Вскрытие и подготовка рудных месторождений. Форма и размеры поперечного сечения горных выработок

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Кольский филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Петрозаводский государственный университет»

КОЛЬСКИЙ ФИЛИАЛ ПетрГУ

Кафедра физики горных процессов и геофизики

РЕФЕРАТ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ: «Геотехнология»

Тема: Вскрытие и подготовка рудных месторождений. Форма и размеры поперечного сечения горных выработок

Выполнил студент II курса группа № АГД/14-6

Воронин А.А.

Научный руководитель ст. преп. доц. Любин А.Н.

Апатиты 2015



Содержание

Введение

1. Стадии отработки месторождения, влияние параметров месторождения на выбор способа вскрытия

2. Ступени вскрытия и их параметры

3. Способы вскрытия рудных месторождений

4. Классификация способов вскрытия рудных месторождений

4.1 Вскрытие вертикальными стволами

4.2 Вскрытие наклонными стволами

4.3 Вскрытие штольнями

4.4 Комбинированные способы вскрытия

5. Способы подготовки месторождений к добыче

6. Выбор сечений вскрывающих выработок

Заключение

Список использованной литературы



Введение

Современный этап развития общества характеризуется все возрастающими потребностями человечества в минеральном сырье, добыча которого удваивается каждые 15-20 лет.

Минеральным сырьем называют полезные ископаемые, которые извлекаются из недр. Различают следующие виды минерального сырья:

- руды - полезные ископаемые, которые требуют переработки с целью извлечения из них различных металлов или минералов;

- горючие полезные ископаемые - уголь, нефть, газ, торф, сланцы, которые можно использовать без переработки как энергетическое сырье;

- нерудные полезные ископаемые - горные породы, которые используются в производстве без существенной переработки (например, строительные материалы: щебенка, гравий и т. п.).

Около 1/3 руд добывается подземным способом, отличительной чертой которого является необходимость присутствия людей в подземных горных выработках.

Работы, выполняемые на месторождении и связанные с извлечением полезного ископаемого из недр, называются разработкой месторождения.

Разработка месторождения состоит из трех основных стадий - вскрытия, подготовки рудной залежи и извлечения руды. [1].



1. Стадии отработки месторождения, влияние параметров месторождения на выбор способа вскрытия

месторождение вскрытие рудный недра

Планомерная и эффективная разработка месторождения возможна при условии строгой увязки во времени и пространстве трех стадий подземной разработки:

вскрытия - проведения вскрывающих выработок, открывающих доступ с поверхности ко всему рудному телу или части его и обеспечивающих возможность проведения подготовительных выработок;

подготовки - проведения подготовительных выработок, которыми вскрытая часть месторождения разделяется на выемочные участки (этажи, блоки, панели, столбы), и нарезных выработок, проводимых в выемочном участке для обеспечения очистной выемки;

извлечения руды - комплекса производственных процессов по добыче руды от отбойки до выдачи на поверхность, основным из которых является очистная выемка - технологических процессов по извлечению руды в выемочном участке.

Подготовка месторождения состоит из двух этапов:

а) горно-подготовительных работ - проведения выработок с целью разделения вскрытой части месторождения на добычные участки или блоки;

б) нарезных работ - проведения выработок, необходимых для извлечения полезного ископаемого, на этих участках или в блоках.

При строительстве рудника все стадии осуществляются последовательно, а в процессе его эксплуатации - параллельно.

Порядок отработки блоков и панелей может быть прямым - от центра к флангам и обратным - от флангов к центру.

Обратный порядок отработки блоков и панелей наиболее широко применяется при разработке угольных месторождений.

Одним из важнейших параметров вскрытия месторождения являются размеры шахтного поля, а при разработке крутопадающих месторождений - длина шахтного поля.

На практике возможны два случая:

а) размеры шахтного поля определяются величиной месторождения, достаточной для разработки его только одной шахтой;

Рис. 1 Деление горизонтального пластообразного месторождения на два шахтных поля: 1 - главные стволы шахт; 2 - вентиляционные стволы шахт; 3 - штреки. б) размеры месторождений таковы, что оно может разрабатываться несколькими шахтами и даже рудниками

В последнем случае необходимо на стадии проектирования решать вопрос об оптимальном числе горных предприятий и, соответственно, о размерах шахтного поля для каждого из них. На размер шахтного поля влияет много факторов. Главными из них являются производственная мощность рудника, условия залегания рудной залежи, требуемые капитальные вложения и эксплуатационные затраты. Кроме того, учитываются такие ограничивающие факторы, как проветривание глубоких шахт и сложность управления крупным рудником.

Для глубоких шахт, главной особенностью которых является резкое осложнение проветривания по температурным условиям, когда на глубинах свыше 1,5 км необходимо иметь участки длиной не более 400 - 500 м, приходится уменьшать длину шахтных полей.

Максимальные размеры шахтного поля ограничиваются пределами рационального управления производством крупного масштаба. Специфика горного производства такова, что руководящий состав несёт ответственность не только за ритмичную работу предприятия, организацию производства в непрерывно изменяющихся природных условиях, но и за безопасность работающих, особенно в подземных условиях. Это требует знания реальной обстановки не только на горизонтах, в блоках, но и в отдельных, наиболее опасных забоях, участия в ежемесячном и декадном планировании производства, что ограничивает масштабы предприятия.

Шахтное поле с установленными размерами разделяется подготовительными выработки на этажи и блоки при наклонных и крутопадающих месторождениях и на панели при горизонтальном или пологом залегании. Крупные горнодобывающие предприятия черной металлургии имеют длину шахтных полей 1000 - 3000 м, а предприятия цветной металлургии от 500 до 2000м.

Важным параметром вскрытия крутопадающего месторождения является высота этажа. Этаж - часть месторождения, ограниченная по падению откаточными и вентиляционными штреками, по простиранию - границами шахтного поля.

Высота этажа - это расстояние по вертикали между проекциями на вертикальную плоскость откаточного и вентиляционного штреков данного этажа. В отличие от наклонной (измеряемой по наклону между основными горизонтами) вертикальная высота - величина постоянная, не зависящая от гипсометрии рудного тела.

