Безвзрывная разработка бокситовых руд комбайнами Wirtgen Surface Miner расширяет сырьевую базу рудника Дебеле (Гвинея)

А.Г.Шевченко, главный специалист проекта Гвинея
М.Пихлер, президент фирмы Wirtgen International GmbH
Ю.Б.Панкевич, к.т.н., консультант фирмы Wirtgen International GmbH

Первый образец комбайна Wirtgen Surface Miner модели 2100 SM в условиях разработки бокситов Гвинеи был введен в эксплуатацию в октябре 2000 года. При работе в две семичасовые 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», расположенные недалеко от дробильного комплекса (журнал «Горная Промышленность» №1•2001, №2•2002).

Исходя из возможностей и особенностей новой тонкослоевой технологии, на карьерном поле 1 была произведена доразведка с уточнением контура балансовых запасов бокситовых руд, в процессе которой были приращены запасы в количестве около 15 тыс.т со средним содержанием Al2O3 – 47% и выемочной мощностью около 1 метра. Следует отметить, что при традиционной технологии запасы с указанной мощностью относились к некондиционным. Специальное изучение физико-механических свойств пород по участку отработки показали, что предел прочности на сжатие различных типов руды составлял около 25–50 МПа.

В октябре 2001 года с вводом в эксплуатацию второго комбайна фирмы Wirtgen модели 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 года по январь 2002 года 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 Дебеле, который осложнен врезанной в него долиной овражно-балочного типа. Именно к дну и бортам долины приурочена залежь. Дно долины уплощенное, борта в верхней части более крутые (до 20°), чем в нижней (10–12°). По левому борту долины, пересекая рудную залежь, проходит автодорога с твердым покрытием. По правому, также пересекая залежь, в пределах абсолютных отметок 448–456 м, проложена железная дорога к дробильно-погрузочному комплексу рудника. Длина залежи 1400 м, ширина 880 м.

Латеритный покров залежи «Южная» относится к осадочно-элювиальному. Она достаточно сложна по степени морфологии. Причиной этому является приуроченность залежи к участку склона долины. Краевые части, расположенные на бортах долины, возвышаются над ее Центральной – дно долины, от 54 до 94 метров. Максимальная мощность рудного тела достигает 18 м, рыхлых четвертичных отложений – 7 м, при средних значениях соответственно 6.6 и 1.3 м.

Перекрывающие породы представлены в основном покровными суглинками. Бокситы залежи «Южная» представлены каменистыми (54%) и рыхлыми (46%) разновидностями.

Каменистые бокситы представляют собой трещиноватые породы, состоящие из глыб и блоков величиной от 0.2 до 1–2 и более метров (в среднем 0.4–0.6 м).

Рыхлая часть латеритовой зоны представлена мелкими глыбами каменистых разностей с щебенисто-древесно-глинистым заполнителем в количестве от 50 до 90%, часто слабо цементирующим крупные обломки. Глинистая фракция в заполнителе, как правило, не превышает 5–10%, что, тем не менее, вызывает незначительное оплывание откосов действующих карьеров.

Характерной особенностью рассматриваемых бокситов является распространение в них интервалов с низким содержанием глинозема в виде гнезд или линз площадного развития. Подобные безрудные интервалы, сложенные некондиционными бокситами и определенные по данным опробывания скважин, отмечены в рудном теле залежи в количестве 16 подсечений. Мощность их составляет от 1 до 3 метров. Содержание полезных и вредных компонентов составляет в среднем: А12О3 – 40.5 %; SiOi – 3.92 %. При подсчете запасов, исходя из традиционной технологии с применением буровзрывных работ, эти прослои включены в контуры рудных тел.

Учитывая, что залежь рассечена авто- и железной дорогами и большая часть запасов при отработке по традиционной технологии находится в целиках взрывоопасных зон, при рассмотрении условий применения новой безвзрывной технологии горных работ с применением комбайнов Wirtgen Surface Miner на площади залежи выделено три участка: Праводорожный, Междудорожный и Леводорожный. В качестве первоочередного приняты запасы Междудорожного участка. Восточная часть участка примыкает к асфальтовой автомобильной дороге «Поселок-Рудник» и представляет собой косогор с уклоном поверхности 7–8°.

