Что такое вскрытие месторождения полезных ископаемых
ВСКРЫ́ТИЕ МЕСТОРОЖДЕ́НИЯ полезного ископаемого, проведение горных выработок для обеспечения доступа с поверхности к залежам полезного ископаемого (ПИ) в недрах. Гл. цели В. м. – подготовка к выемке ПИ, создание транспортных связей между очистными забоями (местом добычи ПИ) и пунктами приёма его на поверхности, обеспечение условий для безопасного перемещения людей, вентиляция шахт и рудников. Осн. видами вскрывающих выработок являются капитальные траншеи, вертикальные и наклонные стволы, наклонные транспортные съезды и штольни. Разнообразие способов и схем В. м. определяется многообразием форм и условий залегания ПИ.
Вскрытие месторождения при разработке ПИ открытым способом (карьерное)
Рис. 1. Вскрытие карьерного поляс использованием рудоскатов: 1 – рудоскаты; 2 – перегрузочные площадки.
Вскрытие месторождения при разработке ПИ открытым способом (карьерное) осуществляется обычно с помощью капитальных траншей и полутраншей (горно-капитальные вскрышные работы), реже посредством шахтных стволов, штолен, капитальных рудоспусков и др. подземных выработок, обеспечивающих транспортную связь между пунктами погрузки горной массы в карьере и пунктами её разгрузки на поверхности (рис. 1). Траншеи используют для В. м. в равнинной местности, полутраншеи – в холмистой. В отд. случаях производят бестраншейное В. м. (с помощью башенных экскаваторов и кабельных кранов, а также землесосных снарядов). В зависимости от конфигурации карьерного поля в плане, его глубины, производств. мощности и вида используемого транспорта трасса вскрывающих карьерное поле горных выработок может быть простой (на борту карьера не меняет своего направления) или сложной (тупиковой, петлевой, спиральной и др.).
При В. м. с применением средств гидромеханизации горные выработки не только открывают доступ к залежам ПИ, но и создают акваторию для работы плавучих земснарядов или землесосного оборудования. В зависимости от вида вскрывающих выработок различают В. м. пионерным котлованом (выработка проводится в виде сектора в пределах карьерного поля с последующим заполнением грунтовыми водами), траншеей-каналом (выработка проводится в контур месторождения, водой заполняется из расположенного вблизи водоисточника) и заводнением поверхности месторождения (осуществляется при расположении карьера выше уровня вод в водоисточнике, подъём воды производят плотинами, насосами и др.). В последнем случае предварительно обваловывают заполняемое водой пространство спец. дамбами.
Вскрытие месторождения при разработке ПИ подземным способом
Вскрытие месторождения при разработке ПИ подземным способом зависит от формы и условий залегания рудных тел, жил и пластов; может осуществляться простыми или комбинир. способами. К простым относятся способы вскрытия шахтного поля осн. вертикальными и наклонными выработками и штольнями (со вспомогательными и вентиляционными вертикальными и наклонными стволами, наклонными транспортными съездами, штольнями), проходимыми с поверхности сразу на всю глубину распространения месторождения (рис. 2 а, б). Комбинир. способы представляют собой разные сочетания простых способов, обусловленные спецификой горно-геологич. условий залегания и большой глубиной разработки (рис. 2 в, г). Способ В. м. определяет этапность вскрытия (одноэтапное или многоэтапное вскрытие), величины первого и последующих этапов, расположение осн. (концентрационных и эксплуатационных) горизонтов; формирует рудо- и грузопотоки, расположение пром. площадок, транспортных, энергетич., тепловых и др. коммуникаций, порядок водопонижения и осушения месторождения.
Рис. 2. Этапность вскрытия подземных месторождений: а – простой способ одноэтапного вскрытия горизонтально- или пологопадающего месторождения; б – простой способ одноэтапного вскрытия крут…
В отличие от вскрытия угольных и др. пластовых месторождений вскрытие рудных месторождений характеризуется многообразием пространственного расположения выработок в породном массиве. Это объясняется тем, что все угольные пластовые месторождения имеют, как правило, относительно постоянный вещественный состав ПИ, выдержанные и правильные линейные параметры и размеры залегания, которые легко поддаются геометрич. и аналитич. описанию. Каждое же рудное месторождение имеет свои особенности, горно-геологич. характеристики и сложную морфологию, что требует индивидуального решения вопросов вскрытия и подготовки, порядка и последовательности выемки ПИ.
