Рынки: 18.10.2017

Москва
Берлин
Лондон
Нью-Йорк
Токио

Проблемы избирательной выемки руды на жильных месторождениях

21.07.2017 в 17:11 - (Alex) Александр Волков Вернуться обычный режим
Просмотров : 545
Разубоживание руды при отбойке во всех случаях оказалось ниже, чем при валовой выемке ...
Ю.П. Галченко д.т.н., ч.-к. РЭА; Г.В. Сабянин, горн. инж. ИПКОН РАН 
Основные перспективы развития золотодобычи в нашей стране связаны с постепенным исчерпанием запасов россыпных и увеличением доли коренных месторождений, среди которых заметное место занимают жильные и маломасштабные месторождения. Характерной особенностью развития сырьевой базы этой группы месторождений является опережающая отработка экономически и технологически доступных запасов и, соответственно, увеличение доли запасов более низкого качества вплоть до забалансовых. Одним из наиболее реальных путей освоения этих запасов является применение горных технологий с избирательной выемкой жил, как на стадии подготовительно-нарезных работ, так и при очистной выемке. Идеи избирательной (селективной) выемки имеют в горном деле довольно длинную историю. В нашей стране это научное направление интенсивно развивалось в пятидесятые годы прошлого века усилиями видных ученых и научных школ академика М.И. Агошкова, профессоров А.Ф. Назарчика, Н.Х. Загирова, П.И. Махина, А.Е. Ергалиева и ряда других ученых. Эти исследования привели к тому, что различные варианты систем разработки с раздельной выемкой руды и породы довольно широко применялись в нашей стране до середины пятидесятых годов. Анализ результатов этих работ показывает, что раздельная выемка руды и породы применялась в основном при выемке жил мощностью до 1 м различными вариантами систем с открытым очистным пространством или с закладкой. В первом случае раздельная выемка использовалась, главным образом, при шпуровой отбойке руды из подэтажных штреков или восстающих, чаще всего на уровне промышленного эксперимента. Все испытанные варианты характеризуются крайне низкой производительностью труда забойного рабочего (0,5–0,7 м3/чел.-смену), широким применением ручного труда и высоким удельным расходом нарезных выработок. Большие трудности возникали также при доставке отбитой рудной массы по узкой щели. Разубоживание руды при отбойке во всех случаях оказалось ниже, чем при валовой выемке в 1,7–1,8 раза, но весь эффект от этого нивелировался крайне высокой трудоемкостью очистной выемки и подготовительно-нарезных работ, которая, в свою очередь, была обусловлена отсутствием высокопроизводительной горной техники и применением шпуровой отбойки руды. Несколько большее распространение получили различные варианты систем с закладкой выработанного пространства с раздельной выемкой руды и породы. Несмотря на все разнообразие, общим для всех этих вариантов являлось использование отбитой породы в качестве закладочного материала. Поэтому во всех случаях отбойка руды велась на искусственный настил, закрывающий поверхность отбитой породы и предохраняющий от потерь руды и металла в закладочном материале. В большинстве случаев производилась опережающая отбойка руды, после уборки которой настил разбирался, производилась отбойка пустой породы, на которой снова устанавливался настил. В некоторых случаях, при выемке бедных жил, отбойка руды производилась непосредственно на закладку, верхний слой которой убирался вместе с очередной порцией отбитой руды. Ширина очистного пространства соответствовала мощности жилы (обычно 0,5–1 м), а ширина выработанного пространства определялась расчетом из условия его заполнения разрыхленными вмещающими породами, в исключительных случаях практиковалась выдача из блока части отбитой пустой породы. Добыча руды производилась горизонтальными или наклонными слоями. В редких случаях – потолкоуступным забоем. С точки зрения способа разделения руды и породы здесь можно выделить их разделение за счет разновременной отбойки и реже встречающееся разделение за счет ручной сортировки при валовой отбойке рудной массы. Так же, как и в предыдущем случае, введение в технологический цикл разделения руды и породы в рамках немеханизированной технологии очистной выемки, привело к резкому росту трудоемкости работ, увеличения доли ручного труда и снижению безопасности горных работ. По литературным данным производительность труда забойного рабочего (без учета закладочных работ) колебалась в зависимости от мощности жилы от 0,2 до 1,5–2 м3/чел.