Варианты технологии горных работ для разработки месторождений известняка вблизи селитебных территорий
Варианты технологии горных работ для разработки месторождений известняка вблизи селитебных территорий
Аннотация
В статье предложен комплекс методических рекомендаций по повышению эффективности использования выработанного пространства известняковых карьеров на основе применения технологических схем, основанных на комбинации различных способов подготовки пород к выемке. Все предлагаемые технологические схемы разработки месторождений известняка условно разделены на буровзрывные, безвзрывные и комбинированные. С учетом расположения месторождений известняков вблизи населенных пунктов, при оценке вариантов, наибольшее предпочтение следует отдавать безвзрывной технологии. Данный способ позволит создать необходимые для дальнейшего строительства поверхности, а также даст возможность пост эксплуатационного использования выработанного пространства карьера в качестве неотъемлемого объекта городской инфраструктуры.
1. Введение
Продукцией горнодобывающего предприятия является сырье, получаемое из основных и попутных полезных ископаемых. При этом в процессе разработки месторождений образуются техногенные ресурсы в виде выработанного пространства, отвалов горных пород, отходов обогащения. 90% площадей занимаемых горными предприятиями отводится именно под их размещение. Однако, при современном уровне экономического развития, а также при существующей технике и технологии эти ресурсы пока востребованы только частично. При соответствующих условиях их можно использовать, как новый вид георесурса недр , .
В 80-х годах академик К.Н. Трубецкой ввел понятие ресурсовоспроизводящие геотехнологии, включающие технологии целенаправленного создания и разработки техногенных месторождений с заданными технологическими параметрами, обеспечивающие возможность их эффективного освоения, а также была предложена классификация техногенных месторождений .
2. Методы и принципы исследования
В основе ресурсосберегающей технологии открытой разработки вытянутых месторождений известняка предложенной авторами , , обеспечивающей эффективное использование георесурсов, лежит принцип, позволяющий максимально снизить объемы горных работ и площади нарушаемых земель, обеспечивающий освоение отходов производства и создающий принципиальную возможность использования техногенных горнотехнических сооружений в качестве объектов, имеющих высокую общественную полезность или ценность , , . При этом особое внимание заслуживает технология отработки приконтурной зоны карьера и постановка уступов в предельное положение, особенно при использовании буровзрывных работ для разработки месторождения.
При взрывных работах массив пород разрушается не только в требуемом объеме, а также за пределами формируемого откоса, отрицательно влияя на устойчивость борта карьера. Ширина зоны нарушения монолитности пород за пределами поверхности откоса варьирует в зависимости от способа отбойки, геологического строения и свойств породы и может достигать 30 м, а в некоторых случаях и 60 м от последнего ряда скважин. Ширина трещин в зоне нарушения может составлять 0,1–0,6 м, длина - 10–15 м . Указанные обстоятельства диктуют с целью сохранения монолитности законтурного массива применять специальные технологии.
В этой связи интересным представляется опыт Ковдоского ГОКа (Мурманская область). Где для повышения углов откосов на предельном контуре совершенствовали технику и технологию буровзрывных работ. В результате был рекомендован порядок отбойки блоков по мере приближения к предельному контуру карьера, показанный на рисунке 1. При этом рабочий блок проектной ширины обуривают скважинами диаметром 250 мм. Схема инициирования скважинных зарядов диагональная с различными коэффициентами сближения скважин и различными углами наклона диагоналей к линии первого ряда скважин. В свою очередь переходный блок шириной 30–50 м обуривают скважинами диаметра 250 мм, а его приконтурную часть шириной не более 10 м – диаметром 165–170 мм, используя аналогичную схему инициирования зарядов.
Рисунок 1 - Районирование параметров я буровзрывных работ вблизи предельного контура карьера
Формирование контурной щели проводят одновременно со взрывом переходного блока, либо приконтурного, но с опережением по фронту не менее 20 м. Расстояние от вертикальных скважин последнего ряда до контурной щели определяется из условия качественной проработки породного слоя между ними и должно составлять 2/3 проектного расстояния между рядами скважин того же диаметра.
