Комбинированная разработка кимберлитовых месторождений

И.Н.Савич, доц., к.т.н., МГГУ

В мире в настоящее время насчитывается более 2 тыс. месторождений, разрабатываемых комбинированным способом. Только за последние 10 лет их количество увеличилось практически в 1.5 раза, что связано в большинстве своем с достижением карьерами запредельных глубин и возможностью отработки запасов глубоких горизонтов только подземным способом. Это в значительной степени относится и к якутским алмазным месторождениям, на которых глубина карьеров достигает 600 м.

Как показывает практика, к моменту перехода на подземную разработку стоимость оставшейся руды в недрах обычно не превышает 1/3 от общей стоимости запасов месторождения. При этом, если исходить из необходимости полного погашения запасов месторождения с учетом того, что стоимость строительства рудника остается неизменной, удельные капитальные вложения будут тем выше, чем больше глубина открытых работ, т.е. чем раньше осуществляется переход к подземной разработке, тем выше ее эффективность.

Если на рудниках Южной Африки вскрытие подземных запасов на первой стадии их отработки производят пройденными с поверхности уклонами, переходящими в спиральный съезд, то на рудниках Якутии это исключено в связи со значительной глубиной карьеров. Поэтому ввод в строй подземных рудников после завершения открытых горных работ приведет фактически к консервации запасов месторождения на период строительства подземного комплекса, длящийся, как правило, не менее 10 лет.

Избежать этих проблем можно, начиная строительство подземного рудника в период завершения работы карьера, а максимальный эффект достигается при использовании для этого карьерного пространства. Вскрытие и эксплуатация первого подземного горизонта по временной технологической схеме позволит исключить или существенно сократить перерыв между открытыми и подземными горными работами, получить дополнительный доход с возможностью его инвестиции в строительство рудника и ускорить ввод его в строй в связи с появлением дополнительного фронта работ.

Одним из важнейших вопросов перехода к подземной разработке является доработка прибортовых запасов карьера. Проблема заключается в том, что остающиеся запасы, как правило, имеют сложную конфигурацию, изменяющуюся как по высоте, так и по ширине. Практически эти участки можно рассматривать как отдельные рудные тела, для эффективной отработки которых требуется объединение этих фрагментов в единый рудник. Это не всегда удается осуществить, и доработка ведется несколькими обособленными участками с довольно низкой производительностью и эффективностью.

Возникновение такой ситуации сопряжено с отсутствием взаимоувязки открытой и подземной технологий разработки месторождения. В связи с этим уже на ранних стадиях ведения открытых работ должны быть установлены параметры подземной разработки и возможный диапазон их изменения, который позволяет обеспечить эффективную доработку карьера.

При разработке кимберлитовых месторождений более чем где-либо для обоснования параметров технологий открытых и подземных горных работ, а также порядка отработки месторождения необходимо применять комплексный подход, предполагающий комбинированный способ добычи руды. При этом комбинация должна осуществляться не только в части совмещения открытых и подземных работ, но и собственно при подземном способе добычи. Наиболее целесообразно в этом плане разделение трубки по падению на три яруса. При проведении исследований рассматривались следующие варианты:

1.    Разработка на первом этапе карьером с последующей подземной отработкой сверху вниз системами с закладкой.

2.    Разработка на первом этапе карьером с последующей подземной отработкой сверху вниз системами с обрушением.

3.    Параллельная разработка карьером и второго подземного яруса снизу вверх системой с закладкой, а подкарьерных запасов сверху вниз системой с обрушением.

4.    Параллельная отработка запасов карьера и подкарьерных запасов подземным способом системой с закладкой.

5.    Вариант со снижением объемов запасов для открытого способа разработки.

На рис. 1 представлена диаграмма, отражающая соотношение доходов по рассматриваемым вариантам отработки кимберлитового месторождения. Анализ диаграммы показывает, что эффективность отработки кимберлитовых месторождений повышается, когда часть запасов, отнесенных к подземному способу добычи, отрабатывают одновременно с карьерными запасами. При этом наибольший эффект достигается, если очистная выемка в карьере сочетается с разработкой нижнего яруса трубки, после чего осуществляется выемка подкарьерных запасов системами с обрушением. При этом варианте (рис. 2) первый ярус отрабатывается карьером, второй ярус – подземным способом системами с обрушением, третий ярус – системами с закладкой. При этом вскрытие подземной части запасов начинают вслед за вводом в строй карьера. Вскрывающие выработки (стволы) проходят сразу на всю глубину разведанных запасов и осуществляют подготовку последнего подземного этажа рудника, который отрабатывают параллельно с отработкой карьера. Высота открытого и подземных ярусов определяется на стадии предпроектной подготовки.

Таким образом, повышения эффективности разработки кимберлитовых трубок можно достичь, применяя комплексный подход к его отработке уже на стадии проектирования, разделяя месторождения на три яруса с ведением в двух первых последовательной выемки запасов и совмещая разработку третьего (нижнего) яруса с выемкой первого и части второго яруса. Для этого вскрытие подземных запасов должно быть осуществлено на всю глубину разработки. Погашение подземных запасов в верхнем ярусе подземного комплекса следует проводить, применяя подэтажное обрушение с торцевым выпуском руды по схеме, предусматривающей первоочередную выемку зон с повышенным содержанием полезного компонента, доработку запасов подэтажа с оставлением в естественном состоянии или обрушением безрудных целиков без выполнения последующих процессов очистных работ.    

Журнал "Горная Промышленность" №1 2004