Контрольные вопросы
1. Дайте определение повторной разработки руд. Условие эффективности повторной разработки?
2. Классификации запасов по условиям повторной разработки?
3. Возможные способы вскрытия запасов при повторной разработке, их достоинства и недостатки?
4. Охарактеризуйте условия образования провала на земной поверхности и забутовки выработанного пространства при повторной разработке с обрушением руд.
5. Конструктивные особенности технологических схем повторной разработки руд?
6. Перечислите требуемые меры безопасности при повторной разработке руд.
7. Характеристика рудных участков, подлежащих повторной разработке, на примере Никитовского ртутного месторождения?
8. Охарактеризуйте эффективность повторной разработки руд в условиях Жезказганского месторождения.
3. Технология разработки при выемке прикарьерных
запасов руд
3.1. Общие сведения
Со второй половины прошлого века вошли в применение три варианта комбинированного способа разработки:
1) последовательная подземно-открытая разработка;
2) последовательная открыто-подземная разработка;
3) совместная (одновременная) открыто-подземная разработка,
дальнейшее развитие которых можно представить в следующих принципиальных схемах (рис. 3.1).
Первый вариант комбинированного способа разработки имел широкое применение на Норильском, Хайдарканском, Лениногорском и Зыряновском комбинатах в 50-60-х годах, когда переводили действующие подземные рудники на открытый способ разработки. Причиной этому послужило перевооружение открытых работ, что способствовало резкому снижению себестоимости добычи полезных ископаемых данным способом.
Однако, для открытых горных работ характерна зависимость технико-экономических показателей от глубины разработки. При достижении карьером определенной, критической глубины резко снижается производственная мощность и возрастает себестоимость добычи. Наличие за предельным контуром карьера балансовых запасов приводит к применению последовательной открыто-подземной разработки.
а) б)
в) г)
д) е)
ж) з)
Рис. 3.1. Принципиальные схемы открыто-подземной разработки: а – последовательная открыто-подземная; б – последовательная подземно-открытая; в – совместная; г – совместная с восходящим порядком отработки этажей; д – последовательно-параллельная открыто-подземная; е – последовательная с открыто-подземным ярусом (ОПЯ); ж – совместная с ОПЯ; з – последовательно-параллельная с ОПЯ
При совместной разработке верхняя часть месторождения до определенной технико-экономической обоснованной глубины отрабатывается открытым способом, нижняя часть – подземным. Горные работы в обеих частях ведутся одновременно.
Совместная отработка отличается от других способов тем, что имеет дополнительные трудности в технологии очистных работ, как в карьере, так и в подземном руднике.
Поддержание бортов карьера в устойчивом состоянии требует выполнения определенного соответствия между геометрическими параметрами карьера, с одной стороны и горно-геологическими условиями, физико-механическими характеристиками горных пород и гидрогеологией месторождения – с другой. Это осложняется наличием и постоянным наращиванием пустот внутри борта карьера. Ведение подземных горных работ в бортах и под дном карьера вызывает перераспределение и увеличение напряжений в породах, что приводит к снижению прочности и устойчивости бортов.
Экскавация и транспортирование горной массы требует соблюдения безопасности при эксплуатации тяжелого оборудования от возможных провалов в подземные горные выработки. В связи с этим необходимо точно определять размеры потолочин над подземными пустотами, выбирать рациональные способы погашения этих пустот.
Несмотря на трудности технологии, совместная разработка месторождения получила большое распространение благодаря следующим преимуществам:
- максимально интенсифицируется отработка месторождения;
- имеется возможность отработать ряд месторождений, которые нецелесообразно разрабатывать только подземным или только открытым способом;
- в более короткий срок развить необходимую производительность рудника;
- обеспечивается более полное извлечение запасов руды, а также дополнительно вовлекается в разработку значительное количество бедных руд;
- в большинстве случаев значительно повышается эффективность капитальных вложений.
Эффективное использование преимуществ совместной разработки позволяет интенсифицировать отработку месторождений, получить высокие технико-экономические показатели при небольших первоначальных затратах средств.
Анализ практики применения комбинированной геотехнологии по нескольким десятков отечественных и зарубежных рудников, проведенный Институтом проблем комплексного освоения недр (ИПКОН РАН), показал, что наибольшее число рудников, осуществляющих комбинированную отработку запасов, приходится на предприятия по разработке руд цветных металлов и алмазов - более 60 %. Около 16 % предприятий ведут добычу железных руд. Более 10 % рудников разрабатывают месторождения нерудного сырья (известняк, строительный камень, асбест, магнезит), 7,4 % предприятий добывают урановые руды. При этом 60-65 % рудников осуществляют добычу подкарьерных запасов, находящихся ниже отметки дна карьера, и 15-18 % предприятий разрабатывают прибортовые запасы. Около 25 % рудников осуществляют добычу удаленных от карьера, отдельно залегающих залежей или участков месторождений по независимым от карьера технологическим схемам. Наибольшее распространение получила последовательная открыто-подземная выемка запасов.
