Вскрытие глубоких узких россыпей Кулара наклонным стволом и вентиляционно- ходовым восстающим

В.Ф. Рогизный — ведущий науч. сотр. ЦНИГРИ, к.т.н.
С.А. Долбилин, Н.П. Баглаев — ООО «Геолинвестипроект»
С.В. Хамнаев — начальник ПТО ООО «АДК»

Общие сведения

ООО «АДК» в настоящее время (2018– 2023 гг.) на прииске «Кристалл» ведет подземную разработку широких россыпей золота руч. Суор-Уйалаах, согласно РД 06-326-99. [1]. В техническом проекте (2018 г.) принята центральная схема вскрытия шахтных полей двумя наклонными стволами сечением S=12 м²: конвейерным (КНС; α = 10–12°) и вентиляционным (ВНС; α = 8°). Схема вскрытия представлена на рисунке 1, а сечение наклонных стволов на рисунке 2.

Рис. 1. Схема вскрытия широких шахтных полей наклонными стволами КНС+ВНС

Схема реализуется с использованием буровзрывного способа проходки выработок (БВР) комплексом оборудования с дизельным приводом хода: для бурения шпуров гидроперфоратором применяется одна установка Boomer S1L, для погрузки-доставки песков одна–две ковшовые погрузочно-доставочные машины ПДМ ST1030LP. При этом выдача песков на поверхность ведется ленточным конвейером 2Л1000У.

Такой состав комплекса оборудования позволяет реализовать 2-х забойную проходку стволов КНС+ВНС, выработок околоствольного двора (ОД), а также многозабойную проходку главных и подготовительно-нарезных выработок на фланге шахтного поля, намеченного для первоначальной отработки (рис. 1).

Рис. 2. Сечение наклонных стволов: вверху КНС (с ленточным конвейером 2Л1000У); внизу ВНС (с ПДМ ST1030LP ); слева — с креплением в устьевой части стволов; справа — в основной части на протяжённом участке

Стволы служат запасными выходами из шахты, обеспечивают конвейерный подъем песков по КНС на поверхность и проветривание шахты. При этом подача свежего воздуха в шахту осуществляется по воздухоподающим скважинам Ø800 мм или Ø500 мм через вентиляционную камеру ВНС. Выдача исходящей струи ведется через КНС и фланговые вентиляционные скважины.

Скважины с поверхности в створ ВНС бурятся станком ударно-канатного бурения БУ20-2УШМ одновременно с проходкой ВНС и оснащаются вентиляторами главного проветривания (работают на нагнетание). Фланговые скважины Ø500 мм с вентиляторами местного проветривания (работают на всас), вводятся в эксплуатацию по мере перемещения подготовительных и очистных забоев/лав.

После завершения проходки главных выработок выемка песков из очистных забоев/лав ведется с БВР в отступающем порядке от фланга к центру при использовании того же комплекса одна Boomer S1L + две ST1030LP с доставкой песков к бункерной яме в ковше ПДМ для выдачи на поверхность ленточным конвейером 2Л1000У.

Рис. 3. Схемы вскрытия узких шахтных полей главным наклонным стволом (ГНС) и вентиляционноходовым восстающим (ВХВ) с выдачей горной массы на поверхность шахтным самоходным вагоном 10ВС-22

При рациональной организации многозабойной проходки выработок с высокой загрузкой мобильных машин во всем разнообразии литологических свойств массива пород и песков были обеспечены положительные экономические результаты комплекса с использованием БВР.

В предшествующие годы на прииске проходили испытания безвзрывного способа проходки стволов с использованием проходческого комбайна 1ГКПС-01 с отгрузкой горной массы от комбайна в ковше ПДМ ST1030LP. Рассчитывали на высокие темпы проходки наклонных стволов комбайном, но фактические результаты не подтвердили ожидания.

