Проектирование подземных горных работ. Опыт компании «ЕМС-майнинг»

М.Е. Слободянюк
Главный инженер проектов ООО «ЕМС-майнинг»






А.А. Романченко
Генеральный директор ООО «ЕМС-майнинг», к.т.н., МВА, действительный член «Академии горных наук»





 
Постоянно растущая стоимость благородных и цветных металлов позволяет вовлекать в отработку запасов месторождения подземным способом с меньшими содержаниями, чем это было 10–15 лет назад, со сложными горно-геологическими условиями 
и с большей себестоимостью добычи в сравнении с открытым способом.

Также происходит развитие подземных горных работ в сторону вовлечения в отработку запасов глубоких горизонтов действующих рудников, что требует пересмотра решений по схеме вскрытия, системе разработки, поддержанию выработок, проветриванию рудника и транспортировке руды.

В процессе подземной разработки выделяют четыре основные стадии ведения горных работ:
1. Разведка полезного ископаемого.
2. Вскрытие месторождения полезного ископаемого.
3. Подготовка к выемке.
4. Очистная  выемка.

Схемы вскрытия и технология отработки запасов

Основными факторами эффективности проектов по отработке месторождений подземным способом является правильно выбранная схема вскрытия и технология отработки запасов.

Основные требования к схеме вскрытия и технологии отработки запасов:

• обеспечение безопасности работ и благоприятных условий для работающих при строительстве и эксплуатации рудника (устойчивая вентиляция, защита от затопления, пожарная безопасность, запасные выходы);
• наиболее экономичная по капитальным и эксплуатационным затратам;
• обеспечение полноты выемки запасов руды, необходимые темпы вскрытия, интенсивность отработки месторождения и поддержание высокой производительности рудника, управление горным давлением.

Основные варианты схем вскрытия запасов:

• при небольшой глубине запасов до 500 м предусматриваются наклонные автотранспортные и вентиляционные выработки, пройденные с поверхности штольнями;
• более 500 м — вертикальные стволы (скиповые, клетевые, скипо-клетевые, вентиляционные), наклонные конвейерные стволы;
• с фланговой или центральной схемой проветривания;
• при производительности более 2 млн т в год руды целесообразно применение конвейерного транс- порта, при меньшей производи- тельности автотранспорт. 



Технология отработки запасов (система разработки) зависит:

• от физико-механических свойств полезного ископаемого и вмещающих пород;
• от степени устойчивости руды и вмещающих пород;
• от формы и элементов залегания рудных тел;
• от наличия усложняющих факторов, как водообильность, газоносность, возгораемость руды и т.д.;
• от ценности ископаемого и содержания в руде металла или других полезных компонентов.

Системы разработки в основном классифицируются по принципу поддержания кровли очистного пространства. Очистное пространство в процессе очистной выемки оставляют открытым, заполняют отбитой рудой, закладкой или обрушенными породами или поддерживают крепью и целиками.

Выбор варианта схемы вскрытия и отработки запасов

Для месторождений цветных металлов анализ горно-геологических условий (угол падения, мощность рудных тел, устойчивость руды и вмещающих пород, ценность руды) показал, что наиболее рациональным является применение системы разработки с камерной или слоевой выемкой и закладкой выработанного пространства.

Решение о схеме вскрытия выбирается из вариантов, приемлемых для данного шахтного поля, на основе технико-экономического сравнения вариантов.

Анализ чувствительности проекта (рис. 1) по оценке влияния основных факторов производства на величину интегрального показателя экономической эффективности проекта — внутреннюю норму доходности (IRR) показывает, что самое существенное влияние на экономическую эффективность проекта оказывает стоимость товарной продукции (цены на металлы), затем эксплуатационные расходы по добыче руды (горные работы).

Оптимизационные мероприятия для повышения эффективности проекта подземного рудника

Оптимизация капитальных затрат:

• применение облегченных видов крепи выработок (анкерное крепление, набрызг, торкретбетон), если позволяют горно-геологические условия;
• увеличение скорости проходки горных выработок за счет механизации процессов отбойки, погрузки и крепления выработок (увеличение темпов строительства), применение высокопроизводительного самоходного оборудования.

Оптимизация эксплуатационных (операционных) затрат: 

• оптимизация параметров конструктивных элементов системы разработки:
  - увеличение параметров очистной камеры (высота, ширина, длина) дает положительный эффект в части увеличения производительности по горным возможностям, снижения удельного объема подготовительно-нарезных работ (ПНР) за счет меньшего количества горизонтов выпуска. Отрицательный эффект — увеличение потерь (менее точная отбойка руды) и разубоживания (прихват и вывалы вмещающей породы). Увеличение параметров имеет ограничение по геомеханической безопасности в связи со снижением устойчивости пролетов обнажения;
  - уменьшение параметров очистной камеры дает положительный эффект в части снижения потерь и разубоживания за счет более точной отбойки руды и отрицательный эффект — увеличение удельного объема ПНР за счет большего количества горизонтов выпуска и снижение производительности по горным возможностям. Оптимальные параметры выбираются технико-экономическими расчетами.
• использование в качестве заполнителя при приготовлении закладочных смесей:
  - хвосты обогащения;
  - твердые минеральные отходы производства (отстой, осадок, золы и шлаки от установок для сжигания отходов и т.д.).
• использование в качестве вяжущего при приготовлении закладочных смесей доменные граншлаки при наличии собственного металлургического предприятия, что дает снижение расхода цемента в 2–3 раза.
• применение породной закладки (бутобетонная и сухая закладка):
  -  при небольших глубинах залегания рудных тел с закладкой в направлении снизу-вверх; 
  -  при больших глубинах имеет ограниченное применение для закладки крайних камер последних очередей отработки. Доставка породы осуществляется непосредственно в очистную камеру без выдачи на поверхность.
• применение селективной выемки запасов (исключение из отработки забалансовой руды, пустой породы) при маломощных горизонтальных и наклонных залежах руды. 