-смену. С учетом закладочных работ эти показатели снижались почти вдвое. Потери руды определялись конструкцией настила и изменялись от 10–12 % (при работе без настила) до 1,5–2 % – при использовании металлических разборных настилов. Разубоживание выдаваемой из блока руды во всех случаях было в 1,5–2,5 раза ниже, чем при аналогичных вариантах систем с валовой выемкой. Применительно к условиям разработки пологопадающих месторождений – наряду с обычным разделением руды и породы за счет последовательного взрывания и уборки – следует выделить работу, где реализована идея использования энергии взрыва для разделения руды и породы при валовой выемке за счет целенаправленного отброса каждой составляющей рудной массы и формирования рудного и породного навала в призабойном пространстве. Такая сортировка рудной массы за счет энергии взрыва, как новый технологический способ повышения качества руды, отличается от раздельной выемки тем, что разделение руды и породы происходит без нарушения цикла очистной выемки и деления его во времени на последовательные операции. Однако область применения этого метода ограничена пологими и наклонными жилами, удельный вес которых в общих запасах жильных месторождений не превышает 5–7%. В подавляющем большинстве случаев разделение руды и породы происходило именно за счет их последовательной отбойки, с резким увеличением объема вспомогательных и подготовительных работ, перерывов на проветривание, создание и уборку настилов и т.д. При этом уровень производительности труда быстро снижался и экономический ущерб от этого чаще всего возрастал быстрее, чем эффект от повышения качества выдаваемой руды. Поэтому применение данного метода ограничивалось выемкой очень богатых жил в благоприятных горно-геологических условиях. Важным обстоятельством, которое привело, в конце концов, практически к полному отказу от идеи раздельной выемки, было базирование всей технологии на ручном или частично механизированном труде. По мере развития горной техники и все более широкого применения различных горных машин на валовой выемке руды привлекательность метода раздельной выемки, базирующегося на немеханизированном труде, снизилась, несмотря на возможности получения более высоких качественных показателей очистной выемки. В настоящее время, после длительного перерыва, появилась реальная возможность возврата к идеям раздельной выемки на базе появления нового горного оборудования и новых технологий, основанных на выемке руды из нарезных выработок без выхода человека и машин непосредственно в очистное пространство. Это системы с отбойкой руды из подэтажных штреков с применением самоходного бурового и погрузочно-доставочного оборудования и технологии выемки жил прирезками переменной ширины по простиранию с отбойкой руды из восстающих монорельсовыми проходческо-очистными комплексами (КОВ-25 и ПВ-1000–2). Резкое повышение мощности бурового оборудования и построение систем разработки на основе исключения из очистного цикла наиболее трудоемких и трудно поддающихся механизации вспомогательных работ, а также максимальное использование в этих системах всех преимуществ восходящего и флангового порядка выемки открывает реальные перспективы для создания вариантов систем с раздельной выемкой руды и высоким уровнем производительности и механизации труда. Особенно большое значение это приобретает в условиях постоянного повышения требований к экологической чистоте горного производства, так как внедрение избирательной выемки позволит значительно сократить, а в некоторых случаях полностью исключить выдачу пустой породы на поверхность со всеми вытекающими отсюда позитивными последствиями. Как показывает выполненное выше обобщение особенностей геологического строения жильных месторождений и анализ опыта применения систем с раздельной выемкой руды и породы, возможность и эффективность этого метода, кроме применяемой техники, определяется следующими геологическими факторами: • Дискретность оруденения и крайне неравномерное распределение полезного компонента по площади вертикальных проекций рудных тел. Форма и размеры рудных участков изменяются в самых широких пределах и в значительной мере определяют качественные показатели добычи руды (прежде всего – разубоживание). Средняя рудоносность жил редко превышает 75–80%, поэтому при определении исходного геологического содержания полезного компонента в жиле в эту величину уже заложено разубоживание в 20–25%. • Малая средняя мощность рудных тел при очень широком диапазоне колебаний этого параметра от первых сантиметров до нескольких метров с отдельными участками весьма большой мощности (до десятков метров). Изменчивость мощности жил не имеет, как правило, закономерного характера и поэтому трудно поддается прогнозированию, особенно на уровне очистных блоков и выемочных прирезок, когда собственно и формируется влияние этого параметра на реальные результаты очистной выемки. • Сложная морфология рудных тел, как по падению, так и по простиранию, так же, как и мощность практически не прогнозируемая на стадии разведочных и очистных работ. На большинстве месторождений масштаб единичного изменения формы жилы соизмерим с размерами вынимаемых за один технологический цикл ее участков. Интенсивная разработка жильных месторождений из-за очень высокого качества добываемых руд обусловила быстрое усложнение горно-геологической ситуации в связи с увеличением глубины разработки, снижением качества перспективных запасов и увеличением доли забалансовых руд и действием природных факторов, снижающих эффективность горного производства. Поэтому даже самые совершенные на сегодняшний день горные технологии должны развиваться по пути адаптации их к постоянно усложняющимся геологическим условиям, при постоянном сокращении