Простая передвижная крепь основа механизированной технологии добычи кимберлита системой подземной разработки с сыпучей закладкой

DOI: 10.30686/1609-9192-2018-5-141-70-71

Ю.Г. Желябовский, канд. техн. наук, зам. генерального директора ООО «Алмазинтех консультации и инжиниринг»

В настоящее время алмазодобывающая промышленность как российская, так и мировая, испытывает ряд проблем, которые являются следствием длительной эксплуатации месторождений и всё возрастающими требованиями экологической безопасности. Нарастает дефицит качественной ресурсной базы. Открытым способом, наиболее производительным и дешёвым, практически отработаны кимберлитовые трубки с высоким содержанием алмазов. Подземная отработка оставшихся запасов богатых трубок ещё может обеспечивать положительную рентабельность, менее богатые трубки убыточны для подземной добычи. Особо это касается якутских месторождений, где в силу сложных горно-геологических и климатических условий, приходится применять системы подземной разработки с твердеющей закладкой. 

Альтернативные, наиболее дешевые и производительные системы с открытым выработанным пространством ограничены в использовании, так как имеют ряд недостатков, а именно:

– высокие показатели потерь и разубоживания;

– в условиях севера – повышенный риск смерзания руды, что может повлечь за собой осложнение производственного процесса, вплоть до полной остановки;

– технологические ограничения при отработке перекрытых трубок при отсутствии карьера в верхней части месторождения; – нарушение дневной поверхности, что увеличивает отрицательное воздействие на окружающую среду;

– отсутствие априори возможности утилизации в недрах отходов горного производства, что могло бы способствовать улучшению экологической обстановки в промышленной зоне.

Последние два пункта особенно актуальны при согласовании с местным населением условий отработки месторождения. Примером отрицательного результата является отказ компании «Рио Тинто» от лицензии на эксплуатацию индийского месторождения «Бандер» («Bunder»), после того как они вложили в его геологическое изучение более $170 млн, но оказались не в состоянии решить проблему отработки с жесткими экологическими требованиями, выдвинутыми местными властями [1].

Кроме всего прочего, возможность подземной утилизации отходов сделала бы реальной перспективу переноса процессов обогащения в горные выработки. Это технологическое направление приобретает все большее распространение на рудниках и шахтах, добывающих различные полезные ископаемые. Выполнение же ряда процессов переработки кимберлита в подземных условиях наиболее легко решаемо по сравнению с другими рудами.

Например, дробление кимберлита в подземных условиях можно осуществить при помощи дробилки с минимальными энергозатратами, разделить на фракции и оставить мелкую, непродуктивную часть в недрах, в то время как выданная на-гора руда в холодном климате промерзает и может быть переработана только в мельнице со значительным превышением энергозатрат.

Обобщение вышеизложенного приводит к выводу, что современная алмазодобывающая промышленность нуждается в новых технологиях подземной отработки коренных месторождений. Система подземной разработки с сыпучей закладкой, в основу которой положены не привычные ортогональные, а косоугольные элементы, способна решить большинство обозначенных выше проблем и дать толчок развитию отрасли по новым технологическим направлениям, включая геологию, где может потребоваться увеличение глубины поисковых работ и пересмотр кондиций.

Общие принципы функционирования системы изложены в ряде публикаций [2–8]. Практическая реализация пока отсутствует. Теоретическая работоспособность подтверждается анализом пространственно-геометрической модели, как основы любой системы подземной разработки. Для получения полноценного технологического продукта требуется наполнение пространственной схемы отработки конкретными технологическими операциями, которые должны быть производительными, легко реализуемыми и, главное, обеспечивать гарантированную безопасность персоналу и технике.

Важнейшим элементом системы подземной разработки является очистная выработка, непосредственно в которой производится отбойка и отгрузка руды. Чтобы достичь высокой стабильной производительности очистного забоя, необходимо обеспечивать гарантированную устойчивость очистной выработки.

Устойчивость очистных выработок есть функция характеристик горного массива и совокупности параметров, присущих конкретной системе разработки. Кимберлит имеет изменчивые прочностные характеристики даже в ненарушенном состоянии. С учетом неоднородности трещиноватости, поражающей рудный массив, картина прочностных показателей становится еще более хаотичной. В этой ситуации сложно прогнозировать и обеспечивать устойчивость незакрепленных горных выработок. Для вскрывающих, подготовительных и прочих линейных выработок их крепление не вызывает проблем. Это разовая операция, которая обеспечивает функционирование выработки на длительный срок. Совсем другие условия складываются при креплении очистных выработок. В первую очередь крепление должно обеспечивать технологичный доступ к очистному забою. Во вторых, обладать возможностью нетрудоемкого перемонтажа и передвижения вслед за очистным забоем.

