Технологии и Материалы: Инновационное решение в горно-добывающей промышленности при строительстве карьеров с использованием средств защиты откосов

Авторы:

Сергей Решетняк
Главный технолог ООО «СПб-Гипрошахт», д.т.н., доцент

Михаил Мелихов
Научный сотрудник Горного института КНЦ РАН, к.т.н.

Аннотация

Радикальным средством повышения эффективности разработки месторождений полезных ископаемых открытым способом является формирование конструктивных элементов карьера (бортов, уступов, откосов, берм) на его конечном контуре с предельными параметрами по геомеханическим и технологическим критериям. Инновационным решением в этой области является внедрение инженерно-технических средств защиты откосов на основе укрепляющих материалов или улавливающих конструкций, применение которых только при правильном понимании основ проблемы позволит повысить безопасность и эффективность открытой разработки.

Карьер представляет собой совокупность горных выработок, образованных в процессе добычи полезных ископаемых и строительных материалов открытым способом, а также при специализированном строительстве промышленных и гражданских объектов на поверхности земной коры. В минерально-сырьевом секторе промышленности на открытые горные работы приходится более 70 % всего объема добычи полезных ископаемых. Глубина ряда действующих карьеров составляет 400–800 м, также известны уникальные примеры достижения открытыми горными работами глубин 1–1,2 км.

Для понимания неспециалистами того, что представляет собой карьер, приведена его трехмерная модель с обозначением основных конструктивных элементов.

Процедура подготовки и собственно добычи запасов месторождения полезных ископаемых ориентировочно выполняется в следующей последовательности. Изначально на основе технико-экономического обоснования кондиций на предполагаемые к выемке полезные ископаемые геологами подсчитываются промышленные запасы руды, подлежащие добыче. Данные запасы утверждаются комиссией по запасам полезных ископаемых и поступают на государственный баланс, поскольку в России только государство может быть собственником недр. После конкурса на разведку (доразведку) и освоение месторождения горнодобывающему предприятию выдается лицензия на отработку запасов руды открытым способом до определенной глубины. Затем разрабатывается проектная документация (ПД) на строительство и эксплуатацию карьера, в соответствии с которой горным предприятием ведется добыча полезного ископаемого. В ПД имеются геологический, геомеханический, гидрологический, горно-технический, технико-экономический, экологический и некоторые другие разделы. Мероприятия по предотвращению деформаций уступов и бортов изначально предусмотрены в ПД или разрабатываются в процессе отработки карьера при обнаружении признаков деформации уступов.

Эксплуатация крупных карьеров сопровождается цикличным повторением таких стадий (в горном деле они называются очередями отработки) в увязке с экономической ситуацией или научно-техническим прогрессом.

При определении границ карьера и профиля его бортов оцениваются объемы добычных и вскрышных работ (вскрыша — это горная порода, покрывающая и/или вмещающая полезное ископаемое). Проектные параметры уступов и бортов на конечном контуре карьера определяются на основе результатов оценки их устойчивости с учетом инженерно-геологических особенностей месторождения, изучение которых позволяет на стадии проектирования карьера локализовать в его границах неустойчивые участки и исходя из этого своевременно предусматривать противодеформационные мероприятия. В проектном контуре карьера при заданных углах наклона устойчивых бортов отстраиваются уступы с заданной высотой и углами наклона откосов, транспортные и предохранительные бермы, рабочие площадки.

Отработка карьеров, горные породы которых представлены скальными или полускальными разновидностями, осуществляется с применением промышленных массовых взрывов. Постановка уступов и бортов на конечный контур в этом случае производится с применением специальных «щадящих» буровзрывных технологий, снижающих техногенную нарушенность приконтурного массива пород.

Перед проектировщиками ставится задача не только оценки рентабельности добычи полезного ископаемого открытым способом, но и обязательного обоснования мер безопасности. Случаи деформаций уступов и бортов, сопровождаемые выпадением кусков породы из их откосов, происходят на всех карьерах, особенно опасными они становятся при глубине отработки свыше 200 м. Научно обоснованное внедрение защитных инженерно-технических решений при использовании средств стабилизации откосов может, с одной стороны, обеспечить требуемую безопасность ведения горных работ, с другой — повысить эффективность открытой разработки…