Новые подходы к технологии отработки глубоких карьеров в условиях криолитозоны

Андросов Артур Артурович – горный инженер фирмы «РОМИС».

Иванова Елизавета Альбертовна– магистрант Горного института Северо-Восточного федерального университета имени М. К. Аммосова.

Аннотация: Приведены новые научно-технические разработки по технологии отработки глубоких горизонтов карьеров и отстройки их бортов с нетрадиционными бермами безопасности. Рассмотрены принципиально отличающиеся технологические схемы подъема горной массы из глубоких горизонтов по бестранспортной схеме, а также вопросы утилизации отработанного пространства карьеров с размещением на выставленных территориях объектов соцкультбыта.

Ключевые слова: Отстройка бортов, наклонные уступы, подземные выработки, нетрадиционные бермы, кранлайн, бестранспортная перевалка, контрейлер, клетьевой подъемник, вертикальная схема подъема горной массы, утилизация отработанного пространства карьера.

Проблема отработки глубоких горизонтов кимберлитовых карьеров в криолитозоне обусловлена трудоемкостью подъема горной массы из больших глубин и возрастающими с глубиной объемами извлекаемых вскрышных пород из контура карьера, требующие значительных трудозатрат и материальных ресурсов. Наряду с этим возникают вопросы экологической безопасности в период завершения открытых разработок и связанных с ними работ по утилизации отработанного пространства карьеров.

Исходя из изложенного следует, что основные тенденции в эффективном освоении глубоких горизонтов должны быть направлены на:

• Совершенствование схем вскрытия и способов отстройки бортов карьера;

• Разработку технологии отработки глубоких горизонтов комбинацией горизонтальных и наклонных уступов с новой конструкцией наклоненных берм безопасности;

• Создание вертикальной схемы подъёма горной массы с применением нового комплекса горнотранспортного оборудования;

• Разработку технологических схем рекультивации нарушенных горными работами земель.

По всем перечисленным направлениям созданы инновационные научно-технические разработки, отличающиеся новизной, практической значимостью и имеющие перспективу развития на кимберлитовых карьерах. Суть их состоит в следующем.

Рисунок 1. Схема вскрытия и отработки глубоких горизонтов карьера с применением подземных выработок. 1-11 см. в тексте.

Рисунок 2. Технология отработки горизонтов карьера комбинацией горизонтальных и наклонных уступов при отстройке бортов нетрадиционными бермами безопасности: а- схема отработки горизонтов карьера; б- технология отстройки бортов карьера; 1- горизонтальные уступы; 2- наклонные уступы; 3- экскаватор №1; 4- центральная часть горизонта; 5- экскаватор №2; 6- периферийный наклонный участок горизонта; 7- нетрадиционные наклоненные бермы безопасности.

 

Рисунок 3. Бестранспортная схема отработки малых кимберлитовых трубок: а- схема работы кранлайнов при бестранспортной перевалке вскрышных пород; б- нарушенный карьером участок земной коры после восстановления. 1- экскаватор; 2- временный отвал на борту карьера; 3- промежуточный отвал; 4- саморазгружающиеся сосуды; 5- карьерное пространство; 6- восстановленный участок поверхности земли.

Выполнение вскрытия и отработки глубоких горизонтов карьера с применением подземных выработок (рис.1). Суть его состоит в том, что от борта карьера 1 и дневной поверхности проходят наклонные стволы 2 и 3. Причем наклонные стволы 2 служат для вывозки вскрышных пород из карьера автосамосвалами через спиральные съезды 4 на отвал пустых пород 5, а спаренные стволы 3, соответственно, необходимы для транспортирования кимберлитовой руды до обогатительной фабрики 6 и вентиляции глубоких горизонтов. По мере углубления горных работ от спиралевидных стволов 3 проходят квершлаги 7, которые являются концентрационными горизонтами для транспортирования горных пород из глубоких горизонтов месторождения на поверхность. Для этого между горизонтами карьера и концентрационными горизонтами возводят рудоспуски 8 для вентиляции и перепуска руды. Кимберлитовые руды от горизонтов карьера автосамосвалами 9 возятся до рудоспусков 8, расположенных в штольне 10, а затем через квершлаги 7 и наклонные стволы 3, оборудованные конвейерными подъемниками, они перемещаются на поверхность. Вскрышные породы из карьера вывозятся автосамосвалами 11 в отвале 5 [1].

