Классификация способов вскрытия рудных месторождений

Простые способы. Вскрытие вертикальным шахтным стволом (по месторождению, по лежачему боку, по висячему боку и по флангам); вскрытие наклонным шахтным стволом (по месторождению, по лежачему боку и по флангам); вскрытие штольней (по месторождению, по лежачему боку, по висячему боку).

^Комбинированные способы. Вертикальный шахтный ствол с поверхности с переходом в вертикальный слепой ствол;

вертикальный шахтный ствол с поверхности с переходом в наклонный шахтный ствол; наклонный шахтный ствол с поверхности с переходом в наклонные слепые стволы; штольня с переходом в вертикальные слепые стволы; штольня с переходом в наклонные слепые стволы.

2.Взаимное расположение главных и вспомогательных стволов

Вспомогательные стволы служат в основном для вентиляции и как дополнительный выход на поверхность, что требуется условиями безопасности. Кроме того, их используют иногда для спуска и подъема людей, материалов, оборудования, для подъема пустых пород (или руды), для ускорения подготовки шахтного поля и этажей.

Взаимное расположение главных и вспомогательных стволов определяется принятой схемой проветривания.

При центральной схеме проветривания как главный, так и вспомогательный стволы располагаются в центре шахтного поля или вблизи центра на расстоянии не менее 30 м один от другого (рис. 8, а).

При диагональной схеме проветривания главный ствол располагается в центре шахтного поля, а вспомогательные стволы — на флангах (рис. 8, б). Особое место занимает вариант диагональной схемы проветривания, когда главный и вспомогательный стволы располагаются на разных флангах.

Центральное расположение главных и вспомогательных выработок имеет ряд существенных достоинств: минимальное число вспомогательных стволов, что особенно важно при большой глубине разработки; компактность расположения всего комплекса поверхностных сооружений; возможность оставления у обоих стволов, если они заложены в висячем боку, общего охранного целика; легкость соединения главного и вспомогательного стволов, позволяющая ускорить начало очистных работ.

Вместе с этим центральное расположение имеет и много недостатков. Главные из них: удлиняется путь вентиляционной струи, в результате чего депрессия вентилятора возрастает на 30— 40% по сравнению с диагональным расположением: при наступающей выемке возможны утечки воздуха через выработанное пространство на вентиляционный штрек («короткие токи»); сложнее условия выхода людей на поверхность в случае аварии. Центральное расположение стволов при вскрытии рудных месторождений применяется значительно реже, чем диагональное.

Вместо вспомогательного ствола на одном из флангов в неглубоких рудниках малой производительности иногда проходят вентиляционный шурф, оборудованный лестничным ходом.

При разработке тонких жил на небольшой глубине вентиляционные шурфы располагают в нескольких местах по простиранию жилы и соединяют их с верхним этажным штреком. Нижние этажи проветривают через восстающие.

При значительной производственной мощности шахты или наличии в шахтном поле нескольких рудных тел иногда проходят несколько вспомогательных стволов различного назначения: для спуска и подъема людей, спуска закладки и выдачи пустой породы из подготовительных выработок, спуска материалов.

Большая длина шахтного поля на очень крупных шахтах вызывает необходимость разделения каждого из крыльев шахтного поля. Для проветривания на две секции. При таком секционном проветривании вспомогательные стволы закладывают на флангах поля и в промежутках между флангами и главными стволами.

Горные выработки и пустоты, образовавшиеся после выемки полезного ископаемого, заполняются со временем или сразу обрушающимися породами, в результате чего массив пород над месторождением деформируется и оседает. Этот процесс называется с д в и -ж е н и е м пород. Сдвижение обычно вызывает плавное оседание земной поверхности, без разрыва ее сплошности, или резкое, со значительными смещениями и провалами.

4.Вскрытие штольней

Вскрытие штольней имеет ряд серьезных достоинств перед другими способами вскрытия, поэтому, когда позволяет рельеф местности и условия залегания месторождения, этому способу вскрытия отдают предпочтение.

Относительно рудного тела штольню располагают по простиранию, вскрест простирания или по диагонали к линии простирания.

Рис. 12. Вскрытие штольнями по простиранию:

1 — капитальная штольня; в породах лежачего бока; 2,3 — этажные рудные штольни; 4 — рудоспуск; 5 — отвал пустых пород; б — квершлаги

При вскрытии тонких месторождений по простиранию штольню проводят по руде; в мощных месторождениях штольню обычно располагают параллельно рудному телу по пустым породам и проводят от нее до месторождения квершлаги (или орты-заезды).

