Государственное предприятие

1.3. Мировой опыт отработки прибортовых запасов и анализ применения схем вскрытия при подземной разработке

В практике применения разработки прибортовых запасов подземным способом (и в соответствии с литературными источниками) обычно под особенностями указанного спо­соба понимают преимущества, которые он дает при правильном использовании, хотя вернее было бы понимать под этим характерные признаки, за счет чего обеспечиваются эти преимущества. К числу таких особенностей относятся:

- более высокая интенсивность разработки всего месторождения и соответственно большая производственная мощность предприятия;
- ускоренное строительство и ввод предприятия в строй;
- значительное сокращение удельных капитальных затрат на строительст­во;
- более рациональное использование площади горного отвода за счет размещения части отвалов в зоне обрушения или применения вскрышных пород в качестве закладки;
- повышение эффективности открытых работ пpи условии использования технологических особенностей, в том числе комплексных подземных выработок.
Эти преимущества комбинированной разработки могут иметь место при соответствующем сочетании и использовании отдельных технологических преимуществ открытого и подземного способов, к которым относят:
при открытых работах
- создание большой производственной мощности предприятия по руде, использование высокоэффективной техники;
- возможность комплексной механизации и автоматизации производствен­ных процессов;
- более безопасные и комфортные условия труда рабочих;
- более высокую производительность труда и низкую себестоимость до­бычи;
- высокое извлечение и незначительное разубоживание руд;
при подземных работах
- быстрое вскрытие и подготовку месторождения;
- независимость горных работ от климатических условий;
- многообразие систем разработки, обеспечивающих извлечение запасов в различных горно-геологических и гидрогеологических условиях;
- меньшие площади горного отвода;
- большую пропускную способность подземных выработок при относитель­но низкой их стоимости;
- меньшие удельные капитальные затраты на строительство и реконструкцию рудников.
Разработка прибортовых запасов месторождения может иметь различные ва­рианты пространственно-временного соотношения открытых и подземных работ:
1) первоначально отрабатывают верхнюю часть месторождения карье­ром, после прибортовые запасы только подземным способом;
2) основные запасы месторождения отрабатывается карьером, одновременно прибортовые запасы с подземной шахтой;
Совместная разработка месторождения отличается от перввого ва­рианта как определенными пpеимуществами, так и дополнительными трудностями. При ведении очистных работ в карьере и в подземном руднике эти трудности заключаются в необходи­мости вести работы с учетом обеспечения безопасного и без аварийного хода работ.
В одних случаях это ограничивает или совсем делает невозможным при­менение наиболее производительных систем разработки с обрушением на­легающей толщи пород. А очистные работы в подземном руднике в основ­ном ведут с оставлением значительных запасов руды в охранных и опор­ных целиках, которые мoгyт быть временными или безвозвратно потерян­ными. Сохранение бортов карьера достигается также закладкой подземных выработок. Но это мероприятие, так же как и упомянутое вы­ше, в известной степени удорожает добычу руды подземным способом и снижает пpоизводственные и технико-экономические показатели рудника.
Несмотря на трудности технологического порядка, совместная разра­ботка месторождения находит все большее пpименение, как позволяющая максимально интенсифицировать добычу руд, повысить производительность рудника, сократить срок его службы, обеспечить более полное извлече­ние запасов руды, улучшить технико-экономические результаты разработки месторождения, значительно повысить эффективность капитальных вложений.
Совместная разработка месторождения открытым и подземным способами.
Совместная разработка месторождения является более сложной в технологическом и геомеханическом отношениях по сравнению с другими вариантами комбинированного способа, вместе с тем решения по совместной разработке могут иметь существенное значение и для других вариантов. Поэтому проблемы совместной разработки является проблемами комбинированного способа разработки в целом.
В зависимости от конкретных горно-геологических условий в совместной разработке выделяются три характерные схемы.
Схема 1 - совмещение открытых и подземных горных работ в одной вертикальной плоскости. С одной стороны, схема обусловливает макси­мальное взаимовлияние горных работ в карьере и подземном руднике и является наиболее сложной в эксплуатации месторождения; с другой сто­роны, при этом имеется возможность эффективно использовать особеннос­ти каждого из совмещаемых способов.
Схема 2 - совмещение открытых и подземных работ в горизонтальной плоскости. Схема более Простая в технологическом и геомеханическом Отношениях. преимущества совместной разработки здесь проявляются и используются в наименьшей степени. В отдельных случаях непосредствен­ный контакт между карьером и подземным рудником может отсутствовать. И тем не менее этот случай также нужно рассматривать как совместную разработку, если выработки карьера или рудника (или часть их) попада­ют в зону взаимного влияния, т.е. в зону сдвижения пород, перераспре­деления напряжений и т.п.
Схема 3 - смешанное совмещение открытых и подземных работ как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости. Схема позволяет мак­симально реализовать преимущества совмещения разработки и наиболее распространена.
Предпосылки для применения совместной разработки по горно-геологическим условиям разнообразны. Возможны лишь две ситуации, когда проблема использования совместной разработки отпадает: когда рудная горизонтальная или пологозалегающая залежь имеет ограниченное распространение в глубину и залегает недалеко от поверхности; когда крутопадающая слепая залежь сравнительно небольшую мощность и располагается на значительной глубине. В первом случае месторождение целесообразно отрабатывать только открытым способом, а во втором подземным.
