Решение вопросов экологии в рамках горных проектов по добыче бокситов

М. Пихлер, Президент фирмы Wirtgen International GmbH

Ю.Б.Панкевич, горный инженер, к.т.н., эксперт фирмы Wirtgen International GmbH

Современные технологии по добыче полезных ископаемых должны обеспечивать не только высокие технико-экономические показатели отработки месторождений, но и соответствовать требованиям экологической безопасности и охраны окружающей среды.

Известно, что при разработке месторождений, представленных скальными и полускальными породами, традиционно используется буровзрывной способ подготовки горных пород к выемочно-погрузочным работам. Буровзрывные работы, наряду с определенными преимуществами, имеют ряд недостатков, важнейшими из которых являются: значительная сейсмическая опасность, повышенное пыле- и газовыделение, достаточно большой разлет кусков горной породы и т.д. При этом, применение при производстве БВР нередко простейших ВВ на основе аммиачной селитры способствует загрязнению окружающей среды (почвы, грунтовых вод и пр.) нитратами и оказывает негативное влияние на экологическую обстановку.

Весьма важными являются также вопросы рационального использования природных ресурсов, чистоты и полноты извлечения полезных ископаемых из недр. Невозможность обеспечить традиционной горной техникой тонкослоевую выемку приводит к тому, что в настоящее время значительные по мощности пропластки (0.5–3.0 м) с некондиционным содержанием полезного компонента или вообще пустые породы включаются в полезную толщу, снижая этим качество добываемого сырья.

При ведении горных работ по традиционной технологии потери полезного ископаемого и его разубоживание (засорение пустыми породами) происходят из-за несовпадения траектории движения рабочего органа экскаватора (погрузчика) с углами наклона плоскостей контактов «полезное ископаемое – порода». При этом в поперечном сечении забоя образуются, как показано на рис. 1, треугольники из теряемого полезного ископаемого (5) и разубоживающей (примешиваемой) породы (3). Размеры треугольников зависят от высоты, при которой происходит пересечение траектории движения рабочего органа с приконтактной зоной, мощности отрабатываемого слоя (высота уступа) и угла падения залежи.

Разработка сложно-структурных месторождений характеризуется ограниченными возможностями в части увеличения глубины селекции, повышения полноты и качества извлечения полезного ископаемого из недр, несмотря на применение специальных способов взрывания и широкого комплекса приемов экскаваторной выемки. В тоже время необходимость использования специальных способов селекции значительно повышает трудоемкость и снижает эффективность работы горного оборудования.

Одним из путей резкого улучшения экологической обстановки в районах ведения горных работ, а также снижения затрат на горные работы и транспорт – это переход на высокорентабельные технологии с применением принципиально нового для открытой разработки оборудования, способного при работе совмещать основные процессы горного производства, такие, как бурение, взрывание, погрузка и значительную часть дробильного передела.

Одним из таких видов оборудования являются горные комбайны Wirtgen Surface Miner, которые осуществляют непосредственное фрезерование массива с одновременной погрузкой и получением в забое куска менее 50 мм (70–80% от общего объема горной массы), что позволяет снизить затраты на горное производство и дробление.

Новая технология горных работ с применением комбайнов Surface Miner в отличие от традиционной характеризуется способностью высокопроизводительной тонкослоевой выемки и позволяет свести потери и разубоживание до минимальных значений.

Опыт создания и практического применения карьерных комбайнов компании Wirtgen, более 150 штук которых в настоящее время успешно работают на карьерах и разрезах, позволил создать надежную конструкцию машин нового поколения.

Комбайны Wirtgen Surface Miner создаются для разработки широкой гаммы горных пород. Накоплен значительный опыт использования этих комбайнов в Японии (породы с прочностными характеристиками 120–250 МПа), в США (до 120 МПа), в Ливии (80–140 МПа). Причем, каждая модель комбайна создается для конкретных горно-геологических условий.

Более чем 25-летний опыт создания и применения комбайнов Wirtgen Surface Miner в различных частях мира и различных климатических зонах позволил в настоящее время реализовать концепцию безвзрывной разработки массивов горных пород в горном деле и гражданском строительстве.

В Республике Гвинея еще в 1994 г. рассматривалась возможность использования безвзрывной тонкослоевой технологии при освоении месторождения Баландугу. Однако только с приходом в Республику специалистов РУСАЛа началось освоение новой технологии.

Первоначально было решено ввести в эксплуатацию запасы, отработка которых при традиционной технологии невозможна из-за близкого расположения промышленных зданий и сооружений.

