Перспективы развития подземной геотехнологии связаны в определяющей степени с модернизацией систем разработки, геотехники (технологического оборудования), комплекса взрывных работ. В силу достаточно большой инертности горного производства в целом, считаем, что в ближайшие два десятилетия в рассматриваемой области будут востребованы для внедрения в качестве авангардных прототипов технологии и технические средства, разработанные на рубеже веков специально для крупных горных проектов, таких как Kiruna Mine (гор. 1045 м), Palabora Undergroundи др.
В мировой практике технический прогресс, в первую очередь, связан с ориентацией на широкое применение самоходного горного оборудования. Основными предприятиями-разработчиками и поставщиками самоходного бурового, погрузочно-доставочного и транспортного оборудования на мировой рынок являются: Tamrok (Финляндия), Atlas Copco (Швеция), Kawasaki и Furukawa (Япония), Ingersoll Rand (США).
На протяжении последней четверти века на погрузке и доставке руды на передовых зарубежных и отечественных рудниках используются самоходные ковшовые погрузочно-доставочные машины (ПДМ) как с дизельным, так и электрическим приводом. Опыт их использования показал, что для повышения эффективности процесса доставки руды необходимо увеличивать грузоподъемность ПДМ. В настоящее время шведская компания ЛКАБ уже эксплуатирует 25-тонные погрузчики Тоrо-2500 В с емкостью ковша 10 м3 (применение ПДМ г/п 15 т является уже рядовым явлением).
Транспортирование горной массы также осуществляется в основном автосамосвалами г/п до 40–50 тонн. На австралийских рудниках Stawellи GoldenGroveдля транспортирования руды на поверхность по автоуклонам (12.5–14.2%) применяют новые автосамосвалы Toro Supra г/п 80 т, на шведских рудниках -120-тонные самосвалы компании «Сису» (р-к «Мальмбергет») и специально сконструированные для транспортирования по наклонным выработкам с уклоном 12.5% самосвалы Kiruna Electric г/п 50 т с приводом от троллейной линии (р-к «Хольмчерн»).
Главным направлением совершенствования буровых работ является широкое использование гидравлических перфораторов. Техническая производительность гидроперфораторов типа ГЛ или СОР при бурении скважин составляет 30–45 пм/ч. Так буровой станок «Симба» W 469 имеет дистанционное управление, оборудован буровым молотком с гидравлическим приводом, который обеспечивает среднюю производительность 300 м скважин в сутки. Дальнейшее совершенствование технологии бурения и перемещения руды в пределах блока самоходным оборудованием идет по пути широкого внедрения робототехники.
Развитие информационных и коммуникационных технологий, повсеместное внедрение автоматизации и дистанционного управления горными машинами и агрегатами являются приоритетными направлениями совершенствования подземной техники.
Наиболее эффективными системами разработки являются: этажно-камерная с открытым очистным пространством, этажно-камерная с закладкой, этажное принудительное обрушение, подэтажное обрушение с торцовым выпуском, самообрушение. С целью повышения эффективности систем разработки увеличивают геометрические параметры блоков. Так, на Гайском подземном руднике отработаны камеры высотой 160 м, планируется увеличить их ширину до 30 м. На руднике Кируна высота подэтажа при системе разработки подэтажного обрушения и торцовом выпуске руды увеличена до 27 м, а на шахте Северопесчанская ОАО «Богословское РУ» — до 20 м. Высота этажа при этажном принудительном обрушении и этажно-камерной системе разработки составляет, как правило, 80 м.
Важным этапом совершенствования схем вскрытия и подготовки рудных месторождений и технологических схем перемещения руды явился переход на отработку месторождений с концентрационными горизонтами, позволяющими сосредоточить шахтный рудопоток на одном горизонте и тем самым снизить объемы транспортных и камерных выработок на промежуточных горизонтах и повысить эффективность работы подземного транспорта. Перспективен перенос дробильных комплексов в шахтное поле или внедрение мобильных дробилок в комплексе с конвейерным транспортом (рудники Гайский, южноафриканский Palabora, австралийский MountIsa).
