Стадии подземной разработки месторождений полезных ископаемых
При подземной разработке месторождений ПИ выделяют три основные стадии: вскрытие, подготовку и очистную выемку. Разработка, как правило, включает также процессы транспортирования руды и пустой породы, вентиляции, водоотлива и еще ряд вспомогательных процессов.
Вскрытие заключается в проведении горных выработок, открывающих доступ с поверхности к рудному телу.
Подготовкой является проведение выработок, разделяющих месторождение или его часть на выемочные единицы (блоки, панели). Выемочные единицы, в свою очередь, подготавливают к очистной выемке проведением нарезных выработок.
Очистная выемка – это технологический процесс извлечения руды из выемочной единицы и управления горным давлением в очистном пространстве.
Соответственно, вскрытыми называют запасы ПИ месторождения или его части, расположенные выше вскрывающих выработок (квершлагов или штолен).
Подготовленными называют запасы выемочных участков, в которых полностью пройдены подготовительные выработки, предусмотренные принятой системой разработки.
Готовыми к выемке называют запасы выемочных участков, в которых полностью пройдены нарезные выработки, необходимые для начала очистной выемки.
В условиях равнинной местности и крутого залегания залежи (рис. 5.1) стадия вскрытия обычно начинается с сооружения главного ствола (1). От ствола проводят горизонтальные выработки (2, 3, 4), которые разбивают все месторождение по вертикали на этажи, высотой Нэ.
Этаж – участок шахтного поля, ограниченный по восстанию откаточным и вентиляционным горизонтами, а по простиранию – границами шахтного поля.
Над стволом возводится копер (5).
Копер – центральное техническое сооружение промышленной площадки рудника над шахтным стволом, предназначенное для установки направляющих шкивов.
Рисунок 5.1
Вблизи копра, в специальном здании (6) устанавливается подъемная машина, с помощью которой по стволу перемещают подъемный сосуд, в данном случае, – клеть (7).
Клетьслужит для подъема вагонеток с ПИ и пустой породой на поверхность, спуска порожних вагонеток, спуска и подъема людей, оборудования, материалов. При большой производительности и глубине подъема применяют скиповые установки.
Кроме главного подъемного ствола проходят также в обязательном порядке вспомогательный ствол (8) и, возможно, один или несколько вентиляционных стволов. Вспомогательный ствол служит в качестве запасного выхода на поверхность и обеспечивает нормальные условия для проветривания. Как правило, этот ствол оборудуется вспомогательной подъемной установкой (9) для перемещения небольшого подъемного сосуда – бадьи (10) и имеет лестничное отделение (11).
Расстояние между главным и вспомогательным стволами зависит от способа вскрытия. Оно изменяется от нескольких десятков метров до 2÷8 км.
Как правило, запасы крутопадающих и наклонных месторождений отрабатываются в направлении сверху вниз, т. е. сначала извлекаются запасы верхнего этажа, затем нижележащего и т. д. Подготовка верхнего этажа заключается в проведении откаточного (3) и вентиляционного (2) штреков, а также, в разделении запасов этажей проведением восстающих (12) на блоки Б1, Б2 и т. д. В пределах подготавливаемого блока проводится ряд горизонтальных и вертикальных нарезных выработок: подэтажные штреки (13), дучки (14), отрезной восстающий (15).
Стадия очистной выемки состоит из нескольких производственных процессов:
1) отделение руды от массива (отбойка). Отбойка осуществляется взрыванием зарядов ВВ, которые располагаются в цилиндрических полостях (16), которые бурятся бурильными машинами из подэтажных штреков;
2) доставка руды. Взорванная руда под действием собственного веса самотеком поступает к рудоприемным воронкам (17). Выпуск руды осуществляется через люки (18) в вагонетки (19);
3) поддержание очистного пространства осуществляется, в данном случае (см. рис. 5.1), оставлением части руды в поддерживающих и изолирующих элементах – целиках (20) и потолочине (21).
После заполнения вагонеток рудой их транспортируют электровозом (22) к стволу шахты. Вагонетки, по одной – две, поднимают в клети на поверхность и на эстакаде (23) разгружают в большегрузные вагоны, в которых осуществляют транспорт руды на обогатительную фабрику. Обогащение руды на фабрике заключается в повышении содержания металла в рудной массе путем удаления из нее пустых пород.
Очистную выемку и подготовительные работы на этаже ведут одновременно в нескольких блоках. Так, блок Б1 находится в стадии очистной выемки, а блоки Б2 и Б3 – в стадии подготовки.
