The Variants of Mining Technology for the Development of Limestone Deposits in the Vicinity of Residential Areas

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

В основе ресурсосберегающей технологии открытой разработки вытянутых месторождений известняка предложенной авторами

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

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

DOI:10.23670/IRJ.2023.129.39.1

Приконтурный блок шириной не менее 30 м обуривают скважинами диаметром 165-170 мм, инициирование поскважинное.

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

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.

Вариант 2. В данном случае применяют технологию подготовки пород к выемке, основанную на рациональном сочетании камнерезных машин и буровзрывных работ. При этом основные работы выполняют аналогично ка в первом варианте с использованием тех же буровых, выемочно-погрузочных и транспортных машин. Отличие состоит в том, что для формирования конечного контура карьера используют камнерезные машины в комбинации с буровзрывными работами. Так, с помощью камнерезных машин происходит отделение приконтурного массива пород в вертикальной (используют баровую машину) и горизонтальной (канатную пилу) плоскостях. При этом уступ по высоте делят на выемочные слои, высотой равной рациональной глубине резания баровой машины. Затем баровой машиной по периметру полосы проходят вертикальные реза (рисунок 2 а), в которые заводят режущий канат камнерезной машины с гибким рабочим органом (рисунок 2 б) и осуществляют отделение объема камня в горизонтальной плоскости от массива. Вариантом предусмотрено использование баровой пилы Fantini G70 с жестким цепным баром, оборудованным сменными алмазными резцами. Благодаря использованию алмазных резцов область применения таких пил значительно шире, чем цепных баров с твердосплавными резцами, применение которых в породах с пределом прочности на одноосное сжатие выше 100 МПа малоэффективно. В качестве канатной пилы для осуществления горизонтальных пропилов по подошве уступа используется алмазно-канатная пила Pellegrini Telediam 80/100 Super. Дальнейшая подготовка данного приконтурного блока к выемке заключается в буровзрывных работах. Обуривание отпиленного приконтурного блока предусмотрено буровым станком Atlas Copco ROC-L8 вертикальными скважинами с недобуром до подошвы уступа (рисунок 2 в) и производят взрывание с уменьшенным в 1,5-2 раза удельным расходом взрывчатых веществ. Взорванную породу экскаватором грузят в автосамосвалы. Указанные операции повторяют до полной нарезки нерабочего уступа по всему периметру карьера. Остальной объем породы на горизонте разрабатывают с помощью буровзрывных работ. За счет этого сохраняется природная монолитность горных пород за пределами нерабочего борта карьера и параллельно подготавливается выработанное пространство.

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

DOI:10.23670/IRJ.2023.129.39.2

Вариант 3. Вариант предусматривает применение безвзрывной технологии, которая основана на использовании стреловых фрезерных комбайнов и камнерезных машин (баровых и канатно-алмазных пил). При этом уступ по высоте делят на выемочные слои, высотой равной рациональной глубине резания баровой машины. Комбайн производит выемку породы в пределах каждого слоя, а откос нерабочего уступа формируют баровой машиной. Дополнительно, с помощью алмазно-канатной пилы планируют площадку нерабочего уступа. Последовательность операций показана на рисунке 3.

Рисунок 3 - Безвзрывная схема формирования нерабочих уступов:

а, б, в, г – стадии формирования нерабочих уступов; 1 – стреловой комбайн; 2 – баровая машина

DOI:10.23670/IRJ.2023.129.39.3

Вариантом предусмотрены камнерезные машины, как и во втором варианте и стреловые фрезерные комбайны Alpine Miner VASM-1D, VASM-2D с дизельным и VASM-3E электрическим приводами (рисунок 4).

Рисунок 4 - Уступная отработка стреловым фрезерным комбайном типа VASM

DOI:10.23670/IRJ.2023.129.39.4

В процессе работы комбайна VASM производится скалывание породы рабочим органом – режущим барабаном, закрепленным на поднимающейся и опускающейся с помощью гидроцилиндров стреле, при одновременном поступательном и вибрационном движении. Погрузочное устройство, находящееся на уровне подошвы забоя, принимает разрушенную породу и транспортирует материал на погрузочную стрелу, с которой порода передается на разгрузочный конвейер. В качестве ходового механизма используется двухгусеничная тележка. Привод хода — гидравлический.

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.

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.