров бестранспортной системы разработки от рабочих размеров экскаваторов, в частно­

б) при расположении экскаватора ЭШ-8/60 на кров­ ле вскрышного уступа

Rp = 5 + Нвctg V 4" К + h ctg а -f- В -f- Нвctg ß + 0,25,4,

(9)

40

от оси экскаватора до бровки, равное половине ширины хода плюс берма безопасности, м; h — мощность фосфо­ ритного пласта, м; у, а, ß — углы естественного откоса вскрышного уступа, фосфоритного пласта и отвала, градус; В — ширина площадки под водоотводную кана­ ву, м; Нв — мощность вскрыши, м; kp— усредненный ко­ эффициент разрыхления пород вскрыши; А — ширина заходки, м; /?р — радиус разгрузки экскаватора, м; К — ширина предохранительной бермы на кровле пласта, м.

Буквенные обозначения в формулах (8) и ( 10), за исключением #„ и А, являются в данном случае вели­ чинами постоянными, следовательно, мощность вскрышйявляется функцией ширины заходки.

Экскаватором ЭШ-8/60 можно отработать участки месторождения с большей мощностью вскрыши, чем эк­ скаватором ЭВГ-6, т. е. практически все месторождение Маарду.

Опыт месторождения Маарду был использован на Кингисеппском, где с 1965 по 1968 г. происходил посте­ пенный переход с транспортной на бестранспортную си­ стему разработки с использованием шагающих экскава­ торов ЭШ-5/45, а затем, с увеличением мощности вскры­ ши— ЭШ-10/60 и ЭШ-15/90. Стоимость 1 м3 вскрыши при этом сократилась более чем в 1,5 раза.

Применение навесных рыхлителей и погрузчиков на пневматическом ходу

Применение навесных рыхлителей (по данным США) позволяет разрабатывать до 48% от общего объема грунтов, подлежащих предварительному рыхлению, с глубиной рыхления до 2 м и более. При использовании трактора-толкача навесными рыхлителями может быть разработано до 70% грунтов. Большое число различных типов навесных рыхлителей выпускаются фирмами США, ФРГ, Японии и др. Навесные рыхлители за рубе­ жом находят все большее применение в горном деле в сочетании с бульдозерами, скреперами, погрузчиками и др. Сравнительные данные о стоимости рыхления ме­ ханическим и буровзрывным способом (табл. 8) показы-

41

Т а б л и ц а 8 Стоимость рыхления грунта навесным рыхлителем по сравнению

с буровзрывным способом на карьерах США

вают, что применение навесных рыхлителей в несколько раз эффективнее буровзрывных работ.

Фирмой «Катерпиллер» проведены сравнительные ис­ пытания. Буровзрывные работы, погрузка экскаватором с емкостью ковша 2,3 м3 и транспортировка двумя само­ свалами емкостью 16,8 м3, с одной стороны, и навесной

та в первом случае 43,7 цента при производительности 229 м3/ч, а во втором — 13,5 центов при производитель­ ности 612 м3/ч. Стоимость рыхления 1 м3 составила при буровзрывном способе 18,9 цента, а рыхлителем 4 цента. Стоимость погрузки и транспортировки в первом случае 24,8 цента, а во втором — лишь 9,5 центов.

Эффективность применения навесного рыхлителя объ­ ясняется рядом преимуществ механического метода рых­ ления: более равномерным рыхлением, исключающим не­ обходимость вторичного дробления и облегчающим по­ грузочно-разгрузочные операции; отсутствием надобно­ сти в дорогостоящих взрывчатых веществах, складах ВВ, буровом оборудовании и средствах доставки ВВ; воз­ можностью использования такого горного оборудования, как скреперы, бульдозеры, погрузчики.

42

Верхняя часть скальной вскрыши месторождений зернисто-ракушечниковых фосфоритов представлена из­ вестняками, являющимися кондиционным сырьем для изготовления щебня. Применяемые для рыхления извест­ няка буровзрывные работы приводят к переизмельчению последнего и уменьшению выхода товарного класса.

