В России запасы полезных ископаемых, залегающих близко к поверхности, постепенно истощаются – особенно это характерно для месторождений Урала, Сибири и Дальнего Востока. Поэтому все более востребованными становятся проекты последовательного или совмещенного применения открытого и подземного способов разработки. В отечественной горной практике такие задачи профессионально решает горно-геологический отдел АО «Иргиредмет» – отраслевой центр компетенций, специализирующийся на проектировании предприятий по добыче золота и сопутствующих металлов.
Характерным примером служит 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. Верхняя часть месторождения отрабатывалась открытым способом, однако исчерпание запасов в экономически целесообразном контуре карьера потребовало вовлечения в освоение нижних горизонтов подземным способом.
Для этого инженерами АО «Иргиредмет» был разработан и реализован комплекс проектных решений, обеспечивающих безопасный и технологичный переход, преемственность этапов отработки, управление геомеханическими рисками и создание надежных систем жизнеобеспечения рудника.
1. Горно-геологические условия и обоснование границы перехода
Месторождение отнесено к III группе сложности по условиям разработки (очень сложное). Для обоснования проектных решений была построена детальная геомеханическая модель массива горных пород. На основе результатов полномасштабных инженерно-геологических изысканий массив разделили на пять литолого-структурных доменов с определением их прочностных и деформационных характеристик. Дополнительно выделены поддомены «Руда» и «Разломы», играющие ключевую роль в прогнозе устойчивости горных выработок.
Гидрогеологические условия оценены как простые. Прогнозный водоприток в подземные выработки составил 279 м3/ч – эта величина стала исходным параметром для проектирования главной водоотливной установки.
Критически важным вопросом явилось определение безопасной границы между открытыми и подземными работами. Методами численного моделирования в среде FLAC3D рассчитан необходимый размер предохранительного целика (потолочины) под дном карьера. Установлено, что целик мощностью 23 метра гарантированно предотвращает взаимное негативное влияние: обеспечивает общую устойчивость бортов карьера в предельном положении 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 этаже по системе подэтажного обрушения.
2. Интегрированная схема вскрытия с борта действующего карьера
Принципиальным стратегическим решением, определившим экономическую эффективность всего проекта, стало расположение устьев главных вскрывающих выработок на внутренних площадках борта карьера. Разработанная схема позволила одновременно решить комплекс задач:
- Сокращение протяженности выработок в зоне гипергенеза. Традиционное проведение вертикального ствола за пределами карьера потребовало бы проходки через толщу неустойчивых выветрелых пород, тогда как схема «с борта» минимизирует этот риск.
- 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 строительства. Отпала необходимость в отчуждении дополнительной поверхности для размещения инфраструктуры подземного рудника, приобретении земельного отвода и строительстве дублирующих объектов.
Сечения всех капитальных и подготовительных выработок (4,5 ? 4,0 м и более) обоснованы с учетом габаритов современного самоходного оборудования: буровых кареток, погрузочно-доставочных машин и шахтных самосвалов.
3. Системы подземной разработки: минимизация потерь и разубоживания
Выбор систем разработки осуществлялся на основе анализа постоянных факторов (устойчивость вмещающих пород и руды, морфология рудных тел) и переменных параметров (ценность руды, требования к сохранности поверхности).
Для основной массы запасов рекомендованы комбинированные (чередующиеся) системы разработки с сухой и твердеющей закладкой. Данное решение обеспечивает высокий коэффициент извлечения, эффективный контроль горного давления и минимизацию разубоживания. Формирование контуров выработок с изоляцией очистного пространства предотвращает обрушение пустых пород в рудную массу:
- Для отработки мощных рудных тел (свыше 10 м) – камерно-столбовая система с закладкой вкрест простирания;
- Для рудных тел малой и средней мощности (1–10 м) – камерно-столбовая система с закладкой по простиранию.
