Геологические характеристики рудных тел на жильных месторождениях

Одной из характерных особенностей современного этапа технологического развития нашего технократического общества является постепенный переход к идеям «устойчивого развития». Реализация этих идей в области подземной разработки месторождений вообще и жильных – в частности, напрямую связана с созданием и применением геотехнологий, позволяющих устранять причины экологического воздействия уже на стадии очистных работ, а не бороться с последствиями их появления. Главными особенностями геологического строения жильных месторождений являются: относительно небольшой масштаб, очень высокое качество руды, доминирующая устойчивость руд и пород, небольшая глубина залегания при преобладании нагорных месторождений, сложная морфология жил и высокая изменчивость оруденения. Первые четыре из названных особенностей делают освоение этих месторождений особенно привлекательным и перспективным в условиях рыночной экономики, так как обеспечивают возможность получения максимальной отдачи при относительно низком уровне капитальных затрат и коротких сроках освоения месторождений. Вместе с тем, сложность геологии этих месторождений, а также высокая степень экономической неопределенности, связанной с колебаниями рыночных цен на металлы, обуславливает очень жесткие требования к кoличественным и качественным показателям применяемых технологий добычи руды, а также к способности этих технологий адаптироваться как к требованиям рынка, так и к постоянно растущим экологическим ограничениям. В результате многолетних исследований в ИПКОН РАН разработана общая концепция развития геотехнологии разработки жил сложного строения и предложены конкретные варианты новых и модификации известных систем разработки. В основе предлагаемых подходов лежит идея обеспечение коренного улучшения основных показателей очистной выемки жил за счет приведения структуры и порядка отработки выемочных блоков, а также технологических параметров в соответствие с изменчивостью основных геологических характеристик рудных тел – мощности, формы и рудоносности. Количественная оценка изменения морфологии рудных тел производится с помощью показателя модуля сложности формы жилы (μж) по линии ее падения или простирания, определяемого по результатам опробования горизонтальных или вертикальных подготовительных и нарезных выработок [2]: , где hi – отклонение оси жилы на участке длиной li; mi – мощность жилы на участке li. При практическом использовании этой концепции возможно применение трех основных направлений, основанных на буровзрывном методе разрушения руды и отличающихся друг от друга размещением бурового оборудования в выемочном блоке: • непосредственно в очистном пространстве; • в горизонтальных выработках; • в вертикальных выработках. Второе и третье из обозначенных выше направлений основаны на отбойке руды скважинами малого диаметра, пробуренными из горизонтальной или восстающей буровой выработки. Морфология реальных рудных тел является фактором, определяющим объемные показатели отбойки через ограничение глубины бурения. В подавляющем большинстве случаев модули сложности жил по линии падения и по линии простирания довольно значительно отличаются друг от друга. Так как на современном уровне развития техники, взрывные скважины всегда прямолинейны, а выработки могут проходиться вдоль рудного тела практически любой формы, то при отработке запасов выемочного блока представляется достаточно очевидным и целесообразным буровые выработки проходить по линии наибольшей изменчивости рудного тела, а взрывные скважины бурить в направлении минимальной его изменчивости. Вариант геотехнологии с отбойкой руды из восстающих достаточно подробно освещен в работе. Для жил, имеющих более сложную форму по линии простирания целесообразно применить вариант с отбойкой из подэтажных штреков. Отличительной особенностью этой технологии является то, что при ее применении учитывается изменчивость формы жилы не только по простиранию, но и по падению. Первая, как было отмечено выше, определяет направление проходки подэтажных буровых выработок, а вторая – высоту подэтажа (глубину бурения). Коэффициент количества извлечения полезного ископаемого при выемке криволинейных жил определяется как соотношение площади рудного тела, находящегося в пределах вынимаемой прирезки, к общей площади криволинейного участка рудного тела. При равенстве двух последних параметров (m = М) выемка руды прямоугольными прирезками без потерь невозможна. При М > m существует совокупность значений h, при которых выемка балансовых запасов криволинейного участка жилы прямоугольными прирезками становится возможной. Чем больше разница между выемочной мощностью и мощностью жилы, тем шире становится диапазон этих значений. Предельно допустимое по условию полной выемки балансовых запасов значение отклонения (h) прогиба жилы равно половине разности между шириной очистного пространства и мощностью жилы: , При h ≥ (M − m)/2 часть балансовых запасов криволинейного участка жилы окажется за контуром вынимаемой прирезки и будет потеряна. С учетом условия полноты выемки балансовых запасов формула для определения предельно допустимой глубины бурения (высоты подэтажа) имеет вид: , где M – выемочная мощность, м; m – мощность рудного тела, м; R – радиус кривизны рудного тела на отбиваемом участке в направлении минимального модуля сложности рудного тела, м. Выполненные расчеты для жил различной сложности показали, что допустимая по условиям полноты выемки балансовых запасов прирезки глубина скважин связана с модулем сложности (μж) на отбиваемом участке гиперболической зависимостью вида: . Полученная методом наименьших квадратов эмпирическая зависимость (корреляционное отношение rк = 0,79) может быть использована для расчета величины lб при изменении модуля сложности от 0,5 до 4,2. Если, кроме изменчивости формы, отрабатываемое рудное тело имеет и неравномерное распределение полезного компонента (пониженную рудоносность), то после подготовительно-нарезных работ по описанной выше схеме из буровых выработок, пройденных в направлении максимальной изменчивости формы рудного тела, производят его обуривание c опробованием скважин, определяют пространственное положение безрудных участков и отбивают только участки рудного тела с промышленным содержанием полезного компонента, оставляя безрудные участки в качестве нерегулярных опорных целиков. Созданное семейство геотехнологий с выемкой жил прирезками переменной ширины по простиранию и отбойкой руды из вертикальных или горизонтальных выработок обеспечивает: • повышение производительности труда в 3–6 раз (в зависимости от мощности жил) за счет комплексной механизации работ и рациональных конструкций систем разработки; • улучшение условий и безопасности труда за счет исключения основных причин производственного травматизма и проведения всех работ из защищенных кабин специализированных машин без выхода людей в очистное пространство; • повышение качественных показателей добычи руды за счет технологически обеспеченной возможности изменения параметров и порядка очистной выемки в соответствии с реальной изменчивостью морфологии рудных тел и естественной неравномерностью распределения в них металлов; • снижение уровня техногенного воздействия на окружающую среду за счет снижения общего разубоживания руды. Базовые варианты систем и элементы технологии в различные годы прошли промышленные испытания на золотодобывающих предприятиях. Полученные результаты послужили основой для подготовки методических материалов и рекомендаций по выбору основных технологических параметров в реальных условиях разработки.