AZ ALAPVETŐ BÁNYÁSZATI TECHNOLÓGIAI RENDSZEREK NÉHÁNY RACIONALIZÁLÁSI LEHETŐSÉGE PATVAROS JÓZSEF

NME Közleményei, Miskolc, I. Sorozat, Bányászat, 34(1986) kötet, 1-4. füzet, 155-174.

AZ ALAPVETŐ BÁNYÁSZATI TECHNOLÓGIAI RENDSZEREK NÉHÁNY RACIONALIZÁLÁSI LEHETŐSÉGE PATVAROS JÓZSEF összefoglalás: A tanulmány a négy legfontosabb bányászati technológiai rendszer (külfejtés, mélyművelés, víznívó alóli kitermelés, fúrólyukas művelés) néhány racionalizálási lehetőségének műszaki-gazda­ sági vizsgálatával foglalkozik. Az elemzések kimutatják, hogy technikai-technológiai fejlesztésekkel az alapvető bányaművelési rendszerek struktúrájának megváltoztatása nélkül is jelentős gazdasági meg­ takarítások elérésére nyílik lehetőség. Az új műszaki megoldások egyrészt a meg nem újítható ásvány­ kincsek hatékonyabb kiaknázását biztosítják, másrészt a termőföld és az egyéb megújítható természeti erőforrások ésszerűbb igénybevételét. Végezetül bemutatást nyer, hogy az utóbb említett célok a bá­ nyászati technológiai rendszerek célszerű kombinációival még eredményesebben érhetők el.

1. Bevezetés A földkéregben található ásványi nyersanyagok négy alapvető bányászati technoló­ giai rendszer (külfejtés, mélyművelés, víznívó alóli kitermelés, fúrólyukas művelés) vala­ melyikével vagy azok célszerű kombinációival termelhető ki. Adott ásványelőfordulás le­ művelésének tervezésénél tehát horizontális és vertikális értelemben el kell dönteni, hogy egy vagy több bányászati technológiai rendszert célszerűbb-e igénybe venni. Az egyes bá­ nyászati technológiai rendszerek felhasználásának célszerű mértéke műszaki-gazdasági-biz­ tonsági kritériumok, valamint az ásványvagyon gazdálkodási és a természetvédelmi köve­ telmények alapján határozható meg. [9] DR. PATVAROS JÓZSEF egyetemi tanár a műszaki tudományok kandidátusa Nehézipari Műszaki Egyetem Bányaműveléstani Tanszék 3515. Miskole-Egyetemváros A kézirat beérkezett: 1986. jan. 8.

155

A tudományos-technikai haladás minden bányászati technológiai rendszernél általá­ ban a következő célok valamelyikének vagy többségének az elérésére törekszik, nevezete­ sen: - a termelési kapacitás megnövelésére. - adott ásványlelőhely, illetve lelőhely rész minél kisebb veszteséggel történő kiter­ melésére. — a bányaműveléshez és az ahhoz igen gyakran szorosan csatlakozó ásványelőké­ szítéshez szükséges anyag, energia, munkaerő, pénzügyi befektetések csökkenté­ sére — a kitermelt ásványanyag minőségének javítására, s ezáltal az árbevételek fokozá­ sára. A felemlített célok megvalósítására mindegyik bányászati technológiai rendszernél megtalálhatók azok a megoldások (eszközök, módszerek, eljárások, folyamatok, stb.) amelyek lépésről lépésre tökéletesebbé teszik az üzemmenetet. Következetes tervező-szer­ vező intézkedésekkel azonban felderíthetők olyan, a megszokottól eltérő racionalizálási lehetőségek is, amelyek a műszaki-gazdasági-biztonsági hatékonyságot jelentősebb mérték­ ben fokozhatják. A továbbiakban ez utóbbi lehetőségre mutatunk be példát az egyes bá­ nyászati technológiai rendszerekre vonatkozóan. 2. Külfejtés Hazánkban a gyöngyösvisontai Thorez külfejtés az egyetlen nagygépes üzem, amely­ nek az évi lignit termelése 6,5-7,0 • 106t, aminek a kinyerésére 50—55 • 106 m3 fedő­ réteg kerül megmozgatásra. Az egész üzem gazdaságosságát a lignitkitermelés többszörösét kitevő meddő letakarítása és hányóra rakása döntően befolyásolja. Az 1. ábra az említett külfejtésben jelenleg egymáshoz szorosan csatlakozó 7 db le­ takarító és hányóképző egység helyett néhány racionálisabb elrendezési lehetőséget tüntet fel. [3] Jelenleg a letakarítást végző nagy géptől (1) a jövesztési szinten két tagból álló (2, 3) főszállító rendszer csatlakozik a hányó tér irányába továbbító (4), illetve közvetlenül a hányon lerakó gumiszalagokhoz (5, 6), valamint a hányóképző berendezéshez (7). Ennél a hagyományos megoldásnál egy meddőszint letakarítása során az összes mozgatási munka a következő nagyságú: W = L-H-S-

p • ( / , + 1)

(tm)

amelyben L— H— S1— p156

a letakarító és a hányóképző szint homlokhossza (m) a letakarítási és a hányóképzési szint magassága (m) a letakarítási és a hányóképzési blokk szélessége (m) a letakarítási és a hányóképzési homlokot összekötő út hossza (m) a letakarított meddő átlagos sűrűsége (t/m 3 )

±1

-•

a , Hagyományos 7 elemes „U" alakú rendszer 1 - letakarító gép 2 ; 3 Í 4 , 5 J 6 - faszállító szalagok 7 - hányóképző

