Способ разработки пластовых месторождений

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

ТЕМА 11. СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ ПЛАСТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Под системой разработки пластовых месторождений понимают определенный порядок проведения подготовительных и очистных выработок в пределах шахтного поля, увязанных по времени и в пространстве.

Системы разработки должны соответствовать следующим требованиям:

1. безопасность ведения горных работ;

2. экономичность разработки;

3. минимальные потери полезного ископаемого;

4. охрана окружающей среды.

Экономичность системы разработки определяется достигнутыми при её применении технико-экономическими показателями:

-потерями полезного ископаемого.

Экономичность системы разработки достигается при условии минимальных трудовых затрат, расходы энергии и трудового материала на единицу объема полезного ископаемого.

Выбор системы разработки может производиться методом прямого отбора по принципу соответствия её главнейшим геологическим и горнотехническим условиям месторождения, а выбор варианта отобранной системы – методом экономических расчетов.

На выбор системы разработки в конкретных условиях влияют как горно-геологические, так и технические и организационные факторы. К этим факторам относятся:

1. Мощность пласта влияет на технологию очистной выемки и на проведение подготовительных выработок. Так, пласты тонкие и средней мощности, а также часть крутых мощных пластов разрабатываются на полную мощность, а мощные, пологие и наклонные пласты обычно вынимаются отдельными слоями. Если мощность пласта менее 2.5 м, то при проведении подготовительных выработок приходится подрывать часть пород, вмещающих пластов.

2. Угол падения пласта влияет на способ транспортирования ПИ вдоль очистного забоя. При углах падения до 20-25%, необходимы тех средства для транспортирования при больших углах падения ПИ может перемещаться самотёком. Также угол падения влияет на конструкцию средств механизированной выемки и крепления.

3. Свойства вмещающих пород обрушаться или плавно прогибаться имеют решающее значение при выборе способа управления горным давлением и средств механизации очистной выемки, а их устойчивость предопределяет расположение подготовительных выработок по пласту и пустым породам.

4. Геологические нарушения усложняют разработку месторождения и влияют на выбор средств комплексной механизации очистных работ с учетом переходимости этих нарушений.

5. Взаимное расположение пластов в свите влияет на очерёдность их выемки, особенно при разработке с ближних пластов и на способ их подготовки (совместно или раздельно).

6. При разработке обводнённых месторождений необходимо их предварительно осушать, или применять такие системы разработки, которые исключали бы проникновение воды в призабойное пространство очистной выработки.

7. Кливаж – естественная трещиноватость горных пород по параллельным поверхностям, не совпадающая с плоскостями напластования. С кливажем связанно свойство горных пород и угля более легко отделяется от общей массы по кливажным трещинам.

Сплошная система разработки.

Система разработки, при которой очистные работы в пределах этажа выемочного поля, участка или яруса ведут одновременно с проведением подготовительных выработок, незначительно опережающие в пространстве и времени очистные забои называется сплошной системой.

На практике встречается много вариантов сплошных систем разработки, в зависимости от способов подготовки пластов, проведения и охраны штреков (сплошная система разработки пологих и наклонных пластов лава – этаж, лава – ярус; сплошная система разработки с разделением этажа на подэтажи, ярусы на подъярусы).

Если пласт имеет мощность менее 0.9 – 1м, а вмещающие породы достаточно устойчивы, то откаточный штрек проводят узким забоем как одиночную выработку. Для ограждения штрека от влияния горного давления и предупреждения утечек воздуха через выработанное пространство лавы на пути его движения над штреком вслед за подвиганием очистного забоя выкладывают стенку шириной до 1м. Стенку возводят из стоек, уложенных одна на другую на глине.

Бутовую полосу шириной не менее 6м выкладывают из породы, получаемой от проведения бутового штрека. Если пласт имеет мощность более 0.9 – 1м, то откаточные штреки проводят также узким забоем с параллельной выработкой – просеком.

Штреки с просеком сбивают печами, они же являются выходами из лавы. Просеки служат для проветривания забоя штрека в период его проведения, а также для размещения в них скребковых конвейеров, служащих для выдачи угля из лавы на откаточный штрек.

Вентиляционный штрек, как правило, проводят вслед за лавой, причем забой по углю является общим. Забой штрека по породе отстаёт от забоя по углю на 2 -2.5 м. Породу, получаемую от подрывки кровли пласта, используют для выкладки бутовой полосы.

Длина лавы при благоприятных условиях может быть до 250м. Забой обычно прямолинейный, однако в зависимости от средств комплексной механизации по концам лавы могут оформлять одну или две ниши, или же работать без них.