Тенденции развития комплекса взрывных работ на отечественных и зарубежных предприятиях состоят в следующем.
На отечественных предприятиях применяются гранулированные взрывчатые вещества, которые приведены в «Перечне взрывчатых материалов, оборудования и приборов взрывного дела, допущенных к применению в РФ» (серия 13, выпуск 2, Москва, 2002 г.). Выделяются две группы ВB:
готовые смеси заводского производства (акванит АРЗ-8, грам-монит 79/21, граммонит М, гранулиты АС-4, АС-4В, АС-8, АС-8В, АФ-12идр.);
готовые смеси заводского производства (акванит АРЗ-8, грам-монит 79/21, граммонит М, гранулиты АС-4, АС-4В, АС-8, АС-8В, АФ-12идр.);
взрывчатые вещества, изготавливаемые на местах применения (гранулит А6, Д-5, игданит, игданит-П, ПС-1 и ПС-2 и др.). ВВ этой группы следует считать наиболее перспективными.
В зарубежной практике при механизированном заряжании используется номенклатура промышленных ВВ, базовым для которых является взрывчатое вещество типа ANFO. Это механическая смесь специальных пористых сортов гранулированной или кристаллической аммиачной селитры с горючей жидкой добавкой (например, дизельным топливом). Исходя из технологических требований параметров взрыва компонентный состав зарубежных ВВ варьируется в незначительном диапазоне. При этом сохраняются определяющие их свойства, обусловленные требованиями механизированной переработки.
Фирмой DuPont (США) предлагается для механизированного заряжания ряд взрывчатых веществ на основе гранулированной аммиачной селитры, наиболее полно удовлетворяющей условиям производства.
Гранулированные составы SP-2AN, ANFO-P, NiliteR-303 имеют насыпную плотность в пределах 0.75–0.85 г/см3, имеют в своем составе до 6% жидкого масла и поставляются на место производства работ в готовом виде в многослойных бумажных мешках массой 20 или 32 кг. В связи с этим исключается пыление при их механизированной переработке. Однако забои должны хорошо проветриваться для выноса паров жидкого топлива при пневмо-заряжаиии и газообразных продуктов взрыва. Состав NiliteR-303 — более водоустойчивый. Поступление ВВ потребителю в готовом виде, с жидкой добавкой в составе, обуславливает некоторое ухудшение его сыпучести. Это накладывает свои требования к конструкции транспортирующих и заряжающих устройств.
Вододисперсионные (водонаполненные) ВВ (типа Tovex) или эмульгированные составы (типа Emuliteили его разновидности Emulanфирмы NitroNobel (Швеция) предусматриваются к широкому использованию с механизацией всего комплекса работ в основном на карьерах, при строительстве дорог и гидросооружений на поверхности. Использование этих составов на подземных предприятиях предусматривается в патронированном виде при немеханизированном (ручном) заряжании.
В целом принципиальных отличий в номенклатуре и физико-механических свойствах используемых промышленных ВВ другими горнодобывающими странами мира нет.
Механизация процесса заряжания базируется на пневмотранс-портной технике. Это, как правило, типоразмерные ряды питателей камерного типа вместимостью до 750 л. В зарубежной практике наиболее отработаны питатели фирмы NitroNobelсерии Anol.
Зарядчики Anol (базовая модель) — простейший питатель камерного типа с нижней выдачей готового взрывчатого вещества по одному, а вслучае необходимости по двум шдангам. Управление подачи взрывчатого вещества по шлангу дистанционное. Загрузка камеры осуществляется через воронку в верхней части камеры. Способы загрузки определяются принятой схемой подготовки ВВ, объемом заряжания и предусматривают при необходимости использование вспомогательного оборудования.