На высоту этажа влияют следующие основные факторы:

горно-геологические - размеры (мощность, длина по простиранию и глубина по падению), форма и угол падения рудных тел;

горнотехнические - системы разработки, порядок отработки месторождения, условия поддержания горных выработок, условия и безопасность ведения горных работ, время подготовки и отработки этажа (горизонта);

технико-экономические - запасы руды в этаже, ценность и содержание металла в руде; объемы и сроки проведения горно-капитальных и горно-подготовительных выработок; стоимость подъема, водоотлива, доставки людей и материалов.



2. Ступени вскрытия и их параметры

Как правило, вскрытие глубоких крутопадающих месторождений осуществляется не сразу на всю глубину, а производится в 2, 3 и более этапов (ступенями). Вначале вскрывают с поверхности и начинают отрабатывать верхнюю часть месторождения (первую очередь вскрытия), а затем, по мере необходимости, последовательно вскрывают и отрабатывают нижние его части

Рис. 2 Схема разработки крутопадающего месторождения в несколько очередей: 1 - главный ствол; 2 - капитальный рудоспуск; 3 - дозаторы скипового подъёма; 4 - водосборники; Н1 - глубина I очереди вскрытия; Н2 - шаг вскрытия

По данным практики глубина первой очереди вскрытия колеблется в широких пределах от 300 м для неглубоких месторождений до 1200 м для месторождений средней глубины залегания.

Шагом вскрытия называют глубину, на которую месторождение вскрывают соответственно во вторую и последующие очереди. Шаг вскрытия должен быть кратным высоте этажа и соответствовать расстоянию между концентрационными горизонтами. По данным практики шаг вскрытия может находится в пределах 100 - 400 м.

Схема вскрытия, то есть пространственное расположение вскрывающих выработок, должна обеспечивать рациональное выполнение следующих функций:

- подъём руды и породы;

- спуск и подъём людей и оборудования;

- спуск материалов и подача закладки (если применяются системы разработки с закладкой выработанного пространства);

- проветривание, водоотлив, энергоснабжение рудника и др.



3. Классификация и схемы расположения вскрывающих выработок

К вскрывающим выработкам относятся: стволы вертикальные и наклонные, штольни, квершлаги, околоствольные дворы, капитальные рудоспуски, главные штреки, соединяющие вскрывающие выработки, шурфы, автосъезды и уклоны, обслуживающие основные горизонты и др.

Все вскрывающие выработки по расположению их относительно поверхности делятся на две группы:

- основные, которые имеют непосредственный выход на поверхность (стволы вертикальные и наклонные любого назначения, штольни);

- подземные, все остальные вскрывающие выработки, не имеющие непосредственного выхода на поверхность.

По выполняемым функциям они делятся на:

- главные, по которым производится транспорт и подъём руды;

- вспомогательные, к которым относятся все остальные вскрывающие выработки.

Иногда выделяют группу дополнительных вскрывающих выработок, к которым относят слепые вертикальные и наклонные стволы, по которым производят подъём руды.

Различают следующие схемы расположения основных вскрывающих выработок.

1. Центральная, когда все основные вскрывающие выработки располагаются в середине месторождения или против середины. Эта схема может быть выполнена в двух вариантах:

- с центрально-сближенным расположением вскрывающих выработок на одной промплощадке рудника или шахты;

- с центрально-отнесённым расположением, когда вскрывающие выработки располагаются на двух площадках по разные стороны месторождения.

Первая схема широко применяется при разработке горизонтальных и пологопадающих месторождений; причём при разработке бедных руд (например, калийных) выработки располагаются в середине шахтного поля (рис.3.).

Рис. 3 Центрально-сближенное расположение стволов при разработке горизонтального месторождения: 1 - главные скиповые стволы; 2 - вентиляционный ствол; 3 - граница охранного целика; 4 - линия сдвижения горных пород

При разработке крутопадающих месторождений применяется реже: обычно при небольшом простирании месторождения (менее 1 км) и возможности применения обратного порядка отработки его



Рис. 4 Центрально-сближенное расположение стволов при разработке крутопадающего месторождения

Очевидным недостатком этих схем является сложность проветривания отдалённых от основных вскрывающих выработок участков месторождения. Несколько облегчается, но всё равно остаётся достаточно сложным проветривание при центрально-отнесённой схеме, воздухопадающий и вентиляционный стволы располагаются по разные стороны месторождения

Рис. 5 Центрально-отнесённое расположение стволов при разработке крутопадающего месторождения

2. Фланговое, при котором основные вскрывающие выработки располагаются на разных флангах месторождения



Рис. 6 Фланговое расположение вскрывающих выработок при разработке крутопадающего месторождения

При такой схеме упрощается проветривание всех добычных участков и блоков, но значительно возрастают (почти в 2 раза) затраты на подземный транспорт руды к главному стволу, который располагается не в середине месторождения (или против середины), а на фланге. При разработке крутопадающих месторождений применяется при небольшой производительности рудника, когда выгоднее нести дополнительные расходы на подземный транспорт, чем проходить третий ствол против середины месторождения. Фланговая схема целесообразна независимо от производительности рудника при разработке пологопадающих залежей, когда экономически нецелесообразно центральное расположение в середине шахтного поля



Рис. 7 Фланговое расположение вскрывающих выработок при разработке пологопадающего месторождения: 1 - главный ствол; 2 - вспомогательный ствол; 3 - вентиляционный ствол.

3. Комбинированное, при котором главная вскрывающая выработка располагается против центра месторождения, а на каждом фланге имеются вентиляционные выработки

Рис. 8 Комбинированное расположение вскрывающих выработок



Такая схема обеспечивает минимальные затраты на подземный транспорт и создаёт хорошие условия для проветривания всех добычных блоков и участков, но минимальное число вскрывающих выработок при такой схеме - три.

Нередко число основных вскрывающих выработок больше, чем две или три. Причинами увеличения числа вскрывающих выработок могут быть:

для главных вскрывающих выработок

- большая производственная мощность рудника (современный вертикальный скиповой ствол обеспечивает производительность подъёма 5-7 млн.т/год, при большей производительности, естественно нужно несколько таких стволов);

- необходимость выдачи руды, которую нельзя перепускать по рудоспускам, с нескольких горизонтов;

- при выдаче нескольких сортов руды скиповыми подъёмами и др.