Устойчивость выработки зависит от формы ее поперечного сечения. Наиболее органично в рассматриваемую систему разработки вписывается треугольная форма поперечного сечения. В практике горных работ такие выработки ранее не применялись, поэтому возникает необходимость аналитическим путем выявить их достоинства и недостатки.

Не критичным, но все-таки недостатком, следует считать наличие труднодоступной, неудобной для эксплуатации зоны, примыкающей к сопряжению наклонной потолочины и подошвы выработки. Наиболее практично это пространство заполнять сыпучей закладкой, регулируя тем самым минимальный вертикальный размер выработки и одновременно уменьшая длину обнаженной потолочины, потенциально опасного элемента выработки (рис. 1).Рис. 1 Возможный вариант поперчного сечения очистной выработки

К достоинствам следует отнести повышенную устойчивость, по сравнению с трапециевидным сечением.

Действительно, если рассматривать потолочину как плоскую плиту, то при одинаковом пролете наклонная плита будет обладать более высокими прочностными свойствами.

Это следует из законов теоретической и строительной механики. Выработку треугольного сечения удобно крепить.

Обыкновенная балка, зафиксированная нижним концом в сыпучей закладке и упертая в верхний угол выработки, под воздействием собственного веса и давления породы самозаклинивается и надежно крепит потолочину (рис. 2, A).Рис. 2 Постадийная схема крепления

При отбойке очередной ленты руды верхний конец балки освобождается. На этом этапе балка работает как консольная, с защемленным нижним концом (рис. 2, B). При этом надежность крепления будет зависеть от длины защемленной части балки, формы и размера ее поперечного сечения. Для подстраховки может устанавливаться временная дополнительная стойка (рис. 2, C), которая убирается после подтягивания балки снова до упора в верхний угол (рис. 2, D). На этом цикл передвижки крепи заканчивается, крепь становится в положение, готовое для выемки следующей ленты руды.

Как видим, использование треугольного сечения очистной выработки позволяет обеспечить максимум устойчивости, по сравнению с другими формами сечений, и организовать простое, надежное, передвижное крепление.

Крепежная балка не цельная, а собирается из отдельных фрагментов ограниченной длины, удобных для работы в стесненных подземных условиях. Конструкция фрагментов такова, что придает собранной балке небольшой изгиб, в результате чего увеличивается ее несущая способность. Форма профиля и поперечные размеры балки практически не имеют ограничений (конечно, в разумных пределах).

В качестве механизма для передвижения балки могут использоваться различные манипуляторы, адаптированные для этого. При необходимости проблему способны решить даже домкраты.

Нельзя обойти вниманием еще одно характерное свойство системы. При прочих одинаковых горно-геологических условиях рассматриваемая система разработки обладает преимуществом в части сохранения целостности выработки за счет краткого времени ее стояния. Происходит постоянное обновление обнаженного массива, в результате сводится к минимуму влияние времени на развитие процесса деформации. Система крепежных балок, установленных вдоль очистной выработки с определенным шагом, является технологичным, надежным основанием для монтажа конвейера или различных механизмов отбойки руды как с активным, так и с пассивным рабочим органом. Таким образом, появляются реальные предпосылки для создания упрощенной механизированной системы отработки коренных алмазных месторождений.

Ключевые слова: алмазодобывающая промышленность, подземная отработка, якутские месторождения, рентабельность, экологическая безопасность, простая передвижная крепь

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ:

1.https://www.rough-polished.com/ru/expertise/106408.html

2. Пат. RU 2219339 C2, 20.12.2003. Бюл. №35.

3. Пат. RU 2274748 C1, 20.04.2006. Бюл. 11.

4. Dr. Yu. Zhelyabovsky. New mining and backfilling technology for kimberlite pipe condition // Russian mining. 2004. 3.

5. Dr. Yu. Zhelyabovsky. New mining and backfilling technology in kimberlite pipe mining// Mining in the Arctic, Melnikov & Reshetnyak (eds) © 2005 ISBN 5-85952-015-8.

6. Желябовский Ю.Г. Система подземной разработки полезных ископаемых с сыпучей закладкой для отработки кимберлитовых трубок // Горный журнал. 2007. 11.

7. Желябовский Ю.Г. Система разработки с сыпучей закладкой // Горнопромышленные ведомости. 2013. 13. С. 84–92.

8. Желябовский Ю.Г. Горнопромышленный портал России (http://www.miningexpo.ru), форум 2013.

Журнал "Горная Промышленность" №5 (141) 2018, стр. 70