При подземной разработке медно-колчеданных, сульфидных и урановых месторождений, отбитые руды которых склонны к самовозгоранию, а пыль взрывоопасна, целесообразно обособленное проветривание выемочных и подготовительных участков. Для таких условий разработан комбинированный способ секционно-блокового В. м. в шахтном поле с фланговым или центральным проветриванием каждой секции. С этой целью проходят и оборудуют спец. стволы, которые, помимо подачи свежего воздуха в секцию-блок, могут выполнять ряд вспомогательных функций. Выдача руды на поверхность из всех секций осуществляется централизованно по осн. скиповым стволам. Секционно-блоковый способ В. м. применяют также для соляных и обводнённых месторождений, при больших размерах шахтного поля, при значит. глубине разработки, когда вентиляторы оказываются малоэффективными. Кроме того, при прорыве воды, самовозгорании отбитой руды, обрушении вмещающих пород и взрыве сульфидной пыли или газа можно быстро изолировать участок (секцию) или крыло шахтного поля посредством секционно-блоковых водогазозащитных или противопожарных перемычек и обособленно эксплуатировать и проветривать остальную часть шахтного поля.
Вскрытие россыпных месторождений
Вскрытие россыпных месторождений (алмазов, золота, олова, редкоземельных элементов и др.). Простота залегания россыпных месторождений предопределяет небольшое число способов и схем вскрытия: вертикальными и наклонными стволами и автотранспортными съездами (погребённых россыпей), штольнями и открытыми траншеями-канавами (террасовых россыпей).
В условиях горной местности для отработки террасовых россыпей и обводнённых коренных рудных месторождений применяют простой способ вскрытия штольнями. Штольни используют также для предварит. осушения месторождений и постоянного водоотлива. При глубине залегания россыпей до 10 м и значит. водопритоке (затрудняющем проходку вертикальных и наклонных выработок и удорожающем водоотлив) вскрытие месторождений осуществляется открытыми траншеями.
Комбинированное комплексное поэтапное вскрытие месторождений
Рис. 3. Схема комплексного поэтапного вскрытия рудоносных участков месторождения: 1 – вентиляционно-вспомогательный ствол; 2 – грузовой ствол; 3 – клетевой ствол; 4 – скиповой …
Комбинированное комплексное поэтапное вскрытие месторождений заключается в поступательно-последовательном освоении и объединении близко расположенных групп месторождений рудного поля и удалённых рудоносных участков месторождения (рис. 3). При этом упрощаются технологические схемы подземных и поверхностных рудо- и грузопотоков, уменьшается число промышленных объектов и коммуникаций, сокращаются площади земельных отводов и, соответственно, снижается негативное техногенное воздействие на окружающую среду.
полезного ископаемого, проведение капитальных горных выработок, открывающих доступ с поверхности ко всему месторождению или его части и обеспечивающих возможность проведения подготовительных горных выработок, необходимых для обслуживания добычных забоев.
Главные цели В. м. — создание транспортных связей между очистными забоями (местом добычи полезного ископаемого) и пунктом приёма его на поверхности, обеспечение условий для безопасного перемещения людей; подача чистого воздуха к рабочим участкам (в шахтах).
Вскрытие для подземной разработки месторождений. Капитальные вскрывающие выработки делятся на главные и вспомогательные. К главным относят выработки, имеющие непосредственный выход на поверхность: вертикальные и наклонные стволы шахтные (См. Ствол шахтный) и штольни (См. Штольня); к вспомогательным — Квершлаги, Гезенки, Бремсберги и уклоны. Подготовительные выработки — это главным образом Штреки, пройденные по полезному ископаемому. Способы В. м. весьма разнообразны и различаются по роду главных вскрывающих выработок, по их расположению относительно пластов или рудных тел, по наличию вспомогательных вскрывающих выработок, по числу подземных транспортных горизонтов. Способ В. м. зависит от рельефа местности, ценности полезного ископаемого, формы, размеров и глубины его залегания, мощности и угла падения пластов или рудных тел, их числа и расстояния между ними и других факторов. При выборе способа вскрытия влияние перечисленных выше геологических и горнотехнических факторов учитывается комплексно.
