» » Технология добычи джеспилитов на шахтах Криворожского бассейна

Технология добычи джеспилитов на шахтах Криворожского бассейна

07.08.2016

Существующий баланс между основными и сопутствующими полезными ископаемыми Кривбасса

Криворожский бассейн является крупнейшим поставщиком железорудного сырья на внешние и внутренние рынки страны. Шахты региона, ведущие очистные работы на глубинах 1100-1300 м, отработали до 80% вскрытых запасов богатых железных руд бассейна. Существующие темпы эксплуатации Криворожского месторождения говорят о возможности стабильной добычи богатых железных руд на протяжении еще 10-20 лет. Поддержание производственных мощностей шахт до и после отработки вскрытых запасов бассейна возможно за счет вовлечения в разработку запасов бедных руд и сопутствующих полезных ископаемых.
Сопутствующие полезные ископаемые Криворожского бассейна можно подразделить на рудные: кварциты, джеспилиты, роговики; нерудные: амфиболиты, граниты, мраморы, лабрадориты и камнесамоцветное сырье: тигровый и соколиный глаз, яшма, кварц и др. Одним из ценных сопутствующих полезных ископаемых бассейна является джеспилит. Джеспилит представляет собой железистый кварцит полосчатой структуры, образовавшийся в результате метаморфизации железисто-кремнистых химических осадков древних морей. Отношение отпускной цены 1 т товарной руды к тонне крупноблочного джеспилита составляет 1:6. Краснополосчатые, бурополосчатые, серополосчатые и брекчивидные джеспилиты обладает высокими художественно-декоративными свойствами и позволяют использовать их в виде облицовочного, поделочного и ювелирного материала. На сегодняшний день вскрытые, подготовленные и частично нарезанные запасы железистых кварцитов в несколько раз превышают запасы вскрытых богатых руд Кривбасса. Это вызвано тем, что до 70% железных руд в бассейне добывается при помощи камерных систем разработки с обрушением руды из буровых штреков, пройденных, как правило, по кварцитам. Ресурсосбережение при добыче джеспилита проводится также за счет использования уже имеющихся на шахте выработок, оборудования и персонала.
Сегодня в Украине джеспилит в виде строительного материала только начинает добываться и является перспективной сырьем для камнеобрабатывающей промышленности наряду с такими материалами как гранит, мрамор, лабрадорит и другие. Будучи кварцитами, джеспилиты, как и мелкозернистые граниты, могут быть отнесены к классу долговечных строительно-облицовочных материалов. Высокая блочность структуры в сочетании с декоративностью открывает широкие возможности по изготовлению качественных облицовочных плит для обработки внешних и внутренних интерьеров зданий. Большинство джеспилитов является хорошим сырьем для ювелирной промышленности и используется в качестве вставок в кулоны, кольца, браслеты, серьги, бусы, броши и другое. Широкое применение джеспилит нашел в изготовлении художественно-декоративных изделий, основными из которых являются шары, вазы, письменные наборы, подсвечники, часы, шкатулки, пепельницы, гравюры и многое другое. Цены на эти изделия колеблются от $5 до $300, что говорит о высокой конкурентоспособности изделий из джеспилитов.
Технология добычи сопутствующих полезных ископаемых в условиях Кривбасса

