Подземного способа добычи руды

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:

1. Отбойка руды — процесс отделения руды от массива в блоке с одновременным дроблением ее на куски.
2. Вторичная дробление — для соответствия условиям технологического процесса, по которым отбитая руда должна иметь куски определенной крупности
3. Выпуск и доставка руды — перемещение рудной массы от мест отбойки до транспортных выработок блока
4. 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

Подземная добыча минерального сырья и топлива

Подземными способами разрабатывают природные ресурсы, добыча которых невозможна, или экономически нецелесообразна открытыми разработками. Обычно подземные способы используются для извлечения ископаемых, залезающих на более значительных глубинах, с меньшей мощностью пластов и другими худшими горно-геологическими условиями, когда себестоимость одной тонны равна или меньше, чем при открытой добыче. Основные виды подземной добычи — шахтная, подземное выщелачивание, подземная газификация, добыча нефти и газа.

Наиболее широкое распространение получила шахтная разработка недр. Этим способом возможно добывать сырье с глубин до 2 тыс. м. Шахта представляет собой совокупность горных выработок, через которые полезные ископаемые извлекаются из недр на поверхность. Перед разработкой месторождение разбивается на шахтные поля — участки, которые разрабатываются одним предприятием — шахтой. Строительство шахты начинается с проходки вертикальных стволов, которыми вскрывается полезный пласт (рис.3.). Каждая шахта имеет не менее двух стволов, что улучшает ее вентиляцию. По стволам проводят подъем, спуск ископаемых, вспомогательных материалов, техники, людей, подачу энергии, вентиляцию и др. Для этих целей ствол разделяют на секции для подъема и спуска работающих, грузов. В специальном отделении расположены трубы для откачки воды, воздуха, электрические и телефонные линии. Имеется отделение с лестницами и площадками для самостоятельного подъема рабочих из шахты при аварии подъемного механизма.

В шахтах могут быть вертикальные горные выработки, которые служат для тех же целей, что и ствол, но не имеют непосредственного выхода на поверхность. Эти выработки называют слепыми стволами.

6. Простирание пласта угля.

7. Падение пласта угля.

↑ Рис. 3. РАЗМЕЩЕНИЯ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК В ШАХТЕ

В горных районах для вскрытия ископаемых создают горизонтальные или близкие до такого положения выработки — штольни. Они выполняют те же функции, что и стволы. В нижней части ствола создается рудничный двор, где перегружают руду с транспортных средств, в подъемный механизм. Здесь размещаются ремонтные мастерские, электрические подстанции, депо, гаражи для транспорта и др.

От нижней части ствола с теми же функциями прокладывают горизонтальные капитальные горные выработки. Они могут проведены по простиранию пласта ископаемого и в пустой породе. В первом случае такая выработка называется штреком, а во втором — квершлагом. Последняя выработка прокладывается от ствола до полезного пласта и создается для его вскрытия. Квершлаг от ствола строят в тех случаях, когда ископаемое залегает в неблагоприятных условиях под природными или искусственными преградами и экономически нецелесообразно прокладывать ствол непосредственно над месторождением.

Все названные горные выработки являются капитальными строениями, создаются в подготовительный период и эксплуатируются столько же, как и шахта. Капитальные выработки укрепляются железобетонными, чугунными тюбингами и в них размещают различию оборудование. После прокладки капитальных выработок приступают к промышленной разработке месторождения, что достигается проведением очистных работ. Сущность их сводится к отделению ископаемого от пласта и транспортировке породы на поверхность. Процесс отделения руды от пласта породы называется отбойкой, а место где проводится он — забоем или лавой. Отбойку проводят ручным, взрывным и машинным спо­собами. Выбор вида отбойки зависит от научно-технического прогресса, физических и химических свойств ископаемых. Еще в начале двадцатого столетия основным приспособлением шахте­ров были обушок, сани-волокуши, которые тянули рабочие. Откатку руды проводили в вагонетках, которые возила лошадь. В современных шахтах твердые породы взрывают, менее прочные (соль, уголь) отделяют машинным методом. При этом широко используются специальные комбайны, которые проводят отбойку породы, погрузку ее на транспортное средство. Ручная отбойка с применением пневматических молотков используется ограничено, из-за большой трудоемкости, низкой производительности труда. По мере изъятия породы забой и техника передвигаются по простиранию пласта. Это обусловливает непостоянство рабочего места, а постепенное его движение усложняет автоматизацию работ.