Первый образец комбайна Wirtgen Surface Miner модели 2100 SM был введен в эксплуатацию на руднике Дебеле в октябре 2000 г. При работе в две cемичасовые смены в сутки и непрерывной рабочей неделе комбайном за 9.5 месяцев было добыто около 300 тыс. т бокситовой руды и удалено свыше 25 тыс. т внутренней и внешней вскрыши. Отрабатывались запасы участка 1–2 залежи «Центральная», расположенного недалеко от дробильного комплекса.

Исходя из возможностей и особенностей новой тонкослоевой технологии, на карьерном поле была произведена доразведка с уточнением контура балансовых запасов бокситовых руд, в процессе которой были приращены запасы в объеме около 15 тыс. т со средним содержанием Al2O3 – 47% и выемочной мощностью 0.5–1 м. Следует отметить, что при традиционной технологии запасы с указанной мощностью относились к некондиционным.

В этот же период было изучено влияние эксплуатационных параметров работы комбайна на выход отдельных фракций в добываемой карьерным комбайном бокситовой руде и установлены наиболее рациональные (см. табл.).

В октябре 2001 г. с вводом в эксплуатацию комбайна фирмы Wirtgen 2200 SM в разработку были вовлечены запасы блока III–IV залежи «Центральная», отчужденные в целики взрывоопасных зон в районе дизель-генераторной подстанции ДГ-72.

Эксплуатационные запасы участка, ограниченные существующей асфальтовой дорогой, дизельной электростанцией и железнодорожными путями, составляли 89 тыс. т боксита. Для его полной отработки в контуре карьера необходимо было удалить 11.2 тыс. м3 вскрышных пород.

В период с ноября 2001 г. по январь 2002 г. было добыто около 95 тыс. т бокситовых руд и удалено свыше 20 тыс. т вскрышных пород. Средний расход резцов составил 3 шт. на 1000 т. Аналогичный расход рабочего инструмента был зафиксирован при эксплуатации комбайна модели 2100 SM.

Следующим объектом безвзрывной разработки являлись запасы залежи «Южная», которая находится на южном склоне бовали Дебеле в долине овражно-балочного типа. По левому борту долины, пересекая рудную залежь, проходит автодорога с твердым покрытием, а по правому, также пересекая залежь, проложена железная дорога, соединяющая порт Конакри и дробильно-погрузочный комплекс рудника. Длина залежи 1400 м, ширина – 880 м. Средняя мощность рудного тела – 6.6 м, максимальная – 18 м.

Характерной особенностью залежей является их сложная структура, которая выражается в распространении интервалов с низким содержанием глинозема в виде гнезд или линз площадного распространения мощностью 1–3 м. При подсчете запасов, исходя из традиционной технологии с применением буровзрывных работ, эти прослои включены в контуры рудных тел.

Отработка началась в феврале 2002 г. с восточного фланга залежи.

К концу 2002 г. в центральной части залежи было добыто около 330 тыс. т бокситовых руд.

С января 2003 г. на участок был установлен второй комбайн модели 2100 SM, который начал отработку запасов нагорной части залежи над автомобильной дорогой. Разработка осуществлялась в очень сложных горнотехнических условиях, так как участок представлял собой косогор с уклоном поверхности от 7–8 до 25–30°.

Несмотря на указанные сложности, к концу года комбайном было добыто 518.9 тыс. т руды и удалено 114 тыс. т пустых пород. Расход резцов в среднем составил 3.7/1000 т. Расход дизельного топлива составил 52.3 л/моточас.

С января по ноябрь 2004 г. комбайном добыто еще 530.5 тыс. т бокситовых руд и удалено свыше 30 тыс. т пустых пород.

Комбайн модели 2200 SM в этот период продолжал дорабатывать запасы участка. Было добыто 106.7 тыс. т бокситовых руд и удалено 16.5 тыс. т пустых пород. Расход резцов с твердой вставкой К-19 составил в среднем 4.7/1000 т. Расход дизельного топлива – 58.5 л/моточас.

Таким образом, безврывная разработка с использованием комбайнов Wirtgen Surface Miner моделей 2100 SM и 2200 SM по новой технологии позволила в течение четырех лет дополнительно добыть из запасов, законсервированных ранее в охранных от буровзрывных работ зонах, около 2 млн. т бокситовых руд с хорошими экономическими показателями.

Комбайн 2100 SM в период с 2000 до 2004 г. на залежах «Центральной» и «Южной» добыл 1.5 млн. т бокситовых руд, комбайн 2200 SM – 436.7 тыс. т.

Начиная с конца марта 2003 г. руководством фирмы Alumina Company of Guinea S.A. было принято решение перевести с рудника Дебеле горный комбайн Wirtgen Surface Miner модели 2200 SM для установления возможности и целесообразности применения безвзрывной технологии при разработке бокситов района Фрии.