£—

b., 5 elemes, szembe fordított, kettős ,,U' alakú rendszer

f<

2

l

o

c,

5 elemes

„H"

alakú szalaghidas rendszer

3

if

^

X*

L

- * •

*

d., 5 elemes, kettős

2

„H" alakú

szalaghidas

rendszer 3

3

l

k

L_

X*

P~

1. ábra. A visontai nagygépes külfejtés letakarítási és hányóképzési rendszerének racionalizálási lehetőségei

157

A letakarítási és hányóképzési rendszer logisztikai elemzése alapján megállapítható, hogy az együttműködő elemek száma lecsökkenthető, ugyanakkor az eredő megbízható­ ságjelentősen megnövelhető lenne. Ennek elérésére a hagyományos 7 elemes ,,U" alakú elrendezésről át kellene térni az 5 egységes, egymással szembefordított kettős „U" alakú rendszerre. Ebben az esetben egy szint meddő anyagának letarakítása és hányó térre jut­ tatása során az összes munkavégzés a jelenlegi megoldásnak közel a felére csökkenne: W = L- H-S-

p.

( 2 +0

[tm]

További racionalizálás lenne elérhető a hányóképzésben a szalaghidas technológia felhasználásával. Ezzel ugyanis nemcsak a letakarító szinteken belüli horizontális, hanem a szintek közötti vertikális koncentrációt is meg lehetne valósítani. Egy szintre vonatko­ zóan az összes szállítási munka az 1. ábrán szereplő egyszerű „H" alakú, illetve a dupla ,,H" formájú, egymással összekapcsolt két szalaghidas rendszerre is W nagyságú lenne, de a szalaghídra beépíthető több párhuzamos gumiszalag hatására az üzemi megbízha­ tóság lényegesen megnövekedne. Abban az esetben pedig, ha a szalaghíd vertikális érte­ lemben n darab letakarító szinten szolgálna, akkor (n — 1) • 1 hosszúságban elmaradhat­ na az összekötő szalagok kiépítésének és ugyanilyen hosszúságú szakaszon a letakarított meddő mozgatásának a költsége. [3] A szalaghidas hányóképzési technológiára történő átállás lényegében a széntermelő szinteken a rézsühidak alkalmazásával megvalósított vertikális koncentráció kiteljesítését jelentené. Anyagi kihatása azonban jóval nagyobb lenne az említettnél, mivel közismert tény, hogy a letakarítási arány jelenleg 6:1-hez, de a közeljövőben a művelési mélység növekedésével 8:1-hez (meddő-szén arány) vagy még nagyobb értéket érhet el. A műve­ lési mélység letakarítási hányadot növelő kedvezőtlen hatása végső soron csakis a horizon­ tálisan és vertikálisan koncentrált hányóképzési technológiára történő áttéréssel védhető ki. 3. Mélyművelés A mélyműveléses bányászati technológiai rendszerben mind a keskeny, mind a szé­ les homlokú fejtési módok alkalmazása esetén napjainkban a művelt telepvastagság növe­ lése, vagyis az úgynevezett „teleptermelékenységi koncentráció" kihasználása került elő­ térbe. A műszaki-gazdasági követelmények tehát az úgynevezett főteszelet omlasztásos megoldások fúró-robbantó, illetve gépesített változatait helyezték előtérbe. Az előbbi megoldás hazánkban főleg a bauxit bányászatban nyer felhasználást, míg az utóbbi a vas­ tag széntelepek kitermelésében [2] A bauxitbányászatban jelenleg alkalmazott főteérc omlasztási technológiának nincs alternatívája, mert itt a talpi szelettől, egészen a fedőkőzetekig terjedő 8—10 m vastagságú ásványtestek egyszerre kerülnek megfogásra. A szeletes művelési móddal való versengés azonban az új Fenyőfői bauxit előfordulás művelésénél már jelentkezik, ahol végül is arról kell dönteni a gyakorlati tapasztalatok alapján, hogy a főteérc omlasztásos technológiát termelékenységi és költség szempontból megtartva a 20—30 m-es vastagságú ásványvagyon részek természetes vagy mesterséges főtével milyen optimális szelet vastagsággal kerülje­ nek kitermelésre. 158

A frontfejtéseket szinte egyeduralkodóan alkalmazó vastag széntelepek kitermelésé­ ben a szeletes és a főteszén omlasztásos leművelés gazdaságosságának kérdéseit egy fejtési sáv közvetlen előkészítővágat kihajtási és lefejtési költségei alapján célszerű összehasonlí­ tani. Abban az esetben, ha a telepítendő fejtési sávokat téglalap alakúnak tételezzük fel a valóságos helyzet jó közelítéseként, akkor a szeletes és a főteszén omlasztásos fejtési mó­ dot gazdasági szempontból elválasztó határ telepvastagság a következő összefüggéssel álla­ pítható meg, egyszerű logikai megfontolások alapján: „ ^ M <

h • (2L + 1) • kv —•(m) (2L + 1) • kv + h • L + 1 • 7 ( É , • ka - %fo • fc/o)

amelyben Ä-

a hagyományos gépesített biztosítású fejtés által művelt telep, illetve szelet­ vastagság (m), L - a frontfejtés kifutási hosszúsága (m), / - a fronthomlok hosszúsága (m), kv - a fejtési vágatok fajlagos kihajtási költsége (Ft/m), fcjjj - a fajlagos széntermelési költség normál szeletes művelés esetén (Ft/t) kf0— a fajlagos széntermelési költség főteszén omlasztásos fejtés felhasználásakor [Ft/t] ^ _ kitermelési tényező normál szeletes műveléssel, %fQ — a kitermelési tényező főteszén omlasztásos fejtés alkalmazásakor. A főteszén omlasztásos fejtések alkalmazásának legfontosabb műszaki-gazdasági elő­ nyei általában a következőkben jelölhetők meg: - minimális az egy fejtési sáv kitermelésének fejtéselőkészítő vágat igénye és a ha­ zafelé haladó fejtés elvét következetesen alkalmazva legkevesebb azok fenntartási szükséglete is. - a beépített gépi berendezések jobban kihasználhatók az egységnyi területre jutó nagyobb termelési mennyiség miatt. - a primer és a főteszén omlasztó szelet egymás tartaléka lehet az egyenletes ter­ melési színvonal biztosításában. Ezáltal megnövelhető a fejtés üzemi megbízható­ sága és jobban kihasználhatók mind a fejtési, mind a kapcsolódó területek szállí­ tási kapacitásai. - zárt (pajzsos) biztosítószerkezet és hidraulikus hengerekkel működtetett csapolónyílás alkalmazásával minimálisra csökkenthető az omlásos balesetek száma. - zárt biztosítószerkezetek és hazafelé haladó művelés alkalmazásával a légszöké­ sek nagysága, s ezzel összefüggésben az öngyulladásos tűzesetek száma a legki­ sebbre csökkenthető. 159