Как отмечено выше, для извлечения руды из предохранительного целика под дном карьера принята система подэтажного обрушения как наиболее эффективная в условиях ограниченного пространства и необходимости полной выемки запасов, не подлежащих закладке.
4. Геомеханическое обоснование и комплексная система крепления
Устойчивость подземных выработок рассматривалась в качестве безусловного приоритета безопасности. На основе построенной численной модели рассчитаны допустимые пролеты обнажений для различных глубин и категорий пород. Определены параметры очистных камер: высота – до 15 м, ширина – 10,9 м, длина – 13,7 м.
Для крепления горных выработок разработана дифференцированная система, учитывающая категорию устойчивости пород в каждом конкретном забое:
- Для пород I–II категорий (устойчивые и среднеустойчивые) – анкерная крепь (комбинация анкеров) в сочетании с набрызг-бетоном и металлической сеткой.
- Для пород III–IV категорий (малоустойчивые и неустойчивые) в капитальных и подготовительных выработках – металлическая арочная крепь типа КМП с последующей затяжкой.
- Для устьевых участков, зон сопряжений и в зонах влияния тектонических разломов – монолитная железобетонная крепь повышенной прочности.
- На период проведения работ в забое – обязательная временная предохранительная крепь для обеспечения безопасности проходчиков.
5. Решение инфраструктурных задач: вентиляция, водоотлив и транспорт
Организация рудничной атмосферы и транспортных потоков потребовала детальной проработки с учетом этапности строительства. Основные сложности совмещения открытых и подземных работ пришлись на первый год – период проходки вскрывающих съездов. На этом этапе вентиляцию тупиковых забоев обеспечивали вентиляторы местного проветривания.
Организация рудничной атмосферы и транспортных потоков потребовала детальной проработки с учетом этапности строительства. Основные сложности совмещения открытых и подземных работ пришлись на первый год – период проходки вскрывающих съездов. На этом этапе вентиляцию тупиковых забоев обеспечивали вентиляторы местного проветривания.
После ввода выработок в эксплуатацию запущена стационарная общешахтная схема вентиляции с подачей свежего воздуха по вентиляционному съезду. Анализ первоначального проекта выявил, что устье транспортного съезда, предназначенного для выдачи исходящей струи, расположено в непроветриваемой (застойной) зоне карьера, что создавало риск накопления вредных газов и рециркуляции рудничного воздуха.
Для устранения этого затруднения принято дополнительное проектное решение: установка на борту карьера вспомогательной вентиляторной установки. Ее функция заключалась в создании устойчивой тяги, обеспечивающей активный отсос и эффективный рассев загрязненной атмосферы из транспортной выработки. Поверочный расчет депрессии подтвердил возможность поддержания требуемого расхода воздуха по всем выработкам.
Водоотлив 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 как подземные, так и карьерные и поверхностные воды, после чего по трубопроводу, проложенному по вскрывающим выработкам, вода подается в пруд-накопитель на поверхности. Производительность системы заложена с учетом подземного и дождевого водопритока (279 м3/ч).
Транспортная схема для самоходной техники включает участки одностороннего движения, карманы для разъезда и места для аварийной остановки. Разработаны строгие регламенты оповещения и диспетчеризации. Специальные решения по противопожарной защите и мониторингу деформаций (как массива, так и земной поверхности) учтены в проекте с первого дня эксплуатации.
Заключение
Проект комбинированной открыто-подземной разработки золоторудного месторождения, выполненный специалистами АО «Иргиредмет», наглядно демонстрирует эффективность комплексного подхода к решению сложных горнотехнических задач.
Описанные проектные решения успешно реализованы на практике и могут быть рекомендованы в качестве типового подхода для проектирования комбинированной разработки на других месторождениях со схожими горно-геологическими условиями.
текст: Иванов Е. А., ведущий инженер горно-геологического отдела АО «Иргиредмет»
фото: АО «Иргиредмет»
г. Иркутск, бульвар Гагарина, 38
+7 (3952) 728-729
gold@irgiredmet.ru, irgiredmet.ru