уровня негативного воздействия их на окружающую среду за счет сокращения объемов пород, выдаваемых при добыче руды на поверхность. Вполне очевидно, что в условиях жильных месторождений перспективы решения этих вопросов будут зависеть от того, насколько оперативно применяемые технологические решения позволяют выявить изменения естественных факторов и насколько гибко эти решения позволяют реагировать на такие изменения. Поэтому концепция дальнейшего развития технологии добычи руды прирезками по простиранию с использованием монорельсовых комплексов в усложняющихся горно-геологических условиях предусматривает создание и включение в технологический цикл методов оперативного определения и прогнозирования реаль ных контуров промышленного оруденения в выемочных единицах, а также повышение уровня избирательности выемки руды при ведении очистных работ. Общая концепция этого развития заключается в том, что уровень избирательности технологии очистной выемки и ее способность реагировать на изменение природных факторов при добыче руды прирезками по простиранию приводится в соответствие с характером и уровнем изменчивости природных факторов, а конструкция систем разработки обеспечивает возможность снижения антропогенных причин повышения концентрации напряжений с целью более безопасной и полной выемки балансовых запасов и предельного сокращения объемов выдаваемых на поверхность пустых пород. В отличие от процессов обогатительного передела, когда производится выделение и концентрация рудных минералов, избирательная выемка предусматривает выделение каким-либо способом жильной массы из общего объема отбитой и выданной из блока руды. При этом признаки, по которым происходит это разделение, могут быть естественными или искусственно заданными. Разделение по естественным признакам включает в себя сортировку руды в забое на основе различия в цвете, сортировку руды на основе естественной радиоактивности, контрастного с породой удельного веса и т.д. Искусственное задание разделяющих признаков может быть за счет разновре- менной отбойки руды и породы, за счет использования энергии взрыва и формирования разного гранулометрического состава жильной массы и вмещающих пород при валовой отбойке или разнонаправленного отброса взрывом руды и породы. Применительно к условиям использования высокомеханизированных систем и технологий разработки наиболее перспективны два основных направления осуществления избирательной выемки руды: • технология с избирательной выемкой по площади рудного тела; • технология с избирательной выемкой по мощности рудного тела. В первом случае речь идет об избирательной выемке рудных участков при низкой общей рудоносности блоков и прирезок, а во втором – о выемке руды при разработке тонких жил или маломощных их участков. Вполне очевидно, что создание, а главное – успешное применение горной технологии с обозначенными выше свойствами возможно только при наличии доступных количественных методов определения морфологических характеристик рудных тел, и, прежде всего, таких как рудоносность и сложность формы, а также оценки степени их изменчивости в пределах выемочных единиц. Важным природным фактором, осложняющим эффективную разработку жильных месторождений, является высокая степень неравномерности распределения полезных компонентов в контурах рудных тел. Обобщение данных эксплуатационного опробования по отработанным блокам большой группы месторождений показало, что каждое из них имеет индивидуальный характер распределения блоков по величине их рудоносности. Крайняя форма колебаний качества руды – это наличие в жилах участков, не содержащих полезного компонента вообще, либо содержащих его в непромышленной концентрации. Именно эта форма неравномерности оруденения оказывает наибольшее влияние на технические решения по добыче руды и их экономические результаты, являясь одним из существенных источников разубоживания руды. Подавляющее большинство из обследованных эксплуатационных блоков имело крайне неравномерное оруденение и невысокий коэффициент рудоносности (KS<0,75). Количество безрудных участков в единичном блоке при этом колебалось от 1–2 до 10–12, а площадь каждого из них изменялась в диапазоне от 0,5–1 до нескольких десятков квадратных метров. При решении горнотехнических задач прямое использование геологического показателя рудоносности невозможно, так как каждая технология очистной выемки имеет свои, и всегда ограниченные, возможности локализации безрудных участков различных размеров. При буровзрывном способе отбойки руды безрудные участки, размер которых соизмерим с величиной линии наименьшего сопротивления, всегда будут разрушены взрывом смежных зарядов. То есть, с точки зрения горной технологии, жила, имеющая только такие мелкие безрудные участки, имеет равномерное оруденение, независимо от величины коэффициента геологической рудоносности. Таким образом, при добыче руды рудоносность блока (участка, прирезки) определяется не как отношение рудной площади к общей площади блока (геологическая рудоносность), а как отношение отработанной площади блока к общей (технологическая