Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ технологий и способов управления качеством рудопотоков при комбинированной разработке месторождений 7
1.1 Анализ технологических схем и параметров комбинированной геотехнологии на месторождениях с различными условиями залегания 7
1.2 Обобщение классификаций технологических схем при комбинированной разработки 22
1.3 Способы и требования к управлению качеством рудопотоков 36
1.4 Цели, задачи, методы исследований 39
2 Систематизация и типизация технологических схем комбинированной разработки в соответствии с горно-геологическими условиями месторождений 42
2.1 Обобщение горно-геологических условий применения комбинированной геотехнолгии 42
2.2 Систематизация и типгоация технологических схем комбинированной разработки 47
2.3 Формирование типовых конструкций горнотехнических систем комбинированной геотехнологии 53
2.4 Классификация способов управления качеством рудопотока при комбинированной разработке месторождений 78
Выводы 83
3 Исследование влияния распределения содержания и ценности полезного компонента в массиве на выбор способа управления качеством рудопотока комбинированной геотехнологии 84
3.1 .Закономерности распределения основных рудных компонентов в массиве месторождения и экономическая оценка затрат на управления качеством рудопотоков 84
3.2 Оценка влияния ценности руды по глубине месторождения на выбор горнотехнической системы комбинированной разработки рудных месторождений 94
3.3 Выбор горнотехнической системы с учетом способа управления качеством рудопотоков с учетом изменения ценности полезного компонента по глубине месторождения 99
3.4 Влияние доли богатых и бедных руд в массиве месторождения на выбор горнотехнической системы комбинированной разработке 107
3.5 Рекомендации применения систем и способов управления качеством рудопотока при комбинированной разработке 113
Выводы 126
4 Рекомендации по освоєнню У чал и некого месторождения и оценка их экономического эффекта 127
4.1 Выбор горнотехнической системы с учётом горно-геологических условий отработки 127
4.2 Обоснование способов управления качеством при комплексном освоении Учалинского месторождения 139
4.3 Оценка экономической эффективности технологических рекомендаций 141
Выводы 144
Заключение 145
Библиографический список 148
Приложение 158
- Обобщение классификаций технологических схем при комбинированной разработки
- Систематизация и типгоация технологических схем комбинированной разработки
- Оценка влияния ценности руды по глубине месторождения на выбор горнотехнической системы комбинированной разработки рудных месторождений
- Обоснование способов управления качеством при комплексном освоении Учалинского месторождения
Введение к работе
..Анализ горнотехнических:"условий эксплуатации рудных месторождений" свидетельствует о значительном снижении качества добываемого сырья и ухудшении горно-геологических характеристик при их разработке. При этом неравномерный характер распределения полезного ископаемого в массиве месторождения предопределил избирательную разработку богатых участков и оставление в недрах запасов руды с низкими качественными характеристиками. Для эффективного вовлечения бедных руд в эксплуатацию необходимо комплексное решение основных стратегических вопросов освоения недр и поиск рациональных способов управления качеством добываемого сырья с повышением полноты извлечения георесурсов.
Применение комбинированных геотехнологий позволяет на начальной стадии проектирования горнодобывающих предприятий выбирать рациональные способы управления качеством рудопотоков с открытых, открыто-подземных и подземных работ, функционирующих в единой горнотехнической системе, с целью повышения извлекаемой ценности добываемого полезного ископаемого и обеспечения полноты освоения месторождения в целом.
Неравномерный характер распределения полезных ископаемых в рудном массиве и изменение качественных характеристик руды по глубине месторождения под влиянием многочисленных геологических и эксплуатационных факторов определяют необходимость обоснования формируемых параметров рудопотоков в единой горнотехнической системе комбинированной геотехнологии с учетом распределения содержания полезных компонентов в массиве месторождения. Поэтому разработка методики выбора способов управления качеством рудопотоков с обоснованием их рациональных параметров в единой горнотехнической системе для данных горнотехнических условий представляет актуальную задачу.
Работа выполнена в рамках тематического плана ОНЗ РАН по направлению 6.16 «Крупные и суперкрупные месторождения стратегических видов ми-
нерального сырья: фундаментальные проблемы комплексного освоения и глу-. _.,бокой переработки», а также при поддержке гранта РФФИ № 03-005-64644.
Цель работы. Обоснование рациональных параметров рудопотоков при освоении комбинированным способом медно-колчеданных месторождений с различным распределением качества руды в массиве по глубине месторождения, обеспечивающих устойчивое эффективное функционирование горнодобывающих предприятий.
Идея работы заключается в повышении эффективности освоения месторождения комбинированной геотехнологией за счет оптимизации параметров рудопотоков с открытых, открыто-подземных и подземных работ в единой горнотехнической системе.
Основные задачи исследований:
разработка технологических схем формирования рудопотоков с рациональными параметрами с открытых, открыто-подземных и подземных работ в типовых горнотехнических системах;
исследование влияния способа управления качеством рудопотоков на эффективность функционирования горнотехнической системы при комбинированной геотехнологии;
разработка методики обоснования параметров рудопотоков с учетом распределения качества руды в массиве месторождения;
обоснование области рационального применения технологических схем формирования рудопотоков в типовых горнотехнических системах при комбинированной разработке медно-колчеданных месторождений.
Научные положения, представленные к защите:
1. Рациональные параметры рудопотоков при комбинированной геотехнологии освоения медно-колчеданных месторождений могут быть обеспечены только в рамках типовых горнотехнических систем, классифицированных по способам образования, использования и состояния технологического пространства.
Выбор рационального способа управления качеством рудопотоков при комбинированной геотехнологии освоения медно-колчеданных месторождений следует производить соответственно линейному характеру распределения содержания полезных.-компонентов в рудном массиве и изменяющемуся по глубине и мощности месторождения соотношению долей бедных и богатых руд.
При комбинированной разработке медно-колчеданных месторождений и доле богатых руд в массиве более 40% необходима селективная выемка запасов в системе «карьер - открыто-подземный рудник - шахта», а при меньшем количестве богатых руд целесообразна валовая выемка со стабилизацией качества на сепарационньгх установок.
Выдача двух объединенных рудопотоков богатых и бедных руд от открытых, открыто-подземных и подземных работ при параллельной схеме ком-бинированной геотехнологии целесообразно при повышении извлекаемой ценности богатой руды по отношению к бедной более чем в три раза.
Научная новизна работы:
Установлены зависимости рациональных параметров рудопотоков, формируемых при освоении месторождений комбинированной геотехнологией, от ценности и характера распределения полезного компонента как по глубине, так и по мощности месторождения.
Разработан алгоритм выбора способа управления качеством рудной массы с обоснованием рациональных параметров рудопотоков в единой горнотехнической системе комбинированной геотехнологии, отличающийся учетом распределения качественных характеристик руды в массиве месторождения.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается сопоставимостью расчетных и фактических технико-экономических показателей функционирования технологий горно-перерабатывающих предприятий, а также статистической обработкой результатов исследований.
Практическая значимость работы состоит в разработке методики выбора рационального способа управления качеством рудопотоков и обоснования их
б параметров в единой горнотехнической системе освоения медно-колчеданных месторождений комбинированным способом, а также в разработке технологических схем формирования рудопотоков в типовых горнотехнических системах.
Реализация рекомендаций. Результаты исследований внедрены на Уча-линском руднике при отработке рудной потолочины. Экономический эффект составил 88,37 млн руб. в ценах на 01.01.2004 г.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 6 работах.