С переходом 25 января 2002 года на отработку восточного фланга залежи «Южная» столкнулись с рядом проблем, в основном связанных с повышенными прочностными свойствами и абразивностью пород этого участка. Расход резцов при отработке верхних горизонтов в феврале составил 40 шт. на 1000 т, в марте 26.6 шт., в апреле 18.5 шт. и в отдельные последующие месяцы изменялся от 5 до 10 шт. на 1000 т.

Специальное изучение физико-механических свойств пород, слагающих верхние горизонты, выполненное специалистами рудника Дебеле с помощью бурения в феврале–марте 2002 года, свидетельствовало о значительно большей крепости и абразивности пород, по сравнению с прежними данными, характеризующими породы месторождений бокситов Гвинеи. Определено, что по СНиП породы относятся к IV и V категории, тогда как в пределах Центральной залежи месторождения Дебеле все породы относились к III категории. Для уточнения прочностных свойств пород, по общепринятым в горной практике методикам, было принято решение отобрать образцы руды и пород с восточного и западного флангов карьера залежи «Южная».

Образец №1 был отобран на восточном фланге карьера, где по свидетельству специалистов рудника Дебеле, комбайн работал с большим трудом при толщине стружки менее 10 см.

Образец №2 был взят на западном фланге в районе, где в настоящее время ведутся горные работы (примерно в центре фронта), а образец №3 отобран в конце фронта, где рабочая площадка переходит в наклонную часть на подъем. Здесь балансовая руда выклинивается и начинаются некондиционные руды.

В результате определения прочностных свойств пород получены следующие данные.

Образец №1— прочность на сжатие 73.1 МПа (средние значения) с колебаниями от 49.6 до 123.4 МПа. Отношение прочности на сжатие к прочности на растяжение 6.7. Некондиционный боксит. Образец №2— прочность на сжатие 23.8 МПа (средние значения) с колебаниями от 9.7 до 51 МПа. Отношение прочности на сжатие к прочности на растяжение около 5.0. Балансовая руда. Образец №3 — прочность на сжатие 40.4 МПа (средние значения) с колебаниями от ~ 19 до 104 МПа. Некондиционный боксит. Структура губчатая. Отношение прочности на сжатие к прочности на растяжение 6.9.

В первом случае (образец №1) породы характеризуются монолитной мелкозернистой тонкодисперсной структурой и повышенной абразивностью. Об этом свидетельствует опыт работы комбайна, где расход резцов составил 30–40 шт. на 1000 т. В таких условиях эффективность работы комбайна модели 2200 SM резко снижается, отмечается повышенный расход эксплуатационных материалов: от рабочего инструмента до резиновых изделий.

Полученные данные по другим образцам, которые характеризовали породы, залегающие в 2–3 м от поверхности (образец №3) и 4–5 м от поверхности (образец №2), подтвердили прежние показатели прочности, при которых проблем с трудностью разработки безвзрывным способом с применением комбайна модели 2200 SM не отмечалось.

К концу 2002 года на участке «Междудорожном» было добыто около 330 тыс.т бокситовых руд. С января 2003 года на участке был введен в эксплуатацию второй комбайн модели 2100 SM. За январь–март 2003 г. комбайном было добыто 32.5 тыс. т руды и удалено 4 тыс.т пустых пород. Расход резцов в среднем составил 3.7/1000 т. Расход дизельного топлива составил 52.3 л/моточас.

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.

По отработке запасов участка «Междудорожный» в конце марта 2003 года перешли к отработке запасов участка «Праводорожный». За 15 дней апреля комбайном модели 2100 SM было добыто около 22.3 тыс.т бокситовой руды.

Комбайн 2200 SM в начале апреля был перебазирован на другое предприятие, руководство которым в настоящее время осуществляет «РУСАЛ». Для проведения опытно-промышленных работ был выбран участок месторождения с мощностью полезной толщи от 4.5 до 6.9 м и размерами 800(200 м. Комбайн используется в комплексе с автосамосвалами грузоподъемностью 65 т – 2 шт. и 100 т – 1 шт. за 15 дней работы было добыто около 30 тыс.т бокситовых руд.

Таким образом, безвзрывная разработка с использованием комбайнов Wirtgen Surface Miner моделей 2100 SM и 2200 SM по новой технологии, позволила в течение двух лет дополнительно извлечь из запасов, законсервированных ранее в охранных от буровзрывных работ зонах, около 1 млн.т бокситовых руд с хорошими экономическими показателями.

Журнал "Горная Промышленность" №2 2003, стр.