Министерство образования и науки Российской Федерации государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский государственный открытый университет отчёт раздел 4 1

Вид материала

6.4.1.1.3.2. НОМ – Концепция технологии добычи крепких руд выбуриванием скважин
6.4.1.1.4.1. НОМ – Системы разработки рудных залежей большой мощности с применением оборудования с дистанционным и компьютерным
Вариант камерной системы разработки с подэтажной отбойкой руды.
Вариант этажно-камерной системы разработки с наклонным днищем, выпуском руды через орт и последующей закладкой.

Подобный материал:

1 2 3 4

6.4.1.1.3.2. НОМ – Концепция технологии добычи крепких руд выбуриванием скважин

Более 15 % запасов полезных ископаемых цветных и 60 % редких металлов России отнесены к забалансовым вследствие малой мощности рудных тел – менее 0,8 м. Освоение таких запасов с применением традиционных систем разработки в большинстве случаев экономически не целесообразно из-за высокого разубоживания руды и низкого уровня механизации работ. Из добываемых более 20 млн. тонн руды цветных металлов в год с применением ручного труда основная их доля связана с разработкой маломощных рудных участков.

Вовлечение в эксплуатацию маломощных залежей полезных ископаемых с высоким извлечением из недр и эффективной производительностью возможно на основе применения технологии добычи руд из маломощных залежей выбуриванием скважинами большого диаметра, обеспечивающей высокое извлечение полезного ископаемого из недр без присутствия людей в очистном пространстве.

Выполненный анализ проблемы добычи ценных руд из маломощных залежей позволил сформулировать концепцию новой технологии подземной разработки тонких залежей крепких руд выбуриванием скважин большого диаметра [34].

1) Принципы технологии добычи крепких руд из маломощных (с мощностью менее 0,8 м) залежей и жил выбуриванием скважин большого диаметра без присутствия людей в очистном пространстве:

– наличие значительных запасов крепких руд ценных и благородных металлов и стратегического сырья в тонких и маломощных рудных залежах (месторождениях) с выдержанной гипсометрией, народнохозяйственная необходимость вовлечения их в промышленную разработку с минимальными потерями в недрах;

– наличие буровых установок небольших габаритов (приемлемых для работы в подземных условиях) для бурения скважин большого диаметра в крепких породах, модернизация которых в добычные комбайны в настоящее время технически осуществима;

– современные достижения в области создания горного оборудования и дистанционного управления процессами горного производства, обеспечивающие создание безопасной, экологически чистой и эффективной разработки маломощных месторождений.

2) Цель и основные задачи новой технологии. Главной целью новой технологии добычи крепких руд выбуриванием скважин большого диаметра является обеспечение высокой эффективности, экологической безопасности разработки маломощных месторождений крепких руд выбуриванием скважин большого диаметра без присутствия человека в очистном пространстве и создание предпосылок для дистанционного управления всеми процессами горных работ.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

исследовать сырьевую базу месторождений крепких руд ценных и благородных металлов и стратегического сырья в тонких и маломощных рудных залежах;
изучить парк отечественных и зарубежных буровых установок небольших габаритов (приемлемых для работы в подземных условиях) для бурения скважин большого диаметра в крепких породах;
разработать требования к типоразмерному ряду оборудования для выбуривания маломощных залежей скважинами большого диаметра, включая:

– анализ технических данных (конструктивных решений аналогичного оборудования);

– разработку основных технических требований к новому оборудованию;

– разработку технологических схем с применением нового оборудования;

– выполнение технико-экономического обоснования;

– выбор главного параметра, характеризующего технические показатели и эксплуатационные данные оборудования.

3) Ожидаемые результаты внедрения новой технологии в производство. Внедрение новой технологии позволит:

повысить качество извлечения руд из недр за счет снижения потерь и разубоживания руды;
увеличить объем конечного продукта при той же производительности предприятия за счет снижения разубоживания руды при ее извлечении из недр;
улучшить безопасность горных работ за счет снижения проявлений горного давления, улучшения вентиляции рабочих мест, снижения пожароопасности, сокращения объемов взрывных работ, выведения людей из очистного пространства;
сократить численность подземных рабочих;
снизить затраты на крупное дробление, сортировку и транспортирование руды, взрывные работы и вентиляцию;
расширить сырьевую базу предприятия за счет вовлечения в добычу забалансовых залежей мощностью менее 0,6 м;
механизировать и автоматизировать основные технологические процессы и в дальнейшем организовать их дистанционное управление из диспетчерского пункта, исключить объемы немеханизированного, ручного труда;
улучшить экологическую обстановку горнопромышленных регионов.