для вспомогательных вскрывающих выработок

- при скиповом подъёме обычно рядом с главным стволом проходят вспомогательный для спуска-подъёма людей и подачи свежего воздуха, что исключает запыление его при загрузке и разгрузке скипов;

- при использовании на руднике самоходного дизельного оборудования, которое требует большого количества воздуха (из расчёта не менее 6 м3/мин на 1 квт мощности двигателя), проходятся дополнительные воздухоподающие и вентиляционные вскрывающие выработки;

- для спуска-подъёма крупногабаритного самоходного оборудования проходят специальные наклонные автосъезды или вертикальные стволы, оборудованные мостовыми кранами;

- для спуска закладочного материала проходят специальные закладочные стволы;

- на крупных рудниках для строительства новых горизонтов для независимой работы шахтопроходческой организации могут выделяться специализированные стволы и др.

Таким образом, на крупных рудниках число основных вскрывающих выработок может достигать 10 и более



4. Классификация способов вскрытия рудных месторождений

Общепринято классифицировать все способы вскрытия рудных месторождений при подземной их разработке по типу главной (по которой производится выдача руды на поверхность) вскрывающей выработки. Причём, если вскрытие осуществляется одним типом главных вскрывающих выработок, то оно относится к группе простых способов, а если для подъёма руды с нижних горизонтов используются слепые стволы - то к комбинированным.

Подъём руды по стволам и транспорт её по штольням может осуществляться различными способами, поэтому современная классификация способов вскрытия имеет следующий вид.

I. Простые способы вскрытия:

1. вертикальными стволами:

- с клетевым подъёмом руды;

- со скиповым подъёмом руды;

- с конвейерным подъёмом;

2. наклонными стволами:

- с подъёмом руды в вагонетках;

- со скиповым подъёмом руды;

- с конвейерным подъёмом руды;

- с подъёмом руды автосамосвалами (или троллейвозами);

3. штольнями:

- с электровозным транспортом руды;

- с конвейерным транспортом;

- с транспортом автосамосвалами.

II. Комбинированные способы вскрытия:

1. вертикальными стволами и слепыми вертикальными стволами;

2. вертикальными стволами и слепыми наклонными стволами;

3. штольнями и слепыми вертикальными стволами;

4. штольнями и слепыми наклонными стволами;

5. наклонными стволами и слепыми вертикальными стволами.

4.1 Вскрытие вертикальными стволами

В настоящее время является основным способом вскрытия рудных месторождений.

Вертикальные стволы, как правило, имеют круглую форму сечения диаметром в свету от 4 до 8 и более метров, причём ГОСТом рекомендуется, чтобы этот диаметр был кратен 0,5 м. Крепление таких стволов чаще бетонное, но в сложных горно-геологических условиях может быть комбинированным: бетоном и тюбингами. При проходке стволов комбайнами возможно только тюбинговое крепление. На шахтах с небольшим сроком службы (до10-15лет) могут применяться стволы прямоугольного сечения с креплением деревом, а за рубежом в условиях высокого горного давления, а также для возможности размещения крупногабаритной клети при ограниченной площади сечения ствола иногда проходят стволы с эллиптической формой сечения и бетонным креплением.

Рис. 9 Сечение вертикального ствола с бетонным (а) и деревянным (б) креплением: 1 - крепь; 2 - расстрелы; 3 - трубно-кабельное отделение; 4 - лестничное отделение; 5 - проводники; 6 - подъёмное отделение; 7 - подъёмные сосуды



Глубина стволов в настоящее время достигает 2,5 км и более, но подъём руды из-за конструктивных особенностей подъёмных установок возможен (при многоканатном подъёме) только с глубины 1600 м, поэтому глубина главных стволов в настоящее время ограничена этой величиной. За рубежом имеются подъёмные установки (системы Блэра), позволяющие поднимать добытое полезное ископаемое в скипах грузоподъёмностью 10-15 т с глубины 2-2,5 км.

Подъём руды в вертикальных стволах может осуществляться либо в клетях, либо в скипах. В последнее время за рубежом созданы и успешно используются для подъёма полезного ископаемого в вертикальных стволах специальные конвейерные установки большой производительности. При клетьевом подъёме выдача руды производится в вагонетках, которые на поверхности разгружаются и порожними вновь в клетях спускаются в рудник, а на откаточном горизонте, с которого осуществляется подъём руды, периодически формируются составы из таких вагонеток.

При клетевом подъёме значительно упрощается выдача многосортной руды (вагонетки с определённым сортом руды разгружаются в соответствующий бункер), но производительность подъёма низка из-за продолжительности обмена вагонеток в клетях и небольшой их ёмкости (до 4 - 4,5 м3). Для увеличения производительности клетьевого подъёма применяют двухэтажные клети, а в стволе могут размещаться две клети. Причём при разработке горизонтальных и пологопадающих залежей, когда выдача руды производится с одного горизонта, спуск-подъём этих клетей осуществляется одной подъёмной установкой, когда клеть с порожней вагонеткой является противовесом клети с гружёной



Рис. 10 Сечение вертикального ствола с двумя клетями с зависимым (а) и независимым (б) подъёмами

При разработке крутопадающих и наклонных месторождений, когда выдача руды осуществляется одновременно с нескольких горизонтов, вынуждены применять независимый подъём клетей, когда каждая клеть имеет свой противовес и свою подъёмную машину (рис.).

Основным достоинством клетевого подъёма руды является простота околоствольных дворов (требуются только отдельные выработки для гружёных и порожних вагонеток), что значительно сокращает объём горно-капитальных работ и уменьшает затраты на строительство рудника. Кроме того, клетьевой подъём позволяет осуществлять выдачу на поверхность рудной массы любой крупности, а саму клеть использовать как для выполнения главной функции (выдача руды), так и вспомогательных (спуск-подъём людей, оборудования, подъём породы, спуск материалов и т.п.). Но при клетевом подъёме трудоёмкой, несмотря на применение специальных толкателей, является обмен вагонеток.