Представляет также интерес рыхление крепких пород вскрыши и руды месторождения Маарду без буровзрыв­ ных работ.

Поэтому на месторождении фосфоритов Маарду бы­ ли проведены промышленные испытания с помощью стенда, состоящего из рыхлителя РМГ-2 конструкции ВНИИСтройдормаш на тягаче Т-34, по рыхлению изве­ стняков, оболовых песчаников и диктионемовых сланцев, пиритовых песчаников и оболового конгломерата (руды).

Цель промышленных испытаний — определение воз­ можности механического рыхления руд и пород, а также установление работоспособности конструкции рыхлите­ ля, оптимальных параметров процесса рыхления (глуби­ ны рыхления, расстояния между резами, формы режуще­ го наконечника); сопротивления руд и пород разруше­ нию, производительности рыхления.

Для определения сопротивления руд и пород рыхле­ нию применялся метод тензометрирования, аналогичный описанному выше.

При рыхлении известняка (рис. 9) разрушение его происходило по слоям, которые сдвигались под дейст­ вием рабочего органа относительно друг друга. Толщи­ на сдвинутого слоя за один проход 20—24 см, ширина •в среднем 1,5 м. Аналогичен характер разрушения дик­ тионемовых сланцев. Пиритовый песчаник благодаря не­ большой мощности взламывался легко. При рыхлении оболовых песчаника и конгломерата рыхлитель прорезал щели глубиной до 70 см, при этом прочность окружаю­ щего массива на расстоянии до 75 см в обе стороны и на глубину до 60 см снижалась. Руда рыхлилась легче, чем песчаник.

Разрыхленный таким образом оболовый песчаник при помощи параллельных резов, расстояние между которы­ ми до 1,5 м, хорошо перемещался бульдозером, двигаю­ щимся вдоль резов. Руда убиралась экскаватором сво­ бодно.

Удельное сопротивление разрыхлению: оболового

43

песчаника 22—34 кгс/см2; оболового конгломерата 16— 33. кгс/см2.

. Производительность по рыхлению, в среднем, м?/ч: известняка 910; пиритового . песч-аника 560; оболового песчаника 1250; оболового конгломерата 1600.

Рис. 9. Механическое рыхление фосфоритной плиты на Егорь­ евском месторождении

- Проведенные исследования показали, что форма на­ конечника рыхлителя для условий месторождения Маарду большого значения не имеет. Наличие площадки износа сказывается на эффективности работы рыхлите­ ля, поэтому наконечники следует наплавлять твердыми сплавами, и по мере износа восстанавливать до перво­ начальной формы.

Для рыхления фосфоритной руды месторождения Маарду необходим трактор мощностью двигателя 250 л. с. Навесной рвіхлитель на тракторе ДЭТ-250 мо­ жет быть применен для рыхления известняка при глуби­ не разрушения за один проход не более 30 см. Для про­ изводительной работы рыхлителя необходима мощность 350—500 л. с.

Рыхлители могут быть с успехом применены и на Кингисеппском месторождении, где скальная вскрыша

44

имеет небольшую мощность, а также и в тех местах, где горный отвод подходит близко к промышленным объ­ ектам и различным сооружениям, и для разрушения про­ слойков песчаника, содержащихся в рудном пласте.

Представляет большой интерес применение погрузчи­ ков на пневмоколеспом ходу как в комплексе с рыхли­ телями, так и в качестве самостоятельных погрузочных средств. На Кингисеппском месторождении эти мобиль­ ные машины позволяют более оперативно решать вопро­ сы погрузки руды, отличающейся большой изменчиво­ стью полезного вещества и вредных примесей по всей линии фронта горных работ. Целесообразно широко ис­ пользовать погрузчики при внедрении циклично-поточной схемы транспорта руды и вскрышной породы.

Создание этого вида обррудования является необхо­ димым для горной промышленности, в том числе и гор­ но-химического сырья.