Таким образом, концепция новой технологии подземной разработки тонких залежей крепких руд выбуриванием скважин большого диаметра определяет пути преобразования развития минерально-сырьевого комплекса России, направленные на увеличение объемов добычи ценных руд, являющимися «забалансовыми» при применении традиционных систем разработки месторождений.

Концепция ориентирует на механизацию и автоматизацию основных и вспомогательных процессов горного производства, на создание дистанционно управляемого подземного горного оборудования, на выполнение основных технологических процессов по компьютерным программам, способствует эффективной и экологически безопасной добыче крепких руд из тонких залежей без присутствия людей в очистном пространстве.

6.4.1.1.4. Подраздел Автоматизация и компьютеризация проходческих и добычных горных работ

6.4.1.1.4.1. НОМ – Системы разработки рудных залежей большой мощности с применением оборудования с дистанционным и компьютерным управлением

Наиболее производительными подземными системами разработки с качественной добычей руды являются камерные системы с закладкой выработанного пространства. Однако для данных систем уязвимым звеном является выпуск руды из выпускных отверстий на почву (где производят погрузку скреперной лебедкой, вибрационной техникой или погрузочно-доставочной машиной), при котором происходит зависание крупных кусков, останавливающее процесс движения рудной массы на неопределенное время. Формирование выпускных отверстий с наклонными стенками в днищах камер необходимо для извлечения руды из очистного пространства и транспортировки её на обогатительную фабрику. Однако в результате массовой отбойки руды взрывчатым веществом образуется горная масса из кусков руды различной формы и габаритов. Это приводит к тому, что при выпуске руды очень часто крупные куски перекрывают выпускные отверстия и движение рудной массы прекращается – происходит зависание руды.

Процесс движения потока рудной массы может быть восстановлен после ликвидации зависания руды взрывными работами, что приводит к остановке всего участка работ. Многочисленные взрывные работы по ликвидации зависаний приводят к разрушению выпускного отверстия, восстановление которого связано со значительными трудностями и затратами на его ремонт. Все это происходит вследствие того, что существующие средства доставки, управляемые людьми, не могут работать внутри камер высотой 25 – 50 м ввиду возможности внезапного обрушения кровли и стен камеры. Поэтому появление погрузочно-доставочных машин с дистанционным управлением позволило обеспечить безопасное ведение работ не только за счет исключения дополнительного ведения взрывных работ по ликвидации зависаний и нахождения людей внутри камеры, но и внести изменения в конструкцию днищ камер. Машинист-оператор управляет финской погрузочно-доставочной машиной Торо 350, снабженной системой радио дистанционного управления, на выходе её из камеры после зачистки днища камеры.

Дистанционно управляемые погрузочно-доставочные машины позволяют изменить конструкцию днища камеры и сформировать днище камеры плоским. Это исключает создание выпускных отверстий и снижает потери руды на 10…15 %. Исключение выпускных отверстий и качественное обуривание горного массива современной буровой техникой (по паспортам БВР с оптимизированной линией наименьшего сопротивления W) веерами скважин диаметром (65…145 мм) из буровых штреков вместе с мощной самоходной техникой (с объемом ковша 5…8 м³) значительно повышает эффективность подземной разработки. Кроме того, применение дистанционно управляемых погрузочно-доставочных машин позволяет извлечь рудную массу из трудно доступных участков камеры. При типовых вариантах рудную массу из таких участков камер извлечь невозможно – она была бы безвозвратно потеряна. Применение участковых дробилок в комплексе с дистанционно управляемым оборудованием обеспечивает бесперебойную поточность движения горной массы по всей трассе и огромную производительность до 7…12 тыс. т руды в год на одного рабочего.

Система разработки горизонтальными слоями по сравнению с камерной не имеет ограничений выпускных отверстий. Особенностью формирования льдопородного закладочного массива при разработке месторождений средней и большой мощности в условиях криолитозоны является то, что для замораживания больших объемов закладки требуется столько же времени, как и при разработке маломощных крутых рудных тел в аналогичных условиях, поскольку время замораживания зависит от толщины замораживаемого слоя, а не от его площади. Другой особенностью разработки месторождений средней и большой мощности с закладкой выработанного пространства в условиях криолитозоны является то, что закладочный массив должен обладать достаточно высокой прочностью, главным образом по контуру камеры, вследствие необходимости больших обнажений в процессе очистных работ.