Месторасположения известняков обычно располагаются рядом с населенными пунктами. В результате этого к технологии ведения открытых горных работ предъявляются особые требования по уменьшению негативного воздействия горного производства на окружающую среду и повышению полноты использования выработанного пространства карьеров, за счет минимизации влияния взрывных работ.
Учитывая рекомендации и анализ практического опыта работы карьеров с целью уменьшения влияния горных работ на окружающую среду и на монолитность пород, слагающих нерабочий борт карьера рассмотрены 3 варианта технологии разработки месторождений известняка, отличающиеся способом подготовки пород к выемке вблизи предельного контура карьера: буровзрывная, безвзрывная и комбинированная.
Вариант 1. В этом случае используется технология, основанная на буровзрывных работах. Однако обуривание и взрывание приконтурной части породного массива производят аналогично схеме используемой на Ковдорском ГОКе (см. рисунок 1).
Буровые работы на вскрышных и добычных работах выполняют станками СБШ-250 (диаметр долота 244,5мм), приконтурный блок шириной 40 метров обуривают станками Atlas Copco DML (диаметр долота 190мм), а скважины контурного ряда при заоткоске уступа бурят станками с погружными пневмоударниками Atlas Copco ROC-L8 (диаметр пневмоударника 110мм). Взрывчатые вещества приняты заводского изготовления, удельный расход которых увязан с прочностью пород, а выбор типа взрывчатых материалов учитывает специфику производства взрывных работ в части обводненности массива пород.
В качестве выемочно-погрузочного оборудования на вскрышных работах используются механические лопаты типа ЭКГ-5А (ЭКГ-10, ЭКГ-12,5), на добычных работах применены гидравлические экскаваторы Komatsu PC-750 (PC-1250, PC-2000), как наиболее мобильные и малогабаритные в сравнении с механическими лопатами. Транспортирование горной массы выполняют автосамосвалами БелАЗ-75131 (грузоподъемностью 131 т), Komatsu HD-785-7 (грузоподъемностью 90 т) и БелАЗ-7555 (грузоподъемностью 55 т). Бульдозерные работы на отвале и в карьере выполняют бульдозерами Komatsu D375, D275, D155.
Рисунок 2 - Комбинированная схема формирования нерабочих уступов:
а, б, в – стадии формирования нерабочих уступов; 1 – баровая машина; 2 – вертикальный рез; 3 – канатная пила; 4 – скважины рыхления
Рисунок 3 - Безвзрывная схема формирования нерабочих уступов:
а, б, в, г – стадии формирования нерабочих уступов; 1 – стреловой комбайн; 2 – баровая машина
Рисунок 4 - Уступная отработка стреловым фрезерным комбайном типа VASM
Технологические параметры комбайна типа VASM:
- высота уступа 5-10 м, ширина заходки 6,5-16,7 м и связаны с техническими параметрами комбайна;
- производительность комбайнов может достигать 870-2300 м3/час и зависит от прочности породы;
- конструкция комбайна обеспечивает возможность фрезерования откосов уступов карьеров на высоту вылета стрелы, а также ведение селективной выемки даже при разработке крутопадающих пластов;
- конструкция рабочего органа обеспечивает возможность адаптации режимов его работы к прочности разрабатываемых пород за счет изменения скорости вращения и вибрации рабочего органа, а также скорости подвигания комбайна на забой.
3. Заключение
Применение стрелового фрезерного комбайна позволит повысить эффективность его работы путем обеспечения рациональных режимов разрушения горных пород, экономически выгодных уровней производительности и энергоемкости процесса при стабильных параметрах фрезеруемых слоев пород и, как следствие, повышения ресурса породоразрушающих элементов.
Исходя из вышеизложенного, а также с учётом расположения месторождений известняка вблизи населенных пунктов, при выборе варианта технологии горных работ следует в первую очередь оценивать эффективность безвзрывной технологии, затем – комбинированной и в последнюю очередь – буровзрывной. Причем дополнительно необходимо учитывать возможность использования выработанного пространства после завершения разработки месторождения.