Разработка тонких россыпей с применением низкопрофильного оборудования
В статье рассмотрены возможности применения низкопрофильного самоходного оборудования для механизации проходки подземных выработок и очистной выемки при отработке маломощных (m ≥ 1,1 м → mср ≥ 1,63 м) и тонких (m ≤ 1,1 м → mср ≥ 0,91 м) песков Верхне-Инидигирского района. По мнению авторов, технология эффективна за счет снижения разубоживания руды, улучшения условий труда горнорабочих, снижения энергозатрат и объемов песков, выдаваемых на поверхность.
В.Ф. Рогизный — ведущий научный сотрудник ЦНИГРИ, к.т.н.
Д.А. Внуков — главный геолог ООО «Геолинвестипроект»
Распределение золота по вертикали (по разрезу) неравномерное, наиболее обогащенной является спаевая часть пласта песков, в верхней части песков уменьшение содержания золота плавное, а в нижней — резкое. Поверхность плотика неровная, с выступами и западинами до 1–2 м, с постоянным уклоном 0,001–0,034. Просадка золота в нижнюю часть трещиноватых пород плотика в среднем по району достигает 0,3–0,4 м. В связи с тем, что пласт по вертикали имеет тенденции к падению и подъему на небольшой площади, мощность выемки определяется из отметок пласта песков с прирезкой в кровле и почве.
Средний объемный вес торфов в естественном залегании составляет 2,73 т/м3. Коэффициент разрыхления (торфов и песков) мерзлых пород колеблется от 1,6 до 1,9, в среднем — 1,75, а для талых пород в среднем он составляет 1,4. Покрывающие породы в основном устойчивы.
Рис. 1. Одностреловая бурильная установки DD210 и ее габаритные размеры
В последние годы месторождения района отрабатывались преимущественно открытым способом при благоприятных горнотехнических условиях до 20 м, однако, с увеличением глубины снижается рентабельность их отработки, при этом актуальным становится переход на подземный способ разработки россыпей, прежде всего обогащенных участков.
Характеристика запасов мелких россыпных месторождений золота по 37 объектам Верхне-Индигирского горнопромышленного района (от 50 до 500 кг на 01.01.2017 г.), которой пользовадись авторы, позволила определить их средние параметры, представленные в таблице 1.
Табл. 1. Средние параметры месторождений Верхне-Индигирского горнопромышленного района для подземной разработки
Рис. 2. Габаритные размеры ПДМ LH205L-М в низком забое (при недостатке места сверху ковш ПДМ оснащается выталкивателем)
Как следует из таблицы 1, основные параметры, определяющие эффективность подземной отработки, изменяются в широком диапазоне, при этом верхняя граница мощности торфов весьма условна. При вскрытии песков наклонными стволами на подземных работах мощность торфов лишь незначительно увеличивает капитальные затраты, а ширина россыпи компенсируется ее протяженностью. Мощность песков напрямую определяет технологию добычи, разубоживание, качество добываемых песков, а также рентабельность производства.
Анализ показателей работы россыпей показал, что существующая технология подземных горных работ, базирующаяся на применении переносного оборудования и камерно-лавной разработки, характеризуется относительно низкой производительностью труда горнорабочих. Попытки применения самоходных буровых и погрузочно-доставочных машин (ПДМ) в 1990–2000 гг. не нашли распространения на маломощных пластах.
С целью обоснования оптимальных параметров россыпи по критерию геологической мощности песков и соответствующей механизированной технологии их добычи, эти запасы были распределены согласно методическому руководству «Типовые паспорта управления кровлей и крепления очистных выработок россыпных шахт…» на две группы мощностей:
1. Маломощные — m > 1,1 м;
2. Тонкие — m ≤ 1,1 м; mср = 0,91 м. Выемочная мощность с учетом технологических прихватов и зазоров равна 1,4 м; их доля в геологических запасах составляет 33 % песков и 42 % Au.
Характеристика запасов, распределенных по маломощным и тонким россыпям, представлена в обобщенном виде в таблице 2.
Табл. 2. Распределение основных параметров маломощных и тонких месторождений для подземной разработки (от/до/средние)
Рис. 3. Общий вид сплошной системы разработки с низкопрофильном оборудованием
Это распределение является основой для более детального описания схем подготовки и добычи песков, а также выявления области использования механизированных технологий в маломощных пластах, что позволяет снизить количество выдаваемых на промывку песков без снижения объемов металла.
