Подземная и открытая разработка полезных ископаемых

МИНСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ АМУРСКОЙ ОБЛАСТИ

Государственное профессиональное образовательное

автономное учреждение

«Благовещенский политехнический колледж»

Тематическая (текущая) лекция.

Сущность открытого, подземного и физико-химических способов

добычи полезных ископаемых. Основная терминология.

Выполнила: Шмырина О.Б.

преподаватель спец.дисциплин

г.Благовещенск

2018 г.

При открытой разработке все горные работы проводят в открытых горных выработках непосредственно с земной поверхности.

Горные работы включает два основных вида – вскрышные и добычные.

Вскрышные работы заключаются в удалении пустых пород, обеспечивающем доступ к полезному ископаемому и его добычу и ведутся с опережением добычных работ во времени и пространстве.

Контур открытых выработок непрерывно перемещается в пространстве, занимая ежегодно новое положение.

В результате выемки вскрышных пород и полезного ископаемого образуется выработанное пространство ступенчатой формы.

Выемка пород в нижнем слое возможна только после выемки горной массы во всех вышележащих слоях или их части.

Основные производственные процессы при открытых горных работах:

– подготовка горных пород к выемке,

– выемочно-погрузочные работы,

– перемещение карьерных грузов автомобильным, железнодорожным, конвейерным или комбинированным транспортом,

– отвалообразование вскрышных пород и складирование полезного ископаемого.

Насыпи пустых пород и некондиционных полезных ископаемых, извлекаемых и удаляемых при открытой разработке месторождения, называют отвалами.

Внутренние отвалы размещают в выработанном пространстве, внешние – вне контуров карьера, как правило в понижениях местности.

Отличительные признаки открытых горных работ:

– добыча производится лишь после удаления пустых пород, при этом выемка производится в основном экскаваторным способом слоями с опережением верхними нижних;

– размеры открытых горных выработок по всем направлениям значительны, что позволяет применять мощное оборудование больших размеров и высокой производительности: большегрузные автосамосвалы грузоподъемностью до 180 т, экскаваторы типа мехлопаты с ковшом вместимостью до 20 м3 и драглайны с ковшами вместимостью 40-100 м3 и длиной стрелы 100-150 м, роторные комплексы производительностью до 12,5 тыс. т/ч, думпкары грузоподъемностью 180 т и т.п.

Достоинства и недостатки открытых горных работ:

Преимущества :

– по сравнению с подземными работами заключаются в следующем: на карьерах обеспечивается более высокая безопасность труда;

– производительность труда на карьерах в 5-8 раз выше, а себестоимость в 2-4 раза ниже, чем в шахтах, а капитальные затраты, связанные со строительством карьера, в 2-4 раза меньше, чем при строительстве шахт равной мощности;

– на карьерах меньше потери полезного ископаемого и легче производить раздельную выемку различных сортов руд;

– при открытой разработке легче увеличить при необходимости производственную мощность предприятия.

Недостатки:

– необходимость отчуждения больших земельных угодий под карьер и отвалы;

– серьезное отрицательное воздействие на окружающую среду – понижение уровня грунтовых вод на больших площадях, загрязнение прилегающих сельхозугодий пылегазовыми выбросами; зависимость от климатических условий, особенно в суровом климате.

В большинстве случаев недостатки перекрываются преимуществами.

Подземная добыча связана с необходимостью проведения сети подземных выработок, по которым осуществляется доступ к полезному ископаемому и его транспортирование на поверхность.

При добыче ископаемых углей наиболее распространен механический способ разрушения, при добыче руд – взрывной.

Добытый уголь транспортируют по горным выработкам скребковыми или ленточными конвейерами, в вагонетках электровозами или лебедками, а также под действием собственного веса по желобам или трубам.

Применяют гидротранспорт – перемещение в потоке воды по трубам или желобам.

Руда на рудниках в пределах добычных блоков транспортируется скреперами или виброустановками, а по горизонтальным выработкам – локомотивной откаткой.

Горную массу до ствола транспортирует служба внутришахтного транспорта.

На поверхность горную массу поднимают в специальных подъемных сосудах – скипах или устройствах – клетях, в которые помещают вагонетки.

В клетях осуществляют спуск-подъем людей, оборудования и материалов.

Комплекс подъемных машин и оборудования называют шахтным подъемом.

Выданное на поверхность полезное ископаемое размещают на складах и отгружают его потребителям или на обогатительную фабрику.

Поверхность современных шахт и рудников представляет собой комплекс зданий и сооружений сгруппированных в блоки:

– здания подъемных машин и копры (конструкции для установки шкивов под канаты клетей и скипов и разгрузки последних в специальных направляющих),

– эстакады,

– помещения электроподстанции,

– механических мастерских,

-компрессорной,

– административно-бытового комбината,

– складские помещения.

