Основные способы вскрытия полезных ископаемых

27.2. Вскрытие месторождений полезных ископаемых

Как уже отмечалось, вскрытие месторождений при открытом способе разработки производится с целью обеспечения транспортной связи рабочих горизонтов карьера с поверхностью путем проведения специальных горных выработок. Вскрытие производится в основном траншеями. В отдельных случаях могут применяться стволы и штольни.

На выбор способа вскрытия большое влияние оказывают условия залегания месторождения, вид транспорта, расположение поверхностных сооружений и система открытой разработки.

Принятый способ вскрытия должен обеспечивать безопасность работ, заданную производительность и быть экономичным.

Различают несколько видов вскрытия: бестраншейное, тран-сшейное (наклонные и крутые траншеи), подземными выработками и комбинированное.

В случае применения железнодорожного, автомобильного и конвейерного транспорта наличие вскрывающих выработок обязательно.

Если же горную породу перемещают рабочими органами грузоподъемных, отвальных и других горных машин, то вскрывающие выработки могут отсутствовать. Такое вскрытие называется бестраншейным.

Выемку при бестраншейном вскрытии ведут кабельными кранами при разработке узких, вытянутых в одном направлении крутых месторождений или применяют башенные экскаваторы при разработке пластовых месторождений, залегающих в мягких породах.

Из-за ограниченной области применения этот вид вскрытия широкого распространения не получил.

Основными вскрывающими выработками при открытой разработке месторождений являются въездные траншеи, местоположение и угол наклона которых в основном и характеризует способ вскрытия.

Вскрывающие траншеи могут располагаться за пределами контура карьера или внутри его, отчего они называются соответственно внешними иливнутренними.

По назначению траншеи подразделяются на капитальные, разрезные и специальные.

Капитальные въездные и выездные траншеи предназначаются для вскрытия всего месторождения или его части. Разрезные траншеи служат для подготовки вскрытого горизонта к эксплуатации. Специальные траншеи проводятся для водоотлива, дренажа или как вспомогательные для соединения с поверхностью.

Примером вскрытия внешними отдельными траншеями является схема, показанная на рис. 27.4. При вскрытии такими траншеями их проходят с поверхности земли к транспортным площадкам соответствующих уступов, откуда начинаются разрезные траншеи.

Вскрытие в н у т р е н н и м и наклонными траншеями проводят на бортах карьера, вплоть до уровня нижней рабочей площадки вскрываемых горизонтов (рис. 27.7). Все уступы при этом способе вскрытия имеют независимую транспортную связь с поверхностью. Вместе с тем при большом количестве устущ^ значительно возрастает объем работ по проведению траншей.

Однако вскрытие месторождений только внешними или внутренними траншеями производится сравнительно редко. Чаще всего вскрытие осуществляется комбинированными траншеями, когда верхние горизонты вскрывают внешними траншеями, а нижние — внутренними.

Вскрытие месторождений внутренними крутыми траншеями производят в том случае, когда возникает необходимость в создании связи концентрационных горизонтов карьера с поверхностью. Осуществляется это с помощью крутой траншеи, которую оборудуют ленточными конвейерами, канатными подъемниками и другими средствами.

Вскрытие подземными горными выработками обычно применяется при разработке нагорных месторождений, когда вскрытие траншеями становится нецелесообразным (рис. 27.5). В последние годы подземными горными выработками вскрывают также месторождения, залегающие на больших, глубинах (см. рис. 27.5, а).

Рис. 27.3. Схема расположения заходок и блоков:
1, 2, 3 — заходки; 4 — забой; стрелками показано общее направление фронта работ и направление продвигания забоя

Рис. 27.4. Схема вскрытия месторождения внешними отдельными траншеями:
1 — внешняя траншея

Источник

Как реализуется подземная добыча подземных 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.

Источник

Способы вскрытия месторождений

Для обеспечения транспортной связи между пунктами погрузки горной массы и пунктами ее разгрузки на поверхности производится вскрытие месторождения.

При этом забои выемочных машин располагаются на рабочих горизонтах карьера, а пунктами складирования горной массы могут служить внутренние и внешние отвалы (вскрышные породы) или склады и обогатительные (дробильно-сортировочные) фабрики (полезное ископаемое).

