Специальные способы разработки месторождений полезных ископаемых

В настоящее время выделяют четыре основных способа разработки рудных месторождений:
• открытый;
• подземный;
• комбинированный;
• специальные способы.

Наиболее распространенным способом добычи металлургического сырья является открытая разработка рудных месторождений, посредством которой из недр извлекается более 2/3 всех полезных ископаемых. Это относительно дешевый способ разработки, позволяющий применять мощное и высокопроизводительное оборудование. Однако при проведении открытых работ на многие десятилетия из хозяйственного оборота изымаются огромные площади сельскохозяйственных и лесных угодий. Для доступа к месторождению с поверхности приходится вынимать, перемещать и складировать в отвалы пустые породы, объем которых в несколько раз превышает объем добываемого полезного ископаемого.

Второй по значению способ разработки месторождений – подземный, на долю которого приходится около 20% добычи железа, до 45 % добычи меди, до 70% цинка, до 75 % олова и свинца, 100 % вольфрама. Затраты на добычу руды при подземной разработке месторождений выше, чем при открытой, но она ведется на месторождениях, которые экономически нецелесообразно или технически невозможно разрабатывать открытым способом. В связи с постепенным истощением легкодоступных неглубоко залегающих запасов металлических руд увеличивается глубина разработок, что определяет растущее значение подземной добычи. Тенденция увеличения глубины разработок прослеживается во всем мире. В Канаде добычу руд, содержащих золото, медь, никель ведут на глубинах 1800 – 2600 м; в США извлечение меди и золота – на глубинах 1700 – 3000 м; в Индии золото извлекают с глубины в 3500 м; в Южно-Африканской Республике действует самый глубокий в мире  рудник, работы ведутся на глубине более 4000м. Подземная разработка в ряде случаев позволяет полностью сохранить земную поверхность, что обеспечивает значительное преимущество перед открытыми горными работами.

Из специальных способов разработки месторождений руд черных и цветных металлов наибольшее распространение получила дражная разработка россыпных месторождений – золотоносных или оловоносных песков. Ведется эксплуатация морских месторождений железомарганцевых конкреций и кимберлитовых месторождений, расположенных на морских шельфах, со специальных судов. На ряде месторождений извлечение цветных металлов, золота, урана осуществляют посредством выщелачивания. Способ выщелачивания руд на месте их залегания многие специалисты считают весьма перспективным.
Однако в ближайшем будущем основными способами разработки руд черных и цветных металлов будут открытый и подземный. Запасы железных руд сосредоточены в Кривбассе, Курской магнитной аномалии (КМА), на Урале, юге Кемеровской области; запасы марганцевых руд – на месторождениях Никополь-Марганецкого и Чиатурского бассейнов. На Урале, в Красноярском крае, Забайкалье, Восточной Сибири и на Дальнем Востоке залегают руды цветных металлов.

За последние десятилетия в технологии подземной разработки рудных месторождений произошли коренные изменения: резко возросла степень механизация основных и вспомогательных производственных процессов, получило широкое распространение использование искусственных твердеющих смесей для заполнения выработанного пространства, разработаны новые технологии и материалы поддержания горных выработок.  Всё это в совокупности с применением низкозатратных высокопроизводительных систем разработки, таких как системы с самообрушением, позволяет повысить извлечение руды из недр и обеспечить безопасность горных работ, особенно на больших глубинах. Вследствие этого уже сейчас на многих подземных рудниках достигнута много миллионная годовая производительность при высоких показателях извлечения.

В горном деле, как и в других сферах человеческой деятельности, сложилась своя профессиональная  терминология, поэтому овладение специальными знаниями невозможно без ее усвоения. В этой главе приводятся первоначальные сведения об основных терминах и понятиях, которые необходимы для понимания последующего изложения.

Полезное ископаемое – содержащееся в земной коре природное минеральное или органическое вещество, которое целесообразно добывать и использовать  в  народном хозяйстве или для личных потребностей, как в сыром виде, так и после соответствующей переработки. Полезные ископаемые бывают: горючие (энергоносители) и негорючие (руды).

Горные породы – естественные минеральные образования, сформировавшиеся вследствие геологических процессов, более или менее постоянного состава и строения, слагающие земную кору и залегающие в ней в виде самостоятельных тел.

Руда – минеральное образование с содержанием полезных компонентов, обеспечивающим экономическую целесообразность их извлечения при современном уровне развития техники.
Руды принято классифицировать по трем признакам: виду полезных компонентов, их количеству и характеру оруденения.
По виду полезных компонентов выделяют руды металлические (руды черных, цветных, редких, благородных и радиоактивных металлов) и неметаллические (апатитовые и фосфоритовые руды; калийные и каменные соли; гипс, известняк и другие породы для производства строительных материалов; руды, содержащие слюду, пьезокварц, графит, драгоценные камни и некоторые другие виды минерального сырья).
В зависимости от количества входящих полезных компонентов руды делятся на простые (однокомпонентные, или монометаллические) и сложные (полиметаллические). Руды цветных металлов чаще всего бывают полиметаллическими.
По характеру оруденения руды делятся на сплошные и вкрапленные. Сплошные руды имеют четко выраженные, легко отличимые на глаз границы с вмещающими породами. Вкрапленные же руды представляют собой горную породу, пронизанную мелкими, иногда почти невидимыми включениями рудных минералов в виде точек, звездочек, крошечных прожилков. Контуры вкрапленных руд устанавливаются обычно по данным опробования и на глаз практически неразличимы.