Комбайн 1ГПКС-01 при строительстве наклонного ствола эффективно работает лишь по льдистым алевритам (илам) мусхаинской свиты. Были получены следующие суточные результаты: проходка 10 м, средний расход резцов РКС-1 в сутки — 2,5 шт (если объем горнорудной массы 120 м³, то удельный расход резцов → 2,5/120 = 0,02 шт/м³). По гравийно-галечным отложениям тимэрдэхской свиты (по пескам) показатели проходки существенно хуже — проходка 3 м/сут., расход резцов — 9 шт (или → 9/36 = 0,25 шт/м³ ) существенно выше, чем по льдистым алевритам.

Рис. 4. Комплекс оборудования 1ГКПС-01 + 10ВС-22 в проходческом забое главного наклонного ствола

С учетом ограниченных объемов эффективного использования комбайна 1ГПКС-01 (только верхняя часть вскрывающих стволов), а также неудачных решений доставки горнорудной массы от комбайна ковшовой ПДМ (грузоподъемность ковша 10 т), масштабное применение 1ГПКС-01 было свернуто. Аналогичные оценки приведены в работах других исследователей [2, 3].

Опыт проходки наклонных стволов комбайнами на ГОКе «Куларзолото» (1979–1990 гг.) также подтверждает св едения предприятия. В статьях П.Д. Луняшина [4, 5] отмечается неблагоприятные условия для работы резцовых комбайнов на участках с коэффициентом крепости пород 4–6, с включениями валунов и глыб кварца до 10 %. «Среднесменная скорость проходки по таким породам не превышала 1,5 м в смену (при работе по илистым породам без включений скорость составляет 3,8– 5,5 м в смену), при этом расход резцов составил 0,12 шт/м³». Автор также отмечал, что комбайнами удавалось проходить лишь до 60 % общей длины стволов.

Таким образом, абразивные пески пласта для резцового инструмента комбайна 1ГПКС-01 являются труднопреодолимым препятствием, где сложно добиться приемлемых экономических результатов.

Преимущества и недостатки схемы вскрытия спаренными стволами

Преимуществом способа вскрытия шахтного поля спаренными стволами при разработке широких россыпей являлась способность комплекса одна Boomer S1L + две ST1030LP реализовать не только скоростную проходку подготовительных выработок, но и высокий уровень механизации добычи песков с БВР, обеспечивающий практически безостановочную работу ленточного конвейера 2Л1000У по их выдаче на поверхность.

Недостаток этой схемы вскрытия проявляется при ограниченном объеме песков на проектируемых участках и удаленном плече доставки песков из очистных забоев к бункерной яме, когда ленточный конвейер 2Л1000У значительный период времени работает без загрузки его песком. В этом случае разбалансирован совместный режим работы поверхностной дизельной электростанции и ленточного конвейера, что приводит к увеличенному расходу электроэнергии.

С учетом значительных затрат на проходку КНС, а также затрат на монтаж/демонтаж ленточного конвейера, встает вопрос о целесообразности вскрытия узких шахтных полей с пониженными запасами песков двумя наклонными стволами.

Предложение по освоению схемы вскрытия узких россыпей комбинированным способом (безвзрывным и БВР) в процессе опытно-промышленных работ

В предшествующие годы предприятие, обеспечивая экономические результаты работы прииска, интенсивно вело разработку широких россыпей. В результате к настоящему времени увеличилась доля узких шахтных полей с ограниченными объемами песков, где снижается эффективность схемы вскрытия КНС+ВНС и конвейерный подъем песков на поверхность.

Рис. 5. Вагон самоходный 10ВС-22: (сверху вниз, слева направо): общий вид с кабельным барабаном; в положении загрузки через перегружатель комбайна; в положении разгрузки в рудоспуск; встроенный скребковый конвейер в кузове вагона

В настоящей работе предлагается упрощенная схема вскрытия шахтных полей прииска с ограниченными запасами песков одним главным наклонным стволом (ГНС) в комплекте с вентиляционно-ходовым восстающим (ВХВ). По ГНС выдаются пески, подается свежий воздух в шахту, перемещаются люди и оборудование, он является основным выходом из шахты. При этом, для выдачи песков на поверхность, вместо непрерывно ра ботающего в смену ленточного конвейера, используется шахтный самоходный вагон с электроприводом 10ВС-22, который работает циклично (г/п вагона 22 т; изготовитель — г. Солигорск, республика Беларусь).