Зарядчик JetAnolв отличие от базовой модели в схеме управления имеет дополнительный эжекторный узел для подпитки пневмотранспортного трубопровода сжатым воздухом, что обеспечивает увеличение скоростей потока, более интенсивное разрушение гранул, а, следовательно, устойчивое заряжание восходящих скважин взрывчатым материалом на основе любой аммиачной селитры (кристаллической, гранулированной).
Зарядная система Slyranolпредназначена для заряжания смесью штатного ВВ (ANFO) с инертным материалом (например, гранулированным полистиролом), что обеспечивает регулирование мощности заряда в зависимости от крепости взрываемых пород. Система включает сосуд вместимостью 375 л (на базе стандартного сосуда вместимостью 500 л со встроенной в него внутренней камерой емкостью 125 л) и блок автоматического смешивания и подачи компонентов. Соотношение компонентов смеси 0–85%, что обеспечивает регулируемое снижение мощности заряда до 75%. Система Styranolможет быть скомпонована на базе стандартного сосуда вместимостью 750 л или двух отдельных зарядчиков типа Anоl. Не вызывает сомнений, что серия Anolв ближайшей перспективе останется востребованной.
Зарядное оборудование, эксплуатируемое на отечественных подземных предприятиях, систематизировано в типажи и в группы по определяющим признакам производственно-технического назначения и области наиболее эффективного использования изделия (для шпуров, скважин, комбинированные).
Отечественное зарядное оборудование, как правило, имеет узлы для доувлажнения ВВ или его компонентов водой или дизтопливом. В основу этого оборудования заложены камерные питатели вместимостью от 1.0 до 2400 кг ВВ или его компонента, объединено в типаж («Перечень…»). Модернизация и усовершенствование зарядного оборудования было проведено в период 1980–90 гг.
Основными направлениями развития технологии и совершенствования конструкции систем подземной разработки являются:
увеличение геометрических параметров выемочной единицы (блока, камеры, очистной выработки) с учетом геомеханических ограничений;
применение систем разработки с закладкой выработанного пространства малопрочными твердеющими смесями и (или) породой взамен системы с открытым очистным пространством при разработке высокоценных руд;
применение систем разработки с самообрушением руды при разработке рядовых по ценности руд;
применение систем разработки с обрушением руды и вмещающих пород при разработке руд небольшой ценности;
установление рационального соотношения геометрических размеров выемочной единицы, параметров конструктивных элементов системы разработки, порядка очистной выемки, вида и типоразмера применяемой геотехники путем их совместной оптимизации;
упрощение конструкции систем разработки в целом и, вследствие этого, уменьшение удельного объема подготовительно-нарезных работ;
параллельное проведение и стыковка открытых и подземных горных работ при комбинированной разработке месторождений;
увеличение высоты подэтажа по условию бурения, отказ от промежуточных буровых подэтажей;
упрощение конструкции днища блока;
применение торцового выпуска отбитой руды из специальных выработок или непосредственно с почвы камеры (при дистанционно управляемых ПДМ);
организация параллельного (а не последовательного) во времени выполнения процессов очистной выемки в пределах выемочной единицы;
замена переносного технологического оборудования на комплексы самоходных машин;
создание в добычном участке пространства для размещения машин с целью наиболее полного их использования в течение смены;
улучшение количественных и качественных показателей извлечения за счет селективной добычи;
использование горного давления для разрушения рудного массива.
Таким образом, перспективы развития подземной геотехнологии рудных месторождений, в том числе и на Урале, связаны с необходимостью решения двух ключевых проблем: снижение конкурентоспособного уровня затрат на добычу и перемещение рудной массы из забоя на поверхность, повышение качественных и количественных показателей извлечения. По-прежнему актуален вопрос переноса обогатительного производства в подземные выработки, что позволит уменьшить затраты па подъем горной массы на поверхность, а отходы обогащения размещать в выработанном пространстве.
Автор: Ю.В.Волков, проф., д.т.н., Б.М.Завьялов, к.т.н., И.В.Соколов, к.т.н., Институт горного дела УрОРАН