Способ скважинной гидродобычи зернисто-ракушечниковых фосфоритов

Значительная часть запасов . зернисто-ракушечнико­ вых фосфоритов расположена на глубине более 20 м, а Также под водоемами, и отнесена к забалансовым. Мно­ гие участки находятся на сильно заболоченной местно­ сти. Эти факторы создают трудности при их отработке.

ГИГХСом предложен гидравлический способ добычи через скважины, который осуществляется следующим об­ разом: в пробуренную скважину диаметром 250—320 мм, закрепленную обсадной трубой, опускаются два трубо­ провода с гидроэлеватором и гидромонитором на конце. Струя воды из гидромонитора размывает рудоносный песок вокруг скважины и доставляет его к гидроэлева­ тору, который выдает пульпу на поверхность.

Опытные работы подтвердили принципиальную воз­ можность скважинной гидродобычи с помощью гидро­ монитора и гидроэлеватора.

В последующие годы проводились исследования гид­ роэнергетических параметров, условий размыва песков и их извлечения. Разрабатывалась конструкция гидро­ добычного агрегата. Был создан опытный образец теле­ скопного выдвижного гидромонитора, способного размы­

45

ры добывалось 500—700 т рудоносных песков. В настоя­ щее время создается первый самоходный гидродобычной агрегат, спроектирован и строится опытно-промышлен­ ный участок.

Этот способ добычи позволяет увеличить извлекаемые запасы зернисто-ракушечниковых фосфоритов. Однако на многие вопросы еще не получен ответ, в том числе на такие, как способы управления кровлей, система разра­ ботки, степень извлечения фосфоритного пласта и т. д.

Разработка фосфоритов за рубежом

Фосфаты зарубежных стран представлены в основ­ ном фосфоритами. В некоторых странах имеются место­ рождения апатита, однако доля их как в общих запа­ сах, так и в добыче невелика.

Западная Европа бедна фосфатным сырьем. Незначи­ тельные запасы апатита имеются в Испании, фосфорсо­ держащие известняки — во Франции и Бельгии.

Основные запасы фосфоритов зарубежных стран на­ ходятся в США, Северной Африке и на Ближнем Во­ стоке. В 1965 г. из общих запасов 71,2 млрд, т в Африке насчитывалось 35,9 млрд, т, из них в Марокко 30 млрд, т, в Америке 32,3 млрд, т, из них в США 29,3 млрд. т. В настоящее время запасы фосфоритов в Марокко опре­ деляются в 40 млрд. т. Зарубежные фосфориты характе­ ризуются высоким содержанием пятиокиси фосфора, до­ статочно мощными, пластами и сравнительно незначи­ тельной вскрышей.

В США залежи фосфоритов расположены на побе­ режье Атлантического океана в штатах Флорида и Тен­ несси, и в горном районе западных штатов (Скалистые Горы).

Наиболее распространены во Флориде месторожде­ ния морской фосфоритной гальки. Пласт залегает гори­ зонтально и состоит из фосфоритной гальки различного цвета и размера, песка, глины, мягкого фосфорита и кремнистого гравия. Размер гальки до 50 мм. Мощность пласта от 0,3 до 15 м, в среднем 3,5 м. Содержание галь­ ки в пласте от 8 до 50%, в среднем 25%. Минимальная продуктивность пласта 0,5 т/м2. Среднее содержание Р2О5 в руде 15%, а после промывки 30—35%. Участки, где содержание Р20 5 в промытой руде ниже 29,8%, счи­

46

тались нерентабельными. Вскрыша мягкая, наносы мощ­ ностью от 1,5 до 6 м в отдельных случаях доходят до 15 м, в среднем составляют 5 м. В почве фосфоритного пласта залегают мергель и известняк.

Бурые фосфориты Теннесси относятся к остаточным образованиям, связанным с выветриванием фосфатизированных известняков, некогда залегавших в верхних слоях. Фосфоритный пласт представляет собой большое количество фосфатных кусков и зерен в глинах и пе­ сках мощностью от 0,1 до 9 м, в среднем 2 м. Содержа­ ние Р2О5 32—36%- Вскрыша представлена фосфорсодер­ жащими известняками и глинами средней мощностью 6 м, в почве — известняк.

