Важно: Данная статья — теоретическое исследование возможных вариантов разработки месторождения. Предложенные решения не являются официальными планами «АЛРОСА» и основаны на анализе аналогичных проектов. Реальные технологии могут отличаться.
Актуальность темы исследования
Кимберлитовая трубка «Мир», разрабатываемая компанией «АЛРОСА» в Республике Саха (Якутия), — одно из крупнейших месторождений алмазов в России. По данным геологоразведочных работ на 2022 год, запасы трубки увеличились на 62 млн каратов, достигнув 200 млн каратов. Это делает месторождение стратегически важным для страны.
К 2034 году «Мир» может стать лидером по объёмам добычи алмазов в РФ. Первую руду планируют получить в 2032 году, а к 2040 году выйти на проектные показатели — 2 млн тонн руды в год.
Однако сейчас трубка находится в аварийном состоянии из-за затопления карьера и подземного рудника в 2017 году. «АЛРОСА» ведёт работы по восстановлению добычи и строительству нового рудника «Мир-Глубокий».
Цель и задачи исследования
Цель — определить технологические показатели разработки глубокозалегающих запасов трубки «Мир» с учётом сложных горно-геологических условий.
Задачи:
- Анализ влияния горнотехнических условий (нефтегазоносность пород, водоносные горизонты, охрана объектов) на выбор системы разработки.
- Изучение мирового опыта отработки рудных месторождений с похожими условиями.
- Выбор оптимальной системы разработки, обеспечивающей высокую производительность и безопасность.
Задачи были выбраны исходя из основных технологических показателей системы разработки, которая могла бы подойти.
Анализ горнотехнических условий трубки «Мир»
1. Проблемы и текущие решения
Одна из самых серьезных проблем — это Заводненный карьер, который находится в консервации и поэтому требует осторожной отработки. В качестве основного варианта применяется слоевая система с полной закладкой выработанного пространства. При полной закладке выработанного пространства твердеющими смесями, деформации земной поверхности не превышают допустимых значений для охраняемых объектов, тем самым такие системы относятся к основным мерам охраны сооружений. Применение закладки также ограничивает зону смещения карьера, поэтому после заполнения камеры твердеющей смесью деформация массива практически прекращаются. Но у данной системы есть и недостатки, при слоевой системе с полной закладкой в данном случае будет значительная себестоимость добычи одной тонны руды и невысокая производственная мощность рудника.
Подведя итоги из вышенаписанного текста, можно выделить преимущества и недостатки системы:
- Плюсы:
Минимизирует деформации поверхности.
Предотвращает прорывы воды из карьера. - Минусы:
Высокая себестоимость добычи.
Низкая производственная мощность.
2. Планы по разработке «Мир-Глубокий»
1. Отработку запасов кимберлитовой трубки “Мир – Глубокий” будут осуществлять в нисходящем порядке камерной системой разработки с последующей закладкой камер на интервальных отметках -575/-1250 м. Высота камер будет определена в зависимости от горнотехнических условий, которые будут дорабатываться по мере вскрытия и подготовки запасов.
После организации водоотлива начнется откачка рассолов из затопленной части рудника “Мир”. По окончании осушения подземного рудника работы будут производиться в восходящем порядке в отм. -190/-575 м.
В данном случае откачка рассолов и организации водоотлива позволит безопасно осуществлять все производственные процессы в новом руднике без опасения на прорыв грунтовых вод.
2. Также следует учитывать нефтегазонасыщенные участки, исходя из опыта рудника “Скалистый” можно использовать бурение дегазационных скважин с поверхности, либо более производительные вентиляторы местного проветривания. На особо опасных местах по выбросу газа также можно использовать технологию сотрясательного взрыва.
3. Сравнение с другими рудниками
Рассмотрены три месторождения:
- «Скалистый» — борьба с горным давлением на глубоких горизонтах.
- «Удачный» — эффективная система водоотлива.
- «Интернациональный» — опыт глубокой разработки, а также борьба с выбросами газа.
Вывод: Для «Мира» подходит система этажного принудительного обрушения (как на «Удачном»), но с учётом газов и воды и большого горного давления при разработке глубоких горизонтов.
Оптимальная система разработки для «Мира»
1. Этажное принудительное обрушение
Как и описывалось ранее системы разработки с обрушением имеют преимущество перед остальными системами разработки, позволяя изменять параметры выемочных единиц в зависимости от горно-геологических и горнотехнических условий.
Специалистами отмечено, что подэтажная и этажная система разработки с обрушением руд может рассматриваться как один из этапов к плавному переходу к системам разработки с самообрушением руд. Данные системы разработки выгодно отличаются минимальной себестоимостью добычи полезного ископаемого, в случае отработки алмазоносных месторождений отмечается, что при самообрушении руд увеличивается сохранность кристаллов, что позволяет в итоге улучшить качество добываемого полезного ископаемого, следовательно из этого можно сделать краткий вывод:
- Преимущества:
Высокая производительность (вдвое выше, чем у слоевой закладки).
