Способы выемки полезных ископаемых

Способы выемки полезного ископаемого при разработке калийных и пластовых месторождений

Для выемки полезных ископаемых применяются следующие способы выемки:

Механический способ представляет собой отбойку полезных ископаемых с помощью исполнительных органов комбайнов, стругов, врубовых машин, бурошнековых установок.

Буровзрывной способ состоит из: бурения шпуров, заряжения их взрывчатым веществом и взрывания зарядов.

Геотехнологический способ основан на выщелачивании или растворении полезных ископаемых.

Гидравлический способ применяется только для угля и представляет собой разрушение угля струей воды высокого давления, обладающей большой кинетической энергией.

В России и Канаде практически 100 % калийных солей добывается механическим способом как при столбовой или сплошной (лавы), так и при камерной (очистные ходки) системах разработки. На Старобинском месторождении лавами добывается более 80 % объемов руды, а камеры используются только при ведении горных работ в непосредственной близости от тектонических нарушений, в краевых зонах и при выемке широких целиков.

В Германии и США более широко используется камерная система разработки с выемкой калийных солей как механическим, так и буровзрывным способами.

Выбор способа выемки зависит от горно-геологических условий (мощности пласта, угла падения, наличия геологических нарушений, складчатости и так далее), свойств полезного ископаемого и вмещающих пород. Не последнюю роль играют и затраты на выемку полезного ископаемого.

103

При выемке угля также преимущественно применяется механический способ выемки комбайнами. Его применяют как в лавах, так и в коротких

очистных забоях (камерах).

Различают широкозахватную и узкозахватную выемку. При широкозахватной выемке разрушение пласта в лаве осуществляется полосами шириной > 1 м, а при узкозахватной − ≤ 1 м. Узкозахватные комбайны при выемке калийных солей и угля перемещаются вдоль забоя по раме скребкового конвейера с помощью цепной или бесцепной системы подачи (БСП). В настоящее время применяется только узкозахватная выемка с БСП комбайна.

Разновидностью узкозахватной выемки является струговая выемка, при которой струг, двигаясь вдоль забоя, срезает стружку толщиной до 30 см.

В геотехнологическом способе выемки различают естественное и искусственное выщелачивание.

Процесс естественного выщелачивания представляет собой выщелачивание различных элементов из горных пород потоками подземных вод. Искусственное выщелачивание осуществляется в специальных промышленных установках. Способом выщелачивания добывается всего 2-3 % рудных полезных ископаемых.

Метод растворения применяется в промышленных масштабах при разработке месторождений каменной соли, каолина и других подобных им полезных ископаемых. Растворителем для них служит вода, но физико-химическая сущность процесса «растворения» для них неодинакова. Если каменная соль переходит в водный раствор, то каолин же не растворяется водой, а образует в ней взвешенную пульпу. Завершающим процессом добычи этих ископаемых является обратный процесс – выпаривание (соль) или осаждение (каолин).

Понятие об отбойке руды при очистных работах. Требования к процессам отбойки руды

Отбойка руды при очистных работах – это отделение части руды от массива посредством приложения внешней силы.

Применяемые при очистных работах способы отбойки руды освещены в предыдущем разделе.

Так как почти все руды отличаются большой крепостью, то для их отбойки, в основном, используют буровзрывной способ, который можно

разбить на три операции: бурение шпуров (скважин); их заряжение, взрывание зарядов.

Основные требования к процессам отбойки руды:

1 Отрыв от массива и раздробление на куски определенной крупности, удобные для погрузки и транспортирования принятыми средствами механизации. Наилучший результат достигается в тех случаях, когда правильно подобраны параметры буровзрывных работ (число врубовых, отбойных и оконтуривающих шпуров, их глубина, расположение и величина заряда в отдельных шпурах). Поэтому в каждом отдельном случае обязательным является составление паспорта буровзрывных работ (БВР).

2 Отброс отбитой руды в места, удобные для погрузки.

3 Оконтуривание (придание заданной формы) сечения при проходке горных выработок.

В некоторых случаях данные требования могут быть дополнены другими требованиями, отражающими специфику горно-геологических и горнотехнических условий.

Преимущества и недостатки комбайнового способа очистной выемки калийной руды по сравнению с буровзрывным способом

Для очистной выемки калийных солей применяются два способа:

На Старобинском месторождении буровзрывной способ применялся на самой ранней стадии его разработки, а затем с учетом небольшой крепости руды был осуществлен переход на механический способ очистной выемки вначале комбайнами ШБМ-2 со скреперной доставкой руды до панельного штрека, а затем более высокопроизводительными комбайнами типа ПК-8 и Урал-10КС при камерной системе разработки. Начиная с середины восьмидесятых годов выемка всех калийных пластов на Солигорских рудниках ведется лавами, в которых используются механизированные комплексы с валовой и селективной выемкой руды.

Преимущества механического (комбайнового) способа очистной выемки калийной руды по сравнению с буровзрывным способом заключаются в обеспечении более безопасных условий труда, высокой производительности и отсутствии ручного труда, а недостатки – невозможность применения для разрушения крепких пород и более высокая себестоимость добычи из-за больших денежных затрат на оборудование механизированных комплексов.

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:

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