Одновременно с очистной выемкой в пределах верхнего этажа вскрывают и подготавливают нижний этаж. Проводятся откаточный штрек (4), восстающий (24). Погрузку горной массы при проведении выработок осуществляют погрузочной машиной (25).
В процессе разработки месторождения подземные выработки необходимо непрерывно проветривать, так как при взрывах и работе различных машин образуется много вредных газов и пыли. Вентиляция шахты осуществляется следующим образом. Свежий воздух подается по главному стволу (см. направление стрелок на рис. 5.1), а отработанный отводится на вентиляционный ствол (8), вентиляционный канал (26) вентилятора главного проветривания (27).
Подземная разработка сопряжена с большими притоками подземных вод, которые отводятся в водосборник (28). Для откачки этих вод (водоотлива) в насосной камере (29) устанавливаются насосы (30).
Контрольные вопросы
1. Перечислите стадии подземной разработки месторождений.
2. Дайте определение понятий «вскрытые», «подготовленные» и «готовые к выемке» запасы.
3. Приведите краткую характеристику стадии вскрытия месторождения подземным способом.
4. В чем заключается стадия подготовки месторождения к подземной разработке?
5. Охарактеризуйте стадию очистных работ. Основные процессы очистных работ.
Дата добавления: 2016-12-31; просмотров: 1571 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов
Читайте также:
Рекомендуемый контект:
Поиск на сайте:
© 2015-2021 lektsii.org – Контакты – Последнее добавление
При разработке месторождений подземным способом выделяют три основные стадии работ: вскрытие, подготовку и очистную выемку, которые в период строительства горного предприятия выполняются последовательно, а затем в процессе эксплуатации совмещаются.
Под вскрытием понимают проведение комплекса выработок, соединяющих земную поверхность с месторождением и служащих для спуска и подъема людей, доставки материалов и оборудования к рабочим местам, транспортирования и выдачи горной массы и вентиляции. К вскрывающим выработкам относят отвалы шахт, штольни, квершлаги и околоствольные дворы.
Участки месторождения, для которых пройдены все необходимые выработки вскрытия, называются вскрытыми участками, а запасы в пределах этих участков — вскрытыми запасами.
Стадия вскрытия не только открывает доступ к месторождению, но и создает условия для выполнения следующей стадии работ — подготовки.
Стадия подготовки включает проведение комплекса так называемых подготовительных выработок, при помощи которых вскрытые участки месторождения разделяются на этажи, блоки, панели, столбы и ярусы. К подготовительным выработкам относят откаточные штреки, орты и восстающие. Из подготовительных выработок выделяют нарезные выработки, пройденные в массиве полезного ископаемого, для очередной стадии разработки— очистной выемки.
К нарезным выработкам относят выработки горизонта доставки полезного ископаемого, рудоспуски, хозяйственные, вентиляционные и буровые восстающие.
Запасы полезных ископаемых, для разработки которых пройдены все необходимые подготовительные выработки, называются подготовленными, а запасы, в которых дополнительно пройдены и нарезные выработки, — готовыми к выемке.
Очистная выемка включает комплекс производственных операций, выполняемых для непосредственного извлечения полезного ископаемого из подготовленных и нарезанных участков (блоков) месторождения.
В результате выемки полезного ископаемого образуется выработанное пространство.
Очистная выемка состоит из следующих основных технологических процессов: отбойки полезного ископаемого (отделения от массива), выпуска, погрузки и доставки его до откаточного горизонта и поддержания выработанного пространства (управления горным давлением).
Работы, выполняемые при подготовке и очистной выемке, называются соответственно подготовительными и очистными.
Определенный порядок подготовки и очистной выемки, принятый для разработки всего месторождения или его части, называется системой разработки.
При разработке открытым способом выделяют пять основных стадий работ: подготовительные работы, вскрытие месторождения или его части, вскрышные работы, добычные работ ты, восстановительные работы.
Подготовительные работы включают в основном подготовку земной поверхности к строительству карьера. К ним относят вырубку леса, осушение или, наоборот, обводнение (при некоторых способах разработки россыпных месторождений), снос зданий и сооружений, перенос дорог и пр.
Вскрытие месторождения включает проведение комплекса горных выработок, как подземных, так и траншей, предназначенных для создания транспортного доступа с земной поверхности к полезному ископаемому.
