Перспективы развития разработки рудных месторождений



При разработке рудных месторождений добываемые полезные ископаемые можно классифицировать по химическому составу и направлению использования по следующим группам:

− группа металлических полезных ископаемых, в которую входят: руды черных металлов, содержащие железо, марганец, хром и др.; руды цветных металлов, содержащие медь, свинец, цинк, алюминий и др; руды благородных металлов — золота, серебра и платины; руды радиоактивных металлов — урана и тория; руды редких, легких и рассеянных элементов — циркония, тантала, бериллия и др;

− группа неметаллических полезных ископаемых, в которую входят: сырье для металлургической промышленности — известняки, доломит, магнезит и др.; индустриальное сырье — асбест, слюда, алмазы, корунд и др.; сырье для химической и пищевой промышленности — фосфориты, апатиты, ископаемые соли и др. [1].

На сегодняшний день среди разведанных мировых рудных месторождений наибольшее количество приходится на железные руды (13–15 трлн. т), из них 95 % — железные кварциты. Мировые запасы каменной и калийной солей, горючих сланцев измеряются сотнями миллиардов тонн. Порядка сотен миллионов тонн — запасы меди и цинка, единицами миллиардов тонн измеряются запасы марганца, хрома и фосфатов.

Технический прогресс, а также развитие телекоммуникаций, радио, телевидения, электроники, автоматики, ядерной, реактивной и космической техники требуют роста добычи руды и в первую очередь, железной руды, вольфрама, меди, молибдена, марганцевых руд, а также руд редкоземельных и радиоактивных элементов — бериллия, лития, тантала, урана и т. д. Исследованиями установлено, что доля полимеров и других материалов при создании техники в обозримом будущем не превысит 7,5 %, а 92,5 % конструкционных материалов останется за черными и цветными металлами.

Сырьевой базой черной и цветной металлургии является горнорудная промышленность, представленная карьерами, шахтами и обогатительными фабриками. Для современного развития горнодобывающей отрасли характерен опережающий рост открытой добычи руд. В то же время при снижении удельного веса подземных работ в общем объеме добычи наблюдается тенденция увеличения добычи подземным способом в абсолютных цифрах.

Последние годы характеризуются усложнением горно-геологических условий работы рудных шахт, главным образом, связанным с увеличением глубины горных работ. Так, например, в золотоносном районе Витвотерсрэнд (ЮАР) из 57 рудников — 37 имеют глубину разработки свыше 1500 м, в их числе глубина 5 рудников превышает 2750 м. На сульфидных медно-никелевых месторождениях Сэдбьюри (Канада) более 90 % добычи приходится на горизонты, находящиеся на глубине 1300–1500 м от поверхности. Глубина некоторых шахт Криворожского бассейна (Украина) достигает 600–800 м. В таблице 1 приведен перечень наиболее крупных горнодобывающих предприятий мира, занимающихся подземной разработкой руд [2].

Таблица 1

Перечень крупнейших горных предприятий, занимающихся подземной разработкой рудных месторождений

Страна	Месторождение (район)	Рудники
1	2	3
Золотые руды
Австралия	Зап. Австралия	«Большой Боулдер»
ЮАР	Витвотерсрэнд	«Св. Елена»
Канада	Сэдбьюри, Онтарио	«Сентрал Патрисия»
Бразилия	Белу Оризонте	«Сан Росарио»
Серебряные руды
1	2	3
Канада	Сэдбьюри, Онтарио	«Силвер Айленд»
Австралия	Новый Южный Уэльс	«Нью Броукен Хилл»
Полиметаллические руды
Россия	Кольский п-ов	«Ловозерский»
Россия	Норильское	«Заполярный»
Австралия	Тасмания	«АберФолз»
Казахстан	Жезкентское	«Орловский»
Руды цветных металлов (свинцово-цинковые, молибденовые, никелевые)
Канада	Колорадо	«Эдвардс»
Великобритания	Дербиширское	«Миль Клоуз)
Казахстан	Текелийское	Текелийский
Медные, медноколчеданные руды, медистые сланцы
Россия	Худесское	Худесский
Германия	Мансфельдское	«Мансфельд»
США	Мичиганское	«Уайт Пассенс»
Австралия	Сев. территория	«Пико»
Казахстан	Жезказганское	«Восточно-Жезкаганский», «Южно-Жезказганский», Северо-Жезказганский, «Жомарт»
Руды черных металлов
Великобритания	Камберленд	«Клайдсдел»
Швеция	Гринбергское	«Моссгрюван»
Франция	Эльзасское	«Гундерсхофен»
Украина	Криворожское	Шахта им. Артема
Россия	Коробковское	Шахта им. И.М. Губкина

Республика Казахстан обладает богатейшими минерально-сырьевыми ресурсами и занимает одно из ведущих мест в мире по их разнообразию и количеству. В недрах нашей страны сосредоточено более 50 % мировых запасов вольфрама, 25 % урана, 19 % свинца, 10 % меди. Горно-металлургическая промышленность Казахстана является одним из крупнейших доноров отечественной экономики. Предприятия горно-рудного комплекса получают из минерального сырья в различных видах 50 элементов из 112, производят свыше 70 видов основной продукции (чистые металлы, сплавы, прокат черных и цветных металлов и др.). В стране эксплуатируется несколько месторождений железных руд с утвержденными запасами свыше 6 млрд. тонн [3].

Одним из крупнейших мировых рудных месторождений является Жезказганское. Более 25 % всего производства меди среди стран СНГ приходится на горнодобывающие предприятия Жезказгана (рис. 1). Такого объема добычи меди не имеет ни одно предприятие в системе цветной металлургии бывшего СССР [4].