ВХВ является запасным выходом и обеспечивает выдачу исходящей струи (рис. 3).

Проходка ГНС ведется комбайном 1ГКПС-01 в основном по льдистым алевритам при выдаче породы на поверхность 10ВС-22.

После строительства ОД, ВХВ и ввода шахты в эксплуатацию вагон 10ВС-22 используется для выдачи песков из шахты в цикличном режиме, не потребляя электроэнергию (как конвейер) при остановке подачи песков из забоев.

Таким образом, для узких шахтных полей с ограниченным объемов балансовых песков (например, ≤ 80 тыс. м³) с учетом прочностных характеристик массива по трассе ствола ГНС рекомендуется реализовать его проходку комбинированно:

• безвзрывным способом комплексом оборудования комбайн 1ГПКС-01 + 10ВС-22 проходится наклонная часть ГНС в малоабразивном массиве по льдистым алевритам (илам) мусхаинской свиты;
• оставшуюся часть ГНС, горизонтальные выработки околоствольного двора, а также очистная выемка по «абразивным» пескам выполняется с БВР при использовании комплекса один Boomer S1L + два ST1030LP.

Вентиляционные ниши ГНС, а также бункерная яма с решетчатым грохотом сооружаются традиционным способом БВР. После завершения проходки и оснащения бункерной ямы, в которую разгружается ковш ПДМ, выдача горной массы на поверхность осуществляется тем же самоходным вагоном 10ВС-22, кузов которого из бункера загружается самотеком.

Рис. 6. Камера разворота вагона самоходного 10ВС-22 в середине длинного (≥170 м) ГНС

Описанная схема вскрытия с использованием одного Главного наклонного ствола (ГНС) дополняется проходкой вентиляционно-ходового восстающего (ВХВ), который обеспечивает запасной выход.

Особенности вскрытия узких шахтных полей ГНС

Предварительно по трассе ГНС бурятся разведочные скважины для установления доли проходки по малоабразивным массивам, где ожидаются высокие темпы безвзрывной проходки с минимальным расходом резцов.

Безвзрывная проходка ГНС ведется одним забоем с использованием комплекса 1ГКПС + 10ВС-22, при этом параметры ствола сохраняются стандартными (α = 8–9°; S = В × Н = 4,62 м × 2,6 м = 12,01 м²), имея ввиду завершение его последующей проходки буровзрывным способом.

Кузов самоходного вагона оснащен встроенным скребковым конвейером, который позволяет равномерно распределять отбитую комбайном породу по длине кузова. Кроме того, в сравнение с возможностями ковша ПДМ ST1030LP, обеспечивается удвоенная грузоподъемность кузова по горной массе (рис. 4).

Темпы безвзрывной проходки стволов комбайном с отгрузкой горнорудной массы ПДМ на поверхность по опыту предприятия составляли 10 м в сутки. С учетом перечисленных выше усовершенствований комплекса оборудования 1ГКПС-01+10ВС-22 и с применением на отгрузке горнорудной массы вагона с большей грузоподъемностью (22 т), темпы проходки ствола этим комплексом ожидаемо должны быть выше.

Рис. 7. Станок вращательного бурения БГА2М-04: справа — бурение восходящей скважины Ø500 мм на поверхность; в верхнем левом углу — положение инструмента при расширении скважины сверху вниз до Ø800 мм

Определенная при разведке доля ГНС на участках с включениями валунов и по «абразивным» пескам (примерно 20–25 %), а также околоствольный двор (ОД), другие выработки в границах ОД проходятся с БВР комплексом один Boomer S1L + два ПДМ ST1030LP.