Рис. 11 Комплекс выработок для загрузки скипов: 1 - скиповой ствол; 2 - приёмный рудный бункер; 3 - дозаторная; 4 - загрузочное устройство; 5 - породный бункер; 6 - породный опрокидыватель; 7 - трубопровод для отсоса пыли; 8 - рудный опрокидыватель; 9 - ходовое отделение

При скиповом подъёме выдача руды на поверхность производится в скипах грузоподъёмностью от 4 до 50 т. Производительность скипового подъёма значительно выше клетьевого (при одинаковом сечении стволов в 5-7 раз). Но околоствольные дворы значительно сложнее (рис.), так как требуется отдельная выработка для опрокидывателя, приёмные бункера, камеры дозаторов и др., а при скважинной отбойке - и камеры подземного дробления руды (в скипы можно загружать куски крупностью не более 300-400 мм).

Для уменьшения объёмов горно-капитальных работ при строительстве рудника и с целью уменьшения числа пунктов загрузки скипов для возможности применения двухскипового зависимого подъёма при разработке крутопадающих месторождений такие пункты загрузки с бункерами и камерами дробления делают не на каждом горизонте, а через 2 или 3, перепуская руду с верхних по капитальным рудоспускам

Рис. 12 Схема вскрытия вертикальным стволом со скиповым подъёмом и капитальным рудоспуском: 1 - главный ствол; 2 - главные квершлаги; 3 - капитальный рудоспуск; 4 - пункт загрузки скипов; 5 - вен6тиляционный квершлаг

Рис. 13 Сечение скипо-клетевого ствола

Существенным недостатком скипового подъёма является то, что при подаче свежего воздуха происходит запыление его при загрузке скипов, поэтому на силикозоопасных шахтах запрещено подавать воздух по ним и поэтому вынуждены рядом с главным стволом проходить вспомогательный с клетьевым подъёмом для спуска-подъёма людей и подачи свежего воздуха

Рис. 14 План откаточного горизонта при вскрытии мощного крутопадающего месторождения: 1 - клетевой ствол; 2 - скипо-клетевой ствол; 3 - камера опрокидывателя; 4 - вспомогательный ствол для выдачи породы; 5 - вентиляционный ствол

Значительно усложняется такой способ подъёма руды при выдаче нескольких сортов её, что требует отдельные скиповые подъёмы под каждый сорт. На крупных рудниках недостатки скипового подъёма не существенны. Поэтому в настоящее время на рудниках производительностью до 600 тыс.т применяют клетевой подъём руды, а при большей - скиповой (при большой глубине скиповой подъём может применяться и при меньшей производительности).

Примером современной схемы вскрытия вертикальными стволами крупного рудника является схема вскрытия Октябрьского рудника



4.2 Вскрытие наклонными стволами

Подъём руды в наклонных стволах можно осуществлять вагонетками, скипами, конвейерами и автосамосвалами (троллейвозами). В соответствии с этим различают следующие схемы вскрытия.

Вскрытие наклонными стволами с вагонеточным (джиговым) подъёмом руды применяется редко, только на шахтах с небольшой производительностью (до 100 тыс.т) с глубины не более 100 м

Рис. 15 Схема вскрытия наклонным стволом с вагонеточным подъёмом

Состав из нескольких вагонеток вытягивается подъёмной машиной, установленной на поверхности. Перед подъёмом каждая вагонетка осматривается, чтобы не было свисающих кусков руды. Скорость подъёма низка, возможен сход вагонеток с рельсов.

Вскрытие наклонными стволами со скиповым, а тем более клетевым подъёмом руды на рудниках в настоящее время практически не применяется. Наклонные стволы в этом случае проходятся под углом от 20-450 до 600



Рис. 16 Схема вскрытия наклонным скиповыми стволом

Основным преимуществом такой схемы вскрытия по сравнению со вскрытием вертикальным стволом является меньшая длина квершлагов. Однако, длина главного ствола больше, стоимость проходки 1 м3 такого ствола на 20-80 % выше, чем вертикального. Кроме того, скорость движения скипов по рельсам в наклонных стволах значительно ниже, чем в вертикальных, а потому производительность скипового подъёма в наклонных стволах меньше, чем в вертикальных. Подъёмные канаты, которые скользят по направляющим роликам, установленным на почве ствола, быстро изнашиваются, имеется опасность схода скипов с рельсов. Недостатки эти весьма существенны, поэтому считается, что наклонные стволы со скиповым подъёмом руды целесообразно применять при наклонном залегании месторождения, глубине разработки до 400-500 м, производительности рудника до 500-600 тыс.т в год.

Вскрытие наклонными стволами с конвейерным подъёмом руды осуществлено, в частности, на Кировском руднике ОАО “Апатит” и руднике им. С.М. Кирова в Кривом Роге



Рис. 17 Схема вскрытия рудника им. С.М. Кирова (Кривой Рог): 1 - вертикальный ствол шахты "Артём № 1"; 2 - капитальный рудоспуск; 3 - подземный дробильно-перегрузочный пункт; 4 - наклонные конвейерные рудоподъёмные стволы

Для выдачи руды применяются только ленточные конвейеры, которыми можно транспортировать куски руды крупностью не более 200 мм. Поэтому в пунктах погрузки при буровзрывном способе добычи обязательно имеются камеры подземного дробления руды, а для уменьшения числа таких камер один пункт погрузки обслуживает несколько откаточных горизонтов, для чего они соединяются капитальным рудоспуском



Рис. 18. Схема вскрытия мощного крутопадающего месторождения наклонным конвейерным стволом: 1 - главный конвейерный ствол; 2 - вспомогательный вертикальный ствол; 3 - капитальный рудоспуск; 4 - камера подземного дробления руды; 5 - квершлаги

Рис. 19 Сечение наклонного конвейерного ствола: 1 - уровень головок рельсов; 2 - ось рельсового пути; 3 - ось выработки; 4 - ось конвейера

Конвейеры могут обеспечить практически любую производительность: так конвейер с шириной ленты 2000 мм за год выдаёт до 12 -18 млн.т руды, что соответствует производительности крупнейших рудников. Для надёжности, обычно, устанавливается два конвейера. Для этого проходятся либо два наклонных ствола относительно небольшого сечения (рис. 19), либо один большого (до 30 м2 и более). Длина этих стволов из-за небольшого угла наклона их (16 - 180) значительна: на каждые 100 м высоты она составляет 350 - 370 м. На одну приводную станцию приходится от 300 до 600 м конвейера, поэтому через каждые 100 - 180 м по высоте проходятся специальные камерные выработки для установки приводных станций.

