Передвижные закладочные комплексы

Системы разработки рудных залежей с твердеющей закладкой выработанного пространства позволяют проводить очистную выемку запасов в сложных горно-геологических условиях с высокими показателями качества и извлечения руды из недр. При этом область применения таких систем ограничена высокими капитальными и операционными затратами на осуществление закладочных работ, связанными со строительством закладочных комплексов на поверхности; бурением и оснасткой закладочных скважин; прокладкой протяженной системы трубопроводов для транспортирования смесей; высокой стоимостью компонентов закладочной смеси и энергетических ресурсов на их дезинтеграцию до технологически необходимого гранулометрического состава. В связи с этим системы с твердеющей закладкой выработанного пространства применяют в основном на крупных месторождениях руд с высокой ценностью, при развитой региональной инфраструктуре.

В целях расширения области и объемов применения систем с закладкой на разработку небольших, удаленных от инфраструктуры залежей средне- и низко- ценностных руд в ИПКОН РАН совместно с ЗАО «НПК «Механобр-техника» предложена концепция производства закладочных работ на основе передвижных комплексов с безмельничной технологией приготовления твердеющих закладочных смесей [1].

Передвижной закладочный комплекс в полной комплектации включает следующие технологические модули: I и II стадий дезинтеграции заполнителей; смешивания компонентов закладочной смеси; транспортирования смеси до выработанного пространства; ее укладки и отведения избыточных вод с их осветлением и с удалением шламов. В зависимости от горно-геологических, горнотехнических и других условий горного производства возможно размещение передвижных закладочных комплексов на поверхности или в выработках подземного рудника.

Поверхностные передвижные закладочные комплексы целесообразно использовать при небольшой глубине залегания месторождения. Доставку приготовленной на поверхности закладочной смеси до выработанного пространства осуществляют традиционно — в самотечном или напорном режиме по скважинам, а далее — по трубопроводам, смонтированным в выработках подземного рудника. Блочно-модульный принцип компоновки оборудования позволяет перемещать его в горизонтальной плоскости вслед за развитием фронта добычных работ, в том числе при разработке отдаленных участков, локальных залежей и других месторождений.

Таблица 1. Коэффициенты, характеризующие степень заполнения выра-ботанных пространств в различных системах разработки с закладкой

Система разработки	Место использования закладки	Коэффициенты
недозакладки камер (слоев) к недозакл.	полноты закладки блока Кп з
Слоевая	Все слои	0,02	0,98-1
Камерно-целиковая	Все камеры	0,08-0,12	0,95-1
Камеры 1 очереди	0,05	0,45-0,5
Камерная сплошная	Все камеры	0,05	0,85-0,98
Камеры 1 очереди	0,05-0,08	0,5

Таблица 2. Технологические решения в зависимости от обеспеченности подземного передвижного закладочного комплекса (ППЗК) породным за-полнителем

Коэффициент обеспеченности Коб	Условия обеспеченности закладочного комплекса породным заполнителем	Технологические решения
> 1	Породы от проходки имеются в объеме, больше необходи­мого	Требуется выдавать часть пород на поверхность
	Все породы от проходки ути­лизируются в выработанном пространстве и покрывают по­требность ППЗК в заполните­ле	Поддержание баланса воспроизводства и утили­зации вмещающих пород
0,3-1	Породы от проходки утилизи­руются в составе закладочной смеси, но не обеспечивают потребность ППЗК в заполни­теле	Кроме пород от проходки, необходимо доставлять к ППЗК дополнительные объемы пустых пород с по­верхности или комбиниро­вать подземный комплекс с поверхностным
<0,3	Незначительный объем пород от проходки не позволяет эф­фективно использовать их в качестве породного заполни­теля в закладочных смесях	Закладку выработанного пространства целесо­образно проводить с по­верхностных передвижных закладочных комплексов

Размещение передвижных закладочных комплексов в подземных условиях позволяет разнести в пространстве отдельные модули и перемещать их по выработкам рудни­ка вслед за развитием фронта горно-подготовительных (ГПР), подготовительно-нарезных (ПНР) и очистных работ. При этом значительную часть или весь объем пород от проведения горных выработок можно использовать в ка­честве наполнителя закладочной смеси непосредственно в подземном руднике, без выдачи на поверхность. Эф­фективность передвижного комплекса зависит от разра­ботки, направления подвигания фронта работ, а также до­ли полевых выработок в общем объеме ПНР.