После сооружения ГНС с камерами ствол служит запасным выходом, обеспечивая выполнение следующих функций:

• перегрузка песков в самоходный вагон 10ВС-22 (или аналог) для подъема песков на поверхность (взамен конвейера 2Л1000У);
• подача свежего воздуха в шахту через вентиляционную камеру по воздухоподающим скважинам Ø800 или Ø500 мм;
• перемещение по стволу людей, материалов, оборудования;
• при этом 10ВС-22 находится в разворотной камере ствола.

Эта камера также является пунктом отстоя вагона в междусменный перерыв при ведении взрывных работ (в камере должна поддерживаться минусовая температура воздуха, исключающая растепление массива).

Вагон шахтный самоходный 10ВС-22 (изготовитель ООО «Рудгормаш», г. Солигорск, Беларусь )

Как отмечалось выше, шахтный самоходный вагон 10ВС-22 (рис. 5) служит для отгрузки горнорудной массы от 1-ГКПС-1 при проходке ГНС, а после ввода в эксплуатацию главного наклонного ствола используется для подъема песков в цикличном режиме на поверхность (при эксплуатационных запасах <80 тыс. м³). Габариты вагона (ширина 2500 мм при собственной высоте 1870 мм) соответствуют традиционным сечениям КНВ+ВНС (S = В × Н = 4,62 м × 2,6 м = 12,01 м²).

По паспортным данным вагон 10ВС-22 может эксплуатироваться при температуре окружающей среды от +5 до +35 °С. Учитывая этот ограничивающий параметр, при опытно-промышленных работах необходимо в техническом задании заводу изготовителю определить возможности снижения рабочей температуры до минусовых значений, а для пункта стояния вагона в разворотной камере поддерживать температуру в заданном диапазоне.

Скорость движения вагона с грузом и порожняком составляет 7 км/ч (116 м/мин.), установленная мощность 128 кВт. Вагон имеет двухпозиционную кабину водителя.

В днище кузова есть скребковый конвейер, который обеспечивает равномерное распределение песков при загрузке кузова у бункерной ямы, а также при выгрузке кузова в отвал на поверхности. Снабжение электроэнергией вагона 10ВС-22 при движении на поверхность с грузом и обратно порожняком осуществляется по питающему кабелю, который находится на кабельном барабане (радиус действия вагона до 200 м). Если обеспечить разворот вагона в точке присоединения кабеля в середине ГНС, то протяженность доставки груза увеличивается до 360–380 м.

Рис. 8. Схема проходки восстающего (2,25 × 1,5 = 3,4 м²) с выделением ходового отделения сверху вниз БВР с опережающей скважиной Ø800мм 

1 — венцовая крепь приповерхностой секции; 2 — ходовое отделение; 3 — отшивка ходового отделения; 4 — трубопровод сжатого воздуха; 5 — полок ходового отделения с настилом; 6 — лестница; 7 — скважина Ø800 мм; 8 — подвесная канатная лестница; 9 — породоприемная часть; 10 — шпуры; 11 — объем очередного взрыва (сооружения на поверхности условно не показаны)

Для обеспечения возможности перемещения других пневмоколесных машин (ПДМ, Буммер и др.) по ГНС с дизельным приводом хода в течение смены в середине трассы оборудуется камера, где кабель подключается к электросети, при этом вагон на короткое время может оставаться в ней. Примерная схема камеры разворота 10ВС-22 представлена на рисунке 6.

Проходка вентиляционноходового восстающего (ВХВ)

В настоящей статье рассматривается вариант проходки восстающего на поверхность без механического подъема высотой не более 40 м (приказ Ростехнадзора от 08.12.2020 г. № 505 п. 428). Если высота проектируемого ВХВ больше 40 м, следует под будущий восстающий предусмотреть сбойку, которая компенсирует превышение нормативной высоты.