— a teljes telepvastagságra jutó ásvány veszteség összességében kisebb, mint a több szeletes művelésnél. A főteszén omlasztásos fejtésmódok alkalmazását korlátozó tényezők közül többnyire a következők a legjelentősebbek: — biztonságos fejtés előrehaladás csupán a fedőben található gáz és víztárolók elő­ zetes lecsapolásával lehetséges. — a fedőből jelentkező dinamikus terhelések kivédésére a pajzsegységeket ütésálló szelepekkel kell felszerelni. — a porveszély elhárítására vagy mérséklésére az omlasztandó főteszeletet előzete­ sen át kell itatni és még a lecsapolás folyamatában is permetezni szükséges. — az egyszerre művelt nagyobb telepvastagság hatására a fedőmozgások olyan in­ tenzíven lépnek fel, hogy ennek eredményeként a föld alatt, illetve a külszínen lévő érzékeny létesítmények esetén a megóvási és a helyreállítási kiadások meg­ haladhatják a nagyobb termelési eredményekből és a kisebb fajlagos költségek­ ből származó gazdasági hozamot. A műszaki-tudományos haladásnak a főteszén omlasztásos fejtés technikájára és technológiájára gyakorolt hatása a jövőben a következő irányokban várható: — mikroprocesszoros irányító-szabályozó elemek alkalmazásával a pajzsos biztosí­ tó egységek gyors beléptetésének és a főteszén csapolásnak a távirányítású au­ tomatikus megoldása válik lehetővé. — jelenleg a primer pasztában tehát a legalsó szeletben 2—3 fogás kidolgozása után következik a főteszén omlasztás jelentős időbeli eltolódással. A jövőben a 2. áb­ rán felvázolthoz hasonló gördülő pajzsos komplexemokkal lehetővé válik a primer és a főteszelet együttes művelése. Az így keletkező nagy termeivényáramnak a biztonságos elszállítására azonban a jelenleginél lényegesen nagyobb terhelés felvételre alkalmas szállítóberendezésekre van szükség a fejtési homloktól a főszállító aknáig terjedő teljes szállítási útvonalon. — a gördülő komplexumokkal egyszerűbben megvalósítható úgy az elforgatásos, mint az átvándoroltatásos frontátállás. — az önálló jövesztő berendezéssel felszerelt egy vagy néhány gördülő pajzsegy­ ség meghibásodása csak kismértékben befolyásolja az egész fejtés eredményes­ ségét. — a gördülő komplexumok, mint ipari robotok magas hőmérsékletű, gáz és porve­ szélyes, zajos illetve gyenge megvilágítású munkahelyeken is zavartalanul működ­ hetnek. — a gördülő komplexumok megfelelő állíthatósági tartományú hidraulikus henge­ rek segítségével a vékonytól az egészen vastag telepek lefejtésére is alkalmassá tehetők s ez a pajzskonstukciók kialakításában jelentős egyszerű­ sítési és tipizálási lehetőségeket nyújthat. — a gördülő komplexumos frontfejtések alkalmazása a bányaüzemi infrastruktúra lényeges racionalizálódását eredményezheti, s az azzal kapcsolatos anyag, energia, munkaerő, pénzügyi ráfordítások lecsökkentését. 160

J ^\ #

o

^ Szénteleo ^

NXN

^

^v ^

^ x #b ^

/#

2. ábra. A frontfejtés első hátsó pasztáiban egyidejűleg termelő vastagtelepi automatizált gördülő komplexum

4. Víznívó alóli kitermelés Napjainkban a bányaművelésnek a természeti környezetbe történő beavatkozása legszembetűnőbben a külszínhez közeli anyag, homok és kavics előfordulások kitermelé­ sében kísérhető nyomon. Az említett ásvány any agokáltalábankis mélységben települnek s ezért egyszerű kotrógépes technológiával nagyon olcsón termelhetők ki. Más oldalról viszont a jelenleg legelterjedtebben alkalmazott egykanalas kotrógépek a hasznos ásványanyagnak csupán kis határmélységig történő leművelését teszik lehetővé. Ennek eredményeként olykor 40— 60%-os vagy még nagyobb részarányú ásványveszteségek keletkeznek. A tetemes ásványveszteségek hatására azután fokozódik a bányászati műveletek ho­ rizontális terjeszkedési sebessége s ennek eredményeként újabb víz és talajkészletek kerül­ nek megbolygátasra és a hasznosításból történő kivonásra. [7,8] A kitermelésre kerülő ásványvagyon és a rekultivált terület terméshozamának az ér­ tékét a művelésből kivont terület elmaradó hozamával és a természeti környezetben oko­ zott egyéb károkkal egyszerű mérleg összefüggéssel egybevetve megállapítható azon éven­ te kivonható termőterület nagyság, amelyik az ásványvagyon kitermelése és a földvédelem szempontjából is egyaránt optimális kompromisszumot ad: T- M- p • t-ká+Tn (1+r).

