Решение вопросов экологии в рамках горных проектов по добыче бокситов
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.