Рис. 1. Передвижной подземный закладочный комплекс в камерной системе разработки крутопадающей залежи в нисходящем порядке с закладкой выработанных пространств:

1 — узел приготовления закладочной смеси; 2 — модуль I стадии дезинтеграции пород от проходки выработок; 3 — наклонный съезд; 4 — закладочный трубопровод; 5 — закладываемые камеры; 6 — искусственный массив; 7 — отрабатываемая камера; 8 — проходческие работы; 9 — породоспуск

Рис. 2. Система разработки пологопадающих рудных тел с закладкой выработанного пространства, движением фронта работ в горизонтальном направлении и доставкой породного заполнителя I стадии дробления с поверхности:

1 — камеры размещения передвижного закладочного комплекса; 2 — закладочный горизонт; 3 — закладочные трубопроводы; 4 — искусственный массив; 5 — заклады­ваемые камеры; 6 — отрабатываемые камеры

Дезинтеграцию пород от проходки выработок осу­ществляют в открытых циклах в две стадии дробления: крупное (до 100 % класса -50 мм) и мелкое (до 30 % клас­са -0,074 мм). Оборудование для I и II стадий дробления может быть разнесено в пространстве подземного рудни­ка. Например, модуль I стадии дезинтеграции заполните­ля приближают к зоне ведения ГПР или ПНР, а затем транспортируют крупнодробленый материал к узлам при­готовления закладочной смеси. При размещении в под­земном руднике нескольких передвижных комплексов приготовления закладочной смеси типоразмерный ряд оборудования подбирают таким образом, чтобы один мо­дуль I стадии дезинтеграции, размещенный на проходче­ских горизонтах, обеспечивал производительность не­скольких работающих модулей II стадии дезинтеграции и приготовления смеси.

При подаче закладочной смеси в выработанное пространство самотеком комплекс приготовления закладочной смеси должен быть размещен выше закладываемых камер с учетом обеспечения высоты вертикального става, достаточной для создания необходимого напора в трубопроводе. С учетом разницы высотных отметок определяют рабочую зону самотечного транспортирования закладочной смеси по трубопроводам от одного закладочного комплекса. При этом место размещения узла приготовления закладочной смеси относительно выработанного пространства выбирают по критерию максимально возможного объема закладываемого подземного пространства при минимальном расстоянии транспортирования смеси.

Рис. 3. Слоевая система разработки в восходящем (а) и нисходящем (б) порядке с закладкой выработанного пространства в варианте доставки заполнителя I стадии дробления с поверхности к местам расположения закладочных комплексов:

1 — место расположения передвижного закладочного комплекса; 2 — наклонный съезд; 3 — закладочные трубопроводы; 4 — закладываемый слой; 5 — искусственный массив

Число закладочных комплексов, их производительность и место размещения определяются объемом и пространственным расположением пустот, закладываемых в проектируемый период времени, а частота и направление их перемещения — интенсивностью и направлением развития горных работ.

Конструкцию ППЗК в целом и его элементов проектируют в зависимости от параметров рудного тела (мощности, углов падения) и принятой системы разработки с закладкой выработанного пространства (рис. 1-3), соблюдая при этом изложенные выше критерии и принципы обеспечения эффективности ведения закладочных работ, максимально возможных объемов утилизации пустых пород от ГПР и ПНР, оптимальных систем и схем транспортирования породного заполнителя и закладочной смеси.

Исследованиями доказано, что предлагаемый ППЗК обеспечивает приготовление закладочных смесей с требуемыми сроками твердения и прочностью искусственного массива [2]; позволяет существенно сократить капитальные затраты на закладочное оборудование и создание транспортных коммуникаций, а также эксплуатационные расходы на приготовление и транспортирование смесей и формирование закладочных массивов в подземном выработанном пространстве.