Анализ теории и опыта разработки рудных месторождений восходящим способом

Одним из направлений повышения  эффективности при комбинированной  разработке крутопадающих рудных месторождений является восходящая отработка запасов ниже дна карьера  (Минаев Д.Ю., Минаев Ю.Л., Монтиков А.В. Способ отработки подкарьерных запасов мощных крутопадающих залежей руд, 7 Е 21 С 41/00,2001117093/03, СПГГИ(ТУ)).

Вскрытие месторождения ведется  сразу на всю глубину разработки ступенями по 240 м, где располагают концентрационные горизонты. Каждый шаг вскрытия делится на этажи высотой от 40 до 120 м, отрабатываемые в восходящем порядке этажно-камерной системой разработки с последующей закладкой выработанного пространства.

На рис.1 представлен поперечный, вертикальный разрез отработки подкарьерных запасов, на рис. 2 – продольный вертикальный разрез.

Рис.2

1- дно карьера; 2 - шахтный ствол; 3- квершлаг; 4- рудный буровой штрек; 5 - полевой откаточный штрек; 6 - полевой  закладочный штрек; 7 - закладка; 8 - подкарьерная камера; 9 - отработанная подкарьерная камера; 10 - камера с породной закладкой; 11 - камера с монолитной твердеющей закладкой.

 

В предлагаемом способе подкарьерные запасы мощного крутопадающего месторождения вскрывают стволом 2, пройденным до конечной отметки залежи или проектируемым к отработке запасов, квершлагом 3, рудным буровым штреком 4, полевым откаточным штреком 5 и другими вскрывающими выработками. Выемку запасов месторождения ведут этажами в восходящем порядке этажно-камерной системой разработки с применением самоходного бурового и погрузочно-доставочного оборудования. Для подачи закладочных материалов в отработанные камеры проходят полевые закладочные штреки 6. Выемочные, блоки по простиранию залежи делят на камеры первой и второй очереди. При этом в пределах блока в первую очередь отрабатывают узкие камеры длиной 5 м и закладывают их малопрочной твердеющей закладкой. Камеры первой очереди длиной L₁ после их отработки заполняют монолитной твердеющей смесью для создания подпорной стенки. После твердения этой закладкой вынимают широкие камеры второй очереди длиной L₂ и заполняют их породной закладкой 10. Соотношение между длинами камер, заполненных твердеющей и породной закладкой в камерах первой  и второй очереди, составляет 1:7. Применение породной закладки стало возможным в связи с применением восходящего способа отработки запасов месторождения. Подачу закладки в отработанные подкарьерные камеры 9 осуществляют непосредственно со дна отработанного карьера 1. 

Исследование эффективности восходящей отработки рудных месторождений (Минаев Д.Ю. Исследование эффективности восходящей отработки рудных месторождений. Горная механика, № 2, 2002 г. С.44.) показали, что применение породной и низкопрочной твердеющей закладки позволяет снизить себестоимость добываемой руды несмотря на значительные первоначальные капитальные затраты на проведение капитальных выработок - стволов и концентрационных горизонтов, увеличить безопасность отработки подкарьерных запасов и сократить время отработки месторождения.

Проведенное исследование убедительно  доказывает, что восходящий порядок  отработки глубоко-залегающих месторождений при комбинированной отработке месторождения является более эффективным, чем традиционный нисходящий порядок выемки с применением прочной твердеющей закладки

В способе разработки рудных месторождений (Степанов В.П. Способ разработки рудных месторождений. 30.05.86. Бюл. № 20), включающем проведение подготовительных и нарезных выработок, выемку полезного ископаемого камерами, смещенными относительно друг друга на высоты, равную половине высоты этажа, и расположенными одной половиной в закладке, а другой – в рудном массиве, буровзрывную отбойку руды, закладку выработанного пространства и выпуск руды, разработку осуществляют снизу вверх, нижнюю половину камер располагают в закладке, а верхнюю – в рудном массиве, отработанные камеры заполняют сыпучей закладкой и формируют при этом в верхней половине камер полости между откосом сыпучей закладки и неотбитым рудным массивом, затем эти полости заполняют твердеющими смесями.

На рис. 3 показан продольный  разрез залежи с камерами ромбовидной  формы в разных стадиях обработки.

Рис. 3

Блоки отрабатывают снизу вверх  камера 1, смещенными относительно друг друга на высоту половины этажа, и располагают нижнюю часть камер в закладке 2, а верхнюю – в массиве 3. После отработки камеры с помощью буровзрывных работ выработанное пространство заполняют сыпучей закладкой 4 (породой от проходки выработок и т.п.) под углом естественного откоса закладочного материала. Закладочный материал подают в центральную часть камеры через закладочные выработки, расположенные в наивысшей точке камеры. Когда нижняя отметка откоса сыпучей закладки достигает середины этажа, подачу закладочного материала прекращают, а оставшееся свободное выработанное пространство заполняют твердеющими смесями 5. В результате этого образуется устойчивый массив в основании вышележащих неотработанных камер. Нижняя половина камер может заполняться гидрозакладкой без добавления вяжущего компонента. Отработку блоков можно производить как камерами ромобовидной формы, так и прямоугольной. За счет снижения затрат на закладку повышается эффективность восходящей разработки.