Апробация диссертации. Результаты работы докладывались и обсуждались на международных конференциях «Комбинированная геотехнология: развитие способов добычи и безопасность горных работ» (Магнитогорск, Сибай, Аркаим, 2003 г.) и «Комбинированная геотехнология: масштабы и переспекти-вы» (Магнитогорск, Учалы, 2005 г.), Неделя горняка (Москва, МГТУ, 2005 г.); на технических советах Учалинского ГОКа; на ежегодных научно-технических конференциях МГТУ,
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, библиографического списка из 106 наименований и содержит 162 стр. машинописного текста, 82 рисунка, 16 таблиц.
Работа выполнена в Магнитогорском государственном техническом университете им. Г.И. Носова на кафедре "Подземная разработка месторождений полезных ископаемых". Исследования, представленные в диссертации, выполнялись в рамках госбюджетной и хоздоговорных НИР.
Автор выражает глубокую признательность научным сотрудникам отдела теории проектирования освоения недр ИПКОН РАН, факультета горных технологий и транспорта МГТУ им. Носова и специалистам Учалинского ГОКа за ценные советы и оказанную помощь в выполнении работы.
1. Анализ технологии и способов управления качеством рудопотоков при комбинированной разработке месторождений
1.1. Анализ технологических схем и параметров комбинированной геотехнологии па месторождениях с различными условиями залегания
При комбинированной разработке месторождений добыча полезных ископаемых ведется в пределах одного рудного поля открытым и подземным способами, поэтому комбинирование их в той или иной форме осуществлялось с давних времен как на зарубежных рудниках, так и в России. Современные требования к освоению недр предполагают повышение полноты качества извлечения добываемого сырья на всех этапах разработки. Одним из условий качественного освоения месторождений комбинированным способом является эффективное использование горнотехнических систем открытого и подземного рудника. Рациональное сочетание систем и технологических процессов позволяет повысить комплексность освоения недр, качество добываемого сырья и снизить себестоимость добычи руды, особенно за счет применения в переходных зонах технологий, основанных на рациональном сочетании технологических процессов различных способов добычи.
Для анализа опыта отработки запасов комбинированным способом рассмотрим наиболее характерные технологические схемы применения на зарубежных и отечественных рудниках разрабатываемых месторождений в последовательном и параллельном режиме развития открытых и подземных работ при сочетании технологических процессов в переходной зоне.
Рудник Кируна (Швеция) [47,105, 102, 100, 15] месторождения Кирунава-ра представлено магнитным железняком с небольшим количеством гематита и различным содержанием апатита. С понижением горных работ содержание апатита снижается. Протяженность рудного тела составляет 3,5 км, а мощность колеблется от 28 до 200 м.
Месторождение отрабатывается последовательно. Верхняя часть запасов отработана карьером. Подземные работы первоначально велись системой с ма-
газинированием руды, однако эта система не позволяла применить селективную разработку, В настоящее время на руднике добыча руды ведется системой с обрушением и торцевым выпуском, которая позволяет использовать селективную добычу руды различного качества (рис. 1.1). Себестоимость добычи близка к получаемой при системе с магазинированием руды. В зависимости от содержания в руде железа и фосфора рудопотоки разделяются на 5-7 сортов и выдаются раздельно на поверхность по 8 рудоподъемным стволам. Селективная схема добычи и разделение рудопотоков позволили предприятию повысить эффективность разработки в усложняющихся условиях горных работ.
Рис 1.1. Схема добычи и транспортирования руды на руднике Кируна: 1 - карьер; 2 - рудоприемный ствол; 4 - подъемные установки;
5 - дробилки; 6 - бункера; 7 - ленточный конвейер; 8 - сортировочная; 9 - откаточные выработки
Рудник Страсса (Швеция) [4] разрабатывает месторождение железистых кварцитов с утлом падения 45-70. После извлечения верхней части залежи открытым способом придонные запасы отработаны открытыми выходящими в карьер камерами высотой 50 м (рис. 1.2), причем обуривание верхней части камер производилось карьерным оборудованием.
Проходка откаточных штреков осуществлялась на границе камер через 24 м, а между ними, посередине камеры, располагались буро-подсечные орты. Через каждые 9 м они сбивались выработками доставки, в которых работали са-
моходные погрузодоставочные машины. Однородность состава руд предопре' делила применение валовой выемки.
Рис. 1.2. Схема комбинированных горных работ на шведском руднике Страсса: 1 - откаточный орт; 2 - буро-подсечной орт; 3 - карьер; 4 - отрезная щель; 5 - штреки погрузки; 6 - буровые скважины
- *-
Объектом освоения рудника Флин-Флон (Канада) [88, 84, 78] является крутопадающая залежь, сложенная крепкими массивными сульфидными рудами. Верхняя часть залежи до глубины 84 м отработана карьером (рис. 1.3).
Между карьером и шахтным полем оставлен горизонтальный рудный барьерный целик мощностью 40 м. Подкарьерные запасы отработали открытой камерой высотой 60 м с размерами в плане 30x66 м. На подземных работах применялись камерные системы с подэтажной отбойкой руды и валовой выемкой, ширина камер 30 м, длина до 80 м, высота 60 м, между камерами оставляли вертикальные целики мощностью 12-24 м.
В связи с высокой ценностью руды на руднике принята комбинированная схема выдачи руды по сортам. Следует отметить, что исключение (или снижение) смешивания руды на этом руднике обеспечивалось за счет четкой организации работ по загрузке в бункера, дроблению и подъему горной массы, а также регулированию объемов медных и цинковых руд.
Рудник Принс Лайэл (Австралия) [86]. Рудные тела представлены рядом параллельных линз, содержат 400 млн т руды со средним содержанием меди 1%, длина по простиранию 360 м, средняя мощность 61м, угол падения 70-80.
КмГТ
-—«»
Рис 1 3 Вариант применения комбинированной геотехнолопии на руднике
' Флин - Флон (Канада): 1 - уступы карьера; 2 - придонные запасы; 3 - барьерный целик; 4 - выемочные камеры
Отработка месторождения осуществлялась по последовательной схеме. Большая часть запасов отработана системой подэтажного обрушения с торцевым выпуском, при которой исключается проблема выемки целиков и требуется меньший объем подготовительных работ. Потери и разубоживание руда составили 20-25 %
Для отработки запасов, расположенных в бортах и под дном карьера, применяли систему подэтажной выемки с открытым очистным пространством. При этом подготовительные выработки проводились непосредственно из карьера. Низкое разубоживание и высокое качество руды, извлекаемой из забоев первой очереди, позволило добиться быстрой окупаемости затрат на этапе перехода на
подземную разработку.
Рудник Фииш (ЮАР) [101] разрабатывает месторождение последовательным открыто-подземным способом. После достижения карьером предельной глубины 388 м осуществился переход на подземную отработку прибортовых запасов, расположенных в рудных треугольниках висячего и лежачего боков и торцевых частях кимберлитовых трубок.
В карьере размещена дробилка и приемный бункер для доставки рудной массы к конвейеру. К приемному бункеру руда доставляется карьерными автосамосвалами фирмы «Комацу». Вскрышные породы выдаются карьерным авто-
II
транспортом во внешние отвалы. Погашаемые борта карьера крепятся с помо
щью тросового крепления. * -"— :
Добыча руды ниже дна карьера осуществляется системой подэтажных штреков с открытыми камерами. Горная масса с добычных горизонтов перепускается по девяти вертикальным рудоспускам, пройденным во вмещающих породах, на конвейерный горизонт 650 м. В нижней части каждого рудоспуска установлены дробилки, где руда дробится до крупности 300 мм.
Из-за значительных внутренних включений пустых пород предусмотрены меры для раздельной выдачи руды и породы. Основной ствол используется исключительно для выдачи руды, а разведочный ствол углубляется, оборудуется подъемной машиной и используется для выдачи породы.
Рудник Кидд Крикк (Канада) [70, 84, 97, 59] разрабатывает последовательным открыто-подземным способом месторождение сплошных прожилково-вкрапленных полиметаллических руд, представленное двумя рудными телами общей длиной 670 м и максимальной шириной 163 м. Угол падения залежей 85. Руды содержат небольшое количество серебра, меди и большое количество цинка.
Запасы вскрыты вертикальным стволом, оборудованным скиповым подъемом и вспомогательным наклонным съездом прямоугольного сечения, заложенным в откосе борта карьера на глубине 24м от поверхности. Принятая схема вскрытия обеспечила быстрый ввод подземного рудника в эксплуатацию.
Отработка подкарьерных и прибортовых запасов производилась системой подэтажных штреков с оставлением междукамерных и барьерных целиков. После выемки камерных запасов, закладки выработанного пространства и завершения работ в карьере была осуществлена выемка междукамерных и барьерных целиков (рис 1.4). Применение камерно-целиковой системы позволило снизить разубоживание при отработке камер первой очереди. Руда и порода из очистных и проходческих работ по рудоспускам транспортировалась в аккумулирующие бункеры, предназначенные для двух сортов руды и породы.
Рис. 1.4. Схема освоения запасов на руднике Кидд-Крикк (Канада): Ї - карьер; 2 - буровые выработки; 3 - погрузочно-транспортные выработки; 4 - камеры, отработанные в борту карьера; 5 - вентиляционный восстающий; 6 - подэтажные штреки
Рудник Элен (Канада) [88,98,103,99] разрабатывает месторождение железных руд мощностью от 18 до 90 м с утлом падения 70-80. До отметки 422 м разработка велась открытым способом, после этого осуществлен последова-. тельный переход на подземную отработку законтурных запасов. Приконтурные запасы отработаны открытыми в карьер камерами (рис. 1.5), верхняя часть которых обуривалась из карьера нисходящими скважинами. Между открытыми камерами оставлены мощные междукамерные целики, которые обеспечивают устойчивое состояние массива и предотвращают разубоживание руды боковыми породами.
Рис. 1.5. Схема перехода на подземные работы на руднике Элен (Канада)
Рудник Броукен-Хилл (Австралия) [87] эксплуатирует месторождение медно-цинковых руд высокой ценности. Месторождение представлено отдельными линзами мощностью до 60 м. Верхняя часть его отработана карьером
длиной 1200 м, глубиной 90 м. На подземную разработку перешли после завершения открытых работ в карьере, оставив в дае карьера барьерный целик мощностью 40 м (рис. 1.6). Наличие барьерного целика обеспечило надежную изоляцию подземного рудника от атмосферы карьера и явилось эффективной мерой по предотвращению разубоживаяия ценных руд обрушающимися с бортов карьера пустых пород.
Барьерный целнк в дне карьера отрабатывали горизонтальными слоями с закладкой, этот вариант использован и для отработки нижележащих горизонтов. Для изоляции очистного пространства в период выемки барьерного целика оставляли изолирующую рудную корку толщиной 5-6 м. Кроме того, для предотвращения разрушения целика и подвижек пород висячего бока в искусственном массиве по мере выемки запасов формировали поддерживающие цели-ки.
Рис. 1.6. Схема отработки прикарьерных запасов на руднике Броукен-Хилл
(Австралия): 1 - карьер; 2 - закладочный штрек; 3 - породоспуск; 4 -крепь; 5 - рудоспуск
Вишневогорское месторождение [93] пирит-хлоритовых руд разработано комбинированным способом с целью интенсификации выемки запасов с совмещением во времени открытых и подземных работ. На границе между карьером и шахтным полем был предусмотрен барьерный целик мощностью 15 м. Отработка прикарьерных запасов подземным способом была произведена заблаговременно камерно-столбовой системой разработки (рис. 1.7).
В настоящее время открытые работы не ведутся. Мощность оставленного для изоляции подземных выработок барьерного целика составляет 5 м. Пространство карьера используется для размещения пустых пород, проходки геологоразведочных штолен. Осложнений по устойчивости целика не зафиксировано.
Рис. 1.7. Схема комбинированной отработки Вишневогорского месторождения
Енский рудник [70] разрабатывает последовательным открыто-подземным способом пологопадающую залежь слюды. Подкарьерная часть залежи мощностью 8-20 м, длиной 53-83 ми крепостью руд 10-14 по М.И. Протодьяконову отработана открытыми камерами высотой 80 м, шириной 20 м с выходом камер в выработанное пространство карьера.
Рис. 1.8. Схема отработки переходного этажа на Енском руднике
Промышленные испытания показали возможность и высокую эффективность такого варианта разработки. Высокая устойчивость при обнажении вмещающих
пород обеспечила отработку подкарьерных запасов с высоким качеством извлечения слюды.
Гайское месторождение [93,58,77] медно-цинковых руд является одним из наиболее богатых-месторождений меди и цинка в России. Оно представлено пятью рудными залежами пластообразной формы. Основные запасы руды со-. средоточены в залежах №1 и 2 мощностью от 8 до 180м. Месторождение разрабатывалось одновременно открытым и подземным способами с совмещением в вертикальной плоскости. Богатые медно-цинковые руды расположены на значительной глубине и отрабатываются подземным способом этажно-камерной системой с закладкой, более бедные руды извлекались карьером. Открытые и подземные работы были сначала разделены рудным, а затем искусственным целиком мощностью 60-80 м (рис. 1.9). Первичные камеры рудного целика отра-батывались по богатым рудам «стержневой» линзы с последующим заполнением выработанного пространства сухой закладкой из вмещающих пород. Междукамерные целики отрабатывались открытым способом до достижения карьером зоны подземных работ.
Таким образом, для разработки месторождения был запроектирован комбинированный способ с параллельным и последовательным осуществлением открытой и подземной геотехнологии. В период, когда на открытых работах осуществлялось вскрытие рудных тел, на подземных работах в течение четырех лет производилась выемка камерных запасов, после чего они консервировались почти на 20 лет до отработки руды открытым способом, а затем работы возобновлялись для выемки законтурных запасов руды в бортах карьера.
Учитывая высокую ценность руды, разработана и внедрена специальная технология добычи открытым способом при нормативных потерях руды, допускаемых на подземных работах, которая предусмотрена при извлечении оставленной в рудных корках, зависшей на лежачем боку и обрушающейся из междукамерных целиков и потолочин руды в условиях производства закладочных работ.
16 Внедрение на Гайском горно-обогатительном комбинате комбинированного метода разработки с параллельным ведением открытых и подземных'работ'' позволили увеличить в 1,5 раза интенсивность отработку месторождения, обеспечить высокий уровень извлечения (95%) из недр при невысоком разубожива-нии, а также получить такое усреднение руд, которое позволило бы достичь высокое содержание меди в руде в течение длительного времени.
Рис 1.9. Схема отработки Гайского месторождения комбинированным способом (нумерация)
Сибайское месторождение медно-колчеданных руд (Башкортостан)
[33,90] проектировалось к отработке комбинированным способом. По проекту
глубина открытых горных работ должна была составить 469 м, но в связи с за-
: держкой строительства подземного рудника предприятие было вынуждено осуществить пять реконструкций карьера до отм. 504 м, после которых дальнейшее производство горных работ стало небезопасно. Из-за снижения качества руды на нижних горизонтах подземного рудника и недостаточности объемов эксплуатируемых запасов для эффективности подземной отработки строительство подземного рудника приостановлено. В настоящее время доработка более 20 млн т медно-колчеданных руд, оставленных в бортах и основании карьера,
:; весьма проблематична и, по сути, эти запасы уже списаны с баланса предприятия.
Анализ условий отработки Сибайского месторождения показал, что отсутствие единого стратегического подхода к освоению месторождения негативно
сказывается на эффективность его отработки, ведет к задержке строительства подземного рудника, необоснованному увеличению глубины карьера ив конечном итоге к безвозвратным потерям руды.
\
Іг h if
Рис. 1.10. Сибайское медно-колчеданное месторождение
-Учалинское медно-колчеданное месторождение (Башкортостан) [12,14,51], сложенное сплошными медно-сульфидными рудами с коэффициентом крепости 11-15 по шкале М.И. Протодьяконова, разрабатывается открыто-подземным способом (рис. 1.11). Месторождение представлено крупным што-кообразным рудным телом с пережимом в середине, вытянутым в меридиональном направлении и имеющим крутое падение к западу 80-85. Протяженность залежи составляет 1400 м, мощность колеблется от 2 до 170 м, в среднем 80 м.
Для интенсификации наращивания производственной мощности Учалин-ского подземного рудника с 1986 г. одновременно с доработкой карьера осуществляется подземная выемка запасов в северном борту карьера, в основании южного и северного флангов и в пережиме рудного тела. Все очистные работы ведутся системами с твердеющей закладкой. Выемка запасов в южной части карьера осуществлялась камерами высотой 20 м, шириной 8 м, длина определяется размерами рудного тела, в среднем 30 м. Отработка запасов производится по камерно-целиковой схеме и всплошную в направлении от поверхности откоса в массив с оставлением пятнадцатиметрового барьерного целика.
Рис.1.П. Схема отработки запасов Учалинского месторождения: 1 - контур рабочего борта карьера; 2 - предельный контур карьера; 3 - камерная выемка в северном борту карьера; 4 - искусственная потолочина; 5,6 - камерная выемка запасов под временной рудной потолочиной
На северном фланге для отработки запасов в основании карьера создано искусственное перекрытие мощностью 8 м. Мощность слоя закладки и ее нормативная прочность 5 МПа определялись из условия подработки камерами, ориентированными вкрест простирания, шириной 8 м, длиной 40-50 м, высотой 40м.
Накопленный Учалинским комбинатом опыт отработки прикарьерных запасов подтвердил целесообразность вскрытия и подготовки прикарьерных запасов из карьера; показал, что развитие в приконтурной зоне подземных работ на различных участках залежи одновременно с доработкой карьера обеспечивает возможность стабильного наращивания производственной мощности рудни-; ка.
Алмазная трубка «Интернациональная» (Якутия) разрабатывалась на глубину 300 м открытым способом, после чего карьер был затоплен и осуществлено строительство подземного рудника. Между карьером и подземными работами оставлен рудный целик мощностью 450 м (рис. 1.12).
Отработка запасов первого подземного VI горизонта велась слоевой системой с закладкой в восходящем порядке, В результате подработки вышележащих запасов произошло разупрочнения массива, и рудник был вынужден перейти на нисходящий порядок отработки слоев с креплением очистных выработок первого слоя, что повлекло удорожание и снижение интенсивности отработки.
мгщр карьера
ftmip /bvm-fftt) Лгіаия
poGom под tecdpLnfB6a***< 1 ОаЗано&ьп c/osrt
A_Jjxmm_Qosbmi)r лтп&
Рис. 1.12. Схема отработки запасов алмазной трубки «Интерациональная»
* Как показали геологоразведочные работы, с увеличением глубины содержание алмазов снижается, а запасы с высоким содержанием были оставлены в рудном неразработанном массиве. На данный момент проект на отработку этих запасов отсутствует в связи со сложностью осушения карьера, снижением механических характеристик подработанного карьера, а также влиянием Метеге-раического водоносного комплекса.
Комбинированные методы освоения месторождений предполагают не только сочетание открытого и подземного способов разработки, но и совместное использование физико-технических и физико-химической технологий, основанных на сочетании открытого, подземного способов с подземным и кучным выщелачиванием. Данный способ комплексного освоения месторождений получил более широкое развитие за рубежом.
В начале XX века в США возникла идея дополнительного извлечения меди путем подачи воды в старые разрушенные выработки на рудниках, которые не окупали затрат на дальнейшую подземную эксплуатацию [90]. Развитие во время Первой мировой войны гидрометаллургии, кучного выщелачивания позволило перейти от процессов саморастворения меди в рудничных водах к искусственному выщелачиванию. Для этого с поверхности подавалась вода с растворителем - раствором серной кислоты с сульфатом окиси железа. Эта идея раз-
вилась и опробывалась в США на нескольких рудниках: в 1919 г. - рудник Огайо, Бьютт, Коппер-Квин; в 1924 г. - рудник Копенея (Мексика). Метод оказался весьма рентабельным. За первые три года работы рудника Копенея было получено 4006-т металлической меди, причем добыча стала в несколько раз дешевле обычной добычи и выплавки.
В 1971 году для доработки законтурных запасов карьера подземное выщелачивание было применено на руднике "Бит Майк" (штат Невада). В дне и бортах карьера остались около 475 тыс. т смешанных руд с содержанием меди около 2 %. Из сульфидных минералов чаще всего встречался халькозин. Подготовка руды к выщелачиванию заключалась в дроблении ее массовым взрывом (скважины бурились в дне и бортах карьера). Было раздроблено 600 тыс. т горной массы. Размер куска достигал 230 мм. Перед выщелачиванием были проложены новые дороги и выровнены площадки орошения. Они были оборудованы перфорированными полиэтиленовыми трубами диаметром 50 мм. Расход реагента при разбрызгивании составил 0,8 м3/мин. Использовались водные растворы серной кислоты с рН=1,5-2. Продуктивные растворы дренировали в основание карьера и оттуда откачивались по скважинам. Орошение осуществлялось 1 раз в неделю. Медь из растворов извлекали на цементационной установке. За все время работы участка подземного выщелачивания было получено 7267,5 т меди. Себестоимость 1 кг составила 31,5 цента, что в несколько раз дешевле меди, получаемой традиционным способом .
В России тоже были попытки применения выщелачивания для доработки месторождений меди. Примером являются Блявинское и Дегтярское месторождения.
В 1959 г. отработка Дегтярского рудника велась методом слоевого обрушения, в результате в недрах было потеряно большое количество руды. Для доработки запасов предлагалось добывать медь из этих руд подземным выщелачиванием. Обработке подвергалась нижняя выклинка месторождения с запасами меди около 2300 т. Отработанный участок орошали водой через пробуренные с поверхности скважины и через трещины зоны обрушения. Орошали участок по простиранию рудного тела Чтобы не происходило интенсивного охла-
ждения, одновременно воду пускали не более чем в две линии скважин, в каждую скважину подавали за 1 ч не более 3-4,5 м3 воды, а на весь орошаемый уча-сток - не более 600-650 м /ч. Продолжительность орошения для выщелачивания составляла 15 дней. Среднее содержание меди в рудничных водах изменилось с 0,3 до 0,8 г/л. При введении в работу новых скважин содержание меди в водах увеличивалось и в среднем в продукционных растворах составило 6 г/л. За семь месяцев работы было добыто 461 т меди [95].
На Блявинском месторождении из подземных объектов выщелачивания медных руд получены сотни тонн меди. Руды восточной линзы имеют мощность от10до20ми угол падения 55. Непосредственно на поверхность они не выходят. Медные минералы представлены халькопиритом и ковелином. Подготовка к выщелачиванию - обуривание рудного массива скважинами с поверхности ^глубиной до 95 м. Нижняя часть скважин, проводимая по руде, предназначалась к взрыванию на компенсационный объем выработок от старых горных работ. Удельный расход ВВ составил 0,7 кг/м . Для улучшения дробления рас-ход был увеличен до 1,5 кг/м . Верхняя часть скважин, проводимая по покрывающим породам, обсаживалась трубами диаметром 108 мм и в дальнейшем использовалась для орошения. Для увеличения выхода меди применялся метод иммерсионного выщелачивания (затопления), а для интенсификации процесса -аэрация растворов орошения.
По мнению В.К. Бубнова [И], разработка месторождения только физико-химическими методами экономически неоправдана из-за длительности и сложности протекающих процессов. Применение же подземного выщелачивания для освоения потерянных запасов при наличии подземных выработок может приносить прибыль, но широкое развитие данного способа сдерживается длительностью течения химических процессов.
Выполненный анализ опыта отработки месторождений с различными условиями залегания показал, что, как правило, составляются раздельные проекты на открытые и подземные работы без учета распределения качества по объемам месторождения, что исключает возможность применения современных способов управления качеством рудопотоков при комбинированной разработке.
В большинстве случаев применяется последовательная схема разработки месторождений, а для вскрытия запасов, подлежащих добыче подземным способом, используются традиционные способы вскрытия выработками, располагаемыми за пределами зон сдвижения, поэтому характеризуются повышенными объемами капитальных работ, увеличенными сроками строительства рудников из-за необходимости размещения стволов на удаленном расстоянии. Вследствие чего возникает отставание строительства подземного рудника, что приводит к необоснованному увеличению глубины карьеров и потере балансовых запасов в рудных треугольниках в основании бортов карьера.
Перспективы развития комбинированного способа на рудных месторождениях и накопление многочисленного опыта в различных вариантах развития горных работ предполагает необходимость его обобщения, установления основных закономерностей изменения технико-экономических показателей, систематизации и типизации технологических схем и процессов. Существенное влияние на экономические показатели разработки оказывают способы управления качеством рудопотоков, что предполагает необходимость разработки методики выбора предпочтительного варианта горнотехнической системы, предусматривающей применение рационального способа управления качеством ру-допотока в конкретных горно-геологических условиях.
1.2. Обобщение классификаций технологических схем комбинированной разработки
Вопросы классификации способов комбинированной разработки месторождений при развитии фронта работ различными сочетаниями технологических процессов открытых, подземных и открыто-подземных работ являются одним из важнейших в теории и практике разработки рудных месторождений комбинированным способом. Многообразие технологических схем комбинированной разработки с различными сочетаниями техники и технологии обусловливают необходимость систематизации вариантов для обеспечения возможности комплексного проектирования комбинированной геотехнологии [70]. Развитие
классификаций характеризуется введением новых классификационных признаков, дополнением и уточнением действующих. При этом дополняется и уточняется и само понятие комбинированного способа.
Проблемы классификации комбинированной разработки в различных аспектах рассмотрены в работах: акад. МИ. Агошкова, Н.В. Мельникова, В.В. Ржевского, К.Н. Трубецкого, чл.-корр. РАН Д.Р. Каплунова, проф. П.Э. Зурко-ва, В.А. Щелканова, М.Ф. Шнайдера, В.К. Вороненко, Ю.В. Демидова, А.Д. Черных, Г.Г. Ломоносова, П.П. Бастана, М.Г, Новожилова, В.Н. Попова, В.Н. Калмыкова, М.В. Рылышковой, И.Т. Слащилина.
Наиболее интенсивное развитие теория комбинированной разработки получила с конца 60-х до середины 70-х годов. Именно в этот период вышли в свет фундаментальные труды, посвященные многим аспектам развития этого способа [75]. Одним из первых ученых, определивших характерные особенности открыто-подземного способа разработки был П.Э. Зурков [20]. В основу классификации вариантов выемки переходных зон при комбинированной разработки, Зурков П.Э. [26] положил способ управления состоянием подрабатываемых бортов карьера, а в качестве дополнительных признаков - технологические особенности операций по обрушению или поддержанию бортов, указал область применения способов по углу падения залежи (табл. 1.1). В классификации основное внимание уделено способу управления состоянием массива, при этом вопросы интенсификации горных работ и способа управления качеством добываемого сырья не рассматривались.
Рассматривая методологические основы комплексного проектирования комбинированной разработки месторождений, Д.Р. Каплунов [39] в качестве базы для проектирования выделяет параллельную, последовательно-параллельную и последовательную открыто-подземную разработку, отмечая, что в последнем случае между окончанием открытой и началом подземной разработки имеется значительный (до 10 лет и более) промежуток времени. Автор подчеркивает, что различия между этими видами комбинированной разработки
состоят не только в фактическом времени совмещения работ, но и в механизме осуществления капиталовложений.
Таблица 1.1
Классификация открыто-подземных методов разработки переходных этажей
(по П.Э. Зуркову)
При параллельной схеме разработки месторождения капиталовложения на строительство карьера и рудника осуществляются одновременно, и их суммарный объем определяет высокую стоимость строительства предприятия. При последовательно-параллельной разработке капиталовложения осуществляется последовательно, и строительство подземного рудника фактически осуществляется за счет средств амортизационного фонда, сформированного в период эксплуатации карьера. При последовательной разработке ведется строительство двух независимых предприятий с собственными объемами капитальных затрат.
Также Д.Р. Каплунов определил предпочтительные варианты развития горных работ для месторождений с-различной ценностью минерального сырья.
В основу классификации способов комбинированной разработки месторождений Б.П. Юматов положил очередность (последовательность) развития открытых и подземных работ и степень их совмещения [94]:
группа - с последовательным переходом от открытых на подземные горные работы;
группа - с последовательным переходом от подземного способа на открытые горные работы;
группа - одновременная разработка месторождений открытыми и подземными работами в течение продолжительного времени.
* В соответствии с этим все месторождения, разрабатываемые комбинированным способом, Б.П. Юматов делит также на три группы, дает характеристику месторождений и технологии их отработки. При этом отмечается, что почти во всех случаях комбинированной разработки, в так называемый переходный период осуществляется одновременная разработка месторождения открытым и подземным способами.
Для месторождений первой группы период перехода с открытого на подземную разработку характеризуется слабым развитием техники открытых работ и резким отставанием вскрышных работ. В отдельных случаях с целью наиболее полного использования преимуществ одновременного ведения открытых и подземных работ период перехода осуществляется в течение достаточно продолжительного времени (рудники Кируна, Бит - Хол и др.).
Для месторождений второй группы характерны специфические особенности, предопределившие последовательный переход от подземных работ на открытый способ разработки по технологическим причинам (например, вследствие повышенной пожароопасное медно-колчеданных месторождений) или по экономическим причинам (например, более низкие качественные показатели руды в верхней части месторождения - месторождение «Желтые воды», Украина).
К третьей группе относятся действующие карьеры, в бортах которых, а иногда и внутри контура, закладываются шахты и штольни, или в шахтном поле наиболее благоприятные участки разрабатываются открытым способом, или если с самого начала месторождение разрабатывается комбинированным способом (открытым и подземным, например, Златоуст-Беловское месторождение в Казахстане).
Следует отметить, что такое деление месторождений носит временный (исторический) характер. В результате развития техники и технологии изменения геологических условий способ отработки месторождений меняется.
Классификация А.А. Вовка и Г.И. Черного [8] является развитием классификации Б.П. Юматова, дополнительно содержит требования к методам и сие- * темам ведения открытых и подземных работ. Все возможные виды комбиниро-ванной разработки разделены на 6 классов (табл. 1.2) в зависимости от направления развития горных работ во времени и в пространстве и с учетом вида применяемого оборудования.
В классификацию введены способ шнекобуровой выемки из карьера и способ ведения подземных очистных работ из карьеров или въездных траншей. : Последний предполагает вскрытие и отработку запасов штольнями из карьера и использование карьерных транспортных путей для вывоза полезных ископае- мых из зоны подземных работ, а карьерного пространства - для вентиляции подземных выработок.
В классификации В.А. Щелканова [93], получившей наиболее широкое ; распространение, углубляются положения вышерассмотренных классификаций '. и дополнительно вводятся количественные показатели, характеризующие степень совмещения работ во времени, в пространстве, тесноту технологической : взаимосвязи горных работ (табл. 1.3).
За основной признак деления способов комбинированной разработки принят коэффициент совмещения открытых и подземных работ во времени, равный отношению времени одновременного ведения горных работ к общему сроку отработки месторождения. По этому признаку комбинированная отработка
месторождения делится на три группы: с полным совмещением и одновременным ведением открытых и подземных работ, с частичным совмещением, без совмещения во времени (последовательная разработка).
Таблица 1.2
Классификация способов разработки, отнесенных к комбинированным
(по А.А. Вовку и Г.И. Черному)
Предложенные В.А- Щелкановым коэффициенты степени совмещения открытых и подземных работ во времени (Кт) и в пространстве (Kw) позволяют оценить экономический эффект совместного применения открытых и подземных работ, полноту использования природных ресурсов. Но им не рассматривается вопросы управления качеством добываемого минерального сырья.
Взяв за основу классификацию совмещения открытых и подземных работ В.А. Щелканова по признакам совмещения во времени и в пространстве, М.Ф. Шнайдер и В.К. Вороненко [92] составили классификацию комбинированных
способов разработки, в которой параллельное деление по указанным признакам заменено последовательным,
Таблица 1.3
Классификация способов комбинированной разработки по степени совмещения
горных работ и тесноте технологических взаимосвязей
(по В.А. Щелканову)
что, по мнению авторов, позволяет более четко характеризовать применяющиеся системы, дает возможность пополнения способа новыми вариантами (табл.1.4).
В данной классификации к комбинированному способу отнесена раздельная разработка одного или различных рудных тел открытым, подземным или физико-химическим способом, хотя, на наш взгляд, независимое развитие горных работ не предполагает комбинации и взаимосвязи технологий и поэтому не вполне правомерно отнесение первого класса вышеприведенной классификации к комбинированному способу. Кроме того, отсутствуют условия применения вариантов комбинированной технологии на месторождениях руд различной ценности.
Таблица 1.4 Классификация комбинированных способов разработки (по М.Ф. Шнайдеру и В.К. Вороненко)
В классификации систем комбинированной разработки рудных месторождений Ю.В. Демидова [19] в качестве классификационного признака принят способ разделения выработанных пространств, образующихся в результате открытой и подземной выемки запасов при комбинированной разработке место-рождений (табл. 1.5). Именно от способа разделения пространств зависит выбор систем подземной разработки прикарьерных запасов. В качестве дополнительного признака для разделения на группы используется способ создания и последующей отработки раздельного целика. В классификации приведены горногеологические условия каждой группы и системы подземной разработки прикарьерных запасов, но требования по качеству извлекаемого сырья не даны.
Основной целью классификации, предложной Ю.В. Демидовым, является обеспечение возможности комплексного проектирования подземной отработки месторождения с обоснованным выбором системы для выемки подземных запасов без учета ценности добываемого сырья, что, на наш взгляд, ограничивает возможность выбора наиболее эффективного решения в заданных горногеологических условиях.
В.Н. Калмыков [20] сохранил основной классификационный признак П.Э. Зуркова и ввел в классификацию в качестве дополнительных признаков способ изоляции подземных выработок, возможность совмещения во времени подземной разработки переходной зоны с открытыми горными работами и степень использования при этом элементов и технологий открытых горныхработ, а
зо также дополнил классификацию открыто-подземной технологии выемки при-контурных запасов карьера (табл. 1.6).
Таблица 1.5
Классификация систем комбинированной разработки рудных, месторождений (по Ю.В. Демидову)
Использование в данной классификации признака совместимости работ позволяет учесть все варианты комбинированной разработки месторождений: совместный, открыто-подземный, повторный. Выделение вариантов по степени использования карьера на стадии выемки приконтурных зон определено, с одной стороны, положительным опытом ведения подземных работ из карьера, а с другой - необходимостью уменьшения горно-капитальных работ и расширения использования карьерной выемки для целей подземной добычи, но требования к ценности и качеству извлекаемой рудной массы в классификации также отсутствуют.
В основу классификации М.В. Рыльниковой положено влияние на формирование технологических схем отработки запасов переходных зон способа управления состоянием массива, а также состояние очистного пространства, которое определяет порядок и системы открыто-подземной и подземной разработки запасов, и область применения возможных технологий. Используя основной признак, все способы разделены на два класса (табл. 1.7): - с обеспечением устойчивости горной конструкции; -с регулируемым обрушением бортов карьера.
Классы разделяются на 7 групп по способу управления состоянием массива: за счет естественной устойчивости вмещающих пород и руд, пригрузки основания бортов породами вскрыши, возведения искусственных целиков, изменения физико-механических свойств вмещающего массива, а также принудительного обрушения или самообрушения пород при доработке,
В работе Ч.Д. Кебеде, выполненной под руководством проф. Г.Г. Ломоносова, разработаны возможные методы управления качеством рудопотока (рис. 1.13), но не определено их влияния на эффективность освоения месторождения комбинированным способом, типовые горнотехнические системы для открытой, открыто-подземной, и подземной разработки применительно к конкретным горно-геологическим условиям месторождения в комплексе с различными способами управления качеством руд различной ценности.
Таблица 1.6
Классификация способов разработки переходных зон при комбинированной разработке рудных месторождений
(по В.Н. Калмыкову)
Таблица 1.7
Классификация технологических схем выемки запасов переходной зоны комбинированной геотехнологии
(по М.В. Рыльниковой)
Принципы и методы управления качеством рудной массы при комбинированной (открыто-подземной) разработке месторожде-
Обобщение классификаций технологических схем при комбинированной разработки
Вопросы классификации способов комбинированной разработки месторождений при развитии фронта работ различными сочетаниями технологических процессов открытых, подземных и открыто-подземных работ являются одним из важнейших в теории и практике разработки рудных месторождений комбинированным способом. Многообразие технологических схем комбинированной разработки с различными сочетаниями техники и технологии обусловливают необходимость систематизации вариантов для обеспечения возможности комплексного проектирования комбинированной геотехнологии [70]. Развитие классификаций характеризуется введением новых классификационных признаков, дополнением и уточнением действующих. При этом дополняется и уточняется и само понятие комбинированного способа.
Проблемы классификации комбинированной разработки в различных аспектах рассмотрены в работах: акад. МИ. Агошкова, Н.В. Мельникова, В.В. Ржевского, К.Н. Трубецкого, чл.-корр. РАН Д.Р. Каплунова, проф. П.Э. Зурко-ва, В.А. Щелканова, М.Ф. Шнайдера, В.К. Вороненко, Ю.В. Демидова, А.Д. Черных, Г.Г. Ломоносова, П.П. Бастана, М.Г, Новожилова, В.Н. Попова, В.Н. Калмыкова, М.В. Рылышковой, И.Т. Слащилина.
Наиболее интенсивное развитие теория комбинированной разработки получила с конца 60-х до середины 70-х годов. Именно в этот период вышли в свет фундаментальные труды, посвященные многим аспектам развития этого способа [75]. Одним из первых ученых, определивших характерные особенности открыто-подземного способа разработки был П.Э. Зурков [20]. В основу классификации вариантов выемки переходных зон при комбинированной разработки, Зурков П.Э. [26] положил способ управления состоянием подрабатываемых бортов карьера, а в качестве дополнительных признаков - технологические особенности операций по обрушению или поддержанию бортов, указал область применения способов по углу падения залежи (табл. 1.1). В классификации основное внимание уделено способу управления состоянием массива, при этом вопросы интенсификации горных работ и способа управления качеством добываемого сырья не рассматривались.
Рассматривая методологические основы комплексного проектирования комбинированной разработки месторождений, Д.Р. Каплунов [39] в качестве базы для проектирования выделяет параллельную, последовательно-параллельную и последовательную открыто-подземную разработку, отмечая, что в последнем случае между окончанием открытой и началом подземной разработки имеется значительный (до 10 лет и более) промежуток времени. Автор подчеркивает, что различия между этими видами комбинированной разработки состоят не только в фактическом времени совмещения работ, но и в механизме осуществления капиталовложений.
При параллельной схеме разработки месторождения капиталовложения на строительство карьера и рудника осуществляются одновременно, и их суммарный объем определяет высокую стоимость строительства предприятия. При последовательно-параллельной разработке капиталовложения осуществляется последовательно, и строительство подземного рудника фактически осуществляется за счет средств амортизационного фонда, сформированного в период эксплуатации карьера. При последовательной разработке ведется строительство двух независимых предприятий с собственными объемами капитальных затрат.
Также Д.Р. Каплунов определил предпочтительные варианты развития горных работ для месторождений с-различной ценностью минерального сырья.
В основу классификации способов комбинированной разработки месторождений Б.П. Юматов положил очередность (последовательность) развития открытых и подземных работ и степень их совмещения [94]: 1 группа - с последовательным переходом от открытых на подземные горные работы; 2 группа - с последовательным переходом от подземного способа на открытые горные работы; 3 группа - одновременная разработка месторождений открытыми и подземными работами в течение продолжительного времени.
В соответствии с этим все месторождения, разрабатываемые комбинированным способом, Б.П. Юматов делит также на три группы, дает характеристику месторождений и технологии их отработки. При этом отмечается, что почти во всех случаях комбинированной разработки, в так называемый переходный период осуществляется одновременная разработка месторождения открытым и подземным способами.
Для месторождений первой группы период перехода с открытого на подземную разработку характеризуется слабым развитием техники открытых работ и резким отставанием вскрышных работ. В отдельных случаях с целью наиболее полного использования преимуществ одновременного ведения открытых и подземных работ период перехода осуществляется в течение достаточно продолжительного времени (рудники Кируна, Бит - Хол и др.).
Для месторождений второй группы характерны специфические особенности, предопределившие последовательный переход от подземных работ на открытый способ разработки по технологическим причинам (например, вследствие повышенной пожароопасное медно-колчеданных месторождений) или по экономическим причинам (например, более низкие качественные показатели руды в верхней части месторождения - месторождение «Желтые воды», Украина).
Систематизация и типгоация технологических схем комбинированной разработки
Для решения поставленных в диссертации задач горнотехнические системы ліри комбинированном способе разработки рассматривались как совокупность конструктивных элементов и процессов открытых, открыто-поземных и подземных технологий при их различном сочетании во времени и в пространстве, то есть как совокупность трех относительно самостоятельных взаимозависимых и взаимовлияющих друг на друга систем более низкого порядка — карьер, переходная зона и подземный рудник, с формированием в каждой из них самостоятельных рудопотоков, совокупность которых должна обеспечить качество поступаемой на обогатительный передел рудной массы, а также эффективность и полноту освоения недр.
Для обоснования рациональных параметров рудопотоков разработана систематизация горнотехнических систем при комбинированной разработке рудных месторождений. При формировании технологических схем движения рудопотоков горнотехническая система рассматривалась как совокупность конструктивных элементов и процессов открытых, открыто-поземных и подземных технологий при их различном сочетании во времени и в пространстве, то есть как совокупность трех относительно самостоятельных и взаимозависимых систем более низкого порядка - карьер, переходная зона и подземный рудник, с формированием в каждой из них самостоятельных рудопотоков, рациональное сочетание которых и должно обеспечить качество подаваемой на обогатительный передел рудной массы, а также полноту и эффективность освоения недр. В соответствии с разработанной систематизацией все горнотехнические системы были разделены по способу формирования рудопотоков на две группы: с валовой выемкой руды карьере, переходной зоне, подземном руднике и с селективной выемкой руды при применении систем разработки с открытым очистным пространством, с обрушением руды и закладкой выработанного пространства.
При систематизации горнотехнических систем комбинированной геотехнологии в качестве основных классификационных признаков использованы способы образования, использования и состояние технологического пространства. По этим признакам все горнотехнические системы были разделены на 12 типов (табл. 2.1). Способ образования технологического пространства приведен в графе 2. Все способы делятся на трехъярусные, предполагающие отработку месторождения горнотехническими системами: карьер, переходная зона, подземный рудник; и двухъярусные, когда карьер и подземный рудник изолируются между собой временной рудной или искусственной потолочиной, представленной твердеющим массивом либо навалом насыпных пород, или формирования временного склада руды. Способ использования технологического пространства приведен в графе 3 систематизации - это возможное внутреннее или внешнее отвалообразование в карьере, обрушение, закладка или открытое очистное пространство в переходной зоне и на подземном руднике. Способ образования технологического пространства - в 4 и 5 графах систематизации, где указаны способы подготовки массива к выемке на всех этапах отработки месторождения, способ образования вьшуска и доставки руды при этапном освоении запасов различными технологиями. Способ управлением состоянием массива технологического пространства указан в последней графе систематизации - это либо естественные устойчивые откосы на карьере, либо пригрузка породами вскрыши, либо анкерное крепление массива для обеспечения его устойчивости, либо оставление временных рудных или породных целиков, обрушение пород, формирование твердеющей закладки с заданными геомеханическими характеристиками.
В зависимости от ценности и распределения полезных компонентов в массиве месторождения отработка месторождения может вестись как селективным, так и валовым способом выемки. Так, при формировании рудопотока с открытых (подземных) работ валовым считается рудопоток без разделения его по сортам или содержанию полезного компонента в рудной массе, а селективная выемка обеспечивает развитие фронта очистных работ на разных участках рудной залежи с формированием рудопотоков различного качества, т.е. с различным содержанием или качественным составом.
Как видно из рассмотренных примеров, формирование рудопотоков может происходить и усреднением нескольких отдельных рудопотоков (как на уровне подсистемы, так и на уровне горнотехнической системы), и разделением на отдельные потоки с применением селективной выемки. Таким образом, проведенная систематизация способов формирования рудопотоков и типизация технологических схем по способам образования рудопотоков, использования и состояния технологического пространства показала, что в зависимости от анализируемых факторов возможно варьирование и управление качеством рудопотоков.