qn-l q-\

q*-\ q_{

- kH

— -kmi

amelyben T — a leművelhető hasznos ásványanyagot tartalmazó terület, amelyik lehet földtanilag kiszabott, vagy műszaki-gazdasági feltételekkel meghatározott (m 2 ) M — a hasznos ásványtelep geológialag adott, vagy a rendelkezésre álló technikai technológiai megoldásokkal leművelhető vastagsága (m) £ — a bányaművelés technikájától és technológiájától függő kitermelési tényező kg — a kitermelt hasznos ásványanyag vagy ásványanyagok eladási ára (Ft/t) p — a kitermelt hasznos ásvány anyag sűrűsége (t/m 3 ) Tfi — a bányászat által évenként rekultivált termőterület nagysága, ami a maradék gödrök miatt kisebb, mint a lefejtett hasznos ásványos terület (m 2 ) n — a hasznos ásványlelőhely leművelési ideje (év) tr - n — 2-től n— 5-ig terjedően a rekultivált területek működési ideje az üzemidőn belül (év) q — a termőföld értékelés átlagos hatékonysági mutatója, amit a nemzetközi bá­ nyászati gyakorlatban 1,08-nak fogadnak el.

162

kri _ az egységnyi területű rekultivált föld terméshozamának az értéke (Ft/év/m ) Tmi—az évenként a mező, illetve az erdőgazdasági hasznosításból kivont termőterület nagysága, ami a lefejthető ásványvagyon T területénél annak teljes kerületén H —ctgő értékkel nagyobb, (ahol: H — a művelési határmélység; 5 - a külfej­ tés generál rézsüszöge). r — az egyéb járulékos költségtényezők: mint az ásványvagyon kutatás, a kiterme­ lés és az ásványelőkészítés során keletkező károk a természeti környezetben, továbbá annak rekreálásával és rekultiválásával kapcsolatos kiadások a kieső terméshozam hányadában kifejezve. kmi az egységnyi mező, illetve erdőgazdasági vagy egyéb hasznosítású földterület évi terméshozamának az értéke (Ft/év/m2). Abban az esetben, ha földvédelmi törvények szigorúan előírják az évente igénybe vehető termőterület nagyságát a felemlített alapösszefüggésből a következő képlettel ha­ tározható meg az a művelendő telepvastagság, amelyik ásványvagyon gazdálkodási és kör­ nyezetvédelmi szempontból is a legjobb eredményt adja. qn - 1 qr - 1 U "•" r) * *mi - * kmi — T\iq l — * kfi M

izl

~

T-p-i

~

t^

-ká

A bemutatott összefüggések alapján a külszínhez közeli homok és kavics előfordu­ lások ásványvagyonát védő és a természeti környezetet kímélő bányászati megoldások a következők lehetnek: — nagy termelési kapacitású bányák létesítésével radikálisan lecsökkenthető a tér­ ben tekintélyes méretekben szétszórt termelő egységek száma. Ennek hatására azután koncentráltabban és hatékonyabban lehet megvalósítani a felhagyott területek rekreálását és rekultiválását. - a hagyományos mechanikus technológiájú (baggeres, exkavátoros, stb.) bánya­ művelésről át lehet térni a komplex hidromechanizációs kitermelésre, amelynek keretében a bányászati (jövesztés, rakodás, szállítás hányóképzés, stb) és az ás­ ványelőkészítési (osztályozás, dúsítás, stb.) munkafolyamatok a víznek, mint egységes munkaközegnek a segítségével egyetlen termelési láncba kapcsolhatók. - a jelenleg legelterjedtebben alkalmazott mechanikus technológiával elérhető ha­ tármélység 10—12 m a talagvízszint alatt elhelyezkedő homok és kavics rétegek kitermelésében. A Nehézipari Műszaki Egyetemen szolgálati szabadalomként ki­ fejlesztett és Onga térségében nagyüzemi körülmények között is már két eszten­ deje eredményesen működő vízsugár szivattyús úszókotró segítségével viszont 20-40 m mélységig is le lehet hatolni a lazaszerkezetű ásványanyag lelőhelyek leművelésében. — adott homok—kavics lelőhelyen a 3. ábrán szereplő vázlatnak megfelelően a mű­ velési mélység úszókotrós hidromechanizációs technológia alkalmazásával törté163

ON

Művelési határ a külszinen egykanalas kotró üzemelte tésével

Múvetési határ a külszinen uszokotros hidromechanizációs technológiával Úszókotró Terepszint

v T r T

Vr^

. A? h[

F=^1 T *<-Z

Z\T \T)T \r \k \TJlf\T

\TYrJWj

TfTMűvelési határmélyseg ' " " , - / ' •'' •' . | i ' - egykanalas kotró üzemeltetésével / I ' ''l\\

\fa

uszokotros

hidromechanizdcio's technológiával

vf ^

W

*v W

\& M

"* Homok-kavics

ifc fi Nagyvas tagságú záró

agyaqréteq

3. ábra. Az ásványvagyon és a termőterület igénybevétel alakulása homok-kavies előfordulás úszókotrós hidromechanizációs és hagyományos egykanalas kotrás kitermelése esetén

