Компания АМС выполнила многочисленные исследования, направленные на снижение показателя разубоживания при механизированных системах отработки маломощных жил на действующих рудниках. Системы отработки включали отработку с отбойкой глубокими скважинами (LHOS) и механизированную отработку горизонтальными слоями с закладкой (CAF).
Разубоживание подразделяется на плановое и внеплановое. Плановое разубоживание учитывает породу, включенную в объем очистной выработки, при проектировании практически достижимой формы сечения выработки. Плановое разубоживание зависит от геометрических характеристик жилы, мощности и падения рудного тела, а также локальных горно-геологических условий. Внеплановое разубоживание представляет собой породу, вынимаемую в результате перебора, который может быть следствием некачественно выполненного бурения или отбойки, либо любую вынимаемую в процессе добычи пустую породу. В настоящей статье представлено общее описание исследования, выполненного АМС с целью определения обоснованного оптимального (минимального) показателя разубоживания, применимого к маломощному жильному рудному телу.
Определение характеристик жилы
Первый этап исследования по определению разубоживания заключался в оценке характеристик жилы. Общая цель заключалась в определении изменчивости в мощности жилы в целом, ее геометрических характеристик и протяженности в плане и на глубину (простирания и падения), а также, по мере возможности, установления инженерно-геологических условий, предопределяющих
применимость тех или иных систем отработки. В результате были определены следующие параметры:
• выдержанное простирание на расстояние 1 500 м;
• мощность изменяется от 0,5 до более 5 м;
• состояние окружающих пород по простиранию и на глубину варьируется от неустойчивого до устойчивого;
• в качестве крепления рассматривается использование цементно-породной и породной закладки;
• на руднике используется система отработки с отбойкой глубокими скважинами (LHOS) и система отработки горизонтальными слоями с закладкой (CAF), при этом имеется возможность оптимизации высоты подэтажей и последовательности отработки.
Оптимизированные сценарии разубоживания
На основании результатов определения характеристик жилы было принято решение, что за основу снижения разубоживания при отработке с отбойкой глубокими скважинами и отработке горизонтальными слоями с закладкой должны быть приняты следующие показатели:
• мощность жилы — 1,5 м; 2,25 м; 3,5 м и 5 м;
• дифференцированные размеры рудного штрека, прямоугольное и скошенное сечение выработки;
• углы падения рудного тела — 61°, 66°, 68° и 72°.
Расчетные формулы
При определении разубоживания АМС применялись приведенные ниже формулы. Рассчитаны коэффициенты планового и внепланового разубоживания. Суммарное разубоживание получается путем сложения показателей планового и внепланового разубоживания (рисунок 1.1 и 1.2). Этот метод был выбран в результате рассмотрения нескольких альтернативных вариантов расчета разубоживания.
Оптимальное разубоживание — это компромисс между стоимостью добычи, а также переработки пустой породы и стоимостью потерянной руды. С учетом ценности руды в данном примере показатель извлечения имел приоритет по сравнению с разубоживанием. Целевое извлечение составляло 100 %.
Сопоставительный и практический анализ
Специалисты АМС использовали сопоставительный и практический анализ для определения разубоживания на разных маломощных жильных месторождениях, определения принципов выбора оборудования, проектов буровзрывных работ (БВР), а также инструкций и рекомендаций относительно технических служб.
Оборудование
Специалисты АМС проанализировали имеющийся парк добычного оборудования (буровые установки, ПДМ, буровые станки для бурения глубоких скважин, анкероустановщики) и определили оптимальную схему БВР для принятых значений мощности и падения жилы, сечение (квадратное и скошенное) и размеры (высота и ширина) выработки, а также системы отработки, которые могут быть применены для снижения разубоживания без необходимости приобретения дополнительного оборудования.
Также специалисты АМС определили оптимальный парк горнодобывающего оборудования для снижения разубоживания. Для этих целей необходимо приобрести малогабаритное низкопрофильное оборудование и уменьшить сечение подготовительных выработок.