Фосфориты западных штатов морского происхожде­ ния в виде фосфатоносных сланцев, разведанных на глу­ бину до 1500 м. Мощность фосфатоносных сланцев от 22 до 54 м, в том числе богатая кондиционная толща от 1 до 2,1 м, с содержанием Р20 5 26—36%.

Фосфориты США разрабатываются: во Флориде — открытым способом, как правило, без применения буро­ взрывных работ; в Теннесси — открытым и подземным способами, в основном с применением буровзрывных ра­ бот, в Западных штатах преобладал подземный способ и лишь в 1954 г. начал широко применяться открытый, разрушение горных пород ведется преимущественно бу­ ровзрывным способом.

Во Флориде добывается более 70% всех фосфоритов США, остальная часть, примерно поровну, в Западных штатах и Теннесси.

Благоприятные горно-геологические условия Флори­ ды и Теннесси, наличие водных запасов позволили при­ менять гидравлический способ разработки рудного пла­ ста и пород вскрыши, а также транспортировки руды.

В зависимости от конкретных горно-геологических ус­ ловий в США применяются следующие схемы горных работ:

гидравлическая добыча руды с экскаваторной добы­ чей вскрыши для большей части месторождений фосфо­ ритной гальки во Флориде;

гидравлическая добыча и вскрышные работы — на некоторых месторождениях фосфоритной гальки во Фло­ риде;

экскаваторная добыча и гидравлическая вскрыша —

47

на месторождениях твердых фосфоритов и бурых фосфо­ ритов Теннесси;

экскаваторная добыча и вскрыша — на месторожде­ ниях твердых фосфоритов при мощных наносах с тяже­ лыми включениями и суровом климате.

Вскрышные работы производятся драглайнами с ем­ костью ковша от 13 до 100 м3.

Добыча фосфоритов осуществляется либо драглайна­ ми с укладкой в навалы и с последующей размывкой гидромониторами и гидротранспортом, либо гидравличе­ ским способом с гидротранспортом. Экскаваторная добы­ ча с вывозкой автотранспортом применяется редко.

При гидравлическом транспортировании происходит отмыв пород от руды и интенсивная дезинтеграция их, в результате чего получается высококачественный концент­ рат при минимальных денежных и трудовых затратах, это позволяет широко использовать гидравлическое транспортирование фосфоритной руды, иногда на рас­ стояние до 10 км.

Фосфоритные месторождения Северной Африки и Ближнего Востока расположены в Марокко, Испанской Сахаре, Алжире, Тунисе, АРЕ, Иордании, Израиле, Си­ рии, Ираке, Саудовской Аравии и Турции. Наибольшие запасы фосфоритов в Марокко. Перспективным является недавно открытый бассейн Испанской Сахары. Основным промышленным типом руд являются зернистые, продук­ тивные пласты пологозалегающие (1—25°), богатые по содержанию Р2О5, мощностью от 1 до 6 м, реже до 20— 33 м. Месторождения зачастую представлены свитами до четырех пластов, характеризуются несложным геоло­ гическим строением и слабой тектонической нарушен­ ноетью пластов фосфоритов и вмещающих пород. Пла­ сты залегают непосредственно на дневной поверхности, либо перекрыты вскрышей до 15—20 м.

Для стран этого района характерна разработка наи­ более богатых рудных месторождений и пластов. Напри­ мер, в Марокко добываются фосфориты, содержащие не менее 28% Р2О5, фосфориты с содержанием Р20 5 ниже 28%, залегающие в кровле или почве более богатых пластов, при их добыче безвозвратно теряются.

Несмотря на благоприятные горно-геологические ус­ ловия для открытого способа разработки в Марокко, Ту­ нисе, Иордании, немалый удельный вес составляет до­

48