К важнейшим из них следует отнести: минимальные первоначальные капитальные затраты и сроки строительства шахты; концентрацию производства при условии максимального увеличения добычи с очистного забоя; концентрацию добычи шахты на ограниченном числе одновременно разрабатываемых пластов; сокращение протяжённости поддерживаемых горных выработок путём интенсификации очистных работ и периодического обновления горного хозяйства шахты за счёт подготовки новых горизонтов или их реконструкции. В. м. вертикальными стволами является универсальным. Проходят не менее двух стволов (два безопасных выхода из шахты на поверхность), один из которых служит для подачи свежего воздуха в шахту, а второй — для отвода воздуха на поверхность.
При вскрытии угольных месторождений находит широкое применение схема (рис. 1), по которой стволы 1, 2 проводят на полную проектную глубину; около них сооружают выработки откаточного горизонта (околоствольный двор, квершлаг 3, главные штреки 4). Вверх по полезному ископаемому проводят комплект наклонных капитальных выработок (бремсберг 5 с ходками), а от них — штреки: откаточный 6 и вентиляционный 7. Между ними располагают длинные очистные забои, которые оборудуют механизированными комплексами для добычи полезного ископаемого. У верхней границы месторождения сооружают выработки вентиляционного горизонта. Уголь из очистного забоя транспортируется по штреку 6, бремсбергу 5, квершлагу 3 и через один из стволов выдаётся на поверхность.
Рудные месторождения обычно отличаются непостоянством мощности и углов падения рудных тел, наличием большого числа нарушений, незначительными размерами по длине, но с большим распространением в глубину и пр. Поэтому вскрытие их осуществляется вертикальными стволами и квершлагами (рис. 2), проходимыми последовательно, по мере углубления стволов. Стволы 1 для подъёма полезного ископаемого располагают примерно в средней части месторождения, а стволы 2 для вентиляции — на флангах.
При добыче полезного ископаемого происходит обрушение горных пород и опускание вышележащих толщ. Поэтому при В. м. крутых и наклонных шахтные стволы проходят в породах лежачего бока (см. Боковые породы) вне зоны сдвижения с тем, чтобы избежать деформации стволов. Кроме того, это исключает потери ценных руд в охранных целиках, необходимых для охраны стволов. Наклонными стволами вскрывают обычно обособленные пласты или рудные тела при сравнительно небольшой глубине их залегания. Стволы проходят под углом до 18° и при вскрытии угольных пластов располагают по полезному ископаемому, а рудных тел — в пустых породах лежачего бока. Первоначально наклонные стволы вскрывают запасы верхнего горизонта; по мере их отработки стволы углубляют до следующего горизонта (рис. 3) и т. д.
В. м. с помощью штолен производят при сильно расчленённом рельефе местности, когда применение вертикальных или наклонных стволов технически невозможно или экономически нецелесообразно. В зависимости от расположения месторождения по отношению к горному склону штольни проводят по полезному ископаемому или по пустым породам. Возможно сочетание главных вскрывающих выработок, например вертикальных и наклонных стволов (комбинированный способ вскрытия). Наклонный ствол в этом случае используется для конвейерного транспорта полезного ископаемого на поверхность, а вертикальный — для вспомогательных целей.
Вскрытие для открытой разработки месторождений включает проведение наклонных (капитальных) открытых выработок с поперечным сечением ступенчатой формы или в виде трапеции (траншей (См. Траншея)) или треугольника (полутраншей) с поверхности земли или от разрабатываемой части карьера к вновь создаваемым рабочим горизонтам. Непосредственным продолжением капитальной траншеи является горизонтальная выработка с трапецеидальным (треугольным) поперечным сечением — разрезная траншея (полутраншея), проводимая для создания первоначального фронта горных работ.