Наклонный ствол используется только для выдачи руды. Для спуска-подъёма людей, оборудования, спуска материалов, подъёма породы и для выполнения других вспомогательных функций проходятся вертикальные стволы. Конвейерный подъём руды - это единственный вид подъёма, обеспечивающий высокую производительность, не зависящую от глубины разработки и легко поддающийся автоматизации. Но существенным недостатком является большая длина стволов, что значительно увеличивает срок строительства рудника. Кроме того, как показал опыт эксплуатации таких конвейеров на выше названных рудниках, пока ещё высоки эксплуатационные расходы на обслуживание их. Поэтому применять такую схему вскрытия целесообразно при большой производительности (свыше 6-8 млн.т) рудников в условиях, благоприятных для проходки наклонных стволов (например, при отсутствии пересекаемых стволом водоносных горизонтов).



Рис. 20 Схема вскрытия и отработки месторождения на руднике "Северный": 1 - портал наклонных съездов; 2 - закладочный восстающий; 3 - квершлаги; 4, 5 - соответственно вспомогательные и вскрывающие уклоны; 6 и 7 - соответственно полевой и рудный штреки; 8 - подэтажные буровые штреки; 9 - смесительное отделение; 10 - прирельсовый приёмный узел; 11 и 12 - соответственно склады инертных заполнителей и цемента; 13 - вентилятор главного проветривания ВОД-30; 14 - вентиляционные восстающие; 15 - отработанные и заложенные камеры; 16 - закладываемая камера; 17 - отрабатываемый блок

Подъём руды по наклонным стволам в автосамосвалах (такие стволы называют автосъездами) применяют, в частности, на руднике “Северный” комбината “Печенганикель” (рис. 20) и Адрасманском руднике в Таджикистане. Подъём производится специальными подземными дизельными самосвалами с двойной очисткой выхлопных газов. Несмотря на преодолеваемый автосамосвалами уклон в 10-120, угол наклона автосъездов для подъёма руды принимается в 5-60, оптимальным между затратами на проходку стволов и эксплуатационными расходами (чем больше угол, тем меньше скорость, больше затрат на топливо, меньше производительность самосвалов, больше их число для выполнения заданной производительности рудника). Если же автосъезды служат только для выполнения вспомогательных функций, то они проходятся под углом 10-120.

Площадь сечения автосъездов около 20 м2, форма сечения сводчатая, крепление при необходимости торкрет-бетоном, иногда в сочетании со штанговой крепью. В сложных горно-геологических условиях возможно бетонное крепление. Технология проведения их аналогична проходке горизонтальных выработок и при достижении первого добычного горизонта ствол практически готов к эксплуатации, так как не требуется сооружать надшахтные здания и устанавливать в них подъёмное оборудование, как это требуется при других способах подъёма. Как видно проходка ствола на проектную глубину вскрытия при такой схеме не требуется, а углубка его происходит безболезненно одновременно с добычными работами на вскрытых горизонтах.

При небольшой производительности рудника для выдачи руды проходят один автосъезд с камерами разминовки автосамосвалов через каждые 500 м (как это сделано на Адрасманском руднике). При большей - два автосъезда для гружёных и порожних автосамосвалов (рудник “Северный”).

Существенным недостатком вскрытия автосъездами являются затраты на проветривание, так как по ЕПБ на каждый 1 кВт мощности дизельного двигателя автосамосвала необходимо подавать не менее 6,8 м3 воздуха в минуту (на один самосвал МоАЗ-6401 не менее 1000 м3/мин.). Поэтому за рубежом всё шире применяют троллейвозы. Кроме того, производительность самосвалов с глубиной резко уменьшается. Поэтому рекомендуется применять такую схему вскрытия при небольшой глубине разработки (до 300 м) и относительно невысокой производительности рудника (максимум 1,5 млн.т/год). Особенно предпочтительна эта схема вскрытия при возможности загрузки автосамосвалов в забое или из участковых рудоспусков и при транспорте руды на поверхности до обогатительной фабрики.

4.3 Вскрытие штольнями

Вскрытие штольнями применяется только в гористой местности. При этом, к месту расположения устьев штолен предъявляются следующие требования:

- они должны располагаться выше максимального уровня разлива рек;

- должны находиться не в лавиноопасных местах.

По сравнению с другими способами вскрытие штольнями имеет следующие существенные преимущества:

- отсутствует подъём руды;

- отсутствует искусственный водоотлив.

Применяются две основные схемы вскрытия штольнями: этажными штольнями (рис.21) и капитальной штольней с рудоспуском (рис.22).

Рис. 21 Схема вскрытия этажными штольнями: 1 - этажные штольни; 2 - административно-бытовой комбинат; 3 - обогатительная фабрика



Рис. 22 Схема вскрытия капитальной штольней с рудоспуском: 1 - обогатительная фабрика; 2 - капитальная штольня; 3 - квершлаги; 4 - капитальный рудоспуск; 5 - вспомогательный ствол; 6 - административно-бытовой комбинат

При вскрытии этажными штольнями на каждом откаточном горизонте проходятся штольни, по которым рудная масса вывозится на поверхность и далее каким-либо транспортом (включая канатные дороги) транспортируется к обогатительной фабрике. Доставка рабочих, оборудования, материалов на каждый горизонт производится по склону горы. Схема простая, но требует наличия транспортных коммуникаций по склону горы, что не всегда возможно. Кроме того, затрудняется подогрев воздуха для подачи в рудник, так как сооружать калориферные на каждом этаже экономически не целесообразно. Этих недостатков нет у схемы вскрытия капитальной штольней с рудоспуском, при которой транспортный поток руды концентрируется на капитальной штольне. Но эта схема требует предварительной проходки вспомогательного ствола, служащего для доставки людей, оборудования, материалов на добычные горизонты. Этот ствол может быть слепым при большом расстоянии от верхнего горизонта до поверхности (свыше 150 м) или при невозможности или нецелесообразности устройства промплощадки для проходки ствола с поверхности в этом районе горы. Административно-бытовой комбинат может располагаться как у вспомогательного ствола (если этому способствует инфраструктура района), так и у устья капитальной штольни. В последнем случае доставка людей, оборудования, материалов, осуществляется по капитальной штольне с последующим подъёмом по вспомогательному стволу на добычные горизонты. Эта схема предпочтительнее при значительном удалении рудного тела от склона горы.

4.4 Комбинированные способы вскрытия

Комбинированные способы вскрытия применяются в следующих случаях:

1) когда глубина разработки превышает максимальную глубину, с которой технически возможно осуществлять выдачу руды подъёмной установкой, расположенной на поверхности (рис.23);

Рис. 23 Комбинированная схема вскрытия вертикальным стволом и слепым вертикальным стволом: 1 - главный ствол: 2 - слепой ствол



2) когда при переходе на отработку глубоких горизонтов и углубке главного ствола подъёмная машина, установленная в этом стволе, не обеспечит заданную производительность. В этом случае необходимо решать вопрос либо о проходке нового главного ствола с более производительной главной установкой, либо проходить слепой ствол для вскрытия нижних горизонтов

. Возможными вариантами комбинированного способа вскрытия, в частности, могут быть:

- вскрытие слепым вертикальным стволом (см. рис.4.23), при котором слепой ствол выполняет главную функцию по подъёму руды и вспомогательные;

- вскрытие слепым наклонным конвейерным стволом и углубкой главного; причём новый участок главного ствола используется только для выполнения вспомогательных функций (рис.24);

Рис. 24 Вскрытие вертикальным стволом и слепым конвейерным: 1 - главный ствол со скиповым подъёмом; 2 - слепой конвейерный ствол; 3 - капитальный рудоспуск; 4 - камера подземного дробления руды; 5 - квершлаги; 6 - участок главного ствола, выполняющий вспомогательные функции



3) когда разрабатываемый участок месторождения располагается ниже уровня капитальной штольни; возможными вариантами комбинированного способа вскрытия могут быть:

- вскрытие капитальной штольней и слепым вспомогательным стволом (рис.25);

Рис. 25 Схема вскрытия месторождения капитальной штольней: I - простая схема вскрытия верхней части месторождения; II - комбинированная схема вскрытия нижней части месторождения (1 - капитальная штольня; 2 - слепой вертикальный ствол; 3 - линия сдвижения; 4 - квершлаги; 5 - капитальный рудоспуск; 6 - слепой вспомогательный ствол)

- вскрытие капитальной штольней и слепым наклонным конвейерным стволом для подъёма руды и уклоном с вагонеточным подъёмом для выполнения вспомогательных функций (рис.26).



Рис. 26 Схема вскрытия капитальной штольней и слепым наклонным конвейерным стволом: 1 - откаточные горизонты; 2 - капитальный рудоспуск; 3 - камера подземного дробления руды; 4 - вспомогательный уклон; 5 - слепой конвейерный ствол; 6 - приёмные бункера; 7 - капитальная штольня



5. Способы подготовки месторождений к добыче

Вскрытая часть месторождения должна быть разбита на отдельные выемочные участки или добычные блоки. Делается это горно-подготовительными выработками, а проведение их называется горно-подготовительными работами. К подготовительным выработкам, в первую очередь, относят откаточные штреки и орты, блоковые восстающие. В зависимости от угла падения рудной залежи различают следующие способы подготовки месторождений:

- панельный (рис.); применяется при пологом залегании месторождения, когда откаточными штреками (главными и панельными) шахтное поле делится на панели шириной 60-200 м и длиной до нескольких сотен метров (эти параметры зависят от размеров месторождения, применяемой системы разработки и принятой механизации на основных технологических процессах очистной выемки);

- этажный (рис.); применяется при разработке крутопадающих и наклонных месторождений, деление этажа на добычные блоки осуществляется блоковыми восстающими, а при разработке мощных месторождений и откаточными ортами.

Рис. 27 Панельный способ подготовки: 1 - главный ствол; 2 - вентиляционный ствол; 3 - главный штрек; 4 - вентиляционный штрек; 5 - панельный штрек; 6 - панельный вентиляционный штрек; 7 - панель



- комбинированный; может применяться при разработке наклонных месторождений, когда по высоте месторождение делится на этажи, а этаж - на панели.

По расположению подготовительных выработок относительно рудного тела подготовка может быть:

- рудной, когда все подготовительные выработки проходятся по месторождению; является основной при разработке пологопадающих залежей и транспорте руды подземными самосвалами или конвейерами; основное достоинство рудной подготовки - возможность доразведки месторождения (при отработке крутопадающих жил) и попутная добыча руды, что частично компенсирует затраты на проведение подготовительных выработок;

- полевой, когда все подготовительные выработки проходятся вне рудного тела; широко применяется при электровозной откатке добытой руды даже при разработке горизонтальных месторождений, так как гипсометрия почвы рудной залежи не удовлетворяет жестким требованиям электровозного транспорта в отношении выдержанности и величины уклона рельсовых путей; в последнее время применяется при разработке крутопадающих жил, так как позволяет исключить потери руды в междуэтажных целиках;

- смешанной, когда часть подготовительных выработок проходятся по руде, а другая по пустым породам; является основной при разработке мощных крутопадающих месторождений, а также используется при разработке пологопадающих месторождений с транспортными горизонтами, расположенными в подстилающих породах.

По количеству типов подготовительных выработок, с помощью которых производится деление запасов этажа на добычные блоки, различают подготовку:

- штрековую, когда деление этажа на блоки производится только откаточными штреками и восстающими (см. рис.); применяется при разработке крутопадающих рудных тел небольшой мощности;

- ортовую, когда деление этажа на блоки осуществляется откаточными штреками, ортами и восстающими; применяется при большой мощности рудного тела

По схеме движения транспорта:

- тупиковая; применяется при небольшой производительности этажей, когда она обеспечивается работой на горизонте 1-2 составами вагонеток;

- кольцевая; применяется при большой производительности горизонтов;

- комбинированная; применяется редко, только в условиях высокого горного давления, когда велики затраты на поддержание рудного штрека у висячего бока; в этом случае орты проходятся тупиковыми, а для организации кольцевой откатки в породах лежачего бока проходятся два откаточных штрека.



6. Выбор сечений вскрывающих выработок

Размеры и форма сечений вскрывающих выработок помимо обеспечения их устойчивости должны соответствовать правилам безопасности и условиям вентиляции, а также позволять выполнять возложенные на них функции вскрытия.