В начальный период ведение горных работ на карьерах района Фрии с применением комбайна пытались осуществлять с непосредственной погрузкой имеющихся в наличии автосамосвалов грузоподъемностью в 100 т. Однако габариты большегрузных автосамосвалов с высотой кузова около 4.3 м и его длиной около 7 м не позволяли комбайну с передним расположением конвейера удовлетворительно их загружать. Приходилось погрузку осуществлять в частично поднятый кузов автосамосвала. Это занимало продолжительное время, а в условиях недостаточного количества транспортных средств, к снижению требуемого грузопотока. После этого перешли на схему работы комбайна с боковой отсыпкой горной массы в штабель (рис. 2).

Римскими цифрами обозначена последовательность рабочих проходов комбайна при отработке соответственно первой, второй и третьей полосы.

Из штабеля боксит отгружается колесным погрузчиком CAT-992D на большегрузные автосамосвалы CAT­777 различных модификаций. В этом случае комбайн используется только на разработке массива и сооружении штабеля, не имея простоев за счет ожидания самосвалов и их маневров при установке под погрузку, что по данным практики позволяет примерно на 10% повысить производительность работы комбайна. К недостаткам такой схемы работ следует отнести необходимость использования дополнительного погрузочного средства на переэкскавации.

В период с апреля по декабрь 2003 г. комбайном 2200 SM добыто и отсыпано в штабели около 420 тыс. т боксита. При этом, расход дизельного топлива в среднем составил 64 л/моточас, а резцов – 9.89 шт/1000 т.

Объемы добычи и, соответственно, наработка в моточасах определялись потребностью предприятия в боксите определенного качества.

В условиях подготовленной поверхности рабочей площадки и непрерывного режима работ комбайн модели 2200 SM обеспечивает производительность в 100–120 тыс.т/мес.

В начале 2005 г. началась безвзрывная разработка месторождения Баландугу с использованием комбайна 2200 SM, освободившегося с рудника КИМБО, расположенного во Фрие. За период с января по август (включительно) было добыто  352.3 тыс. т бокситовых руд и удалено скальных вскрышных пород около  40 тыс. т. В среднем производительность изменялась (в зависимости от потребности) от 30 до 70 тыс.т в месяц.

Было израсходовано в среднем 2.3 резца на 1000 т. Расход дизельного топлива составляет 52–58 л/моточас.

В июле 2005 г. на месторождение Баландугу был поставлен второй комбайн 2200 SM.

Таким образом, применение карьерных комбайнов при разработке бокситов Республики Гвинея обеспечило:

-    снижение отрицательного воздействия горных работ на окружающую среду за счет отказа от буровзрывных работ;

-    вовлечение в отработку свыше 2 млн.т запасов бокситов из охранных зон при лучших технико-экономических показателях;

-    снижение площадей земельных отводов под промышленное строительство на месторождении Баландугу за счет отказа от строительства дробильного отделения.

Накопленный за последние 5 лет опыт ведения горных работ по новой экологически более безопасной для окружающей среды технологии позволяет утверждать, что карьерные комбайны обеспечивают возможность:

-   производительного ведения горных работ без применения БВР по породам прочностью до 120 МПа (в отдельных случаях до 200–250 МПа);

-   тонкослоевой селективной разработки месторождений полезных ископаемых, представленных любыми залежами, в т. ч. сложно-структурными пластами, обеспечивая высокую степень полноты и качества извлечения полезного ископаемого из недр;

-    автономной работы с быстрым вводом в эксплуатацию без общепринятых для традиционного горного оборудования больших сроков монтажа и наличия определенной инфраструктуры;

-    получения в процессе работы куска горной массы, не требующего последующего крупного и частично среднего дробления и годного для транспортировки конвейерным транспортом;

-    создания для работы автосамосвалов ровной поверхности с заданными поперечными и продольными уклонами;

-    малооперационности за счет совмещения традиционных операций горного производства (бурение, взрывание, выемочно-погрузочные работы, крупное и среднее дробление);

-    повышения безопасности и снижения вредного влияния горного производства на окружающую среду;

-    возможности ведения горных работ вблизи зданий и сооружений и отработки запасов полезных ископаемых, которые при традиционной технологии законсервированы или отнесены к потерям;

-    обеспечение возможности начала добычных работ при минимальном подготовительном цикле;

-    рационального использования природных ресурсов за счет разработки массива тонкими слоями, что значительно повышает качество и полноту выемки полезного ископаемого из недр;

-    снижение показателей потерь и разубоживания при добыче и, как следствие, извлечение полезного ископаемого из недр с большим содержанием полезного компонента и меньшим содержанием вредных примесей в добываемой горной массе.

Журнал "Горная Промышленность" №6 2005