Способы разработки рудных месторождений подземным способом

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

Способы разработки рудных месторождений

В настоящее время выделяют четыре основных способа разработки рудных месторождений:
• открытый;
• подземный;
• комбинированный;
• специальные способы.

Наиболее распространенным способом добычи металлургического сырья является открытая разработка рудных месторождений, посредством которой из недр извлекается более 2/3 всех полезных ископаемых. Это относительно дешевый способ разработки, позволяющий применять мощное и высокопроизводительное оборудование. Однако при проведении открытых работ на многие десятилетия из хозяйственного оборота изымаются огромные площади сельскохозяйственных и лесных угодий. Для доступа к месторождению с поверхности приходится вынимать, перемещать и складировать в отвалы пустые породы, объем которых в несколько раз превышает объем добываемого полезного ископаемого.

Второй по значению способ разработки месторождений – подземный, на долю которого приходится около 20% добычи железа, до 45 % добычи меди, до 70% цинка, до 75 % олова и свинца, 100 % вольфрама. Затраты на добычу руды при подземной разработке месторождений выше, чем при открытой, но она ведется на месторождениях, которые экономически нецелесообразно или технически невозможно разрабатывать открытым способом. В связи с постепенным истощением легкодоступных неглубоко залегающих запасов металлических руд увеличивается глубина разработок, что определяет растущее значение подземной добычи. Тенденция увеличения глубины разработок прослеживается во всем мире. В Канаде добычу руд, содержащих золото, медь, никель ведут на глубинах 1800 – 2600 м; в США извлечение меди и золота – на глубинах 1700 – 3000 м; в Индии золото извлекают с глубины в 3500 м; в Южно-Африканской Республике действует самый глубокий в мире рудник, работы ведутся на глубине более 4000м. Подземная разработка в ряде случаев позволяет полностью сохранить земную поверхность, что обеспечивает значительное преимущество перед открытыми горными работами.

Из специальных способов разработки месторождений руд черных и цветных металлов наибольшее распространение получила дражная разработка россыпных месторождений – золотоносных или оловоносных песков. Ведется эксплуатация морских месторождений железомарганцевых конкреций и кимберлитовых месторождений, расположенных на морских шельфах, со специальных судов. На ряде месторождений извлечение цветных металлов, золота, урана осуществляют посредством выщелачивания. Способ выщелачивания руд на месте их залегания многие специалисты считают весьма перспективным.
Однако в ближайшем будущем основными способами разработки руд черных и цветных металлов будут открытый и подземный. Запасы железных руд сосредоточены в Кривбассе, Курской магнитной аномалии (КМА), на Урале, юге Кемеровской области; запасы марганцевых руд – на месторождениях Никополь-Марганецкого и Чиатурского бассейнов. На Урале, в Красноярском крае, Забайкалье, Восточной Сибири и на Дальнем Востоке залегают руды цветных металлов.

За последние десятилетия в технологии подземной разработки рудных месторождений произошли коренные изменения: резко возросла степень механизация основных и вспомогательных производственных процессов, получило широкое распространение использование искусственных твердеющих смесей для заполнения выработанного пространства, разработаны новые технологии и материалы поддержания горных выработок. Всё это в совокупности с применением низкозатратных высокопроизводительных систем разработки, таких как системы с самообрушением, позволяет повысить извлечение руды из недр и обеспечить безопасность горных работ, особенно на больших глубинах. Вследствие этого уже сейчас на многих подземных рудниках достигнута много миллионная годовая производительность при высоких показателях извлечения.

2. Основные термины и понятия

В горном деле, как и в других сферах человеческой деятельности, сложилась своя профессиональная терминология, поэтому овладение специальными знаниями невозможно без ее усвоения. В этой главе приводятся первоначальные сведения об основных терминах и понятиях, которые необходимы для понимания последующего изложения.

Полезное ископаемое – содержащееся в земной коре природное минеральное или органическое вещество, которое целесообразно добывать и использовать в народном хозяйстве или для личных потребностей, как в сыром виде, так и после соответствующей переработки. Полезные ископаемые бывают: горючие (энергоносители) и негорючие (руды).

Горные породы – естественные минеральные образования, сформировавшиеся вследствие геологических процессов, более или менее постоянного состава и строения, слагающие земную кору и залегающие в ней в виде самостоятельных тел.

Руда – минеральное образование с содержанием полезных компонентов, обеспечивающим экономическую целесообразность их извлечения при современном уровне развития техники.
Руды принято классифицировать по трем признакам: виду полезных компонентов, их количеству и характеру оруденения.
По виду полезных компонентов выделяют руды металлические (руды черных, цветных, редких, благородных и радиоактивных металлов) и неметаллические (апатитовые и фосфоритовые руды; калийные и каменные соли; гипс, известняк и другие породы для производства строительных материалов; руды, содержащие слюду, пьезокварц, графит, драгоценные камни и некоторые другие виды минерального сырья).
В зависимости от количества входящих полезных компонентов руды делятся на простые (однокомпонентные, или монометаллические) и сложные (полиметаллические). Руды цветных металлов чаще всего бывают полиметаллическими.
По характеру оруденения руды делятся на сплошные и вкрапленные. Сплошные руды имеют четко выраженные, легко отличимые на глаз границы с вмещающими породами. Вкрапленные же руды представляют собой горную породу, пронизанную мелкими, иногда почти невидимыми включениями рудных минералов в виде точек, звездочек, крошечных прожилков. Контуры вкрапленных руд устанавливаются обычно по данным опробования и на глаз практически неразличимы.