Отделение руды от пласта требует крепления вышележащих пород от обрушения. Для этого в выработках используют древесину или металлическую крепь, а работы называются креплением кровли.

Простейший метод удаления руды из лавы — спуск ее под воздействием собственного веса. Такой способ применяют, когда забой расположен выше транспортной горной выработки. Преимущественно руду из лавы удаляют специальными вагонами, скребковыми механизмами, транспортерами и другими транспортными средствами. По откаточным горным выработкам руду перемещают до стволов ленточными конвейерами, локомотивами с вагонетками грузоподъемностью до I т в зависимости от мощности шахты. В качестве локомотивов используют аккумуляторные и контактные электровозы с шириной рельсового пути 600-900 мм. Для сравнения отметим, что этот показатель на железнодорожном транспорте составляет 1420 мм. Современные конвейеры перемещают за час до 3000 т породы.

Подъем руды на поверхность осуществляется клетьевым и скиповым способами. В первом случае руду поднимают по стволу совместно с вагонеткой, и после разгрузки на поверхности она вновь спускается в шахту. Более эффективный подъем — скиповый — в специальных емкостях грузоподъемностью 10-50 т, которые расположены в стволе. При этом внизу ствола порода с транспортного средства перегружается в скип, который поднимается на поверхность. Такой подъем оборудован, как правило, дву­мя скипами. Когда один находится под разгрузкой, то второй в этот период загружают, а затем наоборот.

При шахтной разработке недр меньше нарушается поверхность земли по сравнению с открытым способом. Однако извлечение руды из-под покрывающих пород образует в недрах пустоты. Под воздействием пластичности пород происходит механическое нарушение недр, проседание поверхности, увеличивается заболоченность территорий, образуются искусственные озера, трещины на поверхности земли, разрушение зданий. С расширением масштабов разработок эти экологические явления значительно возрастаю, что требует больших капитальных вложений на крепление

кровли. Уменьшить отрицательное экологическое влияние позволяет совершенствование методов разработки природных ресурсов, закладка выработанных пустот отходами производства.

Подземное выщелачивание применяется для разработки урановых руд, солей, руд цветных металлов. В Беларуси таким способом разрабатывают Мозырское месторождение каменной соли. Подземное выщелачивание основано на свойствах руд растворяться в воде, кислотах. При этом способе месторождение вскрывают скважинами, обустроенными концентрическим распо­ложением труб по схеме труба в трубе (рис.4). Через одну из труб в недра подают растворитель. Он легче рассола и располагается вверху камеры выщелачивания. Растворитель постепенно насыщается компонентами руды, становится тяжелее, спускается вниз камеры и выдавливается через одну из труб на поверхность. Для прекращения выщелачивания руды в камеру подаются инертные вещества (сжатый воздух, нефтепродукты и др.), которые защищают верх камеры от растворения.

РИС. 4. СХЕМА РАССОЛОДОБЫВАЮЩЕЙ СКВАЖИНЫ.

Таким образом, процесс значительно проще по сравнению с шахтным. Добыча сырья сводится к подаче растворителя в недра и транспортировка рассолов по трубопроводам до мест переработки. При этом исключается присутствие людей под землей, что улучшает условия труда, безопасность и повышает производительность. Снижаются сроки подготовки месторождения для эксплуатации, капитальные вложения на добычу единицы сырья. По расчетам специалистов, только за счет затрат на проходку шахтных стволов возможно пробурить и обустроить скважины для добычи ископаемых. Поэтому таким способом по­лучают наиболее дешевое сырье.

Подземное выщелачивание позволяет более рационально использовать ресурсы недр, расширить сырьевую базу промышленности. Добыча руды шахтным способом ограничена глубиной и условиями залегания пород. Разработка глубокозалегающих пластов, находящихся в сложных горно-геологических условиях, шахтным способом не всегда целесообразна. Добыча солей из-за их пластичности возможна на глубину до 1000 м. Хозяйственное использование руд, не отвечающих требованиям кондиции, возможно только подземным выщелачиванием. Этим способом расширяется сырьевая база за счет более полного изъятия ископаемых из недр уже отработанных участков шахтных полей, где потери ресурсов могут достигать 3/4 общих запасов.

Подземное выщелачивание — более экономичный и экологичный процесс. Применение специальных растворителей позволяет извлекать только полезный компонент, а все остальные вещества, которые могут составлять более 9/10 массы породы, оставлять в недрах. В результате на поверхности образуется меньше отходов.

Источник