В предшествующие годы подземные россыпи отрабатывались с применением переносного оборудования (перфораторы — на бурении, скреперные лебедки — на доставке руды) с выдачей песков на поверхность конвейерным подъемом. Поэтому основные рекомендации направлены на выбор оптимального оборудования для проведения выработок и обеспечение безопасных условий труда в очистных забоях шахты: управление кровлей и крепление, их проветривание, а также улучшение условий труда горнорабочих.
(А) При проходке вскрывающих и горно-подготовительных выработок на маломощных пластах рекомендуется использовать комплект низкопрофильных машин фирмы Sandvik, который состоит из электрогидравлической установки для бурения шпуров DD210L (рис. 1), а для доставки горно-рудной массы из забоев ГПР к конвейерному стволу использовать ПДМ LH205L-M с грузоподъемность ковша 5 т (рис. 2). Высота этих машин составляет Н = 1,4–1,6 м, что позволяет вести бурение и доставку рудной массы к бункерной яме и при проходке выработок ГПР, и при очистной выемке маломощных россыпей с выемочной мощностью ≥ 1,8 м.
Рис. 4. Положение установки в низком забое и ее габаритные размеры (а) и ее габаритные размеры (б)
Доставка песков при проходке выработок ГПР и в лавах, а также транспорт по штреку к бункерной яме и питателю конвейерному БПК-1000 осуществляется в ковше ПДМ LH205L-M. При недостатке высоты для разгрузки ковша ПДМ используется комплектация ковша с выталкивателем. Остальные технологические операции очистной выемки выполняются в соответствии с РД 06-326-99 и
«Типовым паспортом управления кровлей…».
(Б) При вскрытии и подготовке лав на тонких (m ≤ 1,1 м) пластах проходка выработок ГПР выполняется с использованием ранее описанного комплекта самоходных машин (DD210L + LH205L-M), а для ведения очистных работ в лавах используется особо низкое оборудование, приспособленное для отработки тонких пластов. Общий вид системы разработки с таким оборудованием в варианте для широкой залежи показан на рисунке 3 (заимствован из рекламных материалов фирмы Sandvik).
Для бурения шпуров при отработке тонких пластов (m ≤ 1,1 м) используется 2-стреловая электрогидравлическая установка c дистанционным управлением DD120L высотой 0,82–0,97 м (рис. 4а). Операторы при этом удалены от бурильной установки, источника вибрации и пыли, а наличие двух стрел позволяет им в низком забое вести одновременное бурение верхнего и нижнего рядов шпуров. Минимальная высота машины при транспортировке — 0,82 low м; при бурении — 0,97 up м. Оснащение бурильной установки гидроперфораторами с двух сторон позволяет выполнять бурение верхнего и нижнего ряда шпуров с одной установки, последовательно перемещаясь вдоль лавы с шагом, равным расстоянию между рядами шпуров.
Рис. 5. Бульдозер Sandvik LZ100L с дистанционным управлением: слева — доставка руды в низком забое; справа — форма отвала
Габариты и положение машины в низком забое показаны на рисунке 4б. Для доставки песков из лав к транспортному штреку на тонких участках используется бульдозер LZ1000 (Н = 0,97 м) также c дистанционным управлением. В процессе доставки песков к транспортному штреку бульдозером LZ1000 выполняется и зачистка почвы лемехом на глубину 0,2 м, при этом общая выемочная высота выработанного пространства низких лав составит 1,4 м, а рекомендованная геологическая мощность ≤ 11,1 м (рис. 5). Транспорт песков к бункерной яме и конвейерному питателю БПК-1000 осуществляется (как и на маломощных участках) по транспортному штреку с использованием ПДМ LH205L-M.
Такое решение позволяет унифицировать оборудование подземного участка и сохранять разубоживание песков при снижении мощности пласта.
Инструкция по безопасному применению самоходного (нерельсового) оборудования в подземных рудниках (М.: Недра, 1976, параграф 113) для самоходного вагона определяет: «По высоте зазор между кровлей и наибольшими выступающими частями машины (груза) должен быть не менее 300 мм». Для технологических машин с дистанционным управлением, оператор которых удален от машины, зазор не определен. В настоящих рекомендациях зазор до кровли принят минимальным — не менее 100 мм. С учетом нормативного прихвата в кровле 0,1 м при ведении буровзрывных работ свободная высота до кровли у DD120L составит 0,2 м.
Реализация механизированной технологии с применением рекомендованного оборудования предполагает высокий уровень его загрузки в период амортизации (5–6 лет), поэтому для отработки выбираются шахты с соответствующими запасами песков. Из-за изрезанности шахтного поля горными работами в предшествующие годы выемочные блоки могут иметь различные размеры и форму, в связи с этим обстоятельством предусматривается, что отдельные блоки малых размеров могут быть отработаны с традиционным переносным оборудованием.
1. Типовые паспорта управления кровлей и крепления очистных выработок россыпных шахт области вечной мерзлоты (методическое руководство). Магадан, 1979.
2. «Инструкция по разработке многолетнемерзлых россыпей подземным способом(камерные и столбовые системы разработки». РД 06-326-99 составлен ИГД Дальневосточного отделения РАН (Хабаровск) на основе доработки аналогичной «Инструкции…» Восточного НИИ золота и редких металлов (Магадан, 1994).
3. «Инструкция по составлению технического проекта россыпной шахты». Якутск, 1982 г.
4. Методика разведки россыпей золота и платиноидов (под ред. Флерова и Куторгина) М.: 1992.
5. Методические указания по разведке и геологопромышлнной оценке месторождений золота. М., Ц
6. Потемкин С.В. Разработка россыпных месторождений. М.: 1990.
7. Марков В.С., Копырин Р.Р. Опыт и пути развития механизации при подземной разработке россыпей криолитозоны. Северо-Восточный федеральный университет.
8. Шерстов В.А. и др. Опыт отработки россыпной шахты с применением механизированной крепи Т-13К //Колыма. 1983. № 7
Опубликовано в журнале "Золото и технологии" № 2/июнь 2020 г.
Д.А. Внуков — главный геолог ООО «Геолинвестипроект»
Общие сведения и условия подземной отработки россыпей
Золотоносные россыпи Верхне-Индигирского горнопромышленного района для подземной разработки залегают на глубине 30–70 м и приурочены к нижним горизонтам аллювия и верхней трещиноватой части коренных пород (песчаники, алевролиты, сланцы). Обломочный материал представлен алевролитами, песчаниками, роговиками, сланцами и реже кварцем. Валунистость торфов и песков в сред-нем составляет 10 %; валуны, в основном, мелкие. Льдистость торфов и песков максимально достигает 15 %, в среднем по району — 8 %, представлена прожилками льда, расположенными хаотично по всему разрезу, размером от нитевидных до 2–3 см.Распределение золота по вертикали (по разрезу) неравномерное, наиболее обогащенной является спаевая часть пласта песков, в верхней части песков уменьшение содержания золота плавное, а в нижней — резкое. Поверхность плотика неровная, с выступами и западинами до 1–2 м, с постоянным уклоном 0,001–0,034. Просадка золота в нижнюю часть трещиноватых пород плотика в среднем по району достигает 0,3–0,4 м. В связи с тем, что пласт по вертикали имеет тенденции к падению и подъему на небольшой площади, мощность выемки определяется из отметок пласта песков с прирезкой в кровле и почве.
Средний объемный вес торфов в естественном залегании составляет 2,73 т/м3. Коэффициент разрыхления (торфов и песков) мерзлых пород колеблется от 1,6 до 1,9, в среднем — 1,75, а для талых пород в среднем он составляет 1,4. Покрывающие породы в основном устойчивы.
Рис. 1. Одностреловая бурильная установки DD210 и ее габаритные размеры
В последние годы месторождения района отрабатывались преимущественно открытым способом при благоприятных горнотехнических условиях до 20 м, однако, с увеличением глубины снижается рентабельность их отработки, при этом актуальным становится переход на подземный способ разработки россыпей, прежде всего обогащенных участков.
Характеристика запасов мелких россыпных месторождений золота по 37 объектам Верхне-Индигирского горнопромышленного района (от 50 до 500 кг на 01.01.2017 г.), которой пользовадись авторы, позволила определить их средние параметры, представленные в таблице 1.
| Ширина, м | Мощность торфов, м | Мощность песков, м | Среднее содержание химически чистого золота, г/м3 | ||||||||
| От | До | Среднее | От | До | Среднее | От | До | Среднее | От | До | Среднее |
| 6 | 223 | 45 | 9 | 47 | 24 | 0,65 | 3,75 | 1,33 | 1,49 | 10,67 | 2,53 |
Табл. 1. Средние параметры месторождений Верхне-Индигирского горнопромышленного района для подземной разработки
Рис. 2. Габаритные размеры ПДМ LH205L-М в низком забое (при недостатке места сверху ковш ПДМ оснащается выталкивателем)
Как следует из таблицы 1, основные параметры, определяющие эффективность подземной отработки, изменяются в широком диапазоне, при этом верхняя граница мощности торфов весьма условна. При вскрытии песков наклонными стволами на подземных работах мощность торфов лишь незначительно увеличивает капитальные затраты, а ширина россыпи компенсируется ее протяженностью. Мощность песков напрямую определяет технологию добычи, разубоживание, качество добываемых песков, а также рентабельность производства.
Анализ показателей работы россыпей показал, что существующая технология подземных горных работ, базирующаяся на применении переносного оборудования и камерно-лавной разработки, характеризуется относительно низкой производительностью труда горнорабочих. Попытки применения самоходных буровых и погрузочно-доставочных машин (ПДМ) в 1990–2000 гг. не нашли распространения на маломощных пластах.
С целью обоснования оптимальных параметров россыпи по критерию геологической мощности песков и соответствующей механизированной технологии их добычи, эти запасы были распределены согласно методическому руководству «Типовые паспорта управления кровлей и крепления очистных выработок россыпных шахт…» на две группы мощностей:
1. Маломощные — m > 1,1 м;
2. Тонкие — m ≤ 1,1 м; mср = 0,91 м. Выемочная мощность с учетом технологических прихватов и зазоров равна 1,4 м; их доля в геологических запасах составляет 33 % песков и 42 % Au.
Характеристика запасов, распределенных по маломощным и тонким россыпям, представлена в обобщенном виде в таблице 2.
| Геолог. мощн., м | Ширина, м | Мощность торфов, м | Мощность песков, м | Среднее содержание химически чистого золота, г/м3 | ||||||||
| От | До | Среднее | От | До | Среднее | От | До | Среднее | От | До | Среднее | |
| > 1,1 | 222 | 6 | 48,8 | 14,4 | 80,9 | 27 | 1,12 | 3,75 | 1,63 | 1,67 | 3,86 | 2,16 |
| ≤ 1,1 | 155 | 16 | 58,5 | 13,1 | 46,9 | 23,4 | 0,65 | 1,1 | 0,91 | 2,1 | 10,4 | 3,18 |
| Среднее | 6 | 223 | 45 | 9 | 47 | 24 | 0,65 | 3,75 | 1,31 | 1,49 | 10,67 | 2,53 |
Табл. 2. Распределение основных параметров маломощных и тонких месторождений для подземной разработки (от/до/средние)
Рис. 3. Общий вид сплошной системы разработки с низкопрофильном оборудованием
Это распределение является основой для более детального описания схем подготовки и добычи песков, а также выявления области использования механизированных технологий в маломощных пластах, что позволяет снизить количество выдаваемых на промывку песков без снижения объемов металла.
В предшествующие годы подземные россыпи отрабатывались с применением переносного оборудования (перфораторы — на бурении, скреперные лебедки — на доставке руды) с выдачей песков на поверхность конвейерным подъемом. Поэтому основные рекомендации направлены на выбор оптимального оборудования для проведения выработок и обеспечение безопасных условий труда в очистных забоях шахты: управление кровлей и крепление, их проветривание, а также улучшение условий труда горнорабочих.
Варианты разработки и средств механизации на подземной добыче
Для повышения эффективности производства при подземной отработке маломощных (А) и тонких (Б) пластов рекомендуется использовть самоходное низкопрофильное буровое и погрузочно-доставочное оборудование, которое позволяет повысить производительность труда, снизить затраты на подготовительные работы и добычу за счет снижения выемочной высоты забоя.(А) При проходке вскрывающих и горно-подготовительных выработок на маломощных пластах рекомендуется использовать комплект низкопрофильных машин фирмы Sandvik, который состоит из электрогидравлической установки для бурения шпуров DD210L (рис. 1), а для доставки горно-рудной массы из забоев ГПР к конвейерному стволу использовать ПДМ LH205L-M с грузоподъемность ковша 5 т (рис. 2). Высота этих машин составляет Н = 1,4–1,6 м, что позволяет вести бурение и доставку рудной массы к бункерной яме и при проходке выработок ГПР, и при очистной выемке маломощных россыпей с выемочной мощностью ≥ 1,8 м.
Рис. 4. Положение установки в низком забое и ее габаритные размеры (а) и ее габаритные размеры (б)
Доставка песков при проходке выработок ГПР и в лавах, а также транспорт по штреку к бункерной яме и питателю конвейерному БПК-1000 осуществляется в ковше ПДМ LH205L-M. При недостатке высоты для разгрузки ковша ПДМ используется комплектация ковша с выталкивателем. Остальные технологические операции очистной выемки выполняются в соответствии с РД 06-326-99 и
«Типовым паспортом управления кровлей…».