Способ подземной разработки месторождений  полезных ископаемых (Шестаков А.Н., Завьялов Г.Г. и др. патент РК № 5580, Класс МПК - Е21С 41/16, год публикации – 1997), включающий восходящую слоевую выемку руды четными и нечетными заходками, проходку по центру рудного тела на полную его мощность вертикальной выработки в пределах одной заходки и закладку ее, проведение опережающих разрезных выработок в каждом слое, первоначальное проведение очистной выемки на контакте с вертикальной выработкой двумя сближенными к вертикальной выработке нечетными заходками, закладку их, дальнейшее проведение очистной выемки одновременно в четной заходке и находящейся над ней нечетной заходке в направлении к флангам рудного тела, отличающийся тем, что дополнительно от центральной вертикальной выработки проходят с последующей их закладкой, по меньшей мере, две вертикальные выработки, расстояние между центральной и дополнительными вертикальными выработками выбирают из выражения L =l x cosa, где L - расстояние между центральной и дополнительными выработками, м; l -длина наклонного обнажения, м; a -угол наклонного обнажения, на контакте с которыми в направлении к центральной вертикальной выработке проходят и закладывают одновременно две сближенные нечетные заходки, затем четную между ними и расположенную над ней нечетную заходку вышележащего слоя.

Технология сплошной каскадной добычи руды с нисходящим и восходящим порядком выемки подэтажей  предназначена для разработки крутопадающих  месторождений ценных и средней  ценности руд в широком диапазоне  мощностей рудных залежей и вмещающих  пород в различных горно-геологических  условиях.

Способ включает: нисходящий и восходящий порядок отработки  подэтажей; каскадное расположение на подэтажах смещенных относительно друг друга камер; сплошную выемку руды последовательной отработкой камер и выемкой камер целиков на подэтажах; возведение несущего слоя из упрочненного закладочного массива, являющегося - искусственной кровлей ниже отрабатываемых камер.

Технология нисходящей выемки руды содержит последовательную выемку на подэтажах сдвоенных со смещением по высоте камер с формированием и подвиганием в блоке широкого фронта выемки руды по падению рудной залежи. 

Технология восходящей выемки руды включает последовательную восходящую выемку каскадно-расположенных  на подэтажах камер, смещенных по высоте в сторону рудного массива (рис.  ).

Рис.    Технология восходящей выемки руды

	- рудный массив;
	- закладочный массив повышенной  прочности;
	- закладочный массив пониженной  прочности;
	- отбитая руда;
¬	- направление движения фронта  очистной выемки руды;
1,2,...7	- очередность выемки камер;
B	- угол сдвижения руды.

 
Основные технико-экономические  показатели новой технологии представлены в таблице 1.

Таблица 1 

Наименование	Вариант нисходящей разработки	Вариант восходящей разаботки
Удельный объем подготовительно-нарезных работ на 1000 т подготовленных запасов, м3	80 - 90	75 - 80
Производительность труда забойного  рабочего, м3/чел.-смену:  - на проходческих работах  - на очистных работах	7,0 - 8,0  16,5 - 18,0	7,0 - 8,0  18,0 - 20,0
Производительность блока, тыс.т/мес.  Потери руды, %  Разубоживание руды, %	12,0 - 18,0  3,5 - 4,5  12,5 - 13,5	18,0 - 20,0  5,0 - 5,5  12,5 - 13,0

Новая многоступенчатая сплошная технология разработки мощных рудных месторождений на Малеевском руднике и Зыряновской обогатительной фабрике АО "Казцинк основана на применении этажно- и подэтажно-камерной систем разработки с управлением горным давлением закладкой выработанного пространства и применением самоходного оборудования. Разработана комплексная система подземной рудоподготовки и технология раздельной переработки медно-цинковых и полиметаллических типов руд (рис.    ).

Рис.   Многоступенчатая сплошная технология  
                          разработки мощных рудных месторождений

Использование новых технологий позволило:

- увеличить объемы добычи  и переработки руд с 1500 до 2250 тыс. т руды в год;

- довести производительность  одного очистного забоя до 37- 40 тыс. т в месяц;

- уменьшить удельный  расход цемента на закладочные  работы с 220 до 70 кг на 1м3 закладки;

- повысить извлечение  металлов в одноименные концентраты:  свинца - на 2,3%, цинка - на 12,4%, меди - на 12,8%;

- снизить себестоимость  добычи руды и получения высококачественных  селективных концентратов цветных  металлов в 1,5 - 2,0 раза.

В современной отечественной и  зарубежной практике проходку чаще всего  производят сразу на несколько этажей, а в некоторых случаях даже на всю глубину отработки. В настоящее  время целесообразность таких решений  уже не вызывает сомнений, хотя применение традиционных подходов к обоснованию  эффективности восходящей отработки  свидетельствует об обратном.

Поэтому при решении задач обоснования эффективных вариантов технологических схем вскрытия и подготовки запасов полезных ископаемых необходимо эти задачи рассматривать с учетом экономических последствий на последующих стадиях добычи (во взаимосвязи с системами разработки и их параметрами), а также со стадиями обогащения и других направлений переработки полезных ископаемых. Обоснование эффективных систем разработки и их параметров необходимо осуществлять также во взаимосвязи с вариантами вскрытия и подготовки запасов. При разных вариантах вскрытия и подготовки запасов могут быть разными не только затраты и не только параметры вскрытия и подготовки и время выполнения работ на стадиях вскрытия и подготовки, но и параметры систем разработки и их технико-экономические показатели.