Кроме того, послойное формирование закладочного массива в камерах большого объема является трудоемким процессом создания целостного массива с равномерными прочностными свойствами по всему объему камеры.

Восходящий порядок выемки слоев при разработке месторождений слоевой системой, наряду с указанными выше преимуществами перед другими системами, имеет еще ряд достоинств: безопасность работ ввиду возможности обеспечения лучших условий вентиляции очистных забоев, значительный объем отбиваемой за один цикл рудной массы по всей длине слоя, возможность применения секционной отбойки руды и комбинированной отработки рудного тела при высоком проявлении горного давления (см. выше), обеспечение поточности движения отбитой горной массы, минимальный объем тупиковых очистных выработок, отсутствие ограничений по выпускным отверстиям в добычном пространстве.

Одним из основных условий применения восходящей слоевой системы разработки является устойчивость вмещающих горных пород и рудного тела при горизонтальных обнажениях кровли и стенок горных выработок. Предельный пролет выработки кровли горных выработок в углевмещающих породах может составлять 50 м и более. Технологическая длина пролета кровли при слоевых системах разработки, как правило, составляет 12…16 м.

Технологическая схема сплошной слоевой системы разработки с закладкой выработанного пространства и восходящим порядком выемки слоев, апробированная в условиях Дукатского месторождения, представляет следующее: мощная часть рудной зоны отрабатывается несколькими вертикальными лентами шириной 4…6 м, что более чем на порядок меньше допустимых предельных пролетов, рассчитанных для многолетнемерзлых пород с температурой –6…–7^оС. Первая лента отрабатывается по контакту с лежачим боком. После выемки двух слоев высотой по 3,5 м нижний слой заполняется закладкой с формированием в нижнем слое искусственного заезда на вторую ленту. После отбойки третьего слоя второй слой также закладывается с формированием в нем искусственного заезда и так далее. Вторая лента отрабатывается вслед за первой с отставанием по вертикали не менее чем на два слоя, то есть не менее чем на 7 м. Аналогично проводится отработка третьей и последующих лент.

Для предотвращения разубоживания руды последующих лент от обрушений закладки предыдущих лент при их вертикальном обнажении нормативная прочность закладочного массива должна соответствовать величине устойчивости обнажаемой поверхности. При этом следует обеспечивать, с одной стороны, необходимую прочность закладочного массива, с другой стороны, минимальное время оттаивания, достаточное для проведения добычных работ. В данном случае, при вертикальном обнажении 7 м нормативная прочность закладки составляла не менее 1,0 МПа. Таким требованиям отвечает искусственный массив, сформированный из соотношения масс щебенки, песка и воды соответственно 1600:700:170 при температуре воздуха минус 20 ^оС на 1 м³ закладки. При необходимости вносятся коррективы в состав искусственного массива.

Формирование закладочного массива при разработке мощных рудных тел требует создания особой монолитности в той его части, которая впоследствии обнажается при проведении очистных работ в соседней ленте. Это достигается строгим рецептурным соблюдением закладки и постоянным контролем.

Для обеспечения высокой эффективности восходящей слоевой выемки при разработке мощных рудных тел были разработаны варианты с секционной отбойкой руды глубокими скважинами, опытно-промышленные испытания которых проведены и внедрены на рудниках «Комсомольский» и «Октябрьский».

По разработанной технологии мощная рудная залежь отрабатывается слоями с закладкой выработанного пространства. Участок рудного тела подготавливается транспортным уклоном, пройденным из почвы в кровлю рудного тела под углом, позволяющим передвигаться самоходному оборудованию. Из уклона проходят слоевые орты, а из очистной заходки, проходимой в каждой выемочной полосе, бурятся ряды параллельных скважин, взрыванием которых образуются очистные слои. Очистные работы в вертикальной полосе начинаются с образования подсечного пространства проходкой горизонтальной выработки с последующим ее расширением, из которой обуривается выемочная лента рядами параллельных скважин.

Интенсивное ведение проходческих и добычных работ при разработке рудного тела Дукатского месторождения обеспечивается с использованием следующего оборудования: на бурение шпуров: установкой СБУ-2КН (СБОУ-2М) с манипулятором и полком для крепления кровли; на заряжании: машина “Ульба-1” (ЗМКД-1) для заряжания шпуров диаметром 36-50 мм и скважин диаметром 64-85 мм; на погрузке: погрузочно-доставочные машины - ПД-8, ПД-5; на креплении: каретка для осмотра и крепления кровли СП-8А, снабженная механизмом для установки штангового крепления и оборки кровли; на закладке: каток прицепной, кулачковый - ДУ-26; подземный бульдозер БП-1Г, для планирования поверхности закладки до и во время создания упрочняющего слоя; машина для торкретирования и укладки бетона - НБК-2; поливо-моечная машина ПМ-8; гидромонитор; вентиляторы ВМ-8М, ВМ-6; топливо-заправочная машина ДЗ-1; дробильно-сортировочный комплекс.

Вариант камерной системы разработки с подэтажной отбойкой руды. Камерные системы разработки с закладкой выработанного пространства являются самыми производительными системами подземной разработки мощных месторождений. Наибольшая эффективность этих систем обеспечивается при создании условий поточности рудной массы и снижении технологических потерь руды. Очистное пространство может быть открытым (с доставкой руды из очистного пространства погрузочно-доставочными машинами с дистанционным управлением (ПДМ с ДУ) или заполненным отбитой рудой с частичной доставкой погрузочно-доставочными машинами с ручным управлением и для уборки руды от борта камеры и зачистки почвы с дистанционным управлением. В разработанном варианте камерной системы с подэтажной отбойкой руды кроме конструктивных изменений системы усовершенствованы основные технологические процессы, позволяющие повысить эффективность всей системы в целом.

Разработанные рекомендации по рациональным параметрам буровзрывных работ (диаметр скважин, применяемое оборудование и точность бурения, применяемое ВВ, средства заряжания скважин, необходимая мощность рудной «корки») обеспечивают качество отбойки с минимальным объемом негабарита и снижение разубоживания руды пустыми вмещающими породами и разрушенными кусками пород закладки.

Конструктивные изменения, связанные с возможностью применения погрузочно-доставочных машин с дистанционным управлением, позволяют значительно (в 3-4 раза) снизить нагрузки на «залобник» выпускной выработки камеры за счет уменьшения объема выпускаемой руды, приходящейся на один «залобник» и движения «залобника» по мере отбойки камеры серией вееров скважин, что обеспечивает бесперебойную доставку рудной массы из камеры. Объем подготовительно-нарезных работ сокращается на 20…30 %. Применение дистанционно управляемых ПДМ позволяет увеличить производительность труда на 30…40 % за счет увеличения коэффициента использования машины, так как обеспечивается поточность движения рудной массы, исключается слеживаемость руды; сокращаются потери руды на 15…20 %.

Одной из главных особенностей применения погрузочно-доставочных машин с дистанционным управлением является возможность конструктивного изменения системы, позволяющего снизить потери руды в местах ее наибольшего скопления.

Снижение потерь руды при использовании погрузочно-доставочных машин с дистанционным управлением позволяет дополнительно извлекать из каждой камеры 4200 т руды.

Ликвидация зависаний в рудоспусках чрезвычайно сложная и трудоемкая задача. Часто рудоспуски приходится бросать из-за невозможности ликвидации зависания. При небольшой высоте рудоспуска зависание ликвидируют с помощью заряда ВВ на шесте; если до места зависания десятки метров, то к месту зависания бурят скважину, в которой размещают заряд ВВ и ликвидируют зависание взрывом. Это приводит к снижению срока службы восстающего или рудоспуска и дополнительным затратам на сооружение новых дорогостоящих рудоспусков. Для предотвращения попадания негабаритных кусков в рудоспуск на его приемной части устанавливают грохот. Остающиеся на решетке грохота крупные куски руды дробят механическим способом, используя различные бутобои как с ручным, так и с дистанционным управлением. Руда из самосвала попадает в бункер, из бункера на транспортер, затем на грохот, где негабарит бутобоем разбивается на кондиционные куски, спускаемые в рудоспуск.

Более эффективным является поступление руды из ковша ПДМ или кузова самосвала на грохот с дроблением подгрохотного материала руды на малогабаритных щековых дробилках типа ЩДП-600х900 и выпуском дробленого материала вибропитателем из рудоспуска. Надгрохотный материал дробится бутобоем. Такая схема обеспечивает поточность рудной массы на всем пути ее движения. Однако применение бутобоев быстро изнашивает грохота, что приводит к необходимости частого их ремонта или замены.