Низкая себестоимость.
Сохранность алмазов при обрушении. - Недостатки:
Риск обводнения и газопроявлений.
2. Меры безопасности
Борьба с горным давлением:
1. Взамен закладки выработанного пространства следует применять жесткое крепление выработок, что также применить сослаться на опыт трубки “Удачная”, сейчас на руднике применяют анкерное крепление с сеткой и набрызг-бетоном, позволяющее разгрузить массив и повысить безопасность отработки.
2. Также исходя из опыта рудника “Скалистый” на глубоких горизонтах использовать сталеполимерные и самозакрепляющиеся анкеры-штанги (СПА и СЗА). Полимерные ампулы машина застреливает в шпур, перемешивает их анкером; пять секунд – и СПА набирает несущую способность. Анкера, своевременно установленные и способные воспринимать нагрузку от толщи налегающих пород сразу после возведения, за счет собственного сопротивления растяжению препятствуют расслоению, разуплотнению нарушенных пород, связывая их с ненарушенными породами в глубине массива выше зоны расслоения.
3. Обрушение налегающих пород. Обрушение пород осуществляется как принудительной посадкой кровли с помощью взрывных работ, так и самообрушением. конструкция днища в первых двух системах предусматривает площадной выпуск и включает в себя выпускные траншеи, воронки и дучки. При выпуске руды осуществляется последовательное извлечение обрушенного массива по всей площади отрабатываемой ленты через воронки под действием силы тяжести на горизонт скреперования.
Против газовыделениях:
1. Для организации борьбы с вредными газами в рудничной атмосфере и выполнения требований правил безопасности в части соблюдения газового режима в соответствии с «Специальными мероприятиями по ведению горных работ в условиях газового режима на рудниках «Таймырский», на всех вентиляционных горизонтах на исходящих к вентиляционным стволам струях установлены стационарные метанодатчики. Все горизонты рассматриваемого проекта примыкают к существующим околоствольным дворам откаточных и вентиляционных горизонтов, а также к существующим горизонтам, включаясь, таким образом, в систему метаноконтроля.
2. Создание необходимого разряжения в трубопроводе, чтобы имеющийся газ в максимальном объёме можно было забрать. Чем больше газа забирает дегазация, тем меньше его в выработках. Для проветривания подготовительных забоев используют более производительные вентиляторы местного проветривания. Дополнительные трубопроводы позволили увеличить пропускную способность сети. На выемочных участках прокладывают трубопроводы большего диаметра. Используют комплексную дегазацию.
3. Поддержание аэрогазового режима в горных выработках, основными функциями будут является контроль метана и других газов в рудничной атмосфере, газовая защита, контроль расхода воздуха и управление работой главных вентиляторных и установок местного проветривания, контроль положения дверей вентиляционных шлюзов, телесигнализация и телеизмерение контролируемых параметров рудничной атмосферы, телеуправление оборудованием поддержания безопасного аэрогазового режима в горных выработках. Также рекомендуют осуществлять буровзрывные работы с уменьшенным объемом взрываемой горной массы, а при необходимости выполнять и двухфазное взрывание забоев.
Против водоносных комплексов:
1. Основной способ откачки воды – это мощные водосборники с необходимыми насосными установками, на поверхности оборудованы дренажные узлы. Русла рек и ручьёв, расположенные над месторождением, взяты в бетонную облицовку на протяжении более 60 км, организация работ по расширению сети наблюдательных скважин. (рудник Скалистый).
2. В целях устранения притоков грунтовых вод на руднике используют три участка для удаления дренажных рассолов в благоприятные криогенные структуры криолитозоны. В то же существует оценка подмерзлотных водоносных комплексов, в которые есть возможность закачивать минерализованные стоки предприятия. Предусматривается отбойка с опережающим осушением рудного тела и возможной последующий закачкой части поступающих рассолов в дренируемый комплекс.
Заключение
Система этажного обрушения с буровзрывной отбойкой — наиболее эффективна для трубки «Мир». Она обеспечит:
1. Высокую производительность.
2. Экономию на закладке.
3. Безопасность (при правильном контроле газов и воды).
Опыт рудников «Удачный» и «Скалистый» подтверждает, что такой подход работает даже в сложных условиях.
Рассмотренные параметры и система подэтажного обрушения — лишь одна из гипотетических моделей отработки трубки «Мир». На практике выбор технологии будет зависеть от дополнительных исследований, экономических расчётов и решений компании-недропользователя.
Главный источник: Институт «Якутнипроалмаз» АК «АЛРОСА», 2022.