Расположение штольни в висячем или лежачем боку месторождения при вскрытии вкрест простирания определяется положением рудного тела относительно склона горы.

Как правило, месторождение выше уровня штольни отрабатывают несколькими этажами, поэтому возможны два варианта вскрытия.

В первом случае каждый этаж вскрывают самостоятельными штольнями (рис. 12), которые служат для проветривания, доставки материалов, выдачи пустой породы, передвижения рабочих. Руду с верхних этажей перепускают до нижней (капитальной) штольни по рудоспускам.

Во втором случае проходят только одну нижнюю штольню. Этот вариант применяется, когда по условиям залегания рудного тела на каждом этаже пришлось бы проводить очень длинные штольни по пустым породам. Вышележащие этажи над штольней вскрывают капитальным восстающим или слепым стволом с вентиляционным и ходовым отделениями, а также клетевым подъемом для доставки людей, материалов и оборудования. Для перепуска руды обычно устраивают несколько рудоспусков.

горизонтом «рукава» оборудованы колосниковыми грохотами с просветами между колосниками 900 мм.

Нижняя часть рудоспусков на высоту 40 м расширена для образования приемных бункеров, имеющих внизу люк с пневматическими затворами. Из дробильных установок крупного дробления руда поступает в бункера воздушно-канатной дороги и последней доставляется на обогатительную фабрику.

В широких масштабах вскрытие штольнями применяется на рудниках комбината «Апатит», разрабатывающих Хибинское месторождение апатито-нефелиновых руд. Здесь штольни применяются для вскрытия не только подземных рудников, но и карьеров (рис. 14).

Общая капитальная штольня Расвумчоррского и Центральног® рудников комбината «Апатит» имеет сечение 36 м² и длину 5 км. Рудоспуски с откаточных горизонтов рудников к штольне пройдены диаметром 5—6 м и глубиной 130—600 м.

Штольнями вскрыты Садонское полиметаллическое месторождение (длина штольни около 5 км), меднорудное месторождение Эль Сальвадор в Чили (длина штольни 5,85 км), молибденовое месторождение Клаймакс (США) и др.

Устья штолен необходимо располагать в местах, не подверженных затоплению весенними и ливневыми водами. Размеры площадки перед устьем штольни должны обеспечивать размещение необходимых поверхностных сооружений; к площадке должны быть удобные подъездные пути. Последнее условие в гористой местности не всегда удается выполнить и часто руду транспортируют от штольни по канатным дорогам или конвейерами.

5. Вскрытие вертикальными стволами

При вскрытии крутопадающего месторождения вертикальным шахтным стволом главный ствол, как и вспомогательные фланговые стволы, располагается за зоной сдвижения горных пород (рис. 15). На каждом горизонте от главного ствола до месторождения проходят квершлаги, а вдоль рудного тела до вспомогательных стволов — штреки.

Этот способ вскрытия является самым распространенным в горнорудной промышленности. Большинство железнорудных месторождений Криворожья, Урала, месторождений руд цветных и редких металлов вскрыто вертикальными стволами, пройденными в лежачем боку.

Вскрытие вертикальным стволом, пройденным в висячем боку, применяется значительно реже, так как при этом суммарная длина квершлагов по сравнению со вскрытием со стороны лежачего бока больше. Кроме того, наиболее длинными оказываются верхние квершлаги; это увеличивает первоначальные капитальные затраты

Рис. 15. Вскрытие вертикальным стволом:

1— откаточный штрек вышележащего этажа; 2 — откаточный штрек нижнего этажа; 3 — откаточный квершлаг вышележащего этажа;4 — положение вертикального ствола в висячем боку месторождения; S — главный ствол; б—вспомогательный ствол и продолжительность вскрытия.

Его применяют поэтому только в особых случаях, когда породы лежачего бока сильно водоносны или неустойчивы, когда заложение ствола в лежачем боку невозможно или невыгодно по условиям рельефа или застроенности поверхности.

На рис. 15 вертикальный подъемный ствол 4 и этажные квершлаги в породах лежачего бока показаны пунктирными линиями. Вспомогательные стволы при этом способе вскрытия занимают то же положение.

Иногда месторождение вскрывают вертикальным фланговым стволом (на рис. 15 он занимает место одного из вспомогательных стволов). Сокращение длины квершлагов и возможность ограничиться одним вспомогательным стволом —достоинства флангового вскрытия.