*/ir"^

nő megnövelésének két fontosabb előnye mutatható ki, egyrészt az ásványvesz­ teségek lényeges lecsökkenése a hagyományos gépesítésű megoldásokkal szem­ ben, másrészt a bányaművelés horizontális terjeszkedésének s ezzel arányosan a mezőgazdasági termőterületek igánybevételi sebességének a mérséklése. — a hidromechanizációs bányászati technológiai rendszer további előnye, hogy segítségével a hagyományos gépesítési megoldásokkal már kimerültnek nyil­ vánított bányák újból művelésbe vonhatók. Ezzel viszont lecsökkenthető az új bányák nyitásának és értékes földterületek kivonásának a szükségessége, vagy azok időben jelentősen kitolhatok. - a hidromechanizációs technológiával komplex ásványelőkészítés valósítható meg, amelynek eredményeként az adott ásványelőfordulásból és a kitermelés során keletkező meddőhányók anyagából többféle hasznos termék állítható elő és a környezetvédelmi problémák is egyszerűbben és átfogóbban oldhatók meg. Az úszókotrós hidromechanizációs bányászati technológiai rendszer műszakilag-gazdaságilag optimális határmélységének elérését földtani szempontból az egy méternél vastagabb agyagrétegek szokták nehezíteni. Ezek áttörése 2 m vastagságig nagynyomású vízsugárral, ennél nagyobb vastagságnál pedig célszerűen telepített robbantásokkal lehet­ séges. 5. Fúrólyukas művelés A fúrólyukas ásványvagyon kitermelés különböző megoldásainak vizsgálata (föld alatti szénelgázosítás, hasznos fém komponensek kilúgozása) régóta a laboratóriumi és kisüzemi kísérletek tárgya. Ennél a módszernél nagyon vonzó az a tény, hogy a kiterme­ lendő hasznos ásványlelőhely a legrövidebb úton érhető el és a fejtési munkahelyen em­ bernek nem kell tartózkodnia. Ugyanakkor látni kell a gyakorlat szempontjából legfon­ tosabb lehatároló tényt is, nevezetesen azt, hogy a kitermelési munkafolyamatok szabá­ lyozása térben és időben csak közvetve, rendszerint valamilyen munkaközeg segítségével lehetséges. [4] A fúrólyukas bányászati technológiai rendszer alkalmazására hazánkban a legbiztatóbbnak a lencsés kifejlődésű bauxittestek csuklós-teleszkópikus-vízsugárszivattyús megoldása mutatkozott. A hetvenes évek végén 35 m mélységig lehatolt és robbantólyukkal serkentett fúrólyukban végrehajtott hidromechanizációs kísérletek a jövesztés terén szerény eredményekkel jártak, viszont a függőleges irányú vízsurágrszivattyús bauxit szál­ lítás alkalmazhatóságát egyértelműen bebizonyították. A további kísérletek, amelyek a sok reményre jogosító fúrólyukas-hidraulikus technológiai rendszer tökéletesítésére irá­ nyultak volna, anyagi eszközök hiányában sajnálatos módon abbamaradtak. A bauxitbányászatunk tekintélyes hányada csakis aktív vízvédelemmel, vagyis a víz­ szintnek tervszerű lesüllyesztésével és nagymennyiségű víznek a folyamatos kiemelése ré­ vén folyhat, a természeti környezetre gyakorolt jelentős kihatással. A fúrólyukas művelés nagyüzemi technikájának és technológiájának a kifejlesztése és alkalmazása egy nagyon 165

hatékony megoldás lehetne az aktív vízszintsüllyesztés elhagyására és a nyugalmi vízszint alatt nagyobb mélységben elhelyezkedő bauxittestek kitermelésére. A fúrólyukas hidromechanizációs bauxit bányászati technológiai rendszer lényeges előnyei között lehet megemlíteni a következőket: [4, 5, 6, 7, 8] — annak egyszerű és rugalmas telepíthetőségét más bányaművelési módokkal össze­ kapcsoltán. Például a hidromechanizációs fúrólyukas kitermelés a külfejtéses munkapadról éppúgy indítható, mint a föld alatti bányavágatokból. — segítségével egy adott bauxitbánya területén a térbeüleg szeszélyes elhelyezke­ désű, kisebb ásványvagyonú egységek leművelése is gazdaságosan megvalósítható, amelyeknek a kitermelése hagyományos bányászati technológiai rendszerekkel reálisan szóba sem jöhetne. — a víz mint egységes munkaközeg a bányászati és az ásványelőkészítési munka­ folyamatokat egyaránt kiszolgálhatja. Ennek eredményeként a kitermelés során hígulásként bekeveredő meddő azonnal a fúrólyukszájnál elhelyezkedő egyszerű ásványelőkészítési berendezésekkel leválasztható, illetve az rövid úton a már fel­ hagyott fejtési üregekbe visszatölthető. A fúrólyukas-hidraulikus bauxit kitermelési módszer szélesebb körű gyakorlati el­ terjedésének jelenleg a legfontosabb korlátozó tényezői és azok feloldási lehetőségei a kö­ vetkezők: — a víz alatti jövesztésnél igen nagy a közegellenállás, ami a jövesztő vízsugár eleven erejét viszonylag rövid távolságon lefogja. Ezen probléma megoldását szolgálhatja például a csuklós teleszkópikus hidromonitor, amellyel a megbontható anyaghoz közel 0,5-1,0 m távolságra tarthatók a jövesztőfúvókák, vagy nagy nyomású sűrítettlevegő alkalmazása, amelynek segítségével a víz a jövesztendő anyag kör­ nyezetéből eltávolítható, s ezáltal levegőn keresztül nagyobb távolságig hatolhat a jövesztő vízsugár. — a kitermelési hatósugár növekedésével egy bizonyos határon túl a fedőrétegek hirtelen megszakadása várható. Ezen jelenség ellen egyrészt ideiglenes bizto­ sításként a fejtési üregben lévő víznek a primer kőzetnyomással azonos nagy­ ságú nyomás alá helyezésével, végleges biztosításként pedig gyorsan teherviselő anyagú lőttbetonos biztosítással lehetne védekezni. — a nagy vastagságú ásványtestek kitermelése a külszínen is jelentős talajsüllyedé­ seket okoz, amelyek a stabil toronyszerkezetű kiszolgáló berendezéseket je­ lentősen veszélyeztethetik. Ezen a problémán a fúrólyukas termelőegységek vo­ natkozásában jelentősen segíthet a 4. ábrán vázolt felfüggesztett termelőcsöves rendszer, amelyik nagy talajmozgások esetén is biztonságosan kiszolgálhatja a kitermelési munkafolyamatokat. Ezzel a megoldással egy adott terület ásvány vagyonának a kitermelésénél az előkészítő, a ténylegesen kitermelő és a felha­ gyásra kerülő fúrólyukak térben és időben nagymértékben koncentrálhatok. Ily módon a hasznos ásványanyag nagyteljesítményű kitermelésével együtt biztosítható a természeti környezet ésszerű igénybevétele is.

