Подземная разработка месторождений полезных ископаемых ответы

Подземная разработка рудных и нерудных месторождений (подземная разработка месторождений полезных ископаемых) – это совокупность работ по вскрытию, подготовке и очистной выемке месторождения. Вскрытие и подготовка осуществляются посредством проведения выработок. Забои проводимых выработок называются подготовительными. Выемку полезного ископаемого ведут в очистных забоях, применяя при этом различные способы его разрушения. Очистные забои необходимы для выемки полезного ископаемого. При подземной разработке рудных месторождений наиболее распространен взрывной, а при добыче ископаемых углей – механический способ разрушения тела руды или угленосного горизонта.

Комплекс подъемных машин и оборудования называют шахтным подъемом. В него входят скребковые контейнеры, ленточные конвейеры, вагонетки, гидротранспорт – для подъема добытого угля. Скреперная доставка, виброустановки и локомотивная откатка – для транспортировки добытой руды.

Добытая руда зачастую содержит 3-5% необходимого продукта, следовательно ее необходимо подвергнуть процессу обогащения – совокупности процессов первичной обработки минерального сырья, добытого из недр, в процессе которого происходит разделение полезных минералов от пустой породы.

Подземная разработка пластовых месторождений

Добыча твердых полезных ископаемых подземным способом осуществляется в три стадии: вскрытие, подготовка и очистные работы. Вскрытие – проведение горных работ, обеспечивающих доступ с поверхности земли к залежи полезного ископаемого (в соответствии с требованиями безопасности их должно быть не менее двух).  К вскрывающим выработкам относятся стволы, штольни, квершлаги (горизонтальные горные выработки не имеющие выхода на поверхность), слепые стволы, гезенки (вертикальная горная выработка не имеющая выхода на поверхность) и шурфы (вертикальная выработка для проведения разведки).. 

Подготовляющие выработки обеспечивают шахту необходимым инвентарем для проведение очистки, по ним осуществляется транспорт готовой продукции, пропускают необходимое количества воздуха для функционирования шахты.

Очистные работы – основная стадия подземной разработки полезных ископаемых. Эксплуатацией месторождения называют период ведения очистных работ.

Вскрывающие выработки

Вскрывающие выработки при подземный способ разработки месторождений делятся на следующие типы:

1) Основные (главные) – для выдачи полезного ископаемого на поверхность.

2) Вспомогательные – для других целей (например спуск-подъем людей и оборудования).

3) Капитальные – служат весь срок отработки запасов шахты.

4) Горизонтные – служат в течение времени отработки запасов между смежными транспортными горизонтами – пологое падение

5) Этажные – функционируют пока разрабатываются запасы одного этажа.

Подземная разработка пластовых месторождения начинается с  выбора способа и схемы вскрытия, что зависит от множества факторов: размеров шахтного поля, угла падения пласта, количество пластов и расстояние между соседними, рельеф поверхности, глубина залегания, удароопасность угольных пластов и их склонность к самовозгоранию, и другие.

По полученным данным выбирают методику проведения работ по вскрытию: вскрытие штольнями, наклонными стволами с капитальным квершлагом, вскрытие вертикальными стволами с горизонтальными квершлагами или комбинированное вскрытие.

Подготовка пластов к добыче

После проведения работ по вскрытию месторождения, его необходимо подготовить к добыче полезного ископаемого в очистных забоях. Этот процесс состоит из двух этапов: способ подготовки, на котором проводят подготавливающие выработки на уровне транспортного горизонта и пластовая подготовка, при которой транспортные штреки проводят по угольному пласту. Пластовая подготовка изредка заменяется на полевую (если имеются неустойчивые боковые породы и на пластах с углями, склонными к самовозгоранию) при которой полевые штреки в породах лежащего бока.

Далее проводят подготавливающие выработки в плоскости пласта, для создания очистных забоев принятой длины в количестве, обеспечивающем принятую производственную мощность шахты (количество полезного ископаемого, добытого в единицу времени).

Очистные работы в угольных шахтах

Подземные разработки угольных месторождений кроме непосредственно выемки полезного ископаемого под очистными работами включат еще крепление забоя и управление кровлей. Очистная выемка – совокупность процессов отбойки, погрузки на забойный контейнер и доставка угля до ближайшей транспортной выработки.