В основу технологического решения положена задача усовершенствования известного способа добычи полезных ископаемых, в котором путем введения новых технологических операций и параметров достигается возможность непрерывной и одновременной добычи сопутствующих (рудных, нерудных) полезных ископаемых, возможность получения ископаемых монолитными блоками заданного формата независимо от содержания железа и кварца, уровня крепости и плотности, специфики разрушения, при условии незначительных затрат и без применения специального оборудования (рис. 5.6). За счет этого обеспечивается ресурсосбережение во время добычи, рациональное использование недр, получение долговечных строительно-облицовочных материалов и малых строительных форм для декоративной отделки различных по назначению помещений, зданий и сооружений.
На рис. 5.6 приняты следующие обозначения для выработок по основному (1-15) и сопутствующему (16 - 20) полезным ископаемым. Подготовительные выработки включают: 1 - откаточный штрек; 2 - откаточный орт; 3 - вентиляционноходовой восстающий; 4 - вентиляционный восстающий; нарезные выработки: 5 -рудоспуск; 6 - вентиляционно-ходовой орт горизонта скреперования; 7 - штрек скреперования; 8 - вентиляционный орт горизонта скреперования; 9 - дучка; 10 -этажный рудоспуск; 11 - буровой под этажный штрек; 12 - вентиляционно-ходовой орт бурового горизонта; 13 - вентиляционный орт бурового горизонта; 14 - вентиляционный орт; 15 - вентиляционный штрек; 16 - хозяйственный восстающий; 17 - сборный вентиляционный подэтажный штрек; очистные выработки: 18 - отрезной подэтажный отр; 19 - отрезной подэтажный штрек; 20 - очистная камера.
Известный способ добычи рудных полезных ископаемых включает вскрытие с помощью вертикальных стволов и этажных квершлагов, этажную подготовку с помощью полевых штреков и этажных восстающих, подэтажную нарезку с помощью полевых выработок и очистную отработку с помощью камерных систем разработки. После отработки запасов рудного полезного ископаемого в пределах этажа в направлении залежей сопутствующих полезных ископаемых проводят дополнительные нарезные и очистные выработки, с которых затем формируют соответствующие очистные камеры по типу кубической формы, в каждой из которых почвоуступным забоем осуществляют выкалывание монолитных блоков джеспилита. Порядок выполнения горных работ при добыче железных руд в пределах добычных блоков начинают с подготовительных работ, которые осуществляются с помощью проведения в породах лежачего бока залежей откаточных штреков 1 и ортов 2, наклонных вентиляционно-ходовых 3 и вентиляционных 4 восстающих. Нарезные работы включают проведение выработок на подэтажах откатки 5, доставки 6-10, подсечки (не показано), бурения 11-15. Очистная выемка включает подсечку и отработку запасов очистных камер, междукамерных и междуэтажных целиков. Транспортирование руды в пределах соответствующих откаточных горизонтов осуществляется стандартным рельсовым транспортом с помощью контактных электровозов. Затем руду выдают на земную поверхность по вертикальным рудоподъемным стволам с помощью канатного подъема.
Технология добычи джеспилитов на шахтах Криворожского бассейна

После каждого цикла отработки запасов руды в этаже в направлении залежей сопутствующих джеспилитов проводят дополнительные нарезные 16-18 и очистные 18-19 выработки, с которых далее формируют соответствующие очистные камеры 20. Очистные выработки проводят во взаимно перпендикулярных направлениях с целью формирования очистных камер по кубической форме. Наклонную или вертикальную хозяйственную выработку 16 проводят в границах каждого добычного блока с целью канатной доставки монолитных блоков ископаемого на откаточный горизонт. В каждой очистной камере осуществляют выкалывание монолитов сопутствующего джеспилита почвоуступным забоем используя стандартное оборудование для буровзрывных работ.
Технология добычи богатых железных руд с помощью камерных систем разработки без поддержания ВП влияет на залежи всех сопутствующих полезных ископаемых повышением горного давления в массиве пород, которые находятся ниже фронта очистных работ, а выше - обрушением пород в висячем боку залежей и изменяющейся во времени разгрузкой от горного давления пород лежачего бока. Невыполнение условия параллельной отработки сопутствующих джеспилитов ведет к потере возможности получения крупноблочного материала по условию перехода ресурсосберегающего процесса разгрузки от горного давления массива лежачего бока на 1-2 этажа в процессе его упругого деформирования.
Ресурсосбережение при добыче сопутствующих джеспилитов дополнительно осуществляется за счет использования существующих на шахтах выработок, стандартного оборудования и обученного персонала. Минимальные затраты на организацию работ по получению блоков ископаемого прямоугольной формы обеспечивает расположение трещин в массиве пород в трех взаимно перпендикулярных направлениях.
Обоснование рациональных параметров технологии горных работ

Исходя из горнотехнических условий разработки опережающей залежи богатых железных руд, выработанное пространство которой оказывается активное влияние на запасы джеспилитов, определяют устойчивые рудные и породные обнажения в камере по официально действующей в Криворожском бассейне инструкции.
Первоначально определяются критерии устойчивости обнажений горизонтального, вертикального и наклонного рудных обнажения в камере. Далее находят фактические и предельные значение эквивалентных пролетов горизонтального, вертикального и наклонного рудных обнажения в очистной камере. Затем определяют численные значения предельных функциональных характеристик по соответствующим номограммам, приведенным в инструкции. Далее официально-действующая методика дополняется расчетами автора.
1. Коэффициенты запаса прочности nр (n1н, n1в, n1г и n2н, n2в, n2г) для конструктивных элементов (х1н, х1в, х1г, и х2н, х2в, х2г), которые учитывают изменения энергетического состояния массива на двух уровнях очистных работ, раз
nn = (430σсж)/(Н + He - Hn - 270),

где H - глубина расположения центра элемента блока, м; Hвп - глубина распространения ВП шахты, м; ln - расстояние от оси ВП до центра элемента блока, м.
2. Разность между коэффициентами запаса прочности для двух уровней очистных работ для центра обнажения пород висячего бока, горизонтального и вертикального рудных обнажений, соответственно, раз
nн.вп = n2н - n1н; nг.вп = n2г - n1г; nв.вп = n2в - n1в.