166

* * r Előkészítő ? .4 fúrólyuk sor

Í1W i.V i* * |> !\Lefúrt fúró• / * Iß lyuk sor

/ ^ *A

*V/

Tartószerkezet

H^TTlMuvelt

Tartó­ szerkezet

^s^JÍWíW/íkAN^ , 4 ábra. Bauxittest fúrólyukas hidraulikus kitermelése felfüggesztett esuklós-teleszkópos hidromonitorokkal

167

A fúrólyukas kitermelésű technológiai rendszerjellemző paraméterei a telepítési kérdések eldöntésénél abból az alapvető gazdasági követelményből származtathatók le, miszerint a kinyert ásvány anyag értékének legalább a leművelési költségeket fedeznie kell. Ezen feltétel a következő összefüggéssel fejezhető ki: [4,5] (H + M)- ke+R2

• 7T-P- $f'kü=R2

• ir-M- p' \fké

(Ft)

vagy egyszerűbb alakban (H + M)-ke+R*'8rkü=R2

- ő r • ké

amely képletekben szereplő jelölések értelmezése a következő: H - települési mélység, (m) M — a művelendő ásványtelep vastagsága (m) R — a fúrólyukas kitermelés hatósugara (m) bf - teleptermelékenység fúrólyukas művelés alkalmazása esetén (t/m 2 ) p — a hasznos ásványanyag átlagos sűrűsége (t/m3 ) \f — átlagos kitermelési tényező fúrólyukas művelés alkalmazásakor ke - a kitermelésre szolgáló fúrólyukak fajlagos létesítési költsége (Ft/m) kü — a fúrólyukas művelés fajlagos üzemviteli költsége. (Ft/t) ké — a fúrólyukas műveléssel kinyert ásványanyag értéke, hazai, vagy világpiaci áron számolva. (Ft/t) A fenti mérleg egyenletből adott települési mélységű és vastagságú ásvány lelőhely le­ művelésénél műszaki-gazdasági szempontból legalább a következő nagyságú kitermelési hatósugarat kell elérni:

s

mwi 1/ sr (ki-ka)

,rEw 1/

SrAk

(m)

Adott telepvastagság és meghatározott fúrólyukas technikai és technológiai meg­ oldás esetén meghatározható a racionálisan elérhető művelési határmélység is a következő képlettel: H=

R2 - öfí (ké -kü)-M —— Ke

. ke

=

R2 - 8f l

Ak-M-

ke

(m)

kg

Végül adott települési mélységű előfordulás és meghatározott kitermelési hatósu­ garú művelés műszakilag hatékony és gazdaságos alkalmazásához szükséges minimális ás­ ványtelep vastagság a következő összefüggéssel állapítható meg:

168

H-ke M= — R2 -df Ak-ke

(m)

amelyben 8f = n * p • £/képlettel számítható. A gyakorlatban a bányaművelés célja általában az, hogy a fúrólyukas módszerrel kitermelt ásványvagyon értéke a költségráfordítások «-szerese legyen (n = 1; 2; 3 . . . ). Ennek a feltételnek a teljesítéséhez az « megtérülési tényező függvényében a következő paraméter értékeket kell elérni: a kitermelési hatósugárra vonatkozóan R'=y/ri'R

(m) (m)

a lefejtési határmélységet illetően íf=

R2 -bfL

Ak-n-M-

n * ke

ke - =

R2 • bLf • Ak n • ke

M

(m)

és a művelt telepvastagság vonatkozásában n • H • ke Af = — R2 >M'5f

(m) Ak-n-ke

A felemlített főparaméterek végleges értékének megválasztásánál adott ásványelő­ fordulás leművelése során bányabiztonsági, műszaki és gazdasági korlátozó feltételeket kell figyelembe venni. A kitermelési hatósugár vonatkozásában teljesülnie kell a következő egyenlőtlen­ ségnek: Rb>Rt>Rg

(m)

amelyben Rb — a fedőrétegek hirtelen megszakadásának elkerülését biztosító kitermelési sugár, amelynek az átlagos értéke például a hazai bauxit bányászatunkban a fedőkő­ zetek repedezettségétől és szilárdsági tulajdonságaitól függően 7,5—10 m. Rt — az adott technológiai berendezésekkel elérhető művelési hatósugár, amelynek a nagysága csuklósteleszkópikus hidromonitor alkalmazásával 10-12 m-t is lehet Rg— a gazdasági szempontból minimálisan elérendő kitermelési hatósugár, amely­ nek a nagysága döntően függ a művelt telep vastagságától és a kinyert ásvány169

anyag eladási árától. A bauxit bányászatunkban például M = 10 - 15 m telep­ vastagsággal és a jelenlegi világpiaci árakkal számolva a fúrólyukas művelés gaz­ daságos alkalmazásához a kitermelési hatósugárnak legalább 5-7 m nagyságú­ nak kell lenni. A kitermelési határmélység vonatkozásában ugyancsak teljesülnie kell a következő egyenlőtlenségnek: Ht>Hg>Hb