Очистной забой – забой, в котором осуществляется массовая добыча полезного ископаемого. В зависимости от длины забоя различаются технологии выемки угля. В лавах (длинные забои) применяется фланговая и фронтальная схема выемки. При фланговой схеме выемка угля осуществляется выемочной машиной, перемещающейся вдоль забоя перпендикулярно к направлению его подвигания. При фронтальной выемке отделение угля от массива осуществляется выемочной машиной одновременно по всей длине очистного забоя без участия людей.

Выемочные машины – общее название, объединяющее в себе следующие горно-проходческие комплексы: комбайны, струги, агрегаты, гидромониторы, механогидравлические машины. Отдельно при добыче угля стоят буровзрывные работы.

Для доставки угля в лавах на пологих и наклонных пластах применяются скребковые конвейеры. Они получили широкое распространение, так как относительно просты по конструкции, пригодны к тяжелым условиям эксплуатации, приспособлены для работы с очистными комбайнами, стругами и механизированными крепями.

Крепь очистных выработок – искусственное сооружение, возводимое для предотвращения обрушения пород кровли сохранения необходимой площади поперечного сечения призабойного пространства и управления горным давлением.

Основы подземной разработки рудных месторождений

Залежи рудных месторождений большей частью имеют крутое или наклонное залегание. В целях удобства разработки их по падению делят на этажи с определенной высотой и длиной, иначе говоря – рудное тело. В зависимости от условий залегания рудных тел применяется вскрытие вертикальными, наклонными стволами или штольнями. Самый распространенный способ – вскрытие вертикальными стволами, от которых отходят квершлаги на каждом горизонте.

Если рудное месторождение находится в горной местности, то применяют вскрытие штольнями, от которых отходят слепые вертикальные стволы с подъемной  установкой на штольневом горизонте.

Подготовка рудных тел к очистной выемке похожа на подземные разработки угольных месторождений, так же как и при подземной разработке угольных месторождений подготовка рудных тел к очистной выемке начинается с проведения сети подготовительных выработок:

• по типу подготовительных выработок – штрековая и ортовая
• по расположению выработок по отношению к рудному телу – рудную, полевую и комбинированную
• по схеме движения транспорта – тупиковую и кольцевую

При очистной выемке руды выполняются следующие основные производственные процессы: 

1. Отбойка руды – процесс отделения руды от массива в блоке с одновременным дроблением ее на куски.
2. Вторичная дробление – для соответствия условиям технологического процесса, по которым отбитая руда должна иметь куски определенной крупности
3. Выпуск и доставка руды – перемещение рудной массы от мест отбойки до транспортных выработок блока
4. Управление горным давлением – естественное поддержание очистного пространства, обрушение вмещающих пород, искусственное поддержание очистного пространства

Системы разработки рудных месторождений

Системы разработки с естественным поддержанием очистного пространства – основано на использовании естественной устойчивости руды и вмещающих пород. Для них характерны более высокая производительность блоков, ниже трудоемкость и себестоимость добычи. Однако они отличаются значительными потерями руды в целиках: 25-35%.

Системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород – отличаются невысокими затратами на контролирование горного давления. Это высокопроизводительные системы, но имеющие повышенные потери отбитой руды и ее высокая потеря вследствие неполного выпуска руды из блока.

Системы разработки с искусственным поддержанием очистного пространства – для них характерны высокие затраты на возведение закладки или крепи, либо то и другое, более низкие потери и разубоживание.

Ответы на гос. экзамен по специальности Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

Доступные файлы (1):

n1.docx

Билет №1

1. Реакция взрывчатого превращения и детонационная способность ВВ.

Взрывом называют процесс быстрого физико-химического превращения веществ, при котором выделяется энергия и совершается работа. Взрывы могут быть физические (взрыв котла, болона, газгольдера и т.п.), химические, которые мы и будем рассматривать и ядерные.

Взрывом ВВ – называется его чрезвычайно быстрое сверхзвуковое химическое превращение, при котором выделяется тепло и большое количество сжатых газов способных производить механическую работу разрушения и перемещения окружающей среды. По характеру и скорости взрывчатого превращения все взрывные процессы можно разделить на горение, взрыв детонацию. По характеру взрыва различают камуфлетные, откольные, рыхления и выброса.