ООО «ЕМС-майнинг» в период с 2015 по 2025 г. разработаны ряд проектов по отработке месторождений подземным способом. Проекты предусматривают строительство и реконструкцию подземных рудников с надшахтными комплексами и инфраструктурой.

Месторождение «Гайское» (Оренбургская область)

Подземный рудник производительностью 9 млн т/год медно-колчеданной руды. Данный объект является крупнейшим в РФ подземным рудником по добыче цветных металлов. На обогатительной фабрике медь, золото и серебро.

Горно-геологические условия:

• глубина отработки 800–1600 м;
• крутопадающие рудные тела большой мощности;
• склонность месторождения к горным ударам.
• взрывоопасность пыли сульфидных руд;
• склонные к самовозгоранию руды.

Подземный рудник, действующий с 1961 г., схема вскрытия (рис. 2) с центральной группой стволов (6 шт.) с расположением вентиляционных стволов на флангах месторождения (3 шт.).

Применяется этажно-камерная система разработки с закладкой выработанного  пространства.

ООО «ЕМС-майнинг» выполнен проект по увеличению производительности с 7 до 9 млн т/год в отм. 800–1300 м. Увеличение производительности обеспечено за счет применения более производительного самоходного оборудования, сокращения времени твердения закладки, модернизации подъемного оборудования, реконструкции поверхностного закладочного комплекса (ПЗК). Увеличение производительности ПЗК предусмотрено путем установки дополнительного оборудования, реконструкции существующих и строительства новых производственных зданий и сооружений.

Выполнен проект по вскрытию запасов глубоких горизонтов в отм. 1300–1600 м углубкой трех действующих вертикальных стволов. Углубка ствола отличается гораздо более высокими показателями сложности и трудозатратности по сравнению с проходкой нового ствола. В рамках подобных мероприятий проводится сооружение подземных камер для размещения лебедок и подъемной машины, проходка подводящих выработок, создание комплекса защитных сооружений и иных подготовительных мер. В рамках проекта выполнена реконструкция существующих надшахтных комплексов в части замены и модернизации скиповых подъемных установок углубляемых стволов.

В настоящее время выполняются предпроектные работы по вскрытию и отработке запасов в этажах в отм. 1300–1600 м с технико-экономической оценкой вариантов схем вскрытия с целью оптимизации горно-капитальных вложений и увеличения экономической эффективности предприятия.

Подольское месторождение (Башкортостан)

Подземный рудник с инфраструктурой производительностью 4,4 млн т/год медно-цинковой руды.

Горно-геологические условия:

• глубина отработки 500–800 м;
• горизонтально залегающий пласт мощностью от 50 до 300 м;
• склонность месторождения к горным ударам;
• склонные к самовозгоранию руды. 

Предусмотрена фланговая схема вскрытия наклонными и вертикальными стволами (рис. 3). Предусмотрена камерная и слоевая система разработки с закладкой выработанного пространства.


Корбалихинское месторождение (Алтайский край)

Подземный рудник производительностью 1,5 млн т/год полиметаллической руды.

Горно-геологические условия:

• глубина отработки 1000 м;
• рудные тела небольшой мощности (15–20 м);
• склонность месторождения к горным ударам;
• склонные к самовозгоранию руды.

Рудник действующий, вскрытие выполнено вертикальным стволом и наклонными съездами с поверхности (рис. 4). Применяется слоевая система разработки с закладкой.




ООО «ЕМС-майнинг» выполнена корректировка проектной документации с учетом фактического положения горных работ в части оптимизации решений по вскрытию нижних горизонтов, схемы транспорта горной массы, изменения календарных графиков строительства и добычи и схемы вентиляции рудника.

Как видно из представленных проектов подземных рудников, это сложные горнотехнические сооружения, требующие тщательной проработки любых технических решений. Наша компания имеет опытный и квалифицированный коллектив для выполнения любых работ по проектированию, анализу проектных решений и аудиту подземных рудников. За последние 10 лет мы приобрели уникальный опыт проектирования 
и прохождения экспертиз, и готовы помочь недропользователям в расширении сырьевой базы существующих месторождений, проектированию новых месторождений по добыче полезных ископаемых подземным способом.

E-mail: info@emc-mining.ru
www.emc-mining.ru

Опубликовано в журнале "Золото и технологии" № 1/март 2025 г.