Определяющими элементами траншеи являются конечная её глубина, продольный уклон подошвы, ширина основания, длина, углы откосов сортов. Глубина капитальных траншей равна высоте одного или нескольких уступов. На подошве траншеи размещаются транспортные коммуникации и ширина основания траншей определяется габаритами транспортных сосудов (например, думпкаров, автосамосвалов). Продольный уклон наклонных капитальных траншей, предназначенный для железнодорожного или автомобильного транспорта, в большинстве случаев не превышает соответственно 40 и 80‰. Крутые траншеи для конвейеров имеют уклон до 18°, а для Скипов — до 45°. Если направление перемещения горных пород (грузопотоков) из карьера разное, каждый уступ может вскрываться отдельной капитальной траншеей. Групповые траншеи применяются для разделения грузопотоков вскрышных пород и полезного ископаемого. Внешними стационарными траншеями вскрывают карьеры, разрабатывающие горизонтальные и пологие залежи. В. м. скользящими съездами позволяет уменьшить объём горных работ в период строительства карьера. Скользящими съездами вскрывают обычно 2—4 нижних рабочих уступа при разработке крутопадающих месторождений. В. м. внутренними капитальными траншеями осуществляют при разработке наклонных залежей полезного ископаемого (до 27—30°). Трасса системы капитальных траншей (пространственное положение и направление продольной оси траншей) может быть простой, если траншеи расположены на одном борту карьера и направление движения транспортных средств не изменяется. Сложная трасса состоит из двух или нескольких участков различного направления, соединённых между собой посредством тупиков (при железнодорожном транспорте) или петель малого радиуса (обычно при автотранспорте). Спиральная трасса проходит по всем бортам карьера, опоясывая его один или несколько раз. Часто 2—3 верхних уступа карьера вскрывают внешними траншеями, а нижележащие уступы — внутренними капитальными. Иногда карьеры вскрывают подземными выработками — наклонными и вертикальными стволами со штольнями или тоннелями.
Выбор рационального способа В. м. производится в период проектирования горного предприятия и является сложной инженерной задачей в силу специфики горного производства: нестабильность производственных условий (изменчивость природных факторов); разбросанность рабочих мест и их непрерывное перемещение; необходимость постоянного воспроизводства выбывающих (отработанных) очистных забоев.
При проектировании, кроме классического математико-аналитического, применяется метод комплексной оптимизации проектных решений, при котором разрабатывается несколько вариантов В. м. с последующим составлением экономико-математической модели шахты (карьера). При последующем решении на ЭВМ отыскивается наилучший вариант. О В. м. природного газа, нефти, торфа см. в ст. Газы природные горючие, Нефть, Торф.
Лит.: Шешко Е. Ф., Открытая разработка месторождений полезных ископаемых, 3 изд., М., 1957; Агошков М. И., Малахов Г. М., Подземная разработка рудных месторождений, М., 1966; Современные методы проектирования угольных шахт, М., 1968; Килячков А. П., Вскрытие и системы разработки угольных месторождений, 3 изд., М., 1968; Ржевский В. В., Технология и комплексная механизация открытых горных работ, М., 1968.
А. П. Килячков, В. В. Ржевский, В. В. Истомин.
Рис. 1. Вскрытие свиты пологих угольных пластов вертикальными стволами и капитальным квершлагом.
Рис. 2. Вскрытие крутого рудного тела вертикальными стволами и этажными квершлагами.
Рис. 3. Вскрытие пласта наклонными стволами: 1 — наклонные стволы; 2 — штреки; 3 — очистные забои; 4 — обрушенные породы.
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия.
1969—1978.
Вскрытие месторождения полезного ископаемого, проведение капитальных горных выработок, открывающих доступ с поверхности ко всему месторождению или его части и обеспечивающих возможность проведения подготовительных горных выработок, необходимых для обслуживания добычных забоев.
Главные цели В. м. — создание транспортных связей между очистными забоями (местом добычи полезного ископаемого) и пунктом приёма его на поверхности, обеспечение условий для безопасного перемещения людей; подача чистого воздуха к рабочим участкам (в шахтах).
