Новости

Введение

Рациональное освоение месторождения полезных ископаемых часто связано с последовательным применением открытого и подземного способов разработки. Переход к подземной добыче при наличии действующего карьера – сложная горнотехническая задача, требующая учета множества факторов, таких как устойчивость бортов карьера, безопасность ведения подземных горных работ, эффективность использования существующей инфраструктуры и величина капитальных затрат.

Актуальность проектов комбинированной разработки в России возрастает по мере истощения близповерхностных запасов многочисленных месторождений Урала, Сибири и Дальнего Востока.

Характерным примером является золоторудное месторождение в Свердловской области, рассматриваемое в данной статье. Рудные тела объекта представлены крутопадающими (50–80 °) жилами мощностью от 1 до 30 м, сложенными умеренно-сульфидными золото-кварцевыми рудами.

Добыча золота в верхней части месторождения велась карьером, однако исчерпание запасов в его контуре потребовало вовлечения в освоение нижних горизонтов подземным способом. С этой целью был разработан и реализован комплекс проектных решений, которые обеспечили безопасный и технологичный переход, преемственность этапов отработки, управление геомеханическими рисками и создание надежных систем жизнеобеспечения рудника.

Горно-геологические условия и обоснование границы перехода

Месторождение относится к III группе сложности по условиям разработки (очень сложное). Для обоснования проектных решений была построена детальная геомеханическая модель. На основе результатов инженерно-геологических изысканий массив разделили на пять литолого-структурных доменов, выявили их прочностные и деформационные характеристики. Дополнительно были выделены поддомены «Руда» и «Разломы», играющие ключевую роль в определении устойчивости выработок.

Гидрогеологические условия были оценены как простые. Прогнозный водоприток в подземные выработки составил 279 м³/ч – этот показатель стал исходным для проектирования системы водоотлива.

Критически важным вопросом стало определение безопасной границы между открытыми и подземными работами. Методами численного моделирования (в среде FLAC3D) был рассчитан необходимый размер предохранительного целика – потолочины под дном карьера.

Установлено, что целик мощностью 23 м гарантированно предотвращает взаимное негативное влияние: обеспечивает общую устойчивость бортов карьера и исключает риск внезапных обрушений кровли в подземных выработках из-за динамического воздействия карьерной техники. Часть запасов в этом целике запланирована к отработке на завершающем этапе по системе подэтажного обрушения.

Ниже представлены ключевые проектные решения для комбинированной разработки месторождения.

Интегрированная схема вскрытия с борта действующего карьера

Принципиальным стратегическим выбором, определившим экономику всего проекта, стало расположение устьев главных вскрывающих выработок на внутренних площадках борта карьера. Разработанная схема (рис. 1) позволила одновременно решить несколько задач:
• Сокращение длины выработок в зоне гипергенеза: традиционный вертикальный ствол из-за пределов карьера потребовал бы проходки через толщу неустойчивых выветрелых пород, в то время как схема «с борта» минимизировала риски.
• Интеграция инфраструктуры: автотранспортный и вентиляционный съезды напрямую соединили подземный рудник с карьерными транспортными коммуникациями, поверхностными складами взрывчатых веществ и ремонтными базами.
• Снижение капитальных затрат и сокращение сроков: отпала необходимость в отдельной поверхности для подземного рудника, приобретении дополнительного земельного отвода и строительстве дублирующей инфраструктуры.

Сечения всех капитальных и подготовительных выработок (4,5 × 4,0 м и более) были обоснованы с учетом габаритов современного самоходного оборудования: буровых кареток, погрузочно-доставочных машин, шахтных самосвалов.



Рисунок 1. Схема вскрытия

Системы подземной разработки: минимизация потерь и разубоживания

Выбор систем разработки осуществлялся на основе анализа постоянных (устойчивости вмещающих пород и руды, морфологии тел) и переменных факторов (ценности руды, требований к сохранности поверхности).

Для основной массы запасов были рекомендованы комбинированные (чередующиеся) системы разработки с сухой и твердеющей закладкой. Они обеспечивают высокий коэффициент извлечения и контроль над горным давлением, а также позволяют минимизировать разубоживание за счет формирования контуров выработок и изоляции очистного пространства, предотвращающей обрушение пустых пород:
• для отработки мощных рудных тел – камерно-столбовая система разработки с закладкой вкрест простирания;
• для тел малой и средней мощности – камерно-столбовая система с закладкой по простиранию.

Как отмечено выше, для извлечения руды из предохранительного целика под карьером была принята система подэтажного обрушения как наиболее эффективная в условиях ограниченного пространства и необходимости полной выемки.