Для повышения качества добытого полезного ископаемого осуществляет его обогащение на специальных обогатительных фабриках.

Преимущества подземных работ:

– малое влияние на окружающую среду;

– малая зависимость от климатических условий.

Недостатки подземных работ:

– малые размеры выработок и как следствие небольшие размеры горных машин и малая их производительность;

– высокая опасность и низкий комфорт для работающих;

– существенное ухудшение условий и увеличение опасности газодинамических явлений с ростом глубины

Добычу полезных ископаемых со дна озер, морей, океанов (благородные и редкоземельные металлы) осуществляют в пределах континентального шельфа и ложа мирового океана.

Добычу ведут земснарядами, черпаковыми элеваторами и грейферными грузчиками через водную толщу или через горные выработки, проведенные с земной поверхности.

Средняя глубина подводной разработки в России 30 м.

При геотехнических способах разработки бурят скважины с поверхности или из горных выработок, через них воздействуют на полезное ископаемое с целью изменения его физического или химического состояния и извлекают его после этого на поверхность.

Перевод твердых полезных ископаемых в транспортабельное по скважинам состояние осуществляют:

– механическим разрушением,

– плавлением,

– растворением,

– химической

– бактериально-химической обработкой.

Наиболее распространены:

– подземная выплавка серы,

– подземная газификация углей,

– бактериально-химическое выщелачивание меди

– радиоактивных металлов.

В целом объемы таких работ пока невелики.

Скважинная добыча применяется при извлечении жидких (нефть, термальные и минеральные воды) и газообразных (природный газ) полезных ископаемых.

Процесс добычи нефти включает:

– движение нефти по пласту к забою скважины за счет разности давлений в пласте и у скважины (создаваемой естественным или искусственным путем – закачкой газа или жидкости);

– движение нефти от забоя до устья скважины на поверхности; сбор нефти, газа и воды на поверхности и их разделение.

Особенность добычи газа заключается в том, что весь путь газа при его извлечении из недр, сборе, подготовке к транспортированию и транспорт потребителю герметизирован.

По форме залегания месторождения твердых полезных ископаемых подразделяются на:

– правильные

– неправильные.

К правильным месторождениям относятся:

– изометрические – развитые более или менее одинаково во всех направлениях (массивные залежи, штоки, гнезда и пр.);

– плитообразные – вытянутые преимущественно в двух направлениях при относительно небольшой мощности (пласты и пластообразные залежи угля, горючих сланцев, солей, марганцевых руд).

Пласт имеет значительное распространение в земной коре и ограничен двумя более или менее параллельными плоскостями.

Весьма тонкие пласты, не разрабатываемые вследствие малой мощности (до 0,4 м) называют прослойками.

Плоскости соприкосновения пластов отдельных пород называют плоскостями напластования.

Породы над пластом называют кровлей или висячим боком, а под пластом – почвой или лежачим боком.

– трубообразные и столбообразные – вытянутые преимущественно в одном направлении.

К неправильным месторождениям относятся:

– промежуточные

– переходные между правильными формами (линзы, жилы, седловидные залежи,

– складки,

– перегибы,

– тектонически нарушенные свиты пластов и пр.).

Как правило такую форму имеют рудные месторождения.

Жилой называют заполненную минеральным веществом трещину в земной коре, они бывают простые и сложные, ответвления от них называют апофизами.

Большинство месторождений благородных металлов жильные.

Такие формы залегания как штоки, линзы, гнезда, характерны для железных, медных, полиметаллических и других руд.

Они представляют собой полости в земной коре, заполненные минеральным веществом и отличаются друг от друга формой и размерами.

Пласты горных пород в период образования залегали практически горизонтально, но под действием тектонических (горообразовательных) процессов в земной коре их первоначальное положение нарушалось и они могут занимать любое положение и некоторые из них собраны в складки.

Нарушения нормального залегания пластов называют дислокациями.

Дислокации без разрыва сплошности (утонения и утолщения пласта, складчатость) называют пликативными.

Складка выпуклостью вниз называется синклиналью, вверх – антиклиналью.

Дислокации с разрывом сплошности (сбросы, взбросы, надвиги и пр.) называют дизъюнктивными.

Рельеф поверхности месторождения может быть:

– равнинным, в виде склона возвышенности,

– возвышенности,

– залежь может находиться под водой.

От рельефа поверхности зависит порядок разработки и возможные средства механизации.

В зависимости от положения относительно господствующего уровня поверхности и глубины залегания различают месторождения:

поверхностного типа – непосредственно выходящие на поверхность или под наносами небольшой (20-30 м) мощности;

глубинного типа – расположены значительно ниже господствующего уровня поверхности, мощность толщи пустых пород 40-250 м;

высотного типа – выше господствующего уровня поверхности;

высотно-глубинного типа частично расположены выше и ниже господствующей поверхности.