Вскрытие для подземной разработки месторождений. Капитальные вскрывающие выработки делятся на главные и вспомогательные. К главным относят выработки, имеющие непосредственный выход на поверхность: вертикальные и наклонные стволы шахтные и штольни; к вспомогательным — квершлаги, гезенки, бремсберги и уклоны. Подготовительные выработки — это главным образом штреки, пройденные по полезному ископаемому. Способы В. м. весьма разнообразны и различаются по роду главных вскрывающих выработок, по их расположению относительно пластов или рудных тел, по наличию вспомогательных вскрывающих выработок, по числу подземных транспортных горизонтов. Способ В. м. зависит от рельефа местности, ценности полезного ископаемого, формы, размеров и глубины его залегания, мощности и угла падения пластов или рудных тел, их числа и расстояния между ними и других факторов. При выборе способа вскрытия влияние перечисленных выше геологических и горнотехнических факторов учитывается комплексно. К важнейшим из них следует отнести: минимальные первоначальные капитальные затраты и сроки строительства шахты; концентрацию производства при условии максимального увеличения добычи с очистного забоя; концентрацию добычи шахты на ограниченном числе одновременно разрабатываемых пластов; сокращение протяжённости поддерживаемых горных выработок путём интенсификации очистных работ и периодического обновления горного хозяйства шахты за счёт подготовки новых горизонтов или их реконструкции. В. м. вертикальными стволами является универсальным. Проходят не менее двух стволов (два безопасных выхода из шахты на поверхность), один из которых служит для подачи свежего воздуха в шахту, а второй — для отвода воздуха на поверхность.
При вскрытии угольных месторождений находит широкое применение схема (рис. 1), по которой стволы 1, 2 проводят на полную проектную глубину; около них сооружают выработки откаточного горизонта (околоствольный двор, квершлаг 3, главные штреки 4). Вверх по полезному ископаемому проводят комплект наклонных капитальных выработок (бремсберг 5 с ходками), а от них — штреки: откаточный 6 и вентиляционный 7. Между ними располагают длинные очистные забои, которые оборудуют механизированными комплексами для добычи полезного ископаемого. У верхней границы месторождения сооружают выработки вентиляционного горизонта. Уголь из очистного забоя транспортируется по штреку 6, бремсбергу 5, квершлагу 3 и через один из стволов выдаётся на поверхность.
Рудные месторождения обычно отличаются непостоянством мощности и углов падения рудных тел, наличием большого числа нарушений, незначительными размерами по длине, но с большим распространением в глубину и пр. Поэтому вскрытие их осуществляется вертикальными стволами и квершлагами (рис. 2), проходимыми последовательно, по мере углубления стволов. Стволы 1 для подъёма полезного ископаемого располагают примерно в средней части месторождения, а стволы 2 для вентиляции — на флангах.
При добыче полезного ископаемого происходит обрушение горных пород и опускание вышележащих толщ. Поэтому при В. м. крутых и наклонных шахтные стволы проходят в породах лежачего бока (см. Боковые породы) вне зоны сдвижения с тем, чтобы избежать деформации стволов. Кроме того, это исключает потери ценных руд в охранных целиках, необходимых для охраны стволов. Наклонными стволами вскрывают обычно обособленные пласты или рудные тела при сравнительно небольшой глубине их залегания. Стволы проходят под углом до 18° и при вскрытии угольных пластов располагают по полезному ископаемому, а рудных тел — в пустых породах лежачего бока. Первоначально наклонные стволы вскрывают запасы верхнего горизонта; по мере их отработки стволы углубляют до следующего горизонта (рис. 3) и т. д.
В. м. с помощью штолен производят при сильно расчленённом рельефе местности, когда применение вертикальных или наклонных стволов технически невозможно или экономически нецелесообразно. В зависимости от расположения месторождения по отношению к горному склону штольни проводят по полезному ископаемому или по пустым породам. Возможно сочетание главных вскрывающих выработок, например вертикальных и наклонных стволов (комбинированный способ вскрытия). Наклонный ствол в этом случае используется для конвейерного транспорта полезного ископаемого на поверхность, а вертикальный — для вспомогательных целей.