Данный способ позволяет существенно сократить объемы вывозки вскрышных пород от горизонтов карьера и обеспечивает высокую производительность рудника благодаря применению наклонных стволов. Другим важным моментом технического решения является переход на отработку горизонтов карьера комбинацией горизонтальных и наклонных уступов при отстройке бортов нетрадиционными бермами безопасности, наклоненными в сторону борта карьера (рис.2).

Создано техническое решение по высокоэффективной отработке малых кимберлитовых трубок (рис.3). Для этого отработку карьера до конечной его глубины ведут по бестранспортной схеме с многократной перевалкой вскрышных пород от глубоких горизонтов до поверхности с помощью кранлайнов. При этом горизонты карьера по контуру трубки отрабатывают продольными и поперечными кольцеобразными блоками, чередующимися по глубине карьера [2]. Вынимаемая же от нижележащих горизонтов горная масса на поверхность доставляется в специальных саморазгружающихся сосудах путем многократной перевалки в восходящем от горизонта к горизонту порядке с временным складированием пород на борту карьера, а руда от поверхности транспортируется автосамосвалами до обогатительной фабрики. После отработки всех горизонтов и завершения открытых горных работ карьерное пространство заполняют отработанными вскрышными породами также по бестранспортной схеме, восстанавливая нарушенный рельеф поверхности земли, как это показано на рис. 3.

В связи с переходом на отработку глубоких горизонтов карьеров и освоением запасов беднотоварных кимберлитовых трубок, залегающих на небольших глубинах, возникла проблема выемки и подъема горной массы принципиально новым комплексом горнотранспортного оборудования. Рекомендуемый комплекс включает: экскаватор нижнего черпания с повышенным усилием резания, контрейлер, клетьевой подъемник и автосамосвал. Технологическая схема отработки трубки с применением данного комплекса оборудования и переходом на вертикальную схему подъема горной массы приведена на рис.4.

 

Рисунок 4. Технологическая схема отработки беднотоварной кимберлитовой трубки с применением нового комплекса горнотранспортного оборудования: 1- кимберлитовая трубка; 2- крутой борт карьера; 3- берма безопасности; 4-глубокая траншея внешнего заложения; 5- перегрузочная площадка; 6- клетьевой подъемник; 7- контрейлер; 8- экскаватор нижнего черпания; 9- автосамосвал; 10- обогатительная фабрика; 11- хвостохранилище; 12- мини- обогатительная фабрика для извлечения мелких ценных минералов (МЦМ).

Согласно предлагаемого технического решения разработку беднотоварной кимберлитовой трубки осуществляют с разделением карьерного пространства по глубине на верхнюю и нижнюю зоны. Причем отработку верхней зоны ведут скреперами с предварительным разупрочнением полускальных кимберлитов рыхлителями. Вынутую при этом руду транспортируют автосамосвалами до обогатительной фабрики, вскрышные породы укладывают на борту карьера. Для вскрытия и отработки нижней зоны карьера проходят глубокую въездную траншею внешнего заложения, в конце въездной траншеи на скальных грунтах создают перегрузочную площадку. Добычные работы выполняют экскаваторами нижнего черпания с повышенным усилением резания, извлеченную руду грузят в контрейлеры и транспортируют по вертикальной схеме с помощью клетьевых подъемников до перегрузочной площадки, где контрейлеры выкатом перегружают в кузова автосамосвалов. Руду до обогатительной фабрики доставляют автосамосвалами в контрейлерах, а на хвостах алмазоизвлекательной фабрики устанавливают мини-фабрику для извлечения мелких ценных минералов и редкоземельных элементов. Внедрение перспективной инновационной технологии позволит повысить эффективность освоения беднотоварных кимберлитовых трубок благодаря снижению затрат на их разработку и получению дополнительной прибыли за счет попутного извлечения из кимберлитов сопутствующих алмазы мелких ценных минералов [3, 4].