Затем определяем заданный инструкциями коэффициент запаса прочности в эквивалентных пролетах для пород висячего бока, вертикального и горизонтального рудных обнажений в камере. Далее определяем размеры эквивалентных обнажений выше глубины распространения ВП шахты для обнажения камерой пород висячего бока, вертикального и горизонтального рудных обнажений. Фактические размеры эквивалентных пролетов обнажения для очистных работ по джеспилитам, при заданном запасе прочности nн, nв и nг определяем для пород висячего бока, вертикального и горизонтального рудных обнажений камерой и сводим в табл. 5.5.
Технология добычи джеспилитов на шахтах Криворожского бассейна

Размеры конструктивных элементов предлагаемой системы разработки при отработке областей массива, разгруженных ВП шахты, удовлетворяют повышенному запасу прочности, который составит 15. Это дает возможность ведения очистных работ по выкалыванию монолитов почвоуступным забоем с присутствием людей в очистных камерах. Ведение очистных работ по областям полезного ископаемого, не разгруженных выработанным пространством, обусловлено применением комбинированного крепления обнажения потолочин и висячего бока с помощью анкеров и сетки.
Порядок выполнения горных работ

Отделение монолитных блоков из массива возможно с помощью различных способов. Рациональным для условий Криворожского бассейна является буровзрывной способ при помощи отрезных оконтуривающих скважин с взрыванием колонковых зарядов. При таком способе взрывания в плоскости расположения скважин образуется трещина. Процесс трещинообразования при контурном взрывании характеризуется пониженной энергоемкостью и гладкостенностью обнажений. Отделенный таким способом блок джеспилита имеет заданные размеры и форму. Высокая прочность джеспилита как строительного камня исключает использование режущих инструментов при отделении, а его свойство раскалываться делает целесообразным применение в больших масштабах буроклиновых работ. Подэтажно-камерная система разработки со сплошным извлечением, при которой запас очистной камеры разделяют на уступы, характеризуется развитием фронта работ в глубину и образованием на каждом из уступов рабочих площадок. По периметру подошвы площадки формируют наклонные врубы, позволяющие увеличить количество плоскостей обнажения.
Принцип, используемый при отделении блоков, можно назвать «принципом направленного разрушения», который характеризует заданное направление разрушения массива пород по контуру намеченного монолита с сохранением внутри этого контура его прочности и декоративных свойств. Подобный эффект может быть достигнут для хрупких материалов, которым является природный камень, путем ввода в среду отделяющих объем монолита от породы расширительных клиньев, паст или взрывчатых веществ. Разрыв проходит в плоскости намеченного раскола по заранее ослабленным направлениям, которые образуются с помощью бурения ряда сближенных скважин или шпуров. Наивысший результат раскалывания можно достичь путем резкого повышения уплотнения среды, в которой происходит взрыв, а именно заливкой шпуров водой.
Доставка выколотых блоков в пределах очистных камер осуществляется с помощью скреперных установок с использованием специальных захватов и салазок. Транспортирование по горизонтальным откаточным выработкам производится рельсовым транспортом с использованием приспособленных платформ. Транспортирование за пределами очистных блоков осуществляет беспрерывно благодаря использованию направления, противоположного транспортированию основного полезного ископаемого, а именно, по вентиляционным штрекам, квершлагам и стволам. Подъем на земную поверхность осуществляется в клетях вместе с платформами, которые разгружаются на поверхности с помощью тельферов или автокранов. Благодаря такому подходу на шахтах цепочки транспортирования рудного полезного ископаемого не перегружаются. Попутная добыча джеспилитов и железистых кварцитов на действующих и отработанных горизонтах Криворожских и других рудников как строительно-облицовочного и художественно-декоративного материала в ближайшее время должна занять достойное место в экономике Украины.