Вскрытие для открытой разработки месторождений включает проведение наклонных (капитальных) открытых выработок с поперечным сечением ступенчатой формы или в виде трапеции (траншей) или треугольника (полутраншей) с поверхности земли или от разрабатываемой части карьера к вновь создаваемым рабочим горизонтам. Непосредственным продолжением капитальной траншеи является горизонтальная выработка с трапецеидальным (треугольным) поперечным сечением — разрезная траншея (полутраншея), проводимая для создания первоначального фронта горных работ.
Определяющими элементами траншеи являются конечная её глубина, продольный уклон подошвы, ширина основания, длина, углы откосов сортов. Глубина капитальных траншей равна высоте одного или нескольких уступов. На подошве траншеи размещаются транспортные коммуникации и ширина основания траншей определяется габаритами транспортных сосудов (например, думпкаров, автосамосвалов). Продольный уклон наклонных капитальных траншей, предназначенный для железнодорожного или автомобильного транспорта, в большинстве случаев не превышает соответственно 40 и 80‰. Крутые траншеи для конвейеров имеют уклон до 18°, а для скипов — до 45°. Если направление перемещения горных пород (грузопотоков) из карьера разное, каждый уступ может вскрываться отдельной капитальной траншеей. Групповые траншеи применяются для разделения грузопотоков вскрышных пород и полезного ископаемого. Внешними стационарными траншеями вскрывают карьеры, разрабатывающие горизонтальные и пологие залежи. В. м. скользящими съездами позволяет уменьшить объём горных работ в период строительства карьера. Скользящими съездами вскрывают обычно 2—4 нижних рабочих уступа при разработке крутопадающих месторождений. В. м. внутренними капитальными траншеями осуществляют при разработке наклонных залежей полезного ископаемого (до 27—30°). Трасса системы капитальных траншей (пространственное положение и направление продольной оси траншей) может быть простой, если траншеи расположены на одном борту карьера и направление движения транспортных средств не изменяется. Сложная трасса состоит из двух или нескольких участков различного направления, соединённых между собой посредством тупиков (при железнодорожном транспорте) или петель малого радиуса (обычно при автотранспорте). Спиральная трасса проходит по всем бортам карьера, опоясывая его один или несколько раз. Часто 2—3 верхних уступа карьера вскрывают внешними траншеями, а нижележащие уступы — внутренними капитальными. Иногда карьеры вскрывают подземными выработками — наклонными и вертикальными стволами со штольнями или тоннелями.
Выбор рационального способа В. м. производится в период проектирования горного предприятия и является сложной инженерной задачей в силу специфики горного производства: нестабильность производственных условий (изменчивость природных факторов); разбросанность рабочих мест и их непрерывное перемещение; необходимость постоянного воспроизводства выбывающих (отработанных) очистных забоев.
При проектировании, кроме классического математико-аналитического, применяется метод комплексной оптимизации проектных решений, при котором разрабатывается несколько вариантов В. м. с последующим составлением экономико-математической модели шахты (карьера). При последующем решении на ЭВМ отыскивается наилучший вариант. О В. м. природного газа, нефти, торфа см. в ст. Газы природные горючие, Нефть, Торф.
Лит.: Шешко Е. Ф., Открытая разработка месторождений полезных ископаемых, 3 изд., М., 1957; Агошков М. И., Малахов Г. М., Подземная разработка рудных месторождений, М., 1966; Современные методы проектирования угольных шахт, М., 1968; Килячков А. П., Вскрытие и системы разработки угольных месторождений, 3 изд., М., 1968; Ржевский В. В., Технология и комплексная механизация открытых горных работ, М., 1968.
А. П. Килячков, В. В. Ржевский, В. В. Истомин.
Рис. 2. Вскрытие крутого рудного тела вертикальными стволами и этажными квершлагами.
Рис. 3. Вскрытие пласта наклонными стволами: 1 — наклонные стволы; 2 — штреки; 3 — очистные забои; 4 — обрушенные породы.
Рис. 1. Вскрытие свиты пологих угольных пластов вертикальными стволами и капитальным квершлагом.
Оглавление