где: R – радиус воронки

W – линия наименьшего сопротивления

при n 1 усиленный взрыв.

Взрывание – процесс инициирования зарядов в заданной последовательности и способами, обеспечивающими безопасность и эффективность этих работ.

Детонация – распространение взрыва по заряду ВВ с постоянной сверхзвуковой скоростью, обусловленное прохождением детонационной волны.

Взрывчатое вещество

– химическое соединение или механическая смесь, которое под действием внешнего импульса (нагревание, удар) способно взрываться.

Взрыв промышленных ВВ протекает в форме детонаций, которая распространяется со сверх звуковой скоростью по всему ВВ. По действию ВВ можно разделить на бризантные, метательные и пиротехнические.

Детонационная волна – ударная волна сжатия, распространяющаяся по заряду со сверх звуковой скоростью обеспечивающая возникновение за передним фронтом быстрой химической реакции ВВ. Детонационная волна представляет собой совокупность ударной волны.

Ударная волна – волна сжатая распространяющаяся по среде (воздуху, воде) со сверхзвуковой скоростью, на переднем фронте которой мгновенно скачкообразно изменяется давление, плотность, температура.

Реакция взрывчатого разложения селитры 2NH4NO3 = 2N2 + O2 + 4H2O сопровождается выделением тепла и избыточного кислорода. Теплота взрыва селитры 1425кДж/кг.
2. Общие вопросы вскрытия пластовых месторождений. Схемы и способы вскрытия шахтного поля.

Вскрытие шахтного поля – обеспечение доступа к месторождению (или ШП) с поверхности с целью создания условия для подготовки и отработки его запасов.

Оно осуществляется путем проведения вскрывающих выработок, которые делятся на главные и вспомогательные. К главным относят выработки, имеющие непосредственный выход на земную поверхность (стволы, штольни) и предназначенные для вскрытия всего шахтного поля и технологической связи между рабочими горизонтами и поверхностью. Вспомогательные выработки выхода на поверхность не имеют (квершлаги, гезенки, слепые стволы) и предназначены непосредственно для вскрытия и обслуживания отдельных частей шахтного поля.

Способ вскрытия — пространственное расположение главных вскрывающих выработок в шахтном поле относительно горизонтальной плоскости. Различают способы вскрытия: вертикальными стволами, наклонными стволами, штольнями и комбинированный.

В зависимости от числа, расположения и функционального назначения стволов способ вскрытия МПИ бывает обычный и блоковый.

При обычном

способе один и тот же комплекс стволов используется для отработки всего ШП.

При блоковом

– ШП делят на части (блоки), каждый из которых вскрывают двумя стволами – воздухоподающим и вентиляционным.

Схема вскрытия — совокупность сети основных и дополнительных вскрывающих выработок в шахтном поле с учетом их функционального назначения.

Различают следующие

основные схемы вскрытия

:

1. 
   по числу транспортных горизонтов:

• 
  одногоризонтные – когда запасы ПИ на глубине вскрываются один раз – c поверхности, а сроки службы горизонта и шахты равны.
• 
  многогоризонтные – запасы ПИ вскрываются несколько раз по глубине залегания, для чего выполняют углубку стволов. Все горизонты могут работать одновременно или последовательно. При этом сроки службы каждого горизонта меньшем, чем общее время отработки запасов ШП.

2. 
   по типу дополнительных вскрывающих выработок – без дополнительных вскрывающих выработок; с квершлагами; с гезенками; со слепыми стволами.

3. Многозабойный вариант комбинированной системы разработки.

Сущность этой системы разработки состоит в том, что крыло этажа по простиранию делится на две части, размер одной из которых приблизительно на 20-25% больше другого (для уравнивания скоростей отработки обеих частей).

Рис.

Подготовка состоит в том, что от капитальных наклонных выработок проводят этажные откаточный и вентиляционный штреки на указанную длину (? на 20-25% больше половины крыла этажа), затем проходится разрезная печь, в которой монтируется оборудование.

Затем западная (левая) часть крыла обрабатывается обратным ходом по принципу столбовой системы разработки лава-этаж, а восточная (правая) – прямым ходом по принципу сплошной системы разработки.