Вскрышные работы заключаются в удалении пустых пород, вмещающих полезное ископаемое, путем их выемки, перемещения и размещения.
Добычные работы заключаются в извлечении (в определенном порядке), перемещении, складировании и разгрузке полезного ископаемого.
Восстановительные работы состоят в приведении нарушенных горными работами земель в состояние, пригодное для использования их в народном хозяйстве.
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:
- Отбойка руды – процесс отделения руды от массива в блоке с одновременным дроблением ее на куски.
- Вторичная дробление – для соответствия условиям технологического процесса, по которым отбитая руда должна иметь куски определенной крупности
- Выпуск и доставка руды – перемещение рудной массы от мест отбойки до транспортных выработок блока
- 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.
ПОДЗЕ́МНАЯ РАЗРАБО́ТКА МЕСТОРОЖДЕ́НИЙ твёрдых полезных ископаемых, извлечение из недр Земли твёрдых полезных ископаемых без нарушения дневной поверхности системой подземных горных выработок. Скважинную разработку месторождений применяют для добычи газообразных, жидких и полужидких (в т. ч. твёрдых – путём их перевода в текучее состояние) полезных ископаемых.
П. р. м. включает вскрытие месторождения, подготовку шахтного поля и очистные работы. При П. р. м. доступ с поверхности ко всему месторождению (или его части) открывают шахтные стволы, квершлаги и штольни, которые обеспечивают возможность проведения подготовительных выработок и очистную выемку в запланиров. объёмах; вскрытая часть месторождения разделяется подземными выработками (такими как штреки, уклоны, бремсберги, восстающие, орты и др.) на обособленные выемочные участки (этажи, блоки, панели, камеры, столбы), предусмотренные принятым способом подготовки и системой разработки; выемку полезных ископаемых обеспечивают буровые, погрузочно-доставочные, отрезные восстающие и др. выработки.
Подземный способ широко применяют при добыче углей, сланцев, рудных и нерудных полезных ископаемых и россыпей, незначительно – при добыче минер. сырья для произ-ва стройматериалов. При огранич. приросте запасов минер. сырья вблизи земной поверхности возрастают темпы освоения месторождений, разрабатываемых подземным способом (в 1980-х гг. удвоилась интенсивность выемки пологих месторождений, углубление горных работ крутых и наклонных залежей составляло от 10 до 40 м в год). Подземным способом разрабатываются тела (залежи) полезных ископаемых разл. форм, мощности, угла падения, залегающих на разных (от 20–30 м до 5 км) глубинах.
Многообразие месторождений полезных ископаемых обусловило наличие разл. систем подземной переработки. Известны св. 60 классификаций систем П. р. м., которые разработали отеч. учёные – М. И. Агошков, Б. И. Бокий, А. М. Терпигорев, Л. Д. Шевяков и др. Выделяют системы подземной разработки пластовых (каменноугольных и др.) месторождений, системы подземной разработки рудных месторождений и др. Классификация систем подземной разработки пластовых месторождений Шевякова (1933) основывается на признаке расположения подготовит. выработок. Для систем разработки рудных месторождений наибольшее распространение получила классификация Агошкова (1949), по которой все системы делятся на классы по осн. признаку – состоянию выработанного пространства.
Пластовые месторождения
Пластовые месторождения свойственны в осн. горючим полезным ископаемым (уголь, торф, сланцы), месторождениям марганца, значит. части РЗЭ и радиоактивных металлов, месторождениям медистых песчаников и некоторым строит. материалам (глина, песок и др.). Горные предприятия, разрабатывающие такие месторождения, обычно именуются шахтами.
Подготовка запасов к выемке в шахтном поле осуществляется в течение всего периода отработки, поскольку выемку пластов ведут последовательно в отд. их частях. Подготовленными считают запасы, для которых проведены осн. подготовит. выработки. Готовыми к выемке считают запасы, для которых проведены необходимые нарезные выработки и подготовлено оборудование, позволяющее начать очистные работы. Сеть выработок обеспечивает доставку полезного ископаемого до горизонтальных откаточных выработок, транспортирование материалов и оборудования, пропуск необходимого количества воздуха для проветривания забоев.
Период ведения очистных работ на шахте называют эксплуатацией месторождения. Осн. количественные характеристики шахты (рудника): производств. мощность – количество полезного ископаемого (в тоннах), добываемого в единицу времени (сутки, год), и срок службы (существования) – период, в течение которого отрабатывают пром. запасы в пределах шахтного поля.