По расположению в пространстве все вскрывающие выработки делятся на вертикальные (стволы главные и вспомогательные, рудоспуски), наклонные (стволы главные и вспомогательные, автосъезды, уклоны, рудоспуски) и горизонтальные (квершлаги и штреки). Размеры сечений этих выработок, в основном, определяются габаритами транспортного и подъёмного оборудования.

Так как основным видом подземного транспорта на рудниках в настоящее время является рельсовый электровозный, то сечения всех вскрывающих выработок в значительной мере определяются габаритами вагонеток и электровозов (табл. 5.3, 5. 4).

Таблица 1 Параметры шахтных вагонеток

Марка вагонетки	Ёмкость кузова, м3	Ширина колеи, мм	Ширина, мм	Высота, мм	Длина, мм	Масса, кг
УВГ-0,7 УВГ-1,2 УВГ-1,3 УВГ-2,2 УВГ-2,5 УВГ-4,0 УВГ-4,5 УВГ-9,0 УВГ-9,5	0,7 1,2 1,3 2,2 2,5 4,0 4,5 9,0 9,5	600 600; 750 600 600; 750 900 900 750; 900 750; 900 750; 900	850 1000 880 1200 1240 1320 1350 1350 1800	1220 1300 1300 1300 1300 1600 1550 1550 1600	1250 1850 2000 2950 2975 3850 3950 7850 7300	488 780 610 1518 1153 3860 3850 9000 9350



Таблица 2 Параметры рудничных электровозов

Марка	Ширина колеи, мм	Ширина, мм	Высота, мм	Длина, мм
3КР-600 4КР 10КР2 14КР 2А АК-2У 4,5АРП-2М 13АРП-1	600 600 750; 900 600 750; 900 750; 900 600 650; 750 900	960 1000 1300 1048 1348 1340 900 1000 1380	1400 1515 1515 1500 1500 1550 1180 1350 1515	2590 3120 3120 4500 4500 4900 2015 3300 5600

При небольшой производительности рудника (до 600 тыс. т/год), когда применяется для выдачи руды клетевой подъём, тип вагонетки необходимо обосновать, исходя из производственной мощности рудника. Для этого сначала определяется величина полезного груза в вагонетке, при котором обеспечивается выполнение заданной производительности рудника:

g0 = Aч / nn , т (5.4)

где Ач - часовая производительность рудника, т/ч;

Ач = , т/ч (5.5)

Кр - коэффициент резерва производительности клетевого подъёма по выдаче горной массы: при наличии вспомогательного подъёма Кр=1,3, при отсутствии такового Кр=1,4; А - производственная мощность рудника, т/год; Ап - количество пустой породы, выдаваемой на поверхность за год, обычно 10-20 % от производственной мощности рудника, т/год;

Тр - число рабочих дней в году (305 дней); tп - продолжительность работы подъёма в течение суток, принимается в соответствии с суточной продолжительностью добычных смен, но не более 18 ч; пп - число подъёмов клетей в течение часа:

, шт (5.6)

пв - число вагонеток (пустых и гружёных) в одновременном движении по стволу, зависит от числа клетей и количества этажей в них; tп - продолжительность одного подъёма, с [8]:

, м/c (5.7)

Нп - общая высота подъёма, м:

Нп = Нраз + hп ,

Нраз - глубина разработки, м; hп - высота переподъёма вагонеток на поверхности (обычно около 10 м), м; - пауза на обмен вагонеток в клетях, c.

Продолжительность паузы при механизированном обмене вагонеток в одном этаже клети равна [8]:

Таблица 3

Длина клети, м	2,55	3,1	4,5	6,5
Пауза, с	20	25	30	40

При двухэтажных клетях и одноэтажных приёмных площадках паузу для обмена вагонеток удваивают и добавляют 10-20 с на перестановку клети.

На основании величины полезного груза определяется требуемый объём вагонетки



, м3 , (5.8)

где kр - коэффициент разрыхления руды (обычно около 1,5); р - плотность руды в массиве, т/м3; и на основании табл. 5.3 принимается ближайшая (по ёмкости больше) стандартная вагонетка.

При скиповом подъёме руды для выбора сечения главного ствола необходимо знать параметры скипа, которые определяются его грузоподъёмностью. Расчёт этой величины производится аналогично по формулам (5.4-5.8) с учётом следующих замечаний:

- коэффициент резерва принимается равным Кр = 1,3 при условии вместимости подземного бункера на 2,5 часа производительности рудника;

- если при скиповом подъёме выдача породы производится вагонетками или другим скипом (или скипами), то в формуле (5.5) величина Ап не учитывается, а размеры скипов для выдачи породы рассчитываются отдельно; если же выдача породы производится этими же скипами, то в подземном бункере должно быть оборудовано специальное породное отделение;

- расчётное время работы одноканатного скипового подъёма по выдаче горной массы при трёхсменном режиме принимать, как правило, 18 ч в сутки, а при многоканатном подъёме - в зависимости от высоты подъёма:

Таблица 4

Высота подъёма, м	до 800	800-1000	1000-1200	1200-1400	1400-1600	1600-1800
Продолжительность работы скипового подъёма в сутки, ч	18	17,5	17	16,5	16	15,5

- общая высота подъёма руды (формула 5.6) принимается с учётом глубины загрузочной камеры скипового подъёма hз , которая равна 20 м при отсутствии подземных камер дробления и 40-50 м - при наличии;

- высота переподъёма скипов hп (формула 5.6) равна 15-20 м при копрах шатрового типа и 35-40 м при башенных копрах;

- продолжительность паузы на загрузку-разгрузку скипов принимается следующей [8]:

Таблица 5

Вместимость скипа, м3	3-4	5	6,4-7	8	9,5	11	15	17	19	20	25	35	55
Пауза, с	7	8	9	10	11	12	15	17	19	20	25	35	45

Основные параметры скипов для горнорудной промышленности приведены в табл.