(m)

ahol Ht - az alkalmazott technológiai berendezések teljesítményétől függően a fúrólyu­ kas művelés során technikailag elérhető kitermelési határmélység (m) Hg — a gazdasági szempontból elérendő, illetve elérhető fúrólyukas művelési határ­ mélység (m). Hb — a külszíni objektumok és a kitermelő fúrólyukak szükséges mértékű védelme érdekében megengedhető biztonságos lefejtési határmélység, amelynek a nagysága tömedékeléses fejtés felhagyás esetén jelentősen kiterjeszthető (m). Adott települési mélységű és kitermelési hatósugarú fúrólyukas művelés során a te­ lepvastagság vonatkozásában pedig a következő egyenlőtlenség veendő figyelembe: Mb >Mt>Mg

(m)

amelyben Mb — a külszíni objektumok, a termelő fúrólyukak és a természeti környezet védel­ me szempontjából biztonságosan kitermelhető telepvastagság, amelynek a nagysága döntően a fejtés felhagyás módjától függ. Tömedékeléses fejtésfel­ hagyás esetén értelemszerűen Mb = Mb • r}b — összefüggéssel kell számolni, amelyben r\b - a tömedékelés hatásfoka, (m) Mt — az alkalmazott fúrólyukas módszer technikájától és technológiájától függően a műszakilag leművelhető telepvastagság (m) Mg — a kitermelt ásványanyag minőségi paramétereitől függő eladási árral meghatá­ rozott minimális műrevaló telepvastagság (m). Konkrét előfordulásnak, vagy ásványtestnek a fúrólyukas leművelés tervezésénél ha a biztonsági követelmények megengedik, arra elsődlegesnek a gazdasági szempontból szükséges minimális telepvastagságot kell mértékadónak tekinteni. Abban az esetben, ha az adott ásványtelep, vagy teleprész természetes települési vastagsága nem éri el a gazda­ ságilag szükséges értéket, akkor azt a fúrólyukas technológiai rendszer meghatározott technikai szintjén murevalótlannak kell minősíteni. Egy adott művelési időszakban, egy meghatározott telepvastagsági érték alatti ásványvagyon bennhagyás azonban nem fel­ tétlenül jelent végleges elvesztést, ha figyelembe vesszük a fúrólyukas technológiai rend­ szer fejlődési-fejleszthetőségi lehetőségeit.

Letakar ításos

külfejtés

T | T | f [T JTJJ'1 T

Homok.

*

AV111 I 11 / /

\ • Letakarításos If ejtéssel kitermelt bauxittest határa

5. aira. Kürtőszerű bauxittest fúrólyukas-hidraulikus kitermelésének kombinációja a letakarításos külfejtéssel és a banyavágatos mélyműveléssel

A műrevalósági kérdések megítélésünk szerint a négy alapvető bányászati technoló­ giai rendszer közül a legrugalmasabban a fúrólyukas megoldásnál kezelhetők, mivel annak a termelési struktúrája a legegyszerűbb és az alkalmazásához feltétlenül szükséges bányatér­ séggel a kitermelő fúrólyukkal térben és időben a legrövidebb úton érhetők el még a szeszélyes településű ásványtestek is. További előny még a gyenge minőségű lelőhelyek, illetve lelőhelyrészek kitermelésénél, hogy az ásványelőkészítés közvetlenül a kitermelő fúrólyukak közelében végezhető el és a végmeddő azonnal visszatáplálható a lefejtett te­ rületre, s ezáltal lényegesen lecsökkenthetők a bányaművelésnek a természeti környezetre gyakorolt káros kihatásai. 6. Kombinált bányászati technológiai módszerek Napjainkban a kombinált bányászati megoldások alkalmazását ásványvagyon gazdál­ kodási és természetvédelmi követelmények indokolják. A meg nem újítható ásványvagyonok feltárásával és kitermelésével kapcsolatban a műszaki-gazdasági-biztonsági követelmé­ nyek szem előtt tartásával egyre jobban az egyszeri megbolygatás és a maximális kiakná­ zás elve érvényesül. [4, 5, 6, 7, 8] Az említett alapelv érvényesítése az ásványanyagok külfejtéses bányászati technoló­ giai rendszerrel történő kitermelése esetén például azt jelenti, hogy a külfejtés peremi ré­ zsűi alatt egyébként véglegesen visszamaradó ásványvagyonnak legalább egy részét fúrásos vagy mélyműveléses kitermelési módszerrel célszerű kinyerni. Hasonlóan az ásványvagyon hatékonyabb kiaknázását biztosítja és járulékosan a természeti környezet védelmét is az a világon több helyen is alkalmazott megoldás, amelyik bizonyos kitermelési mélység el­ érése után a külfejtésről áttér a mélyművelésre. Műszaki-gazdasági megfontolásokkal könnyen belátható, hogy a fúrólyukas bánya­ művelési módszer csatlakozhat a legrugalmasabban bármely más bányászati technológiai rendszerhez. A fúrólyukas művelés például vízszintes és függőleges irányba indítható a külfejtés padjairól. Az 5. ábra pedig olyan megoldást szemléltet, amelynél például a kürtőszerűen kifejlődött nagy vastagságú bauxittest kitermelésére a hagyományos külfejtés talpáról a mélyműveléses bányavágatokig terjedő nagyátmérőjű fúrólyukak szolgálnak. Itt a hasznos ásványanyagok kitermelése felfüggesztett hidromonitorrokkal történhet. A nagy­ nyomású vízsugárral lejövesztett hasznos ásványanyag az előre elkészített nagyátmérőjű fúrólyukakon juttatható le a mélybányászati vágatokig, amelyekből azután a termeivény koncentráltan emelhető ki a külszínre. Az 5. ábrán vázolt fúrólyukas technológiai megoldással olyan ásványvagyon részek is kitermelhetővé válnak, amelyeknek a megfogása önállóan sem a letakarításos külfejtés­ sel, sem az aknás vágathálózatos mély műveléssel műszaki-gazdasági szempontból nem lenne célszerű. A fúrólyukas kitermelési módszerrel kinyerhető ásványvagyon mennyi­ ségnek kedvező kihatása a külfejtésre a letakarítási arány növekedésének megállítása, a mélyművelésre pedig a nagyobb művelési mélységek felé való eltolódás sebességének a lefékezése.