Недостатки сплошной системы разработки:

1. очистные работы нельзя отделить в пространстве от подготовительных, что является причиной простоев и низких темпов подвигания как очистных, так и подготовительных забоев;

2. подготовительные выработки в течение всего срока их службы находятся в выработанном пространстве, поэтому испытывают усиленное горное давление, что приводит к частому ремонту крепи;

3. отсутствуют предварительная разведка пласта и его условий залегания;

4. велики утечки воздуха через выработанное пространство.

Область применения — тонкие и средние мощности, пологие и наклонные малогазоносные пласты без значительных геологических нарушений.

Система разработки длинными столбами.

Системы разработки длинными столбами отличает независимое ведение подготовительных и очистных работ в пределах выемочного поля. На момент начала очистной выемки подготовительной выработки оконтуривающие выемочным столбом должны быть проведены на всю его длину.

Столбовая система разработки применяется при любых способах подготовки шахтных полей, при этом очистной забой может двигаться по простиранию, по падению и восстанию, а также диагонально.

Достоинства столбовых систем разработки:

1. благоприятные условия поддержания подготовительных выработок, так как они находятся или в массиве угля или в зоне установившегося горного давления;

2. полное разделение подготовительных и очистных работ во времени и пространстве;

3. детальная разведка пласта в период подготовки столба;

4. возможность своевременной профилактической подготовки пласта к выемке (дегазация, проведение противовыбросных мероприятий, разупрочнение труднообрушаемых кровель);

5. возможность погашения подготовительных выработок позади очистного забоя;

Недостатки столбовых систем разработки:

1. большой объём подготовительных работ до начала очистной выемки;

2. наличие тупиковых выработок в период проведения подготовительных работ;

3. трудности с проветриванием очистного забоя на сопряжение его с вентиляционным штреком;

4. большие затраты на поддержание подготовительных выработок.

Система разработки длинными столбами (лава – этаж, лава – ярус). Этажные(ярусные) штреки проводят от капитального(панельного) бремсберга до границы этажа(панели), а затем соединяют разрезной печью. Высота этажа(яруса) при этом принимаются равной 150 – 300м, а длинна столба 1 – 2 км. Подготовка столба осуществляется пластовыми и полевыми выработками(полевая подготовка применяется при неустойчивых боковых породах). Область применения — пологие и наклонные пласты мощностью от 0.6 до 2.5м, с породами кровли от средней устойчивости до устойчивых, газоносность любая.

Системы разработки с разделением этажа (яруса) на подэтажи (подъярусы). Разделение этажа на подэтажи обеспечивает более высокую концентрацию горных работ. Этаж разделяется по падению на 2, очень редко на 3 части, которые отрабатываются соответственно двумя или тремя лавами, общей длинной 350 – 450м. При этажной подготовке этаж разделяется не только по падению на подэтажи, но и по простиранию на выемочные поля с размерами 750 -1000м по простиранию и 350 – 450м по падению. Если направление отработки выемочного поля совпадает с общим направлением отработки этажа, то такой вариант называется системой разработки длинными столбами по простиранию с транспортировкой угля по промежуточному штреку на передний бремсберг, а если в противоположном направлении, то на задний бремсберг.

Столбовая система разработки лава – этаж (лава – ярус) при пластовой подготовке.

Системы разработки длинными столбами по простиранию спаренными лавами

с подсвежением струи (с последовательным их проветриванием)

Комбинированные системы разработки.

Комбинированные системы разработки характеризуют одновременное наличие в порядке ведения очистных и подготовительных работ в пределах выемочного поля элементов различных систем разработки. Из множества вариантов комбинированных систем разработки выделяют «систему разработки парными штреками». Сущность её заключается в том, что нечётные этажи (ярусы) отрабатываются в прямом порядке сплошной системой, а чётные оказывающиеся оконтуренными выработками – сплошной.

Область применения: маломощные и средней мощности (до 1,5 м.) пласты с углами падения до 15%, при любой газоносности, залегающие в устойчивых и средней устойчивости вмещающих породах и не имеющих значительных геологических нарушений.

Достоинства: 1. быстрое развитие фронта очистных работ; 2. эффективное проветривание лав; 3. малые потери полезного ископаемого в связи с практическим отсутствием целиков; 4. высокие скорости подымание обратных лав.

Недостатки: 1. неполное использование фронта очистных работ; 2. интенсивное воздействие горного давления; 3. большая трудоёмкость поддержания подготовительных выработок.

Источник