Рудные месторождения
Рудные месторождения имеют ряд особенностей, вытекающих из их геологич. происхождения. Осн. особенности: высокая крепость и абразивность руд; разнообразие размеров, изменчивость элементов залегания рудных тел и содержания полезных компонентов и минералогич. состава руд по объёму залежи; способность некоторых руд к слёживаемости и самовозгоранию; высокая ценность большинства руд (обусловливает более жёсткие требования к полноте и качеству извлечения); отсутствие на большинстве рудников метановыделения, допускающее в подземных условиях применение открытого огня и аппаратуры в нормальном исполнении; и др.
Вскрытие рудного месторождения заключается в проведении горных выработок, открывающих доступ к залежи или её части с земной поверхности. Подготовка включает проведение штреков, ортов и др. подземных выработок, которыми вскрытая часть месторождения делится на обособленные выемочные участки (этажи, блоки, панели, столбы). Выемочный участок подготовит. и нарезными выработками делится на отд. части (подэтажи, слои, полосы, прирезки, уступы, камеры, междуэтажные, междукамерные, междупанельные целики и др.). Очистная выемка – технологич. процесс извлечения руды из выемочного участка, а также поддержание очистных выработок и очистного пространства, которое может оставаться открытым (свободным), заполняться отбитой рудой, закладкой или обрушенными породами либо поддерживаться крепью.
В РФ железную руду подземным способом добывают 9 предприятий; в 2011 добыча железной руды распределялась по системам разработки: этажная с принудит. обрушением (57,8%), этажно-камерная с последующей гидрозакладкой (24,4%), этажно-камерная с обрушением целиков (12,3%) и подэтажное обрушение (5,5%). При П. р. м. руд цветных металлов в значительно больших объёмах используется закладка выработанного пространства; слоевая система с закладкой твердеющими смесями применяется при добыче медно-никелевой руды на норильских рудниках (Комсомольский, Октябрьский, Скалистый, Таймырский) и на алмазных рудниках компании АЛРОСА (Айхал, Интернациональный, Мирный). Этажно-камерную систему с твердеющей закладкой применяют медно-колчеданные рудники Урала: Гайский, Учалинский, Узельгинский и др.; Северо-Уральский бокситовый рудник использует закладку в огранич. объёме. Применение систем с закладкой предусмотрено на многих вновь вводимых рудниках.
Продолжительность подземной разработки
Продолжительность П. р. м. зависит от обеспеченности запасами, установленными детальной разведкой. В зависимости от вида добываемого сырья и производств. мощности предприятия устанавливаются сроки их существования, напр., крупных горно-обогатительных комбинатов и предприятий по добыче бокситов, медной, свинцово-цинковой и никелевой руд 30–40 лет, золоторудных предприятий 15–20 лет, небольших предприятий, разрабатывающих богатые месторождения некоторых металлов и ценных видов неметаллургич. сырья, 5–10 лет. Конкретные сроки обеспеченности горно-добывающего предприятия разведанными запасами устанавливаются технико-экономич. расчётом. Прекращение П. р. м. и ликвидация подземного горного предприятия производятся, как правило, после полной отработки или списания балансовых запасов месторождения и при отсутствии перспективы их прироста.
Эффективность П. р. м. оценивается системой технико-экономич. показателей – общих (прибыль, рентабельность, ценность и качество осн. и сопутствующих компонентов) и специфических [годовое понижение горизонта выемки, подвигание фронта очистной выемки, коэф. эксплуатации – количество добытой руды (т/год), приходящееся на 1 м2 горизонтальной площади рудной залежи], характеризующих интенсивность эксплуатации месторождения, способ вскрытия и др. П. р. м. относится к производствам с повышенной опасностью для работающих. Для выполнения в подземных выработках спасат. и аварийных работ созданы военизиров. горноспасат. части, дислоцируемые на всех добывающих предприятиях. Для освещения используют стационарные светильники, переносные прожекторы, имеющие защитное исполнение (пылевлагонепроницаемое или взрывобезопасное); шахтное самоходное оборудование оснащено прожекторами и фарами для местного освещения, питающимися от силового электрич. кабеля, контактного провода или аккумулятора самой машины.
Перспектива П. р. м. связана с наиболее полным и комплексным использованием минерально-сырьевых ресурсов, усовершенствованием технологии и способов механизации, внедрением автоматизир. систем управления технологич. процессами и дистанционного управления добычными машинами и робототехники.