Таблица 6 Скипы для горнорудной промышленности типа СН

Типоразмер	Вместимость, м3	Грузоподъёмность, т	Размеры в плане, мм	Высота в положении разгрузки (условно), мм
		Руда	Порода
1СН 4-2 1СН 5-2 1СН 7-2 1СН 9,5-2 2СН 11-2 4СН 11-2 3СН 15-2 2СН 17-2 3СН 17-2 2СН 21,5-2	4 5 7 9,5 11 11 15 17 17 21,5	8,8 11 16 22 25 25 35 40 40 50	- 13 - 13 15 15 20,5 - - -	1350х1350 1440х1640 1440х1640 1680х1740 1680х1740 1740х1800 1740х1800 1700х1800 1900х2350 1900х2350	7190 7110 9460 9730 12760 12510 16200 16960 15200 16220

На основании выбранных средств транспортировки и подъёма руды выбирается типовое сечение вертикального ствола. При выборе необходимо учитывать, что в соответствии с ЕПБ допускается суммарный зазор между вагонеткой и боковыми стенками клети не менее 100 мм.



Рис. 28 Сечение горизонтальной выработки сводчатой формы

Сечения горизонтальных выработок принимаются в соответствии с габаритами транспортного оборудования и необходимыми по ПБ зазорами. В квершлагах и главных откаточных штреках необходимо предусматривать размещение электрокабелей и трубопроводов для подачи сжатого воздуха (если используется пневматическое оборудование на очистной выемке), а также технической воды. Число рельсовых путей (один или два) в этих выработках зависит от схемы подготовки (тупиковая или кольцевая) и организации транспорта руды. Как правило, на подземных рудниках горизонтальные выработки имеют сводчатую форму (рис.) и размеры их принимаются по Типовым сечениям или рассчитываются по следующим формулам в зависимости от ширины выработки В, которая принимается с учётом габаритов транспортных средств и оборудования, а также регламентированными ЕПБ зазорами между ними и шириной прохода для людей:

- высота свода при бетонной, набрызгбетонной крепи при f = 7 - 12; при штанговой и комбинированной крепи, при f = 4 - 9

- высота свода при набрызгбетонной крепи при f 12; для штанговой и комбинированной крепи при f 9

- высота выработки от почвы до верхней точки свода

hв = h + h0

где h - высота вертикальной стенки выработки от почвы её, м;

- толщина слоя набрызгбетона:

- при набрызгбетонной крепи:

при f = 7 - 9 .……………. t = 40 - 60 мм;

при f = 10 - 12 .………… . t = 30 - 50 мм;

при f 12 .… . t = 20 - 30 мм;

- при комбинированной крепи (при f 4)… t = 20 - 30 мм;

- проектная ширина выработки в проходке

B1 = B + 2t

- проектная высота выработки в проходке



H = hв +d0

где d0 - расчётная толщина свода;

- радиус осевой дуги свода:

- при R = 0,692B

- при R = 0,905B

- радиус боковой дуги свода:

- при r = 0,262B

- при r = 0,173B

- площадь поперечного сечения выработки в свету:

- при Sсв = B(h4+0,26B)

- при Sсв=B(h4+0,196B)

- проектная площадь сечения выработки в проходке:

- без крепи и при штанговой крепи:

при Sпр=B(h+0,26B)

при Sпр=B(h+0,196B)



- при набрызгбетонной и комбинированной крепях:

при Sпр=B1(h+0,26B1)

при Sпр=B1(h+0,196B1)

Вид крепи горизонтальной или наклонной выработки зависит от устойчивости пород. В соответствии с [10] по устойчивости горные породы (в зависимости от их смещений на контуре поперечного сечения выработки за весь срок её службы) делятся на 4 категории:

- I категория - устойчивые - со смещением до 20 мм;

- II категория - среднеустойчивые - со смещением до 100 мм;

- III категория - неустойчивые - со смещением до 200 мм;

- IV категория - очень неустойчивые - со смещением свыше 200 мм.

В горизонтальных и наклонных выработках, расположенных вне зоны воздействия очистных работ и других выработок, следует применять:

в породах I категории устойчивости - анкерную или набрызгбетонную крепь толщиной не менее 30 мм; в монолитных, малотрещиноватых породах допускается оставление выработок без крепи;

в породах II категории устойчивости - монолитную бетонную крепь, комбинированную из набрызгбетона толщиной не менее 50 мм с анкерами и металлической сеткой или без неё, рамную крепь, металлическую податливую и т.п.;

в породах III и IV категорий устойчивости - сборную тюбинговую и блочную, металлобетонную, металлическую податливую и анкер-металлическую крепи.

В соответствии с 41 ЕПБ [4] все горизонтальные выработки, по которым производится транспортирование грузов, должны иметь на прямолинейных участках расстояния (зазоры) между крепью или между размещённым в выработках оборудованием и трубопроводами и наиболее выступающей кромкой габарита подвижного состава не менее 0,7 м (свободный проход для людей), а с другой стороны не менее 0,25 м. Указанная ширина свободного прохода для людей должна быть выдержана по высоте выработки не менее 1,8 м.

В выработках с конвейерной доставкой ширина прохода должна быть не менее: с одной стороны 0,7 м, с другой - 0,4 м. Расстояние от возможного навала горной массы (руды), транспортируемой конвейером, до кровли или крепления выработок должно быть не менее 0,3 м.

Ширина междупутья (расстояние между осями двух параллельных прямых путей) должна быть такой, чтобы зазор между встречными электровозами (вагонетками) по наиболее выступающей кромке габарита электровоза (вагонетки) был не менее 0,2 м.

Почва выработки со стороны прохода для людей должна быть выровнена или на ней должен быть уложен настил.

Ширина откаточных выработок при транспорте горной массы самоходным оборудованием, в том числе подземными самосвалами, должна приниматься с учётом зазоров между наиболее выступающей частью транспортного средства и стенкой (крепью) выработки или размещённым в выработке оборудованием 1,2 м со стороны прохода для людей и 0,5 м с противоположной стороны. При устройстве пешеходной дорожки высотой 0,3 м и шириной 0,8 м или при устройстве ниш через 25 м зазор со стороны свободного прохода для людей может быть уменьшен до 1 м. Ниши должны устраиваться высотой 1,8 м, шириной 1,2 м, глубиной 0,7 м. Во всех случаях высота свободного прохода по всей ширине выработки должна быть не менее 1,8 м от почвы выработки.

Размещено на Allbest.ru

...