Недостатки флангового вскрытия весьма существенны: удлиняется расстояние и увеличивается стоимость подземной откатки, усложняются подготовка и проветривание. Поэтому фланговое вскрытие может оказаться целесообразным в редких случаях: при невозможности заложить ствол в лежачем боку по условиям рельефа поверхности или вследствие ее застроенности, ввиду неблагоприятной гидрогеологической обстановки, при совпадении направлений подземного и поверхностного транспорта и, наконец, что особенно важно, — при небольшой длине месторождения, когда недостатки флангового вскрытия сказываются меньше, а достоинства более существенны.

Наклонное или пологопадающее месторождение значительных горизонтальных размеров можно вскрывать вертикальным стволом, пересекающим месторождение (рис. 16). Расположение ствола 2 в этом случае за зоной сдвижения пород потребовало бы проходки очень длинных квершлагов.

Для горизонтальных и пологих месторождений с большими размерами по простиранию вскрытие стволом, пересекающим месторождение, является почти единственно возможным и поэтому распространенным способом.

При умеренной глубине залегания месторождения охранный целик сравнительно небольшой, поэтому основной недостаток этой схемы вскрытия при малых углах падения не так ощутим, как при крутом падении.

6. Вскрытие наклонными стволами

При вскрытии месторождения наклонным стволом, пройденным в породах лежачего бока параллельно месторождению (рис. 17), от ствола шахты до рудного тела проходят квершлаги, длина которых, особенно на нижних горизонтах, значительно меньше, чем при вскрытии вертикальным стволом. Разница в длине квершлагов тем ощутимее, чем меньше угол падения месторождения. Вспомогательные стволы на флангах месторождения в этом случае могут быть наклонными или вертикальными. Вскрытие наклонными стволами в лежачем боку получило широкое распространение на Североуральских бокситовых рудниках.

При вскрытии наклонным стволом, пройденным по месторождению, квершлаги отсутствуют и стоимость проходки ствола частично окупается попутно добываемой рудой. Однако кроме недостатков, присущих любому наклонному стволу, в этом случае возникает необходимость оставления охранного целика с обеих сторон от ствола. Ширина этого целика возрастает с глубиной.

Вскрытие наклонным стволом по месторождению может оказаться целесообразным только для тонких, слаборазведанных пологопадающих и наклонных жил с небольшой глубиной распространения.

Рис. 17. Вскрытие наклонным стволом в лежачем боку месторождения:

1 — главный подъемный ствол; 2 — вспомогательный наклонный ствол на фланге месторождения; 3 — границы зоны сдвижения

В очень редких случаях (рудник «Эрингтон», Канада) наклонные стволы располагают в висячем боку месторождения. Серьезные недостатки, присущие наклонным стволам, ограничивают область их применения.

Когда подъем руды осуществляется с помощью подъемной машины в скипах или вагонетках, наклонные стволы целесообразно применять для вскрытия рудных тел с углом падения 10—30°. В этом случае все недостатки наклонных стволов компенсируются резким уменьшением длины квершлагов по сравнению со вскрытием вертикальным стволом.

Значительно расширяется область применения вскрытия наклонными стволами, если их оборудовать конвейерным подъемом руды. Конвейерный транспорт производителен и дешев, поэтому вскрытие месторождений наклонными стволами с ленточными конвейерами считается в последние годы наиболее перспективным при очень больших масштабах добычи.

Двумя наклонными шахтными стволами «Артем-1», и «Артем-П» с проектной длиной около 3 км каждый, осуществляется вскрытие нижних горизонтов (до глубины более 1 км) рудника им. Кирова в Криворожском бассейне.

7. Комбинированные способы вскрытия

Сущность комбинированных способов вскрытия состоит в том, что верхнюю часть месторождения вскрывают одной главной выработкой, а нижнюю — другой с выдачей руды на поверхность последовательно по обеим главным выработкам.

Рис. 19. Вскрытие вертикальными ступенчатыми стволами

Рис. 20. Схема вскрытия месторождения на руднике «Мак-Интайр» : 1 — вертикальный ствол; 3,3 — слепые вертикальные стволы; 4—концентрационные горизонты

Такое вскрытие целесообразно, в частности, в тех случаях, когда протяженность месторождения по падению велика и подъем по одному очень длинному стволу не обеспечивает заданной производительности. Комбинированное вскрытие характерно также для месторождений, залегающих в гористых местностях, которые распространяются ниже уровня штольни. В этом случае ниже штольни для вскрытия пользуются слепым стволом.

Горизонты месторождений 1200 м и более глубокие нередко вскрывают вертикальным стволом 1 с поверхности и слепыми вертикальными (рис. 19) или наклонными стволами.

Глубина ствола, пройденного с поверхности, определяется максимально допустимой высотой подъема по одному стволу. Вторую ступень вскрытия слепыми стволами принимают обычно в пределах 600—1200 м. Ступенчатое вскрытие позволяет, кроме увеличения производительности подъема, уменьшить длину квершлагов на нижних горизонтах.

Ступенчатое вскрытие применено на одном из глубочайших рудников мира — золоторудном месторождении рудника «Чемпион-риф» (Индия). Месторождение вскрыто вертикальным стволом с поверхности глубиной 1976 м и двумя вертикальными слепыми стволами до глубины 3300 м. Подъем груза по главному стволу осуществляется в двухэтажных клетях, вмещающих 50 рабочих или четыре вагонетки емкостью по 1,25 т. Скорость подъема клети 15 м1сек. В висячем боку месторождения пройдено несколько вспомогательных стволов.

Месторождение рудника «Мак-Интайр» (Канада) вскрыто вертикальным стволом с поверхности до горизонта 1175 м и двумя слепыми стволами до глубины 2200 м (рис. 20). Месторождение представлено золотосодержащими жилами с углом падения 70—80^е.

Все три ствола оборудованы скиповым и клетевым подъемами. Каждый из подъемных концентрационных горизонтов обслуживает группы из 8—12 этажей.

При многоступенчатом вскрытии велики затраты времени на спуск и подъем людей, материалов и оборудования, усложнен подъем руды. Поэтому его стараются избегать. Так, золоторудное месторождение рудника «Морро-Вельхо» (Бразилия) было прежде вскрыто двумя вертикальными стволами на глубину 690 м (1-я ступень), а до горизонта 2298 м серией слепых вертикальных стволов (пять ступеней) и затем слепым наклонным стволом. Такая схема вскрытия была вызвана недостаточной разведанностыо месторождения и его выполаживанием с глубиной. Многоступенчатый подъем оказался малопроизводительным и неэкономичным, поэтому ряд ступеней заменили новым вертикальным стволом глубиной 1350 м.

Для глубоких горизонтов наклонных и пологопадающих залежей применяется вариант вскрытия вертикальным стволом в висячем боку, переходящим в наклонный ствол в лежачем боку (рис. 21).

8. Околоствольные выработки

Совокупность подземных выработок, расположенных около шахтного ствола, именуется околоствольным двором.

Околоствольньй двор состоит из выработок грузовой ветви, в которых производится разгрузка вагонеток в подземный бункер или загрузка их в клеть; выработок порожняковой ветки, служащих для сбора порожних вагонеток; выработок соединяющих грузовую и порожняковую ветви; ряда камер: насосной, электроподстанции, подземной дробилки, электровозного депо, водосборников, диспетчерской и др.

В зависимости от способа подъема руды в стволе различают скиповые, клетевые и скипо-клетевые околоствольные дворы колоствольные дворы различают тупиковые и круговые, односторонние и двусторонние.

Для шахт с небольшой годовой производственной мощностью характерен тупиковый клетевой односторонний околоствольный двор (рис. 25), где грузовая и порожняковая ветви сосредоточены в одной выработке. Этот околоствольный двор, обладая минимальным объемом, не может обеспечить высокой производительности вследствие сложности обмена порожних и груженых вагонеток. Значительно упрощается обмен вагонеток в двустороннем околоствольном дворе (рис. 26), где пустую вагонетку из клети выкатывают в момент постановки в нее груженой вагонетки.

Тупиковый двусторонний двор (рис, 27) предназначен для обслуживания скипо-клетевого ствола. Выдача пустой породы и руда из подготовительных работ, спуск и подъем людей и материалов в этом стволе осуществляются в клетях, а основной подъем руды — в скипах. Поэтому транспортные выработки примыкают как к стволу,

10. Факторы, влияющие на выбор места заложения шахтного ствола

По условиям безопасности вертикальный ствол в лежачем боку закладывается на строго определенном расстоянии от границы сдвижения пород на поверхности в направлении вкрест простирания месторождения.

Положение ствола в направлении простирания определяется с учетом следующих факторов: безопасности и удобства расположения устья ствола и поверхностных сооружений; расходов на подземный и поверхностный транспорт руды и породы, доставку материалов к месту работ, вентиляцию подземных выработок, а также затрат времени на передвижение людей под землей к месту работ;

местных факторов — местоположения обогатительной фабрики или завода, наличия на поверхности различных сооружений, дорог и пр.

В местностях с гористым рельефом ствол шахты (штольню) следует располагать так, чтобы он и обслуживающие его сооружения не пострадали от обвалов породы, оползней, снежных лавин, а также не были затоплены во время быстрого таяния снегов и сильных ливней.