172

A kombinált bányaművelési megoldások gyakorlati felhasználása történhet egymás­ tól függetlenül, vagy egymásra támaszkodóan is. Az egymástól független bányászati technológiai rendszer kombinációk telepíthetők térben és időben megosztva, illetve kon­ centráltan az anyag, az energia, a munkaerő és a pénzügyi ráfordítások ésszerű hasznosítá­ sa érdekében az egymásra támaszkodó bányászati technológiai rendszer kombinációk biz­ tosíthatják a legracionálisabb megoldási lehetőségeket, mert az egyik kitermelési mód al­ kalmazásához szükséges bányatérségek a más bányaművelési módokat is kiszolgálhatják az ásványvagyon maximális kiaknázása érdekében, a természeti környezet minél kímélete­ sebb igénybevételével. [4, 5, 6, 7, 8] IRODALOM 1. 2. 3. 4.

5. 6. 7. 8. 9.

APEHC, B. Ä.: reorexHo/ioeuvecKue Memdbi nosie3Hbix ucKonaeMtax. M3fl. „Henpa" MOCKBa, 1975. p. 263. BYPHAKOB A. C : TexHOAoeu» nod3eMHoü pa3paőoTKu nnacToeux Mewropoxcdenuu UCKOnaeMbix. M3Ä. He«pa„ MocKBa. 1978. p. 536. GO DA M.: Többtelepes lignitkülfejtések technológiájának elemzése, elméleti vizsgálatok a Thorez külfejtés bővítésének technológiai megalapozásához. Doktori értekezés. Miskolc, 1984. PATVAROS J.: Uj típusú bányászati technológiai rendszer alkalmazási lehetőségei hazai bauxit előfordulásaink kitermelésében. A Nehézipari Műszaki Egyetem Közleményei. Miskolc, I. Soro­ zat. Bányászat. 22. kötet (1976) 2 - 4 . füzet. 2 3 7 - 2 5 1 . PATVAROS J.: Geotechnikai bányaművelési módszerek alkalmazhatósága ásványi erőforrásaink hatékonyabb kiaknázására. Díjnyertes akadémiai kutatási pályázat. Miskolc, 1978. PATVAROS J.: Bányászati technológiai rendszerek szintézise. Díjnyertes akadémiai kutatási pályázat. Miskolc, 1979. PATVAROS J.: Bányászati technológiai rendszerek összehangolása az ásványelőfordulások ter­ mészetiadottságaival. MTA X. Osztályának Közleményei. 15. No. 1-2.1982. 2 7 - 3 3 . PATVAROS J.: A természeti erőforrások ésszerű hasznosítását biztosító bányászati megoldások Díjnyertes akadémiai kutatási pályázat. Miskolc, 1983. ZAMBÖ J..A bányaművelés alapjai Akadémiai Kiadó. Budapest, 1985. 162.

POSSIBILITIES OF RATIONALIZATION OF BASIC MINING TECHNOLOGICAL SYSTEMS by J. PATVAROS Summary The technical and economical analysis of possibilities of rationalization of the four basic mining technological systems (open pit mining, deep mining, subwater production and borehole mining) is dealt with. The investigation has proved that considerable savings are feasible without changing the structure of the basic mining systems. New technical solutions ensure a more effective exploitation of non-renewable mineral deposits as well as a more rational utilization of the fertile soil and other rene­ wable natural resources. It is shown that these aims can be more effectively achieved by a suitable combination of mining technological systems.

173

RATIONALISIERUNGSMÖGLICHKEIT GRUNDSÄTZLICHER TECHNOLOGISCHEN BERGBAUSYSTEME von J.PATVAROS Zusammenfassung Einige Rationalisierungsmöglichkeiten der vier grundsätzlichen technologischen Bergbausysteme (Tagebau, Tiefbau, Unterwassergewinnung und Bohrlochgewinnung) werden im Aufsatz aus technischer und ökonomischer Hinsicht analysiert. Die Analyse beweist, daß technische-technologische hingen erhebliche wirtschaftliche Ersparungen ermöglichen können, ohne die Struktur der grundsätzlichen Bergbausysteme verändern zu müssen. Neue technische Lösungen gewährleisten einerseits eine effektivere Ausnutzung der nichterneuernden Mineralschätze und andererseits eine zweckmäßigere Beanspruchung des fruchtbaren Bodens und anderer erneuernden Kraftquellen. Schließlich wird gezeigt, daß diese Ziele durch eine zweckmäßige Kombination der technologischen Bergbausysteme noch wirksamer erreicht werden können.

НЕКОТОРЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ РАЦИОНАЛИЗАЦИИ ОСНОВНЫХ ГОРНО-ТЕХНО­ ЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ Й. ПАТВАРОШ Резюме Работа занимается технико-экономическим анализом некоторых возможностей рацио­ нализации четырех основных горнотехнологических систем (открытая разработка, подземная выемка, подводная добыча, добыча через скважины). Анализ показывает, что существует воз­ можность достижения значительной экономии на базе технико-технологического совершенст­ вования основных горно-добывающих систем без изменения их структуры. Новые техничес­ кие решения обеспечивают, с одной стороны, более эффективную разработку необновляемых минеральных запасов, с другой стороны, более целесообразное использование почвы и других обновляемых природных ресурсов. Показано, что указанные цели могут быть достигнуты еще более успешно с помощью целесообразной комбинации горно-технологических систем.

174