Возможны два варианта проведения разрезной печи и очередности ввода лав в работу (рис.)
А) в виде одиночной выработки с последовательным вводом лав в работу;

Б) путем проведения двух выработок с одновременным вводом лав в работу.
(А) Разрезная печь проходится в виде одной выработки, от которой очистные работы ведутся только в одной лаве, а вторая не работает. Она включается в работу после первичной посадки в ней основной кровли (т.е. после подвигания первой лавы на величину шага первичной осадки основной кровли и ее обрушения). В противном случае площадь обнажения кровли становится недопустимо большой, что может привести к завалу одной или обеих лав.

(Б) Проводятся две разрезные печи, разделенные между собой целиком шириной 8-10 м, а лавы вводятся в работу одновременно.

Вариант не может применяться в случае, если рядом с разрабатываемым имеются сближенные пласты, которые могут испытывать большое опорное давление от целика (в связи с тем, что оставленный целик угля будет создавать большое опорное давление, возникают дополнительные трудности при их разработке).

Основное достоинство рассматриваемой системы разработки – увеличение концентрации очистных работ на крыло этажа и пласт в целом.

Недостатки системы:

• 
  трудность в осуществлении маневровых работ в период, когда очистные забои находятся на небольшом расстоянии друг от друга (когда лавы отойдут на расстояние 150-200 м этот недостаток практически не влияет на их работу);
• 
  две лавы на одном этаже находятся в разных условиях по проветриванию и возможностям достижения максимальной нагрузки: (лава прямого хода по газообильности выше лавы обратного хода и на ее работе сказывается взаимозависимость очистных и подготовительных работ, в то время как в лаве обратного хода она отсутствует и в нее поступает максимальное количество свежего воздуха (по мере подхода к границе этажа его будет катастрофически не хватать из-за больших утечек и трудности регулирования). В результате скорость подвигания лавы обратного хода будет на 20-25% больше по сравнению с лавой прямого хода, а потому снижается и ее суточная нагрузка.

Область применения системы:

• 
  при этажной подготовке шахтных полей (размер крыла панели по простиранию слишком мал для деления его на части);
• 
  при необходимости увеличения нагрузки на пласт за счет дополнительного ввода очистных забоев;
• 
  при необходимости форсированной отработки этажа.

4. Приборы и средства, используемые для обеспечения безопасности ведения горных работ и при возникновении аварийных ситуаций.
Все оборудование с взрывобезопасным исполнением

Вентиляторные установки

Замер горючих газов: шахтные газоопределители периодического и непрерывного действия (типа ГИК-1, ИКГ-4Р, АМ-5)

Приборы и оборудование при ведении взрывных работ

Приборы и средства индивидуальной защиты органов дыхания
5. Процесс производства и кругооборот капитала (основной капитал, оборотный капитал) на горных предприятиях.

Производительный капитал состоит из двух частей, этими частями являются основной и оборотный капитал.

Основной капитал – та доля производительного капитала, которая полностью в течение длительного срока участвует в производстве. Но она переносит свою стоимость на готовые изделия постепенно и возвращается к бизнесмену в денежной форме по частям. К нему относятся средства труда – заводские здания, машины, оборудование и т.п. Они покупаются сразу, а свою стоимость переносят на созданный продукт по мере износа. Основной капитал – это денежная оценка основных фондов. Основные фонды промышленного предприятия представляют собой совокупность материально-вещественных ценностей, созданных общественным трудом, длительно участвующих в процессе производства в неизменной натуральной форме и переносящие свою стоимость на изготовленную продукцию по частям по мере износа.

В отличие от этого оборотный капитал – другая часть производственного капитала, стоимость которого полностью переносится на созданный продукт. Она возвращается в денежной форме в течение одного кругооборота. К оборотному капиталу относят предметы труда, то есть сырье, и быстроизнашивающиеся инструменты. На практике к оборотному капиталу часто относят и заработную плату.

