Виды опасных зон при подземной разработке месторождений полезных ископаемых
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.
Дата
введения 1998-07-01
УТВЕРЖДЕНА постановлением
Госгортехнадзора России от 30.12.97 N 57.
Инструкция по безопасному
ведению горных работ при комбинированной (совмещенной) разработке
рудных и нерудных месторождений полезных ископаемых устанавливает
обязательные требования по безопасному ведению горных работ при
комбинированной (совмещенной) разработке рудных и нерудных
месторождений полезных ископаемых для всех предприятий и
организаций России независимо от организационно-правовых форм
собственности и хозяйственной деятельности, которые должны
учитываться при проектировании, строительстве, эксплуатации и
ликвидации предприятий горнорудной промышленности.
Введение
В
отечественной и зарубежной практике ведения горных работ все более
широкое применение находит комбинированная разработка месторождений
полезных ископаемых,
предусматривающая совмещенное одновременное или последовательное
ведение открытых и подземных работ на одном месторождении и
обеспечивающая более полное извлечение и охрану недр с меньшими
затратами на добычу минерального сырья и снижение вредного влияния
на окружающую природную среду.
Инструкция по безопасному
ведению горных работ при комбинированной (совмещенной) разработке
рудных и нерудных месторождений полезных ископаемых разработана
Госгортехнадзором России и ИПКОН РАН на основании Среднесрочной
программы разработки (пересмотра) нормативных документов
Гогортехнадзора России на период 1997-2000 гг., утвержденной
23.06.97 г., в соответствии с действующими правилами безопасности,
типовыми инструкциями, Временными правилами охраны сооружений и
природных объектов и другими нормативно-правовыми документами. При
этом учтены предложения региональных органов Госгортехнадзора
России, горнодобывающих предприятий, ведущих комбинированную
разработку месторождений, и головных отраслевых
научно-исследовательских и проектных институтов.
В
Инструкции рассмотрены: основные требования безопасности при
комбинированной разработке рудных и нерудных месторождений;
технологические особенности ведения горных работ при совместном
вскрытии карьерного и шахтного полей с использованием подземных
выработок и дренажных комплексов, открытом и подземном способах
разработки; специальные организационно-технические мероприятия по
обеспечению безопасности при комбинированной разработке рудных и
нерудных месторождений с осуществлением инженерно-технического
руководства горными работами, организации и контроля по ведению
горных работ, обеспечивающему безопасные условия труда и охрану
окружающей среды.
1.
Основные положения комбинированной разработки рудных и нерудных
месторождений полезных ископаемых
Общие положения
§1. Инструкция по
безопасному ведению горных работ при комбинированной (совмещенной)
разработке рудных и нерудных месторождений полезных ископаемых*
устанавливает обязательные требования по безопасному ведению горных
работ при комбинированной (совмещенной) разработке рудных и
нерудных месторождений полезных ископаемых для всех предприятий и
организаций России независимо от организационно-правовых форм
собственности и хозяйственной деятельности, которые должны
учитываться при проектировании, строительстве, эксплуатации и
ликвидации предприятий горнорудной промышленности.
________________
*
Далее – Инструкция.
При комбинированной
разработке месторождений полезных ископаемых горные работы должны
осуществляться по специальному проекту, который наряду с принятыми
техническими решениями должен содержать:
анализ особенностей
горно-геологических, горнотехнических, гидрогеологических и
технологических условий комбинированной разработки
месторождения;
обоснование
производственной (технической) возможности и технико-экономической
целесообразности комбинированной разработки месторождения;
параметры карьерного и
шахтного полей с запасами руды, намечаемые к отработке открытым и
подземным способами;
границы зон влияния
подземных разработок (опасных сдвижений, обрушения,
воронкообразования);
мероприятия по
безопасному ведению горных работ, функции и ответственность
инженерно-технических служб рудника.
§2. Комбинированная
(совмещенная) разработка месторождений представляет собой все
разновидности сочетания открытых и подземных работ по
взаимосвязанным технологическим схемам в пространстве и во времени
при отработке запасов минерального сырья в пределах одного
месторождения.
К
комбинированной разработке месторождений относятся:
ведение открытых и
подземных горных работ с совмещением в пространстве по вертикали
или по горизонтали в пределах одного месторождения;
ведение открытых и
подземных горных работ в определенные периоды времени в пределах
общего срока отработки запасов месторождения с одновременной или
последовательной открыто-подземной или подземно-открытой
разработкой.
Условия применения комбинированной разработки
месторождений
§3. Условия применения и
выбор основных вариантов комбинированной разработки карьерных и
шахтных полей месторождений определяются проектом, выполненным
специализированной организацией с учетом конкретных
горно-геологических, гидрогеологических и других природных условий
месторождения, безопасности ведения горных работ и эффективности
производства.
Основные факторы, представляющие опасность при
комбинированной разработке месторождений
§4. Основные факторы,
представляющие опасность при комбинированной (совмещенной)
разработке месторождений, обусловливаются степенью взаимного
влияния и технологической взаимосвязи открытого и подземного
способов разработки.