Оценка влияния ценности руды по глубине месторождения на выбор горнотехнической системы комбинированной разработки рудных месторождений
В условиях рыночной экономики одним из основных параметров выбора стратегии освоения месторождения является величина извлекаемой ценности руды, которая определяет цену конечной товарной продукции и в конечном итоге конкурентоспособность горного предприятия на мировом рынке сырья, В этом отношении изучение технологических, организационных и экономических условий формирования горнотехнических систем при комбинированной геотехнологии направлено на решение задач определения максимальной извлекаемой ценности добываемого сырья.
При применении комбинированной геотехнологии важно определить концептуальный подход, позволяющий обосновать совокупность технологических решений по освоению запасов всего месторождения с максимальной эффективностью добычи и переработки руд. Необходимо выделить наиболее значимые факторы, определяющие экономические показатели функционирования горнотехнических систем, и учесть их влияние на выбор геотехнологической стратегии, обеспечивающей достижение максимального дохода от освоения месторождения.
Построение и расчет исследовательской модели «Выбор предпочтительных вариантов геотехнологической стратегии освоения месторождения комбинированным способом» выполнены на основе укрупненных геологических и горно-технологических показателей различных сочетаний систем разработки и объемов извлечения с учетом потерь и разубоживания руды на карьере, в открыто-подземной и подземной зоне эксплуатации месторождения, что позволяет выявить варианты, характеризующиеся наибольшей эффективностью добычи и переработки минерального сырья [104]. Предпочтительный вариант геотехнологической стратегии освоения месторождения определялся на основе установленных закономерностей формирования технико-экономических показателей функционирования горнотехнических систем при переходе из одного технологического состояния в другое.
Влияние технологических и структурных изменений, связанных с пересмотром границ открытых, открыто-подземных и подземных геотехнологий, осуществлялось на основе комплексного анализа финансовых потоков на различных этапах функционирования горнотехнической системы. Для определения границ эффективного применения открытых, открыто-подземных и подземных технологий с учетом параметров залегания и морфологии рудного тела, а также распределения качественного состава руды в массиве месторождения рассчитывались величины совокупного дохода на весь период освоения запасов последовательной, последовательно-параллельной и параллельной схемами отработки.
Моделирование- различных технологических схем показало, что зависи мость совокупного дохода при освоении запасов месторождения от глубины перехода на комбинированную геотехнологию носит оптимизационный харак тер, с ярко выраженным экстремумом при различных сочетаниях систем от крытой, открыто-подземной и подземной разработки (рис. 3.9).
Однако критерий совокупного дохода не отражает в полной мере влияние временной последовательности вовлечения отдельных участков месторождения в эксплуатацию, а также порядка освоения запасов различными технологиями на эффективность освоения месторождения, так как не учитывает фактор времени введения отдельных мощностей рудника на этапах открытой, открыто-подземной и подземной добычи.
На рис. ЗЛО, 3.11 представлены графики изменения финансовых потоков по этапам освоения месторождения с учетом сроков вложения капитала на строительство подземного рудника и разновременности ввода мощностей при комбинированной разработке при различной ценности добываемой руды.
Анализ графиков показывает, что при ценности руды 50 у.е./т наиболее предпочтителен выбор последовательной схемы освоения запасов за контуром карьера системами с обрушением руды и в контуре карьера системами разработки с внутренним отвалообразованием (двухярусные горнотехнические сие темы). При этом соответствующая параллельная схема характеризуется крайне низкой эффективностью в первые 20 лет разработки месторождения за счет необходимости капиталовложений на параллельное строительство открытого и подземного рудника,- а также перерабатывающих производств при общей одинаковой доходности освоения всего месторождения в целом (рис. 3.10).
Следовательно, при относительно невысокой ценности сырья эффективное и устойчивое функционирование горнотехнической системы обеспечивается при последовательной открыто-подземной разработке вариантами с наимень шими затратами, которые реализуются применением на карьере внутреннего отвалообразования, а в переходной зоне и на подземном руднике - системами с обрушением руды и выпуском под налегающими породами
Обоснование способов управления качеством при комплексном освоении Учалинского месторождения
Медные и медно-цинковые руды Учалинского месторождения характеризуются сложным минеральным составом, тесными взаимопрорастаниями минералов, неравномерным распределением полезных компонентов с колебаниями коэффициентов вариации содержания от 30 до 180 % и резкими изменениями структурно-текстурньїх особенностей руд. Все эти факторы существенно влияют на обогатимость руд и обусловливают внедрение в производство очистных работ мероприятия по стабилизации качественных характеристик минерального сырья. Рекомендованые технологические схемы характеризуются различными качественными показателями добываемого полезного ископаемого, что, в свою очередь, определят способ управления качеством рудопотоков.
Для разработанных технологических схем отработки рудной потолочины на основе проведенных исследований, а также рекомендаций по управлению качеством (см. гл. 3, п. 3.5) можно выделить следующие способы по стабилизации и повышению качественных характеристик добываемого рудоми-нерального сырья.
Применение слоевой системы с закладкой обеспечивает минимальные потери и разубоживание рудной массы при очистных работах, а также позволяет вести отработку с минимальным перемешиванием медных и медно-цинковых руд, которые имеют свои технологические режимы обогащения. Добываемая руда через систему рудоспусков и бункеров поступает в усред-нительный склад на промплощадке рудника и далее, на обогатительную фабрику. Руды с более низким содержанием ценных компонентов, находящиеся на границе породного массива лежачего и висячего бока, отдельным потоком поступают на сепарационную установку для выделения некондиционных руд в отвалы предприятия, а обогащенная сепарационным методом руда поступает на фабрику либо на усреднительный склад.
Система с обрушением руды и вмещающих пород с торцевым выпуском на порядок снизит качественные характеристики рудной массы, а также произойдет разубоживание закладочным материалом искусственной потолочины в ходе очистных работ, что вызовет существенное повышение количество реагентов на обогащение рудной массы. Показатели извлечения при этом снизятся, а эксплуатационные затраты возрастут. На основании этого целесообразно рудную массу не перемешивать с рудой подземного рудника, а отдельным рудопотоком через систему рудоспусков и бункеров поднимать на поверхность для отделения закладочного материала и пустых пород при помощи сепарационной установки на промплощадке рудника. При применении сепарационного метода по улучшению качественных характеристик следует учитывать, что .длительное (более 30-45 дней) хранение взорванной руды в рудных отвалах ухудшит ее технологические свойства в связи с быстрой окисляемостью. Сепарационная установка имеет низкую производительность, поэтому необходимо регулировать процесс добычи для предотвращения снижения технологических свойств рудной массы, находящейся в рудных отвалах.
Отработка рудной потолочины открытыми горными работами не позволяет вести селективную отработку ввиду малого пространства северного участка карьера, а также применяемого мощного карьерного оборудования. Положительным фактором при этом можно считать выемку искусственного перекрытия без применения буровзрывных работ, что обеспечит минимальное разубоживание рудной массы закладочным материалом. Поэтому управления качеством целесообразно вести в режиме усреднения. Открытый способ разработки не позволяет отработать запасы рудной потолочины без потерь руды в ботах карьера. Для доработки запасов были приняты к рассмотрению системы с обрушением руды и торцевым выпуском, а также система с открытым очистным пространством с последующей пригрузкой бортов карьера.
Многовариантность решений предполагает необходимость технико-экономической оценки каждой технологической схемы и выбор наиболее целесообразной.