(Б) При вскрытии и подготовке лав на тонких (m ≤ 1,1 м) пластах проходка выработок ГПР выполняется с использованием ранее описанного комплекта самоходных машин (DD210L + LH205L-M), а для ведения очистных работ в лавах используется особо низкое оборудование, приспособленное для отработки тонких пластов. Общий вид системы разработки с таким оборудованием в варианте для широкой залежи показан на рисунке 3 (заимствован из рекламных материалов фирмы Sandvik).
Для бурения шпуров при отработке тонких пластов (m ≤ 1,1 м) используется 2-стреловая электрогидравлическая установка c дистанционным управлением DD120L высотой 0,82–0,97 м (рис. 4а). Операторы при этом удалены от бурильной установки, источника вибрации и пыли, а наличие двух стрел позволяет им в низком забое вести одновременное бурение верхнего и нижнего рядов шпуров. Минимальная высота машины при транспортировке — 0,82 low м; при бурении — 0,97 up м. Оснащение бурильной установки гидроперфораторами с двух сторон позволяет выполнять бурение верхнего и нижнего ряда шпуров с одной установки, последовательно перемещаясь вдоль лавы с шагом, равным расстоянию между рядами шпуров.
Рис. 5. Бульдозер Sandvik LZ100L с дистанционным управлением: слева — доставка руды в низком забое; справа — форма отвала
Габариты и положение машины в низком забое показаны на рисунке 4б. Для доставки песков из лав к транспортному штреку на тонких участках используется бульдозер LZ1000 (Н = 0,97 м) также c дистанционным управлением. В процессе доставки песков к транспортному штреку бульдозером LZ1000 выполняется и зачистка почвы лемехом на глубину 0,2 м, при этом общая выемочная высота выработанного пространства низких лав составит 1,4 м, а рекомендованная геологическая мощность ≤ 11,1 м (рис. 5). Транспорт песков к бункерной яме и конвейерному питателю БПК-1000 осуществляется (как и на маломощных участках) по транспортному штреку с использованием ПДМ LH205L-M.
Такое решение позволяет унифицировать оборудование подземного участка и сохранять разубоживание песков при снижении мощности пласта.
Инструкция по безопасному применению самоходного (нерельсового) оборудования в подземных рудниках (М.: Недра, 1976, параграф 113) для самоходного вагона определяет: «По высоте зазор между кровлей и наибольшими выступающими частями машины (груза) должен быть не менее 300 мм». Для технологических машин с дистанционным управлением, оператор которых удален от машины, зазор не определен. В настоящих рекомендациях зазор до кровли принят минимальным — не менее 100 мм. С учетом нормативного прихвата в кровле 0,1 м при ведении буровзрывных работ свободная высота до кровли у DD120L составит 0,2 м.
Реализация механизированной технологии с применением рекомендованного оборудования предполагает высокий уровень его загрузки в период амортизации (5–6 лет), поэтому для отработки выбираются шахты с соответствующими запасами песков. Из-за изрезанности шахтного поля горными работами в предшествующие годы выемочные блоки могут иметь различные размеры и форму, в связи с этим обстоятельством предусматривается, что отдельные блоки малых размеров могут быть отработаны с традиционным переносным оборудованием.
1. Типовые паспорта управления кровлей и крепления очистных выработок россыпных шахт области вечной мерзлоты (методическое руководство). Магадан, 1979. 2. «Инструкция по разработке многолетнемерзлых россыпей подземным способом(камерные и столбовые системы разработки». РД 06-326-99 составлен ИГД Дальневосточного отделения РАН (Хабаровск) на основе доработки аналогичной «Инструкции…» Восточного НИИ золота и редких металлов (Магадан, 1994).
3. «Инструкция по составлению технического проекта россыпной шахты». Якутск, 1982 г.
4. Методика разведки россыпей золота и платиноидов (под ред. Флерова и Куторгина) М.: 1992.
5. Методические указания по разведке и геологопромышлнной оценке месторождений золота. М., Ц
6. Потемкин С.В. Разработка россыпных месторождений. М.: 1990.
7. Марков В.С., Копырин Р.Р. Опыт и пути развития механизации при подземной разработке россыпей криолитозоны. Северо-Восточный федеральный университет.
8. Шерстов В.А. и др. Опыт отработки россыпной шахты с применением механизированной крепи Т-13К //Колыма. 1983. № 7
Опубликовано в журнале "Золото и технологии" № 2/июнь 2020 г.