В настоящее время всё актуальнее становится проблема восстановления участка земной коры, нарушенного глубокими карьерами [5]. В связи с этим в условиях доработки глубоких карьеров в криолитозоне авторами предлагается использовать отработанное пространство для размещения в них народнохозяйственных объектов, необходимых для оздоровления людей и окультирования досуга проживающего там населения. В частности рекомендуется создать в отработанном пространстве ледники для хранения продуктов питания, на базе поступающих в карьер минерализованных вод строить лечебницы, музей мамонта, оранжереи для круглогодичного выращивания овощей, грибов, ягод и цветов (рис. 5). Для этого разработана специальная технология по утилизации карьерного пространства и восстановлению первоначального рельефа поверхности земли.

Ожидаемые технико-экономические показатели от внедрения инновационных технологий разработки кимберлитовых трубок в условиях криолитозоны Якутии приведены в табл.1.

Таблица 1. Прогнозируемые значения технико-экономических показателей от внедрения перспективных инновационных технологий отработки глубоких кимберлитовых карьеров.

№	Наименование разработки	Глубина карьера, м	Приоритет технологии	Положительный эффект
1.	Вскрытие и отработка глубоких горизонтов карьера с применением подземных выработок – Пат.РФ №2233982	500,0	Применение спиралевидных наклонных стволов	Сокращение объемов проходки квершлагов в 1,43 раза
2.	Технология отработки горизонтов карьера комбинацией горизонтальных и наклонных уступов по принципу Пат. РФ № 2233982	500,0	Повышение инстенсивности отработки горизонтов карьера за счет снижения объемов горноподготовительных работ	Более 2 раз
3.	Отстройка бортов карьера наклоненными бермами безопасности – Пат. РФ № 2233982	500,0	Увеличение угла откоса борта карьера	2’
4.	Бестанспортная схема отработки малых кимберлитовых трубок по принципу Пат.РФ №2426882	105,0	Снижение затрат на разработку одной малой трубки	2,16 млн.долл.
5.	Утилизация отработанного пространства карьера и размещение на восстановленной территории объектов соцкультбыта	150,0	Снижение затрат на утилизацию карьера	20,3 млн.долл., дополнительный социальный эффект

По всем перечисленным направлениям исследований созданы инновационные научно-технические разработки, отличающиеся новизной и имеющие перспективу дальнейшего развития при разработке кимберлитовых трубок. В настоящее время инновационные разработки находятся на стадии поиска заказчика для реализации в реальных условиях деятельности алмазодобывающего предприятия.

 

Рисунок 5. План карьера с расположением на восстановленной территории объектов соцкультбыта: 1- контур отработанного карьера; 2- спиральный съезд; 3- штольни-ледники; 4- лечебницы; 5- музей-мамонта; 6- ходок-галерея; 7- оранжерея для выращивания овощей; 8,9- оранжереи для выращивания грибов, ягод и цветов.

Список литературы

1. Пат. 2233982 РФ, МКИ Е21 С 41/100. Способ вскрытия и отработки глубоких горизонтов кимберлитовых трубок/ А.С.Зельберг, А.Д.Андросов, Н.П.Крамсков и др.- Опубл. В БИ.- 2004.- №22.

2. Пат. 2426882 РФ, МПК Е21 С 41/26. Способ разработки малых кимберлитовых трубок/ Егоров Е.Г., А.Д.Андросов, Данилов Ю.Г., Андросов А.А.- Опубл. В БИ.- 2009.- №23.

3. Андросов А.Д., Михайлов В.Е. Постановка задачи комплексной переработки минерального сырья в условиях рыночной модели экономики// Горный информационно-аналитический бюллетень. –М.: МГГУ, 2011.-№10.-С.72-74

4. Андросов А.Д., Сорокин В.С. Технологические особенности разработки малообъемных кимберлитовых трубок и технико-экономические предложения по их освоению// Горный информационно-аналитический бюллетень. –М.: МГГУ, 2013.-№8.-С.354-358.

5. Ельчанинов Е.А., Ельчанинова Е.А. Новый подход к восстановлению ресурса земельных участков нарушенных глубокими каьерами// Горный информационно-аналитический бюллетень. –М.: МГГУ, 2008.-№8.-С.181-190.