Проходка восстающего Н = 40 м с поверхности предлагается сверху вниз со шпуровой отбойкой при опережающем бурении в сечении ВХВ компенсирующих скважин большого диаметра:

• в малоабразивном массиве по льдистым алевритам (илам) мусхаинской свиты бурится одна скважина Ø800 мм станком вращательного бурения БГА2М;
• по гравийно-галечным отложениям тимэрдэхской свиты 2–3 скважины Ø500 мм бурятся в углах будущего восстающего станком ударно-канатного бурения БУ-20-2УШМ.

Ниже подробнее рассматривается первый вариант:
1. БГА2М монтируется в рассечке шахты под будущим ВХВ. С помощью его резцовых инструментов выполняется бурение восходящей скважины на поверхность с передовым долотом Ø130 мм и расширителем Ø500 мм (рис. 7). Про ход ка скважины Ø500 мм ведется до выхода расширителя на поверхность с удалением продуктов разрушения в шахту. На поверхности инструмент Ø500 мм заменяется на Ø800 мм и скважина расширяется БГА2М-04 сверху вниз с удалением продуктов разрушения в шахту. Диаметр расширенной скважины позволит при последующей проходке восстающего с БВР удалять взорванную в забое массу под собственным весом вниз в рассечку шахты, сокращая время цикла.
2. В нижней части будущего ВХВ формируется камера для приема отбитой породы при проходке ВХВ сверху вниз со шпуровой отбойкой. При этом восходящие шпуры бурятся телескопным перфоратором ПТ-36 в площади восстающего, выполняется их заряжание, взрывание с удалением горной массы вниз на почву рассечки (рис. 8).
3. Проходка приповерхностной секции на глубину оттайки (2 + 2 = 4 м — высота будущей лестницы) выполняется с БВР срубовым креплением венцами. С поверхности вниз выполняется бурение нисходящих шпуров перфоратором ПП-60, их заряжание и взрывание, а дробленая порода удаляется под собственным весом по скважине Ø800 мм вниз; проветривание забоя обеспечивается за счет общешахтной депрессии (рис. 8).
4. Для последующих секций (8 × 4 м = 32 м) без венцового крепления с оформлением ходового лестничного и материального отделения ожидаемый темп проходки с БВР при удалении породы по скважине Ø800 мм вниз примерно 6 м/сут. (пример на рис. 8).

Общее время буровзрывной проходки ВХВ составляет примерно 9 суток.

Рис. 9. Буровой инструмент станка БУ20-2УШМ, используемый при проходке скважин Ø500 мм

Во втором варианте проходки восстающего Н = 40 м (по гравийно-галечным отложениям тимэрдэхской свиты) две–три опережающие скважины Ø500 мм станком ударно-канатного бурения БУ-20-2УШМ бурятся в углах будущего восстающего с поверхности в рассечку шахты.

На рисунке 9 показан буровой инструмент станка БУ20-2УШМ, с помощью которого реализуется проходка скважины.

Последующая проходка и крепление ВХВ ведется буровзрывным способом по схеме, показанной на рисунке 8. При этом варианте параметры шпуровой отбойки подбираются, исходя из минимизации размеров негабаритного куска, который может быть удален из забоя вниз под собственным весом.

Строительство узлов перегрузки песков в ОД при выдаче их на поверхность (на конвейер 2Л1000У и в вагон самоходный 10ВС-22)

На завершающей стадии проходки выработок ОД традиционно по трассе КНС (α = 12°) монтируются секции 2Л1000У, в бункерной яме устанавливается натяжная секция конвейера и узел перегрузки песков на конвейер, а также приемный бункер с решетчатым грохотом (рис. 10а).

Приемный бункер представляет собой сварную металлоконструкцию с решетчатым грохотом (400×400 мм) и отбойный бордюр. Разгрузка горной массы из бункера на конвейер или в самоходный вагон выполняется под собственным весом. Для дробления негабаритных кусков на решетке грохота используется отбойный молоток, а при больших размерах кусок оставляется в уширенной части ОД и вывозится на поверхность в ковше ПДМ.