Итак, в целом можно отметит, что обособление комбинированного способа и его особенности зависят от степени совмещения открытого и подземного способов. Однако более правильном было рассматривать совмещение способов не как тенденцию проявления особенностей комбинированного способа, а как неотвратимое условие, при котором и открытый и подземный способы не могут уже применятся как таковые (без снижения своих показателей). Тогда особенности комбинированной разработки необходимо рассматривать не с точки зрения совмещения двух способов разработки, а из принципов создания новых технологических решений для комбинированного способа, которые могут быть сочетанием элементов открытого и подземного способов или неизвестными до сего времени элементами, что не так существенно. Важно само формирование способа.
Главным вопросом обособления комбинированного способа необходимо считать его совершенствование и возможность оценки степени этого со­вершенствования. Такой подход к особенностям комбинированной разра­ботки избавит от безрезультатного поиска решений по улучшению эффек­тивности открытого и подземного способов путем их сочетания в услови­ях. когда каждый из них вступает в период наименее выгодного примене­ния. Последующие разделы по практике открытых и подземных горных ра­бот при комбинированной разработке месторождений нами также рассмат­риваются с этих позиций.
В целом на практике технология подземных горных работ при разработке прибортовых запасов месторождений не имеет принципиальных отличий от технологии подземных работ при раздельной разработке. Лишь на участках непосредственного взаимовлияния открытого и подземного способов, где возникают значительные трудности, связанные главным образом с обеспечением безопасности, технологические решения применяются с учетом ситуации.
Между тем в исследованиях некоторых ученых разработаны методические основы, которые могут успешно применяться при определении параметров и эффективных вариантов ведения подземных горных работ в конкретных условиях разработки прибортовых запасов месторождения. Перестройку технологии подземных работ или частичное изменение производственных процессов при разработке прибортовых запасов месторождения осуществляют в зависимости от того к какой группе оно относится.
По принятой классификации месторождения первой группы первоначально отрабатывают верхнюю часть месторождения карье­ром, после прибортовые запасы только подземным способом; месторождения второй группы основные запасы месторождения отрабатывается карьером, одновременно прибортовые запасы с подземным способом.
Вскрытие является сложнейшим вопросом, который не поддается ни нормированию, ни другой формализации. В то же время по данному воп­росу накоплен значительный опыт, требующий описания и обобщения для дальнейшего его использования.
При разработке прибортовых запасов месторождений подземным способами создаются благоприятные условия для вскрытия карьерного и шахтного полей подземными выработками. Поэтому схемы совместного вскрытия с использованием подземных выработок часто и довольно эффек­тивно применяют для каждого нового месторождения при комбинированной разработке.
Подземные выработки позволяют ввести на глубокие горизонты карьера новый вид транспорта без остановки действующих коммуникаций. Использо­вание подземных выработок на карьерах для транспортировки горной мас­сы позволяет освободить борта карьеров от стационарных транспортных сооружений (станций и др.), сократить до минимума расстояние транспор­тирования горной массы от забоя до перегрузочного пункта, создать благоприятные условия для сборочного и магистрального транспорта.
В случае использования капитальных рудоспусков совмещается процесс перемещения горной массы с ее резервированием. Подземные транспортные выработки на нижних горизонтах карьера возможно частично или полностью использовать для подземной доработки запасов месторождения.
Недостатками использования подземных выработок являются значитель­ные объемы работ, сроки их выполнения и большие капитальные затраты. Поэтому основной задачей данных исследований является поиск путей дальнейшего повышения эффективности эксплуатации комбинированных схем вскрытия карьерных полей с использованием подземных выработок, ком­пенсация недостатков этого способа вскрытия, снижения объемов, сроков работ и капитальных затрат на них.
В целом представление о схеме и способе вскрытия начинается с их понятия. Вскрытие рудного поля создает транспортную связь рабочих горизон­тов с пунктами приема горной массы (погашение горизонтов). Эта связь создается посредством прoведения в карьере или вблизи него горных выработок для размещения транспортных коммуникаций. В отдельных слу­чаях разработку месторождения и перемещение грузов могут производить без проведения вскрывающих выработок (при использовании башенных экскаваторов, кабельных кранов и т.п. В исключительных случаях подъем грузов из карьера можно осуществлять даже геликоптерами).
Известны различные классификации способов вскрытия. В основу этих классификаций положены следующие признаки вскрывающих горных выработок:
- вид или способ образования (траншеи, полу траншеи, подземные выработки) ;
- положение относительно конечного контура карьера (внешнее или внутреннее) ;
- стационарность (стационарные, полустационарные, временные);
- число обслуживаемых горизонтов (отдельные, групповые, общие) и др.
В основу классификации может быть положен только один из этих признаков, следовательно, остальные должны иметь вспомогательное значение. Например, способ вскрытия определяется в первую очередь видом вскрывающих выработок.
Большинство указанных признаков скорее характеризует способы вскрытия отдельных зон карьера (групп горизонтов), а не карьерного поля в целом. Обычно для вскрытия крупного и сложного карьерного поля используют горные выработки различных видов в самом разнообраз­ном их сочетании. Поэтому прав иль нее и проще классифицировать спосо­бы вскрытия не карьерного поля в целом, а отдельных горизонтов или их групп. В табл. 1.2 приведена классификация способов вскрытия ра­бочих горизонтов карьера, в основу которой положена классификация, разработанная В.В. Ржевским.
Таблица 1.2
Классификация способов вскрытия