К специальным горным работам относятся проведение и обустройство вскрывающих выработок — капитальных (постоянных) и временных траншей и полутраншей (съездов) и транспортных берм на горизонтах.

Отличительным признаком капитальных траншей является их наклонное расположение.

Вид вскрывающих выработок характеризует способы вскрытия рабочих горизонтов.

Вскрытие горизонтальных и пологих месторождений (сплошные системы разработки) заканчивается сдачей карьера в эксплуатацию на полную производственную мощность по полезному ископаемому.

Для наклонных и крутых месторождений (углубочные системы разработки) характерен постоянный ввод в эксплуатацию новых по глубине рабочих горизонтов, в связи с чем вскрытие по мере отработки месторождения все время усложняется.

Основными факторами, влияющими на технико-экономические показатели вскрытия, являются число и объем вскрывающих выработок и затраты на их проведение и обустройство, время вскрытия отдельных горизонтов и срок строительства карьера в целом, расстояние транспортирования и затраты на этот производственный процесс и некоторые другие.

Вскрытие месторождения должно обеспечить нормальное функционирование имеющихся в карьере грузопотоков. При значительных масштабах вскрышных работ, большой протяженности карьерного поля, при перевозке вскрышных пород на два или более отвала, при необходимости раздельного складирования вскрышных пород на отвалах, а также при использовании мобильных средств транспорта перемещаемые в отвал вскрышные породы разделяют на отдельные грузопотоки. Это позволяет снизить грузооборот отдельных грузопотоков, упростить развитие транспортных коммуникаций и улучшить организацию движения транспорта по ним, а также сократить длину транспортирования вскрышных пород.

При проектировании вскрытия необходимо учитывать, что максимальное количество горной массы перевозится по траншейным и магистральным дорогам. Участок пути, имеющий самый сложный план и тяжелый профиль, называется ограничивающим перегоном.

По ограничивающему перегону производятся основные транспортные расчеты.

В качестве исходных данных при выборе способа вскрытия используются рельеф местности, размер карьера, его грузооборот и возможные грузопотоки, пространственное положение залежи, наличие и места расположения различных сортов полезного ископаемого и некоторые другие.

Различают траншеи по следующим характерным признакам (рис. 7.11):

по расположению вскрывающих выработок относительно карьерного поля и залежи — фланговые, центральные, обеспечивающие вскрытие со стороны лежачего или висячего бока залежи или с торца карьера, а также внешние и внутренние;

по числу обслуживаемых уступов — отдельные (один уступ), групповые (группа уступов) и общие (все уступы);

по числу траншей, вскрывающих один горизонт, — одинарные (одна траншея) и парные (две траншеи).

Парные траншеи позволяют организовать поточное (сквозное) движение транспортных средств, благодаря чему улучшаются показатели использования оборудования во времени. Применяются они, как правило, на неглубоких карьерах или для вскрытия верхних горизонтов глубоких карьеров.

Различают наклонные (для движения колесных видов транспорта) и крутые (для движения подъемников и специальных конвейеров) траншеи.

При расположении траншеи на нерабочем борту карьера последняя является стационарной. Внешние (расположенные за контурами карьера) траншеи всегда стационарны. Для сокращения объемов горно-капитальных работ и перераспределения во времени объемов вскрышных работ рабочие горизонты могут вскрываться полустационарными и временными траншеями.

Внутренние траншеи располагаются в контурах карьера. Они стационарны только в случае, если располагаются на нерабочем борту карьера.

При вскрытии наклонных и крутых залежей капитальные и разрезные траншеи проводят, как правило, на контакте с висячим боком залежи, что позволяет сократить объем горно-капитальных работ и улучшить условия выемки полезного ископаемого.

Сложной инженерной задачей является установление на плане и профиле горных работ пространственного положения системы капитальных траншей.

Линия, положение которой в пространстве определяет план и профиль полотна транспортного пути, называется трассой траншеи. Трасса называется простой, если она расположена на одном борту карьера и не меняет своего направления в плане. Сложная трасса состоит из участков различного направления, расположенных как на одном, так и на нескольких бортах карьера (рис. 7.12). Сложные трассы бывают тупиковыми, петлевыми, спиральными и комбинированными.

Источник