Рис. 1. Образцы горных пород, добываемых в рудных шахтах Жезказгана

Благоприятные горно-геологические условия Жезказганского месторождения из множества систем разработок, дали возможность эффективно разрабатывать залежи высокопроизводительной панельно-столбовой системой разработки. Проектами отработки новых шахтных полей предусмотрено широкое применение различных вариантов этой системы.

В настоящее время на шахтах Жезказгана применяют два варианта панельно-столбовой системы: со сплошной выемкой при отработке залежей мощностью до 8 м и с послойной выемкой при большей мощности. Схемы подготовительно нарезных работ при обоих вариантах одинаковы. Подготовительные работы включают: проведение панельного штрека с заездами, разрезного и вентиляционного штреков [5].

Шахтное поле разбивается на панели, размером в плане 150 х (250400) м, в зависимости от размеров залежи. Между ними оставляются панельные (барьерные) целики, которые рассчитаны на поддержание массы всей толщи налегающих пород. Ширина этих целиков в зависимости от глубины разработки и мощности рудного тела принимаются в 1530 м. Междукамерные целики внутри панели, рассчитанные на поддержание массы пород в контуре свода естественного равновесия, располагают по сетке 20 х 20 м. На рудных горизонтах от околоствольных дворов проведены штреки по почве основных залежей, а из них панельные штреки по продольным границам панелей с заездами через каждые 40 м, что позволяет исключить перемещение людей и оборудования в отработанных участках [6].

Залежи мощностью 47 м отрабатывают сплошным забоем. Рудные залежи мощностью от 8 м до 18 м отрабатывают уступным забоем с верхней подсечкой (почвоуступная выемка). Очистные работы при этом заключаются в создании подсечки по всей ширине панели, а затем уже в выемке запасов уступа. Линия забоев уступа должна отставать от подсечки по условиям безопасности ведения работ не менее, чем на 3040 м.

В целях уменьшения потерь руды размеры межпанельных целиков в плане стараются принимать минимально возможными по условиям устойчивости кровли, а для создания наилучших удобств передвижения механизмов в очистном пространстве его стараются сделать как можно более свободными, максимально увеличивая ширину камер. С увеличением глубины работ, размеры целиков и потерь руды значительно возрастают. Например, их диаметр при мощности руды 10 м, глубине залегания 200 м и запасе прочности 3,5 составляет 89 м; а при глубине залегания ниже 500 м при тех же условиях диаметр увеличивается до 12 м. Потери руды в целиках составляют соответственно 15,5 % и 31,6 %. Размеры целиков увеличиваются при глубине более 200 м, а ширина камер заметно уменьшается и условия ведения очистных работ в них сильно ухудшаются [7].

Основные откаточные выработки проходят сечением 16.7 м ² , шириной 4.5 м, включая пешеходную дорожку — 0.7 м и водосточную канаву — 0.5 м. Проезжая часть этих выработок имеет бетонное покрытие. В призабойном пространстве дорожное полотно представлено скальным основанием (почва рудного тела) с неровностями, засыпанными рудной мелочью и спланированными бульдозером [8]. Продольный профиль дорог состоит из горизонтальных участков и подъемов с углами наклона в среднем до 7 при длине до 100 м, кратковременных подъемов до 10 длиной от 5 м до 50 м. В плане — дороги имеют повороты радиусом 1220 м. Температура воздуха в шахте составляет 1216 С при относительной влажности 8090 % [9].

Все вышесказанное позволяет сделать вывод, что горно-геологические и горно-технические условия современных горно-рудных предприятий предъявляют особые требования к выбору конструктивных схем и параметров современного горного оборудования, эксплуатируемого на рудных шахтах, в частности, анализ условий эксплуатации Жезказганского месторождения, как одного из крупнейших мировых производителей цветных металлов, показывает, что рудные шахты Жезказгана имеют оптимальные условия для широкого применения комплексов самоходного оборудования. Почти горизонтальное залегание мощной пластообразной залежи крепких руд, устойчивое вмещение породы, незначительный приток подземных вод обеспечивают возможность широкого применения высокорентабельных систем разработки открытым забоем с использованием мощной самоходной производительной техники на очистной выемке и на проходческих работах [4].

Литература:

1. Рогатин Н. Н. Введение в специальность. Конспект лекций. — М.: МГИ, 1975. — 166 с.
2. Малышев Ю. Н., Айруни А. Т. Методы прогнозирования и способы предотвращения опасных выделений взрывчатых природных газов при подземной разработке руд // Горная промышленность. — 2005. — № 4. — С. 16–18.
3. Муканов Д. М. Проблемы и пути решения комплексного использования минерального сырья // Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр: Материалы Шестой междунар. конф. Москва-Караганда. — М.: Изд-во РУДН, 2007. — С. 297–300.
4. Жакенов Г. К. Техническая эксплуатация самоходного дизельного оборудования в подземных условиях: учебник для вузов. — Жезказган: ЖезУ им. О. А. Байконурова, 1997. — 205 с.
5. Непомнящих В. А. Панельно-столбовая система разработки с буровентиляционными выработками и использованием самоходного оборудования. // Горный журнал. — 1982. — № 4. — С. 26–28.
6. Скорняков Ю. Г. Подземная добыча руд комплексами самоходных машин. — М.: Недра, 1986. — 204 с.
7. Каплунов Д. Р. Развитие производственной мощности подземных рудников при техническом перевооружении. — М.: Наука, 1989. — 263 с.
8. Байконуров О. А., Филимонов А. Т. Комплексная механизация очистных работ при подземной разработке рудных месторождений. — Алма-Ата: Недра, 1973. — 372 с.