Наибольшая степень
взаимного влияния и технологической взаимосвязи происходит при
одновременном ведении открытых и подземных работ, совмещенных в
одной вертикальной плоскости; наименьшая степень – при
последовательной и раздельной отработке карьерного и шахтного
полей, совмещенных в горизонтальной плоскости.
§5. При проектировании,
строительстве и эксплуатации горнодобывающих предприятий с
комбинированной (совмещенной) разработкой месторождения должны
учитываться следующие основные факторы, определяющие специфические
условия и представляющие опасность при ведении горных работ:
изменение
физико-механических свойств массива горных пород при эксплуатации
месторождения, процессы сдвижения и деформации горных пород в зоне
влияния подземной разработки с образованием зон сдвижения земной
поверхности, трещин, воронок и провалов;
склонность месторождения
и массива горных пород или их части к горным ударам;
нарушенность массива
горных пород подземными выработками, наличие пустот отработанных
камер и блоков в контуре карьера;
неблагоприятное
воздействие массовых взрывов в карьере и подземном руднике
(сейсмическое воздействие на перераспределение напряжений в массиве
горных пород, возможности загазованности горных выработок ядовитыми
продуктами массовых взрывов, выброса горной массы в карьер при
ведении подземных массовых взрывов и т.д.);
наличие аэродинамических
связей между открытыми и подземными горными работами при
комбинированной разработке месторождения;
возникновение пожаров при
совмещенной разработке месторождений полезных ископаемых, склонных
к самовозгоранию;
внезапные прорывы воды в
горные выработки карьеров и шахт;
влияние климатических
условий района на отработку запасов в зоне карьера.
2.
Технологические особенности ведения горных работ при
комбинированной разработке рудных и нерудных месторождений полезных
ископаемых
Общие положения
§6. Горные работы при
комбинированной (совмещенной) разработке месторождения должны
вестись согласованно, в соответствии с проектами и годовыми планами
их развития.
§7. Отрабатываемые блоки
при комбинированной (совмещенной) разработке месторождения должны
быть смещены в целях исключения их негативного взаимного влияния,
что определяется проектом и ежегодными планами развития горных
работ.
При добыче под
действующими блоками карьера должен оставляться целик безопасности,
рассчитанный проектной организацией, и осуществляться
маркшейдерский и оперативный контроль в соответствии с Инструкцией
по производству маркшейдерских работ.
§8. При комбинированной
разработке месторождений фронт ведения горных работ необходимо
располагать в направлении:
при подземных очистных
работах – от массива к карьеру;
при открытых работах –
навстречу фронту развития подземных очистных работ.
При комбинированной
разработке месторождений не допускается добыча руды подземным
способом из проектных контуров карьера.
§9. При одновременном
ведении горных работ в карьере и подземном руднике в одной
вертикальной плоскости должны соблюдаться следующие условия:
оставление
предохранительного целика, обеспечивающего устойчивость массива и
бортов карьера;
применение систем
разработки, исключающих сдвижение (разрушение) массива
предохранительного целика;
ограничение мощности
массовых взрывов в карьере и в подземных выработках и их
сейсмического воздействия на целики, потолочины и уступы
бортов;
исключение проникновения
газов от взрывных работ в подземные выработки или их подсоса
системой вентиляции, а также выброс этих газов в карьер;
применение
нагнетательного способа проветривания подземных выработок или в
отдельных случаях по согласованию с Госгортехнадзором России –
комбинированного способа проветривания с обеспечением подпора
воздуха под участками открытых работ;
исключение прорыва
ливневых и подземных вод из карьера в подземные выработки.
§10. При комбинированной
разработке месторождений должны приниматься дополнительные меры по
сокращению потерь руды.
Запрещается:
оставление части рудных
залежей в бортах карьера и предохранительных целиках;
несвоевременная отработка
и разрушение рудных целиков и потолочин в руднике от массовых
взрывов;
несоблюдение технологии
выемки в карьере рудных целиков между заложенными камерами,
оставленными от подземных работ.
§11. При комбинированной
(совмещенной) разработке месторождений открытым и подземным
способами должны осуществляться мероприятия, обеспечивающие
безопасность работающих на подземных, открытых работах, в
выработках дренажных комплексов и циклично-поточной технологии.
Порядок и меры
безопасности при ведении работ должны предусматриваться проектом.
Совместное вскрытие карьерного и шахтного полей с
использованием подземных выработок
§12. Схема вскрытия,
параметры, тип и места заложения вскрывающих выработок должны
приниматься с учетом целесообразности их многоцелевого
использования (дренаж карьерных вод, активизация воздушных потоков
в карьере при проветривании, транспортирование горной массы,
энергоснабжение горных работ, доставка людей и материалов и др.) на
весь срок отработки месторождения или его части при комбинированном
(совмещенном) способе разработки.
§13. Схемы вскрытия при
комбинированной разработке подземной части месторождения могут быть
представлены: