Классификация технологических схем повторной разработки крутопадающих месторождений открытым способом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Институт проблем природопользования и экологии НАН Украины

КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СХЕМ ПОВТОРНОЙ РАЗРАБОТКИ КРУТОПАДАЮЩИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ОТКРЫТЫМ СПОСОБОМ

А.Г. Шапарь, П.И. Копач,

Л.В. Якубенко, И.В. Ботанцев

Днепропетровск

Аннотация

Для эффективной повторной разработки крутопадающих месторождений, эксплуатируемых ранее подземным способом, на основе разработанной классификации технологических схем отработки выявлены пробелы в технологическом и методическом обеспечении вовлечения этих месторождений в повторную эксплуатацию. Разработана технологическая схема, позволяющая не только эффективно осуществить повторную разработку этих месторождений, но и существенно расширить минерально-сырьевую базу.

Анотація

Для ефективної повторної розробки крутопадаючих родовищ, експлуатованих раніше підземним способом, на основі розробленої класифікації технологічних схем відпрацювання виявлені пробіли в технологічному і методичному забезпеченні залучення цих родовищ у повторну експлуатацію. Розроблено технологічну схему, яка дозволяє не тільки ефективно здійснити повторну розробку цих родовищ, але й істотно розширити мінерально-сировинну базу.

Annotation

A.G.Shapar, P.I.Kopach, L.V. Yakybenko, I.V. Botanshev CLASSIFICATION OF TECHNOLOGICAL SCHEMES OF REPEATED DEVELOPMENT OF ABRUPTLY FALLING DEPOSITS BY THE OPEN WAY

Institute of Problems on Nature Management and Ecology, National Academy of Sciences of Ukraine, Dniepropetrovsk, Ukraine;

For effective repeated mining sharp-falling deposits maintained earlier in the underground way, on the basis of the developed classification of technological schemes of working off the blanks in technological and methodical maintenance of involving of these deposits in repeated operation are revealed. The technological scheme allowing not only to carry out repeated development of these deposits effectively, but also to expand a mineral-raw-material base is developed.

Основная часть

Одной из самых сложных проблем при реализации идей устойчивого развития является обеспечение прав будущих поколений на природные ресурсы [1]. Особенно это проблематично применительно, к так называемым, невозобновляемым природным ресурсам, к которым относится минеральное сырье. В то же время исследованиями ИППЭ НАН Украины установлено, что проблемы исчерпаемости минеральных ресурсов не существует, а общество сталкивается и может столкнуться в будущем с отсутствием эффективных технологий извлечения этих ресурсов из более бедных руд или в более сложных горно-геологических условиях [2]. Ниже рассмотрим эту проблему на примере потерянных руд при подземной разработке.

Освоение крутопадающих месторождений, отработанных ранее подземным способом, представляет собой многоаспектную и комплексную проблему. Наиболее обоснованным подходом для ее решения является применение метода классификации с целью установления приоритетных задач. В классификационном анализе выделяют две основные задачи: построение классов и распределение объектов по классификационным признакам. Классификация должна представить перечень признаков, характеристик и их значений, влияющих на эффективность принятия решения.

В этой связи, в основу классификации технологических схем доработки крутопадающих месторождений положены следующие признаки: состояние горного массива по фактору нарушенности его подземными работами, способ разработки месторождения, способы вскрытия горизонтов и формирования рабочей зоны карьера.

Классификация технологических схем разработки крутопадающих месторождений, отработанных ранее подземным способом, построена с учетом иерархической значимости классификационных признаков. В качестве признаков верхней иерархии (классов) приняты способы разработки по условию состояния массива горных пород. Подклассами являются способы разработки по условию ориентирования отрабатываемых слоев в вертикальной плоскости. Следующими по иерархии являются группы и подгруппы. В этом случае деление технологических схем на группы осуществляются по способу вскрытия и подготовки рабочих горизонтов (слоев), на подгруппы - по способу формирования рабочей зоны карьера. Классификация технологических схем разработки крутопадающих месторождений открытым способом представлена в виде таблицы. В этой таблице кроме указанных выше классификационных признаков включена колонка, отражающая наличие методической базы для расчетов основных параметров технологических схем, что позволяет обоснованно выбирать приоритеты направления исследований.

Исходя из условий технологии производства горных работ и состояния массива горных пород в контурах карьерного поля, способы разработки таких месторождений разделены на две группы: традиционные и специальные.

Традиционные способы разработки крутопадающих месторождений предусматривают извлечение горной массы горизонтальными слоями с внешним и внутренним отвалообразованием включают различные комбинации вскрывающих и подготовительных выработок с различными способами формирования рабочей зоны карьера.

В первом случае:

· вскрытие горизонтов наклонным съездом и продольной разрезной траншеей предопределяет формирование рабочей зоны продольными блоками с односторонним или двухсторонним развитием фронта горных работ;

· вскрытие горизонтов наклонным съездом и первоначальным котлованом позволяет сформировать рабочую зону поперечными блоками также с односторонним или двухсторонним развитием фронта горных работ.

Классификация технологических схем повторной разработки крутопадающих месторождений, отработанных ранее подземным способом

месторождение крутопадающий подземный эксплуатация

Отработка горизонтальных слоев с внутренним отвалообразованием предусматривает вскрытие и подготовку слоя наклонным съездом и первоначальным котлованом. В этом случае формирование рабочей зоны осуществляется сгруппированными поперечными блоками с односторонним или двухсторонним развитием фронта горных работ. Эта технологическая схема предусматривает формирование внутреннего отвала в выработанном пространстве. При отработке следующего этапа вскрышные породы внутреннего отвала переэскавируются во вновь сформированное выработанное пространство.