Геомеханическое обоснование и комплексная система крепления

Устойчивость подземных выработок являлась приоритетом. На основе построенной модели были рассчитаны допустимые пролеты обнажений для различных глубин и категорий пород и определены параметры очистных камер: высота – до 15 м, ширина – 10,9 м, длина – 13,7 м.

Для крепления выработок была разработана дифференцированная система, учитывающая категорию устойчивости пород в каждом конкретном забое:
• для пород I–II категорий (устойчивые и среднеустойчивые) – анкерная крепь (комбинация анкеров), часто в сочетании с набрызг-бетоном и сеткой (рис. 2);
• для пород III–IV категорий (малоустойчивые и неустойчивые) в капитальных и подготовительных выработках – металлическая арочная крепь типа КМП с последующей затяжкой;
• для устьевых участков, сопряжений и зон влияния разломов – монолитная железобетонная крепь повышенной прочности;
• на период проведения работ в забое – обязательная временная предохранительная крепь для обеспечения безопасности проходчиков.



Рисунок 2. Примеры выработок с анкерной крепью (Фото: Е.А. Иванов)

Решение инфраструктурных задач

Организация рудничной атмосферы и транспортных потоков потребовала детальной проработки проекта с учетом его этапности.

Основные сложности совмещения открытых и подземных работ приходились на первый год – период проходки вскрывающих съездов. На этом этапе вентиляцию тупиковых забоев обеспечивали вентиляторы местного проветривания.

После ввода выработок в эксплуатацию была запущена стационарная общешахтная схема вентиляции с подачей свежего воздуха по вентиляционному съезду. В первоначальном проекте главная вентиляторная установка находилась в нише на одном из горизонтов. Однако анализ выявил, что устье транспортного съезда, предназначенного для выдачи исходящей струи, расположено в непроветриваемой (застойной) зоне карьера. Это создавало риск накопления вредных газов и рециркуляции рудничного воздуха.

Чтобы устранить возникшее затруднение, было принято дополнительное проектное решение: установить на борту карьера вспомогательную вентиляторную установку. Ее функция заключалась в создании устойчивой тяги, обеспечивающей активный отсос и эффективный рассев загрязненной атмосферы из транспортной выработки. Расчет депрессии подтвердил возможность поддержания требуемого расхода воздуха по всем выработкам.

Водоотлив был организован по двухуровневой схеме: участковая насосная станция на горизонте − 60 м перекачивает воду на главную станцию на горизонте − 15 м. Главный водоотлив на горизонте − 15 м принимает карьерные и поверхностные воды, которые затем по трубопроводу, проложенному по вскрывающим выработкам, подаются на поверхности в пруд-накопитель. Производительность системы была заложена с учетом подземного и дождевого водопритока (279 м³/ч).

Для организации маршрутов и обеспечения безопасности перемещения самоходной техники (рис. 3) была разработана детальная схема с участками одностороннего движения, карманами для разъезда и местами для аварийной остановки. Ее дополнили строгие регламенты оповещения и диспетчеризации, а специальные решения по противопожарной защите и мониторингу деформаций (как массива, так и земной поверхности) были учтены в проекте с первого дня эксплуатации.



Рисунок 3. Самоходная шахтная техника (Фото: Е.А. Иванов)

Заключение

Проект комбинированной открыто-подземной разработки золоторудного месторождения, выполненный Иргиредметом, наглядно демонстрирует эффективность комплексного подхода к решению сложных горнотехнических задач.

Основные достижения и выводы:
• Научно обоснованная граница перехода (целик толщиной 23 м) обеспечила безопасное параллельное проведение открытых и подземных работ.
• Рациональная схема вскрытия с борта карьера стала ключом к экономической эффективности, позволив использовать существующую инфраструктуру и сократить сроки ввода подземного рудника в эксплуатацию.
• Применение современных камерно-столбовых систем с закладкой направлено на максимальное извлечение полезного ископаемого при минимальном разубоживании.
• Детальное геомеханическое моделирование легло в основу всех решений, от расчета параметров камер до дифференцированной системы крепления.
• Комплексное проектирование систем жизнеобеспечения (вентиляции, водоотлива, транспорта) с учетом специфики комбинированной разработки заложило фундамент для безопасной и бесперебойной эксплуатации подземного рудника.

Описанные решения были успешно воплощены на практике и могут быть рекомендованы для проектирования комбинированной разработки на других месторождениях со схожими горно-геологическими условиями.