Порода (пустая порода) – минеральное образование, не являющееся объектом извлечения полезных компонентов при разработке месторождений (или минеральное соединение, не содержащее полезных компонентов или содержащее их слишком мало для рентабельной переработки).

Руда и порода – понятия относительные, поскольку по мере развития способов обогащения и добычи руд в переработку вовлекаются породы с более низким содержанием. Минеральное соединение, считавшееся ранее породой, в настоящее время может являться рудой.

Вмещающая порода – горная порода, окружающая рудное тело или включенная в него, которая либо совсем не содержит полезных компонентов, либо содержит их, но в количестве, недостаточном для экономического оправдания добычи и переработки.

Рудной массой называется смешанная при добыче руда с пустой  породой.
Горной массой называют всю выданную на поверхность руду и породу, как в смешанном виде, так и раздельно, сюда же входит и порода, полученная при проведении горных выработок.
На некоторых горнодобывающих предприятиях установились понятия о сырой и товарной руде. Сырой называют руду (с высоким содержанием полезного компонента), направляемую в плавку без обогащения, а  товарной рудой называют совокупность сырой руды и концентрата, полученную после обогащения бедной руды, отгруженной потребителю.

Рудное месторождение – естественное скопление в земной коре полезного ископаемого, разработка которого экономически выгодна.

Рудник – предприятие по добыче руд.

Горная выработка – сооружение (полость) в недрах земли, созданная в результате ведения горных работ.
Капитальными называют выработки, проведенные на стадии строительства рудника за счет выделенных на это строительство средств, сохраняемые в течение всего срока службы рудника или хотя бы одного его горизонта.

Ствол – вертикальная или наклонная горная выработка, имеющая непосредственный выход на поверхность и предназначенная для обслуживания горных работ: подъема полезного ископаемого и пустой породы, спуска и подъема людей, материалов и оборудования, подачи свежего воздуха и выдачи загрязненного, спуска закладочных материалов, откачки воды и др.

Слепой ствол – вертикальная или наклонная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность и предназначенная для обслуживания подземных работ: подъема полезного ископаемого и пустой породы, спуска и подъема людей, материалов и оборудования, подачи свежего воздуха и выдачи загрязненного, спуска закладочных материалов, откачки воды и др.

Штольня – горизонтальная горная выработка, пройденная к месторождению с поверхности и предназначенная для обслуживания подземных горных работ: выдачи полезного ископаемого и пустой породы на поверхность, перемещения людей, материалов и оборудования, подачи свежего воздуха и выдачи загрязненного, подачи закладочных материалов, откачки воды и др. Штольни проходят в гористой местности. Направление штольни по отношению к простиранию рудного тела может быть любым.

Горизонт – совокупность выработок, расположенных в одной горизонтальной плоскости и предназначенных для ведения горных работ.

Этаж – часть шахтного поля, ограниченная по падению откаточным и вентиляционным горизонтами, по простиранию – границами шахтного поля.

Блок – часть этажа, ограниченная восстающими или условными границами. Блок – выемочный участок в пределах этажа, для отработки которого применена в полном комплексе та или иная система разработки.

Панель – часть шахтного поля, образующаяся в результате его деления (подготовки) главными откаточными и вентиляционными штреками.

Квершлаг – горизонтальная подземная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность, проведенная по породам вкрест (перпендикулярно) простиранию месторождения от ствола до рудной залежи. Используется для транспорта, вентиляции, передвижения людей, водоотлива, прокладки кабелей, труб и линий связи.

Штрек – горизонтальная подземная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность, проведенная по простиранию (параллельно) наклонно залегающего рудного тела или в любом направлении при горизонтальном его залегании. Штрек служит для транспортирования грузов, передвижения людей, вентиляции. Штреки, проводимые по руде, называют рудными, а по вмещающим породам – полевыми.

Орт – горизонтальная подземная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность и проведенная вкрест простирания рудного тела по руде. Если орт соединяется с полевым штреком, то часть его может проходиться по породам. Понятие «орт» имеет смысл только в крутых и наклонных залежах, так как в горизонтальных залежах простирания просто не существует, и в этих условиях (как уже отмечалось выше) горизонтальную выработку любого направления называют штреком.

Восстающий – вертикальная или наклонная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность и имеющая выход на один или оба этажных горизонта. Восстающий проходят по восстанию рудной залежи, и он предназначен для обслуживания подземных горных работ: доставки материалов и оборудования, перемещения людей, проветривания, подачи энергии и воды, а также для разведочных целей, в редких случаях для спуска руды. Основное  отличие восстающего от слепого ствола в том, что по нему не поднимают руду. Восстающие могут иметь одно, два или более отделений, причем одно лестничное.

Рудоспуск – вертикальная или наклонная горная выработка, или ограниченная крепью часть выработанного пространства для перепуска рудной массы под действием собственного веса.
Выработанным называется пустое пространство, образующееся в недрах после извлечения полезного ископаемого.

Уклон – наклонная подземная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность и предназначенная для подъема руды и вспомогательных нужд.

Шурф – неглубокая вертикальная горная выработка, пройденная с поверхности и предназначенная для доразведки, проветривания (запасное),  подъема.

Спиральный съезд (заезд) – наклонная горная выработка (может иметь непосредственный выход на поверхность, также и не иметь), предназначенная для заезда бурового, доставочного и другого горного оборудования на горизонты, доставки крупногабаритных грузов, подъема рудной массы на поверхность при помощи самоходного оборудования, а также для вентиляции.