Признак способа вскрытия	Способ вскрытия
	Наземными выработками (траншеями и полутраншеями)	Подземными выработками	Комбинацией наземных и подземных выработок
Положение вскрываящих выработок относительно конечного контура карьера	Внешними, внутренними или смешанными; фланговыми или центрального расположения	Внешними, внутренними или смешанными	Внешними, внутренними или смешанными
Стационарность выработок	Стационарными, полустационарными или временными	Стационарными	Стационарными или комбинацией стационарных с полустационар-ными
Наклон выработок	Крутыми, наклонными и горизонтальными	Вертикальными, крутыми, наклонными и горизонтальными	Комбинацией от вертикальных до горизонтальных
Число обслуживаемых горизонтов	Отдельными, групповыми или общими	Отдельными, групповыми или общими	Отдельными, групповыми или общими
Число выездов с обслуживаемых горизонтов	Одинарными или парными	Одинарными или парными	Одинарными или парными
Положение систем выработок в плане трасс	Одного направления, спиральными, тупиковыми, петлевыми, комбинирован-ными	Одного направления, спиральными, тупиковыми, комбинированными	Одного направления, спиральными, тупиковыми, петлевыми, комбинированными

С точки зрения авторов, лучшее представление о вскрытии карьер­ного поля дает схема вскрытия. Комбинированные схемы вскрытия шахт­ных и карьерных полей с использованием подземных выработок представ­ляют собой частичное или полное соединение наземных и подземных вскрывающих выработок. При этом под полным соединением подразумева­ется соединение и совместное использование схем вскрытия карьерного и шахтного полей, а под частичным - соединение схемы вскрытия карьер­ного поля с частью подземных выработок шахтного поля с выходом транспортных путей на поверхность через карьер. К комбинированным же относят и раздельные схемы, когда транспортные схемы независимы, а вспомогательные выработки используются совместно для карьерного и шахтного полей. Варианты комбинированных схем вскрытия приведены на рис. 1.1.

Анализируя представленные на рис. 1.1 варианты схемы вскрытия, следует отметить следующее.
Варианты а - г представляют именно соединение схем вскрытия, яв­ляющихся оптимальными для карьерного и шахтного поля в отдельности. Комбинация элементов схем в данном случае не имеет места. Комбинация осуществляется лишь при ведении технологических пpoцессов благодаря возможности изменять направление транспортных потоков в сторону карье­ра или обратно. Только варианты д, е имеют некоторые признаки комби­нации, так как шахтная часть этих схем отдельно не представляет са­мостоятельной схемы, а пригодна лишь в комбинации со схемой вскрытия карьерного поля.
Следовательно, в существующих вариантах совместного вскрытия карьерного и шахтного полей комбинация схем используется довольно слабо и этому вопросу серьезное внимание не уделяется. Объяснить подобное положение можно следующим образом. Поскольку под комбиниро­ванной разработкой в принятом в технической литературе смысле пони­мается ведение работ при совмещении двух способов (открытого и под­земного), то и вскрытие полей, способствующее такому совмещению, вполне соответствует решению поставленных задач. Отсюда нет надобнос­ти в поиске комбинации схем вскрытия карьерного и шахтного полей.

I – раздельное вскрытие вертикальными (а) и наклонными (б) стволами; II – совмещенное вскрытие комплексами вертикальных (в) и наклонных (г) стволов; III – частично совмещенное вскрытие с проведением из карьера вертикальных (д) и наклонных (е) стволов; 1 – выдача руды из открытых работ; 2 – то же из подземных работ; 3 –совместная выдача руды; 4 – выдача руды через карьер с перепуском