Как уже отмечалось выше, эти технологические схемы предназначены для отработки устойчивого массива горных пород.

Значительно сложнее осуществить доработку месторождения в зонах обрушения, возникших после выемки его основных запасов с помощью подземных работ. Такая ситуация складывается в случае выхода воронок обрушения на поверхность или внутри массива образовались пустоты. Эти массивы характеризуются низкой устойчивостью и большой вероятностью возникновения аварийной обстановки.

В этой связи, применяемые технологические схемы для отработки таких массивов должны:

· обеспечить заданную производительность карьера по добычным и вскрышным работам;

· обеспечить минимальную концентрацию горного оборудования в рабочей зоне карьера;

· вывести процесс вскрытия и подготовки выемочного слоя из потенциально опасной зоны, и удалить вскрывающие и подготовительные выработки как можно дальше от нее;

· иметь дублированные и независимые грузотранспортные коммуникации на каждом выемочном слое;

· снизить дальность транспортирования в рабочей зоне карьера.

Проведенные исследования показали, что результативное решение указанных выше задач возможно только при принятии нестандартного решения - сформировать рабочую зону карьера наклонными выемочными слоями, угол наклона которых равен руководящему углу наклона транспортных коммуникаций, а высота - определяется параметрами экскавационного оборудования.

Разработанная технологическая схема отработки крутопадающих месторождений, массив горных пород которых находится в неустойчивом или обрушенном состоянии, представлена на рисунке.

Рисунке Технологическая схема отработки карьерного поля наклонными слоями

Как видно из рисунка, рабочая зона карьера сформирована наклонными слоями, отрабатываемыми поперечными и диагональными блоками. В этом случае достигается необходимая рассредоточенность горного оборудования (расстояние между поперечными экскаваторными блоками составляет 250-300 м). Кроме того, так как карьерное поле отрабатывается наклонными слоями, то: во-первых, поперечный блок наклонного слоя постепенно приближается к возможным пустотам, образованным подземными работами, вследствие чего сдвижение горных пород может произойти не по всей площади выемочного слоя, а только в его самой нижней точке. В этом случае объем разведочного бурения с установкой датчиков наблюдения за состояние горного массива резко снижается.

Во-вторых, в связи с тем, что угол наклона выемочных слоев равен руководящему углу наклона транспортных коммуникаций, то устраняется необходимость не только дублирования, но и проведения их вообще, так как по сути вся площадь наклонных слоев является транспортными коммуникациями. В этом случае сдвижение горных пород и, как следствие, образование воронок обрушения не вызывает полной остановки производственных процессов в карьере. Следующим положительным моментом совмещения функциональности выемочного слоя с транспортными коммуникациями является обеспечение снижения дальности транспортирования в рабочей зоне карьера, так как транспортное средство из экскаваторного забоя к пункту разгрузки перемещается по кратчайшему пути.

В случае возможного интенсивного процесса сдвижения горных пород, вызывающего образование значительных воронок обрушения (обрушенное состояние массива горных пород), карьерное поле разбивается на два крыла. Отработка месторождения осуществляется при двухстороннем развитии фронта горных работ от центра карьерного поля в направлении его торцов. В этом случае имеется возможность как одновременной, так и попеременной отработки крыльев карьерного поля. Такое формирование рабочей зоны обеспечивает непрерывность процесса производства горных работ, даже если в одном из крыльев карьерного поля произошло интенсивное обрушение горных пород и осуществляется комплекс мероприятий по устранению образовавшихся воронок обрушения. Если же в результате значительного по объемам сдвижения горных пород, как правило, может происходить в торце карьерного поля и осуществлять открытую доработку в этом месте будет нецелесообразно, то возникает возможность осуществления частичного внутреннего отвалообразования, используя при этом наклонные слои как контрфорс.

Следующим положительным фактором разработанной технологической схемы является то, что вскрытие и подготовка наклонных слоев к отработке осуществляется двумя горизонтальными полутраншеями и поперечной разрезной траншеей с организацией сквозного движения транспортных средств. При этом они располагаются в самом безопасном месте - на самой верхней отметке наклонных слоев, обеспечивая их отработку сверху вниз.

Нельзя не отметить тот положительный фактор, что при формировании рабочей зоны карьера наклонными слоями, конечные контуры карьерного поля также будут сформированы уступами в сочетании с наклонными транспортными и предохранительными бермами, что по сравнению с традиционным способом обеспечит снижение объема вмещающих пород в этих контурах до 10-15% при одинаковой предельной глубине разработки месторождения.

Таким образом, разработанная технологическая схема для повторной отработки крутопадающих месторождений, решает поставленные перед ней задачи. Кроме того, является ярким примером того, как можно существенно увеличить минеральную сырьевую базу, вовлекая в разработку подработанные подземными работами участки месторождений, которые ранее считались потерянными.

Опыт работы ряда предприятий Кривбасса свидетельствует о высокой эффективности вовлечения в эксплуатацию ранее потерянных при подземной разработке руд при одновременном существенном снижении отрицательного воздействия на окружающую среду.

Перечень ссылок

1. Шапарь А.Г. Про концепцію переходу України до сталого розвитку // Екологія і природокористування. 2006. № 9. С. 37-62.

2. Шапарь А.Г., Копач П.И. Минеральные ресурсы, их исчерпаемость, целесообразность и условия ввода в эксплуатацию // Экология и ресурсосбережение. 2001. № 2. С. 11-17.

Размещено на Allbest.ru