рудоносность): где Ктр – коэффициент технологической рудоносности; S0 и Sр; –общая площадь блока и площадь промышленного оруденения; S’БР– площадь безрудных участков, которые могут быть локализованы на стадии очистной выемки при данной технологии (площадь каждого безрудного участка больше Smin = lб × b; равный произведению глубины отбойных скважин lб на двойное расстояние между ними b). Из приведенного выше выражения следует, что коэффициент технологической рудоносности равен геологическому, когда все безрудные участки имеют размер большей, чем Smin, и стремится к единице по мере увеличения доли безрудных участков с единичной площадью меньшей, чем Smin. Пользуясь предложенным критерием технологической рудоносности, можно на всех стадиях процесса проектирования и добычи руды более объективно определить возможности снижения разубоживания руды и ее качество с учетом технологических возможностей осуществления избирательной отбойки рудных и безрудных участков в пределах очистного блока. Возможности избирательной выемки жил по их мощности ограничиваются преобладающей сложностью (нелинейностью) формы этих рудных тел. Причем влияние этого геологического параметра становится особенно существенным при внедрении высокопроизводительных геотехнологий с отбойкой руды скважинами малого диаметра из горизонтальных или вертикальных буровых выработок. Рудные тела жильного типа, как по простиранию, так и по падению, можно рассматривать как двухмерные, представляющие собой сочетание сопрягающихся друг с другом криволинейных участков различной формы и кривизны. Чем больше величина отклонения оси единичного участка жилы (hi) и чем меньше длина хорды, стягивающей этот участок (li), тем больше кривизна участка и больше его периметр. Поэтому соотношение hi/li может характеризовать кривизну и периметр участка жилы. Однако, оценивая изменчивость и сложность формы рудного тела с целью определения возможностей его эффективной выемки, необходимо учитывать также и мощность рудного тела (mi), так как при различных ее значениях одно и то же отклонение оси жилы (hi) по-разному характеризует сложность ее формы. Так, например, при мощности жилы mi = 3 м отклонение ее оси на hi = 0,5 м не может существенно повлиять на выбор технологических решений, в то время, как при мощности жилы mi = 0,3 м такое отклонение является уже значительным и может полностью изменить подход к выбору параметров очистной выемки. Для предварительных оценок сложности формы двухмерного тела при проектировании горных работ необходим показатель, который определялся бы по данным разведки и характеризовал бы не форму и расположение контуров (как это имеет место практически во всех показателях сложности формы рудных тел, применяемых в геологической науке), а изменение в пространстве положения центров массы элементарных частей рудного тела в границах предназначенного для выемки участка (рудного блока). Этим условиям отвечает модуль сложности жилы μж, представляющий собой среднее значение относительной амплитуды локальных отклонений длинной оси горизонтального сечения рудного тела от базисной прямой линии, соединяющей конечные точки этой оси в границах изучаемого участка длиной L: где N – количество единичных изгибов на участке длиной L; hi – величина отклонения оси i-го участка; li – хорда, соединяющая концы i-го криволинейного участка; mi – средняя мощность рудного тела в границах i-го элементарного участка. Величина второго слагаемого в формуле учитывает увеличение периметра жилы за счет нелинейности поверхностей рудного тела. Полученное выражение модуля сложности жилы может быть применено для характеристики изменчивости жил как по линии простирания, так и по линии падения. В первом случае информация о параметрах жилы получается при изучении горизонтальных сечений жилы, а во втором – вертикальных. Все величины (l, h, m, N), необходимые для определения модуля сложности жилы, определяются методом прямых измерений на геологических разрезах рудных тел. По тем же данным вычисляются и другие величины, характеризующие морфологию изучаемого участка жилы. Радиус кривизны единичного изгиба (Ri) равен: , м; а угловая величина дуги при этом составит: . Если рудное тело не имеет изгибов по линии простирания (или по линии падения), то его сечение горизонтальной (или вертикальной) плоскостью представляет собой прямоугольник, в этом случае форма тела является наиболее простой (hi=0) и модуль сложности будет равен μж=0,121. Для остальных рудных жил предлагается классификация (таблица), в основу которой положена величина модуля сложности рудного тела. Применение созданной классификации и предложенного критерия позволяют дать количественную оценку степени изученности и сложности рудных тел маломасштабных месторождений, что необходимо для определения возможностей применения на них новых высокоэффективных систем и технологии добычи руды с применением современных средств механизации и передовых технических решений.
Подробнее в журнале "Золотодобывающая промышленность" №3(81) июнь 2017 г.

Подкаст



Подкаст о события в золотодобыче от 16.05.2016

Ваш выбор