Снижение разубоживания за счет оптимизации параметров горно-подготовительных и очистных выработок
AMC выполнили всесторонний анализ для определения возможности снижения разубоживания как при отработке с отбойкой глубокими скважинами (LHOS), так и при отработке горизонтальными слоями с закладкой (CAF), используя рассматриваемые выше схемы. Все принятые показатели мощности и падения жилы, сечения и размеров выработок были изучены с точки зрения снижения разубоживания и повышения извлечения руды. Размеры выработок рассмотрены с учетом использования имеющегося или оптимального оборудования.
В целом минимальное разубоживание достигается за счет использования оптимального оборудования и меньшего сечения рудных штреков при отработке с отбойкой глубокими скважинами или за счет наименьшей достижимой высоты штреков при отработке горизонтальными слоями с закладкой.
Рисунок 1.3 иллюстрирует пример проектирования выработок при отработке с отбойкой глубокими скважинами (LHOS), где высота штрека составляет 4 м, мощность жилы — 2,25 м, а ее непостоянное падение — 66°.
Минимальное разубоживание для отработки с отбойкой глубокими скважинами (LHOS) в устойчивых породах при расстоянии между подэтажными штреками 20 м варьировалось от 66 % (ширина выработки — 1,5 м при мощности жилы 0,5 м) до 9 % (ширина рудного штрека — 5 м при мощности жилы 5 м). В умеренно устойчивых породах прогнозный показатель разубоживания повышался до 10 %.
Ключевые показатели разубоживания при отработке горизонтальными слоями с закладкой (CAF): 28 % при мощности жилы 1,5 м и 11 % при мощности жилы 5 м.
АМС использовали идеальные расчетные показатели разубоживания при соответствующих параметрах горно-подготовительных и очистных выработок для отработки проектов БВР, включающих использование отрезных восстающих, вееров добычных скважин и соответствующий удельный расход ВМ для отработки с отбойкой глубокими скважинами (LHOS). Схемы БВР для отработки горизонтальными слоями с закладкой (CAF) включали схему буровых скважин, рекомендуемый заряд ВМ и удельный расход ВМ.
Руководство и методики практического анализа с целью снижения разубоживания
Три основные задачи, которые необходимо решить для достижения идеального разубоживания:
- 1) оптимизация сечения рудного штрека,
- 2) оптимизация методов БВР,
- 3) общий контроль качества.
Оптимизация сечения рудного штрека:
• малая мощность жил, оборудование, пригодное для использования в выработке сечением
2,7 × 3 м (Ш × В);
• скошенная кровля рудных штреков;
• снижение объема подготовительных работ в висячем боку рудного тела;
• проверка методов технического обеспечения при проектировании очистных выработок в маломощной жиле.
Оптимизация проекта БВР:
• устройство отрезной щели. Рассмотреть использование разгрузочных скважин большого диаметра (например, V30 — 760 мм):
— уменьшение диаметра буровых скважин;
— применение рекомендуемых схем бурения, включая контурное взрывание;
— использование направляющих штанг (для снижения отклонения скважины);
• взрывание в очистном забое:
— использование эмульсионных ВМ малой плотности в очистных забоях маломощной жилы;
— применение схем БВР для очистных выработок (глубокие скважины, рудный штрек), предложенных АМС;
— разработка пробного технологического процесса с целью оптимизации схемы БВР и снижения разубоживания.
Общий контроль качества:
• плановому, маркшейдерскому, геологическому, геотехническому отделам, отделу вентиляции и производственному отделу предоставлять исходные данные для проектов подготовительных и очистных работ и участвовать в их утверждении;
• съемка и разметка очистного забоя, выставление осей штреков;
• применение маркшейдерской съемки для выставления буровой установки (обеспечивает точность траектории скважины);
• постоянное взаимодействие инженера БВР с буровыми бригадами;
• контрольная съемка пустот камеры после каждого взрыва;
• регулярная сверка проектных и фактических объемов взорванной горной массы. Обмен информацией со всеми заинтересованными сторонами и внесение изменений.