Порода (пустая порода) – минеральное образование, не являющееся объектом извлечения полезных компонентов при разработке месторождений (или минеральное соединение, не содержащее полезных компонентов или содержащее их слишком мало для рентабельной переработки).

Руда и порода – понятия относительные, поскольку по мере развития способов обогащения и добычи руд в переработку вовлекаются породы с более низким содержанием. Минеральное соединение, считавшееся ранее породой, в настоящее время может являться рудой.

Вмещающая порода – горная порода, окружающая рудное тело или включенная в него, которая либо совсем не содержит полезных компонентов, либо содержит их, но в количестве, недостаточном для экономического оправдания добычи и переработки.

Рудной массой называется смешанная при добыче руда с пустой породой.
Горной массой называют всю выданную на поверхность руду и породу, как в смешанном виде, так и раздельно, сюда же входит и порода, полученная при проведении горных выработок.
На некоторых горнодобывающих предприятиях установились понятия о сырой и товарной руде. Сырой называют руду (с высоким содержанием полезного компонента), направляемую в плавку без обогащения, а товарной рудой называют совокупность сырой руды и концентрата, полученную после обогащения бедной руды, отгруженной потребителю.

Рудное месторождение – естественное скопление в земной коре полезного ископаемого, разработка которого экономически выгодна.

Рудник – предприятие по добыче руд.

Горная выработка – сооружение (полость) в недрах земли, созданная в результате ведения горных работ.
Капитальными называют выработки, проведенные на стадии строительства рудника за счет выделенных на это строительство средств, сохраняемые в течение всего срока службы рудника или хотя бы одного его горизонта.

Ствол – вертикальная или наклонная горная выработка, имеющая непосредственный выход на поверхность и предназначенная для обслуживания горных работ: подъема полезного ископаемого и пустой породы, спуска и подъема людей, материалов и оборудования, подачи свежего воздуха и выдачи загрязненного, спуска закладочных материалов, откачки воды и др.

Слепой ствол – вертикальная или наклонная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность и предназначенная для обслуживания подземных работ: подъема полезного ископаемого и пустой породы, спуска и подъема людей, материалов и оборудования, подачи свежего воздуха и выдачи загрязненного, спуска закладочных материалов, откачки воды и др.

Штольня – горизонтальная горная выработка, пройденная к месторождению с поверхности и предназначенная для обслуживания подземных горных работ: выдачи полезного ископаемого и пустой породы на поверхность, перемещения людей, материалов и оборудования, подачи свежего воздуха и выдачи загрязненного, подачи закладочных материалов, откачки воды и др. Штольни проходят в гористой местности. Направление штольни по отношению к простиранию рудного тела может быть любым.

Горизонт – совокупность выработок, расположенных в одной горизонтальной плоскости и предназначенных для ведения горных работ.

Этаж – часть шахтного поля, ограниченная по падению откаточным и вентиляционным горизонтами, по простиранию – границами шахтного поля.

Блок – часть этажа, ограниченная восстающими или условными границами. Блок – выемочный участок в пределах этажа, для отработки которого применена в полном комплексе та или иная система разработки.

Панель – часть шахтного поля, образующаяся в результате его деления (подготовки) главными откаточными и вентиляционными штреками.

Квершлаг – горизонтальная подземная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность, проведенная по породам вкрест (перпендикулярно) простиранию месторождения от ствола до рудной залежи. Используется для транспорта, вентиляции, передвижения людей, водоотлива, прокладки кабелей, труб и линий связи.

Штрек – горизонтальная подземная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность, проведенная по простиранию (параллельно) наклонно залегающего рудного тела или в любом направлении при горизонтальном его залегании. Штрек служит для транспортирования грузов, передвижения людей, вентиляции. Штреки, проводимые по руде, называют рудными, а по вмещающим породам – полевыми.

Орт – горизонтальная подземная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность и проведенная вкрест простирания рудного тела по руде. Если орт соединяется с полевым штреком, то часть его может проходиться по породам. Понятие «орт» имеет смысл только в крутых и наклонных залежах, так как в горизонтальных залежах простирания просто не существует, и в этих условиях (как уже отмечалось выше) горизонтальную выработку любого направления называют штреком.

Восстающий – вертикальная или наклонная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность и имеющая выход на один или оба этажных горизонта. Восстающий проходят по восстанию рудной залежи, и он предназначен для обслуживания подземных горных работ: доставки материалов и оборудования, перемещения людей, проветривания, подачи энергии и воды, а также для разведочных целей, в редких случаях для спуска руды. Основное отличие восстающего от слепого ствола в том, что по нему не поднимают руду. Восстающие могут иметь одно, два или более отделений, причем одно лестничное.

Рудоспуск – вертикальная или наклонная горная выработка, или ограниченная крепью часть выработанного пространства для перепуска рудной массы под действием собственного веса.
Выработанным называется пустое пространство, образующееся в недрах после извлечения полезного ископаемого.

Уклон – наклонная подземная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность и предназначенная для подъема руды и вспомогательных нужд.

Шурф – неглубокая вертикальная горная выработка, пройденная с поверхности и предназначенная для доразведки, проветривания (запасное), подъема.

Спиральный съезд (заезд) – наклонная горная выработка (может иметь непосредственный выход на поверхность, также и не иметь), предназначенная для заезда бурового, доставочного и другого горного оборудования на горизонты, доставки крупногабаритных грузов, подъема рудной массы на поверхность при помощи самоходного оборудования, а также для вентиляции.

Источник