Залегание может быть согласным и несогласным с рельефом поверхности.

Положение пластов в земной коре определяется элементами их залегания :

– простиранием

– падением.

Простирание – протяженность пласта в длину, а линия простирания – линия пересечения пласта с горизонтальной плоскостью.

Линия, лежащая в плоскости пласта перпендикулярно линии простирания – линия падения, а само направление этой линии – падением пласта.

Угол линии падения с горизонтальной плоскостью – угол падения пласта.

Направление падения пласта определяется углом, который составляет линия простирания с меридианом.

По углу падения различают залежи:

– пологие (до 8-10о), частный случай – горизонтальные залежи;

– наклонные – с углом падения 8-30о;

– круто наклонные – 30-56о,

– крутые – 56-90о.

Мощность пласта (залежи) нормальная – расстояние по нормали между кровлей и почвой.

Горизонтальная мощность – то же по горизонтали, вертикальная мощность – по вертикали.

Различают:

– минимальную (возможность применения техники)

– среднюю (для расчетов) мощность пласта.

Количество полезного ископаемого, заключенное в недрах его месторождения, называют запасами (т, м3).

Геологические запасы – общие запасы месторождения или его части, состоят из:

– балансовых запасов,

– забалансовых запасов.

Балансовые запасы – разведанные и изученные запасы, использование которых экономически целесообразно и которые удовлетворяют требованиям, установленным для подсчета запасов в недрах данного месторождения.

Они включают промышленные запасы и потери.

Промышленные запасы – часть балансовых запасов, подлежащая извлечению и выдаче на поверхность.

Отношение промышленных запасов к балансовым называют коэффициентом извлечения.

Потери – часть балансовых запасов, остающаяся в недрах при их разработке.

Отношение потерь к балансовым запасам называют коэффициентом потерь.

Сумма коэффициентов извлечения и потерь равна единице.

Избежать потерь невозможно, их величину можно только снизить за счет удорожающих добычу дополнительных мероприятий.

Фактический уровень потерь колеблется в широких пределах – от нескольких процентов в цветной металлургии до десятков процентов в угольной отрасли.

Забалансовые запасы – разведанные и изученные запасы, использование которых экономически нецелесообразно при современном уровне техники и технологии добычи (малое количество, малая мощность и пр.). С прогрессом техники часть этих запасов переводят в балансовые.

Список используемой литературы

Основные источники:

1. О.С. Брюховецкий Технология и комплексная механизация разработки месторождений полезных ископаемых, – М.,»Недра» 2011г.

2. Р.А. Демин, П.П. Зуев Сборник задач по открытой разработке месторождений полезных ископаемых М.: Издательство «Горная книга» ИМГГУ, 2017

3. В.А. Дьяков Транспортные машины и комплексы открытых разработок, -М., Недра, 2012 г.

4. В.М. Емельянов Технология бульдозерной разработки вечномерзлых россыпей, М.: Недра, 2016

5. Б.Л. Евдокимов Железнодорожный транспорт открытых горных работ, – М., Недра, 2015 г.

6. В.Ф. Замышляев Технического обслуживание и ремонт горного оборудования, – М., Академия , 2013 г.

7. Методика выполнения курсового проекта по теме «Разработка рудного и нерудного месторождения» составил О.Б.Шмырина, 2015г.

8. Л.О. Потапов Транспортые машины и комплексы открытых горных разработок, -М., Недра, 2013 г.

9. Л.О. Потапов Карьерный транспорт, – М., Недра, 2013 г.

10. Р.Ю. Подэрни Горные машины и автоматизированные комплексы, – М., Недра, 2013 г.

11. А.К. Радионов Открытые горные работы М.: Издательство «Горная книга» ИМГГУ , 2016

12. О.А. Томаков Системы разработки при открытых горных работах М.: Издательство «Горная книга» ИМГГУ, 2016

13. Типовые технологические схемы ведения горных работ на угольных разрезах, 2015г.

14. К.Л. Хохряков Открытые горные работы М.: Издательство «Горная книга» ИМГГУ, 2016

15. А.С. Чирков Добыча и переработка строительных горных пород М.: Издательство МГГУ, 2018

16. В.М. Шорохов Технология и комплексная механизация при разработке россыпных месторождений, М.: Недра, 2015

Дополнительные источники:

1. С. А. Брылов: Горное дело- М.: Издательство Недра, 2012

2. М.В. Васильев «Транспорт глубоких карьеров», – М., Недра, 2015 г.

3. М.В. Васильев «Комбинированный транспорт в карьерах», – М., Недра, 2015 г.

4. С.А.Демин «Сборник задач по горным работам», – М., Недра, 2015 г.