Оборотный капитал – наиболее подвижная часть капитала предприятия, которая в отличие от основного капитала легко трансформируется в денежные средства. К оборотному капиталу принято относить денежную наличность, легко реализуемые ценные бумаги, материально-производственные запасы, нереализованную готовую продукцию, краткосрочную задолженность других предприятий данному предприятию. OK иногда называют оборотным фондам предприятия. С точки зрения бухгалтерского баланса OK представляет собой превышение текущих активов компании над ее краткосрочными обязательствами.
Билет №2

1. Промышленные взрывчатые вещества и средства взрывания.

По своему физическому состоянию ВВ могут быть: твердыми однокомпонентными соединениями (гексоген, ТЭН, тротил); смесями (аммиачная селитра + тротил); смесями жидких и твёрдых веществ (нитроэфиры + аммиачная селитра, соляровое масло + аммиачная селитра); смесями газов (метан + воздух); смесями твердых и жидких веществ с газами (угольная пыль, древесная пыль, пары керосина, бензина + воздух); смесями жидких веществ (четырёхокись азота + керосин).

Основным компонентом смесевых ВВ, содержащим избыточный кислород, является аммиачная селитра NH4NO3 в порошкообразном, кристаллическом или гранулированном виде. В состав водосодержащих ВВ вводится раствор аммиачной и калиевой селитр.

По физическому состоянию различают следующие разновидности промышленных ВВ:

1 – порошкообразные,

2 – прессованные,

3 – литые,

4 – гранулированные.

Промышленные ВВ должны обладать пониженной чувствительностью к внешним воздействиям, быть безопасными в обращении, транспортировании и хранении, иметь относительно невысокую стоимость, не должны оказывать вредного влияния на организм человека. Вместе с тем, промышленные ВВ должны обладать достаточной мощностью, безотказно детонировать от современных средств инициирования, обеспечивать устойчивую детонацию по всей массе ВВ, сохранять свои свойства в течение гарантийного срока хранения, а также длительного нахождения в зарядных емкостях.

Смесевые ВВ:1) Аммониты; 2) Аммоналы;3) Детониты;4) Динамоны;5) Граммониты;6) Гранулиты;7) Игдониты; 8) Икпониты; 9) Гранулотол; 10) Алюмотол;11) Гранитол;12) Акватолы; 13) Ифзаниты; 14) Дымные пороха;15) Динамиты.

Характеристика основных компонентов промышленных ВВ

Аммиачная селитра

(азотнокислый аммоний) NH4NO3 – основной компонент большинства ВВ. Белый кристаллический порошок. Получается селитра в результате реакции соединения аммиака с азотной кислотой NH2 + HNO3 = NH4NO3. Выпускается в виде гранул, порошка, кристаллов.

Аммиачно-селитренные ВВ

– механические смеси аммиачной селитры с нитросоединениями (тротилом, гексагеном, динитронафталином). Почти во всех смесях аммиачно-селитряных ВВ входит в состав небольшое количество древесной муки или хлопкового жмыха, играющих одновременно роль горючего и рыхлителя. Добавка разрыхлителя необходима для уменьшения слёживаемости аммиачно-селитренных ВВ. Для увеличения мощности в некоторые составы аммиачно-селитренных ВВ добавляются легкоокисляющиеся металлы (например, алюминий). В зависимости от содержания активных компонентов и других добавок, взрывчатые аммиачно-селитренные смеси носят различные названия: аммониты, аммоналы, динафталины, динамиты и др.

Большое практическое значение имеет выпуск водоустойчивых аммиачно-селитренных ВВ. Водоустойчивыми ВВ принято называть такие ВВ, заряды, которых способны при непосредственном прикосновении с водой сохранять в течение некоторого времени неизменными свои взрывчатые свойства или ухудшать их в незначительных пределах.
Средства взрывания – электродетонатор, капсюль-детонатор, патрон-боевик, детонирующий шнур, промежуточное реле.

КД представляет собой цилиндрическую гильзу (медную, алюминиевую, железную, бумажную) диаметром 6-7 мм, длиной 47-51 мм, снаряженную зарядами первичного ВВ. Заряд первичного инициирующего ВВ выбирается таким образом, чтобы возбудить взрыв вторичного инициирующего ВВ. Для усиления инициирующего действия донышко КД имеет кумулятивное углубление, в гильзу детонатора запрессовывается сначала вторичное инициирующее ВВ, а затем – первичное инициирующее ВВ в металлической чашечке с отверстием в центре диаметром 2–2,5 мм. Для предотвращения высыпания инициирующего ВВ отверстие в чашечке закрывается шелковой сеточкой, которая мгновенно сгорает от луча огня ОШ и не снижает чувствительности первичного инициирующего ВВ.