По условию минимальной работы подземного транспорта ствол должен быть расположен в плоскости, перпендикулярной к простиранию и делящей запасы всего месторождения на равные или почти равные части.

С изменением места заложения ствола время, затрачиваемое на передвижение людей по откаточным выработкам до места работы, будет изменяться. Среднее расстояние передвижения всех работающих с изменением места заложения шахтного ствола будет изменяться примерно так же, как и работа подземного транспорта. Поэтому место заложения ствола, оптимальное по условиям транспорта, одновременно отвечает и оптимальным условиям по передвижению рабочих по выработкам основного горизонта. 1о же относится и к расходам по доставке материалов по откаточным выработкам.

Зависимость между положением ствола и расходами по вентиляции непостоянна, но подсчеты показывают, что место заложения ствола, отвечающее наименьшим расходам по вентиляции, примерно совпадает с пунктом, найденным из условия наименьшей работы подземного транспорта.

Существенное, иногда решающее, значение при выборе места заложения устья ствола имеют местные факторы: физико-механические свойства пород, пересекаемых стволом, рельеф поверхности, местоположение обогатительной фабрики и др.

Следует избегать пересечения стволом плывунов, водоносных или нарушенных пород, проходка по которым сопровождается большими трудностями и требует усиленной крепи.

Рельеф поверхности должен обеспечивать удобное расположение поверхностных сооружений и вспомогательных цехов и отвалов. Расположение ствола должно быть удобным для подвода железной дороги. Путь к месту обработки руды должен быть наиболее коротким, легко сооружаемым и дешевым в эксплуатации. Иногда оказывается целесообразно изменить намеченное место заложения ствола только потому, что стоимость сооружения пути для поверхностного транспортирования руды и его последующей эксплуатации оказывается очень высокой.

11. Сущность метода вариантов при выборе способа вскрытия

Выбор варианта вскрытия и места заложения вскрывающих выработок выполняется на основе технико-экономического сравнения возможных вариантов в следующем порядке.

1. Устанавливаются технически возможные и подлежащие сравнению варианты вскрытия месторождения.

Рис. 34. Независимое и совместное вскрытие рудных тел

Для месторождений, состоящих из одного рудного тела, число этих вариантов обычно невелико. При выборе способа вскрытия для нескольких рудных тел число технически приемлемых вариантов возрастает. В этом случае возможны независимое вскрытие (рис. 34, а) каждого рудного тела и совместное вскрытие (рис. 34, б) общей главной выработкой.

2. Для технико-экономического сравнения вариантов выявляются капитальные затраты и эксплуатационные расходы, зависящие от вскрытия по отдельным статьям. При этом затрат и расходы одинаковые или очень близкие по величине для сравниваемых вариантов, а также все второстепенные затраты не подсчитывают и не включают в итоговую сумму. Все учитываемые затраты и расходы определяют для одного и того же периода времени; наиболее удобным является полный срок существования шахты.

3. Иногда для отдельных вариантов предварительно выявляют подварианты, сравнивают их между собой и лучший вводят в общее сравнение вариантов.

4. Подсчитанные для каждого варианта затраты и расходы по отдельным статьям представлены в сводной табл. 1.

5. Принято считать, что возможная неточность экономических подсчетов по вариантам составляет от 5 до 10%. Поэтому, если учитываемые суммарные затраты и расходы по какому-либо варианту превышают таковые по другому варианту не более чем на 5—10%, но вместе с тем этот (первый) вариант имеет существенные преимущества в техническом отношении, то ему отдается предпочтение.

Большое значение имеет сравнение по вариантам капитальных затрат, которые требуется вложить первоначально, при вскрытии,

до начала разработки месторождения и затрат, которые будут вложены в дальнейшем, в процессе эксплуатации месторождения и вскрытия новых горизонтов (например, на углубку ствола, проходку околоствольных выработок и квершлагов и др.).

Простое суммирование первоначальных капитальных затрат и эксплуатационных расходов в сравниваемых вариантах неправильно, так как капитальные затраты вкладываются единовременно, до начала добычи руды, между тем как эксплуатационные расходы равномерно распределяются на много лет от начала до конца существования рудника.

Методика подсчета эффективности капитальных затрат, которая дает возможность учесть указанную выше разницу путем определения срока окупаемости капитальных затрат за счет полученной экономии на эксплуатационных расходах, рассматривается в специальных курсах.

Дата добавления: 2017-06-13; просмотров: 5594;