Узел перегрузки песков с ковша ПДМ в вагон самоходный 10ВС-22 при выдаче на поверхность по ГНС (α = 8–9°) формируется по аналогичной схеме, но камера приема песков в кузов вагона 10ВС-22 имеет повышенную высоту (рис. 10б).

Заключение

Календарным графиком ТЭО постоянных кондиций (2023 г.) в предстоящий период (за 11 лет) на прииске «Кристалл» будут вовлекаться в от работку участки узких россыпей руч. Суор-Уйалаах. При этом проектируется проходка наклонных стволов: всего 16286 м, в том числе на узких шахтных полях по малоабразивным массивам комплексом 1ГКПС + 10ВС-22 — 3976 м (24,4 %). Намечается подъем песков конвейерный (непрерывный режим) по 28 стволам КНС; а подъем песков вагоном 10ВС-22 ( цикличный режим) по 14 стволам ГНС.

Возможности комбайна 1ГКПС-01 по увеличению темпов проходки ГНС на малоабразивных участках стволов могут быть реализованы при работе в комплексе с вагоном самоходным 10ВС-22М. Кузов со встроенным конвейером увеличенного объема позволяет существенно уменьшить простои комбайна при отгрузке породы на поверхность.

После ввода в строй шахты с ограниченной производственной мощностью вагон 10ВС-22М в цикличном режиме позволит оптимизировать подъем песков на поверхность, заменяя в этой операции ленточный конвейер 2Л1000У (включая операции его монтажа/демонтажа). В перспективе такой вагон может работать на подъем песков в комплекте с бункером-перегружателем.

Рис. 10. Приёмный бункер околоствольного двора на сопряжениях: а) с КНС (α = 12°); б) с ГНС (α = 8–9°) без натяжной секции 

Предложенная схема вскрытия и способ выдачи песков на поверхность позволяет снизить затраты на проходку второго наклонного ствола, но при этом требуется обеспечить запасной выход из шахты. Обычная практика проходки восстающего с поверхности вниз с БВР в настоящее время редко применяется, так как сложно в сезон организовать проходку восстающего на глубину 40 м из-за большой доли ручных работ.

В статье предложена технология проходки ВХВ с использованием компенсационных скважин Ø800 мм и/или Ø500 мм (предварительно бурится станком БУА-2М и/или БУ-20-2УШМ) с последующим расширением ВХВ до проектных размеров при шпуровой отбойке и креплении сверху вниз. Отбитая масса удаляется из забоя под собственным весом по скважине вниз в шахту, ускоряя проходку.

Намеченные в ТЭО технические решения для вскрытия и отработки узких участков россыпи, по мнению авторов статьи, в перспективе могут быть реализованы лишь после проведения ОПР.

1. Инструкция по разработке многолетнемерзлых россыпей подземным способом (камерные и столбовые системы разработки). РД 06-326-99 (утв. Госгортехнадзор РФ от 18.11.1999 г. № 84) составлен ИГД Дальневосточного отделения РАН (Хабаровск) на основе доработки аналогичной «Инструкции…» Восточного НИИ золота и редких металлов (Магадан, 1994 г.).
2. Марков В.С., Шерстов В.А. Влияние геокриологических условий россыпных месторождений Арктической зоны Якутии на выбор способов проходки вскрывающих и подготовительных подземных выработок. Криосфера земли, Ин-т горн. дела Севера. СО РАН, 2003, т. VII. № 1, с. 84–88.
3. Марков В.С., Лабутин В.С. Перспективы применения безвзрывной проходки подземных выработок в условиях Заполярья. Горный информационно-аналитический бюллетень. № 10/2012.
4. Луняшин П.Д. Куларские сокровища обретают наследников. Прошлое и будущее золотого Кулара. «Золото и технологии» № 1 (39), март 2018 г.
5. Луняшин П.Д. Золотой Кулар еще скажет свое веское слово. «Золото и технологии», № 2 (52), июнь 2021.

Опубликовано в журнале «Золото и технологии», № 1 (63)/марта 2024 г.