Отработка прикарьерных запасов ведется в сложной геомеханической обстановке преимущественно системами с закладкой или камерными системами с открытым выработанным пространством, реже используются системы этажного и подэтажного обрушения. Это объясняется необходимостью сохранения устойчивости бортов карьера, подрабатываемой поверхности, транспортных и инженерных коммуникаций. В качестве закладочного материала широко используются породы вскрыши и отходы обогащения, что позволяет свести к минимуму размеры барьерных и междукамерных целиков, обеспечивает безопасность горных работ и наиболее полное освоение запасов месторождения.
Как правило, для поддержания производственной мощности некоторое время (обычно 2-5 лет) открытые работы совмещаются с подземными. Этот период совмещения получил наименование «переходного периода». Горный массив, разделяющий открытые и подземные работы называется переходной зоной.
Месторождение, разрабатываемое открыто-подземным способом представляет собой совокупность участков, каждый из которых требует к себе особого технологического подхода. Это обусловлено в первую очередь различным характером развития геомеханических процессов на определенных участках горного массива относительно предельного контура карьера. Поэтому очень важно классифицировать запасы месторождений, осваиваемых открыто-подземным способом.
Запасы переходных зон, расположенные на границе открытых и подземных горных работ за счет наличия на одном рудном поле оборудования и технологий различных способов разработки, предусматривают возможность сочетания элементов известных технологий различных горных работ. Варианты геотехнологии, осуществляемой комбинированными горными работами, характеризуются многообразием технологических схем, предполагающих различные комбинации оборудования и процессов открытых, подземных работ и физико-химических методов, возможным продольным, поперечным, радиальным и кольцевым развитием фронта горных работ с применением безуступной технологии и специальных методов добычи. Кроме этого они предполагают применение карьерных и шахтных транспортных коммуникаций, использование элементов систем разработки открытых и подземных, таких как закладка выработанного пространства, оставление рудных и породных целиков и создание искусственных, обрушение руды и вмещающих пород, пригрузкой бортов путем внутреннего отвалообразования.
Учитывая существенное влияние на выбор способа освоения участков месторождения качественного состава и горно-геологических условий залегания, а также месторасположения запасов относительно контура карьера и необходимость учета последнего фактора при расчете параметров элементов систем разработки, целесообразно все запасы, осваиваемые комбинированной геотехнологией разделять на 4 группы (рис. 3.2, 3.3): карьерные, расположенные в пределах карьерного поля и ограниченные предельным контуром карьера; открыто-подземные, осваиваемые комбинированными физико-техническими горными работами и непосредственно выходящие в предельный контур карьера; шахтные, расположенные в пределах шахтного поля и осваиваемые подземной геотехнологией; забалансовые - некондиционные руды, отработка которых экономически нецелесообразна физико-техническими геотехнологиями.
Рис. 3.2. Классификация запасов месторождений, осваиваемых комбинированной геотехнологией
Рис. 3.3. Схема к классификации запасов месторождений, осваиваемых комбинированной технологией: 1 – карьерные запасы; 2 – карьерные приконтурные запасы; 3 – открыто-подземные запасы; 4 – шахтные прибортовые; 5 – шахтные подкарьерные; 6 – шахтные, удаленные от контура карьера
Карьерные запасы делятся на 2 подгруппы: удаленные от контура карьера - выемка этих запасов не требует изменения традиционно применяемой в данных условиях открытой геотехнологии, и приконтурные - запасы, непосредственно примыкающие к предельному контуру карьера, отработка которых требует проведения комплекса специальных мероприятий по обеспечению устойчивости бортов и безопасности производства открытых горных работ в зоне влияния подземных.
Открыто-подземные запасы по положению относительно дна карьера разделяются на запасы в бортах и в дне карьера. Данный признак определяет особенности процессов, слагающих открыто-подземную технологию освоения этих запасов, и комплекс механизации комбинированных горных работ.
Шахтные запасы, расположенные в пределах шахтного поля, делятся по положению относительно контура карьерного пространства на прикарьерные (4,5 на рис. 3.3) и удаленные от карьера (6). Выемка удаленных от карьера запасов не требует корректировки технологических решений, принимаемых при подземной отработке запасов. Отработка прикарьерных запасов производится в зоне влияния карьера на напряженно-деформированное состояние массива, может сопровождаться выходом подземных блоков в карьерное пространство и приводить к возникновению гидро- и аэродинамических связей подземных выработок с атмосферой карьера. При обосновании параметров отработки указанных запасов следует учитывать эти особенности.
Прикарьерные запасы по положению относительно основания карьерного пространства делятся на прибортовые (4), расположенные в бортах, и подкарьерные (5), расположенные ниже уровня предельного положения дна карьера.
Основным признаком комбинированных геотехнологий является освоение месторождения подземным и открытым способами по единой технологической схеме. Большое внимание уделяется при этом схемам совместного вскрытия карьерного и шахтного полей.