Рис. 11. Капсюль-детонатор: 1 – кумулятивная выемка; 2 – гильза (медная, бумажная и т.д.); 3 – вторичное ВВ (тэн, гексоген, тетрил); 4 – первичное ВВ (азид свинца, гремучая ртуть); 5 – чашечка; 6 – сетка

Детонирующий шнур предназначен для детонации от ЭД и КД к заряду ДШ. Диаметр шнура 5–6 мм. Сердцевина ДШ изготовляется из тэна с направляющими нитями, покрыта оплетками из льняных ниток. Для повышения водоустойчивости наружной оплетки шнур покрывается воском. Для внешнего выделения ДШ в белые нитки наружной оплетки добавляют две красные. Шнур подводного взрывания покрывают полихлорвиниловой оболочкой (рис. 15). ДШ устойчиво детонирует от ЭД и КД при температуре от – 35° до + 55° в течение двух часов.

Рис. 15. Детонирующий шнур: 1 – направляющие нити, две штуки; 2 – ВВ (ТЭН); 3 – хлопчатобумажные оплетки; 4 – льняные оплетки; 5 – красная нить
Рис. 21. ЭД мгновенного действия. 1 – комулитивная выемка; 2 – гильза (медная, бумажная и т.д.); 3 – вторичное ВВ (тэн, гексаген, тетрил); 4 – первичное ВВ (азид свинца, гремучая ртуть); 5 – чашечка; 6 – сетка; 7 – воспламенительная капля; 8 – нить накаливания; 9 – пластиковая пробка; 10 – выводные провода

2. Общие вопросы подготовки шахтных полей. Этапы подготовки пласта к очистной выемке.

После вскрытия ШП приступают к его подготовке.

Подготовка шахтного поля – определенный порядок проведения комплекса подготавливающих (подготовительных) выработок, обеспечивающий возможность начала добычи ПИ в очистных забоях.

Поскольку размеры шахтного поля значительные, одновременная его отработка технически невозможна и экономически нецелесообразна. Поэтому вначале производится своеобразный раскрой шахтного поля, т.е. оно делится на части, которые в дальнейшем будут отрабатываться в определенной последовательности. Таким образом, по мере отработки одних частей ШП ведется подготовка следующих его частей.

Существуют понятия:

Вскрытие запасы – часть ШП, к которой обеспечен доступ с поверхности земли через вскрывающие главные и вспомогательные выработки.

Подготовленные запасы – часть ШП, в которой пройдены все основные подготавливающие выработки.

Готовые к выемке запасы – для их разработки пройдены все участковые подготовительные и нарезные выработки (***разрезные печи).

Задачей

подготовки является постоянное возобновление готовых к выемке запасов взамен отрабатываемых, т.е воспроизводство запасов.

Подготовка пласта к очистной выемке состоит из двух этапов:

1 этап

– проведение подготавливающих выработок на уровне транспортного горизонта.

Подготавливающими выработками на этом этапе являются главные откаточные (транспортные) и вентиляционные штреки; капитальные бремсберги или уклоны.

В зависимости от расположения этих выработок относительно пласта различают подготовку:

• 
  полевую;
• 
  пластовую.

В зависимости от числа пластов в ШП, обслуживаемых подготавливающими выработками, различают подготовку:

• 
  индивидуальную;
• 
  групповую.

2 этап

– проведение подготавливающих выработок в плоскости пласта

Результатом 2-го этапа подготовки является образование в ШП очистных забоев принятой длины в количестве, обеспечивающем Аг..

Выработками на этом этапе являются проводимые в пределах отдельных частей ШП наклонные (бремсберги, скаты, уклоны) и горизонтальные (конвейерные, вентиляционные штреки) выработки.

В зависимости от деления частей ШП на характерные участки различают следующие схемы подготовки:

• 
  этажную (с делением и без деления на подэтажи);
• 
  панельную;
• 
  погоризонтную.