Оптимальным решением является применение виброгрохота-дробилки типа «Осколец» или передвижной дробильной установки ПДСУ-200. В случае применения дробилки «Осколец» руду из ковша или кузова погрузочно-доставочной машины подают в зону загрузки виброгрохота-дробилки, после чего она виброплатформой посылается на грохот. Куски крупностью менее 250 мм попадают в рудоспуск, а более 250 мм поступают в зону дробления и далее в рудоспуск. Вся система смонтирована на полозьях, что позволяет оперативно передвигать ее от одного рудоспуска к другому. Масса установки 20 т, производительность 150 т/ч, высота 2,2 м, ширина 2 м, длина 6 м.

Использование установки при камерной системе разработки позволяет достигать производительности до 7…12 тыс.т руды в год на одного работающего по руднику в целом без присутствия людей в самом опасном месте подземного горного производства - очистном пространстве.

При достаточно высокой производительности камерных систем основным сдерживающим фактором является процесс формирования в них искусственного закладочного массива и достижения массивом необходимой прочности для обеспечения своевременной отработки прилегающей части рудного тела к закладочному массиву. Прочность закладочного массива должна обеспечить его устойчивость во время отработки соседней камеры при вертикальном обнажении закладки. Полученные зависимости формирования закладочного массива за минимальный период времени и рекомендуемые составы закладки позволяют не прерывать поточности процесса добычи.

Время отработки камеры с параметрами 10х50х20 м с использованием буровой установки БШ-145, и ВВ типа АС-8, погрузочно-доставочной машины с дистанционным управлением Торо-350Д и участковой дробилки типа «Осколец» составляет 55…60 дней, время формирования закладочного массива не должно превышать этот период.

Вариант этажно-камерной системы разработки с наклонным днищем, выпуском руды через орт и последующей закладкой. Вариант этой системы с закладкой выработанного пространства заключается в проведении в его лежачем боку полевого транспортного штрека, а в висячем боку вентиляционно-закладочного штрека, которые проходят таким образом, чтобы соединяющие их выработки составляли наклон в 15…20^о. Соединяющие выработки, проходимые по одной на каждую камеру по ее оси, выполняют функцию буровых и доставочных выработок. Бурение скважин глубиной 20…30 м выполняют на всю высоту этажа самоходными буровыми установками диаметром до 75 мм. При этом угол наклона выработки в 15…20^о позволяет решить несколько задач: лучше наполнять ковш и доставлять рудную массу погрузочно-доставочной машиной с дистанционным управлением и выполнять взрыводоставку отбитой руды, наиболее плотно заполнять нижнюю часть камеры закладочным материалом и тем самым обеспечивать его устойчивость при последующем обнажении во время отработки нижнего горизонта.

Камеру заполняют закладкой из вентиляционно-закладочного штрека вышележащего горизонта после выпуска из нее всего объема отбитой руды. Особенностью формирования закладки в рассматриваемой технологической схеме является необходимость создания весьма устойчивой нижней части закладочного массива (устойчивой к обнажению, к процессу оттаивания при ведении очистных работ и к динамическому воздействию взрывных работ) путем подбора состава и параметров закладки, ужесточения требований теплового режима во время выполнения очистных работ и других мероприятий.

Комплекс самоходного оборудования, обеспечивающий наибольшую производительность, включает: самоходные буровые установки для бурения шпуров и скважин диаметром 36…75 мм; машины для заряжания шпуров и скважин; погрузочно-доставочные машины с вместимостью ковша 3…8 м³; машины для перевозки людей, доставки грузов и заправки самоходного оборудования. Продолжительность отработки камер составляет 3…6 месяцев, суточная производительность блока колеблется от 400 до 1600 т, производительность забойного рабочего от 40 до 70 т/см, потери и разубоживание равны 3…10 % и 8…12 % соответственно.

Этот вариант разработан применительно к условиям криолитозоны Удоканского месторождения.

Технико-экономические показатели варианта: удельный объем подготовительно-нарезных работ на 1000 т руды – 30…50 м³; производительность выпуска и доставки руды – 750…900 т/см; трудоемкость добычи руды – 9,7 чел.см./1000 т; потери – 4…6 %; разубоживание – 9…10 %; производительность труда на очистных работах – 100 т/чел.см.

Blog