Проектирование подземного рудника

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Исходные данные

1.1 Общие сведения о проектируемом руднике

Месторождение «Айхал» расположено в 400 км к северу от г. Мирный Республики Якутия-Саха в районе с суровыми климатическими условиями (среднегодовая температура -11С) и со сложными внутренними и внешними транспортными связями. Трубка «Айхал» расположена в зоне сплошного развития многолетнемерзлых пород мощностью 400-500 м с нулевой изотермой на глубине около 700 м (-200 абс.).

Внешние связи с пос. Айхал осуществляются авиационным и автомобильным транспортом. В п. Полярном (в 12 км западнее г. Удачного) располагается аэропорт II класса, способный принимать самолеты всех типов. Круглогодичная шоссейная дорога связывает с г. Удачный, расположенным в 70 км к северу. А также эта автомобильная дорога связывает с городами Мирный (450 км), Ленск (680 км). Грузоперевозки до г. Ленска производятся водным путем по р. Лене от г. Усть-Кута (порт Осетрово), в летний период времени, через который (станция Лена) осуществляет связь с железнодорожными магистралями страны. В зимний период времени функционирует сезонная автомобильная дорога Ленск - Усть-Кута.

Источником энергоснабжения пос. Айхал и промышленных объектов служит Вилюйская ГЭС. Электроэнергия подается по ЛЭП Чернышевский - Айхал протяженностью 330 км. Теплоснабжение обеспечивается от центральных электрокотельных.

1.2 Геологическая и горнотехническая характеристика месторождения

Трубка «Айхал» представляет собой крутопадающее сплюснуто-трубчатое тело северо-восточного простирания под углом 63. На глубине 126 м трубка разделяется на 2 рудных тела: юго-западное (ЮЗРТ) и северо-восточное (СВРТ), разделенные массивом вмещающих карбонатных пород мощностью от 22 на отм. - 225 до 105 м на отм.-400 м. СВРТ на глубине 620 м разделяется на 2 рудных столба: западный и восточный.

Кимберлиты представлены порфировыми кимберлитами и кимберлитовыми брекчиями, крепость которых по шкале проф. Протодъяконова от 1-2 до 4-5. Рудные тела имеют среднюю степень трещиноватости. Морфология рудных залежей весьма сложна, их контуры разведаны недостаточно. Имеются участки с «обратными» углами падения контактов. Физико-механические свойства кимберлитов практически не исследовались и приняты по аналогии с месторождением «Мир» - средняя прочность 30 Мпа при объемном весе 2.4 т/м³.

Таблица 1.1. Морфологические элементы трубки «Айхал»

Вмещающие породы сложены доломитами, мергелями, известняками и имеют слоистое горизонтальное залегание. Прочность их лежит в пределах 27-36 Мпа, объемный вес в среднем равен 2.6 т/м³.

В районе месторождения выделяются 3 типа подземных вод: над-, меж- и подмерзлотные. Надмерзлотные воды не оказывают практического влияния на обводненность месторождения.

Межмерзлотные воды залегают в приподошвенной части многолетнемерзлых пород на глубине 260-340 м (+240/+160 м абс.), характеризуются низкой водообильностью (до 4.8 м³/сут) и отсутствием нефтегазопроявлений. Подмерзлотные воды встречены в интервале абс. отм. от -10 до -480 м.

В их составе выделяются 2 водоносных коллектора, первый в интервале от -10 до -130 м и второй от -220 до -480 м. Первый коллектор характеризуется наибольшими водопритоками - до 38 м³/сут, а второй наличием нефтегазоносности. Межмерзлотные и подмерзлотные воды представлены рассолами с минерализацией от 74 до 350 г./л. Рассолы агрессивны по отношению к бетону и металлу.

Источником водопритоков в подземные горные выработки будут межмерзлотные воды. При отработке верхних горизонтов водопритоки будут также от снеготаяния и ливневых дождей. По данным рудника «Айхал» за 1999 г. максимальный приток составил 9100 м³/сутки.

Притоки к гор. +100,0, -100 м будут поступать за счет рассолов верхнекембрийского водоносного комплекса. По данным численного математического моделирования, выполненного лабораторией гидрогеологии института Якутнипроалмаз и НОВОТЭК (ПИИ ВИОГЕМ) под руководством Лобанова В.В. и Гензеля Г.Н. притоки подземных вод на эти горизонты составят 150-200 м³/сутки или 6-8.3 м³/ч.

Трубка Айхал располагается в области развития многолетней мерзлоты; нижняя граница мерзлых (льдистых) пород находится на глубине 340-450 м. Мощность криолитозоны на месторождении составляет 720 м с температурным градиентом 0.8-1.2С на каждые 100 м глубины. Подошва криолитозоны проходит на отм.-200 м.

Месторождение представлено рудой средней ценности и ценная, среднее содержание составляет 4 карата на тонну. Стоимость одного карата на мировом рынке оценивается в 45 долларов.

1.3 Современное состояние горных работ

С 1961 месторождение отрабатывается открытым способом. Отработка карьера «Айхал» завершена на глубине 320 м с отметками дна на юго-западном участке +235, на северо-восточном +205 м.

2. Горная часть

2.1 Годовая производительность и сроки существования

Таблица 1.2. Геологические балансовые запасы в контуре подземных горных работ, т

2.2 Вскрытие и подготовка месторождения, календарный план строительства рудника

Выбор варианта вскрытия месторождения сводится к определению типа, числа, места заложения, формы и площади поперечного сечения вскрывающих выработок, их назначения, шага проходки (углубки) стволов, числа одновременно вскрываемых горизонтов и порядка ведения горных работ для вскрытия запасов месторождения в зависимости от горно-геологических условий, уровня развития техники и технологии, основных требований, предъявляемых к вскрытию.

Эта задача, как правило, решается методом сравнения вариантов. Первоначально намечают технически возможные варианты вскрытия месторождения, а из них, в результате логического сравнения, отбирают два-три наилучших (конкурентоспособных). По каждому из отобранных вариантов обосновывают его элементы и параметры, определяют основные показатели.

При помощи структурной классификации способов вскрытия и подготовки произвожу выбор подходящих вариантов.

Первый вариант вскрытия: Тремя вертикальными стволами.

Схема вскрытия с центральным расположением главной вскрывающей выработки, с диагональным расположением двух вентиляционных стволов. Что позволяет обеспечить хорошее проветривание на руднике и не задействовать главную вскрывающую выработку.

Второй вариант вскрытия: Двумя наклонными стволами и вертикальным вентиляционным стволом.

Вскрытие двумя наклонными стволами, один из которых главный рудовыдачной, а другой грузопассажирский, и вертикальным вентиляционным стволом.

В результате проведенных расчетов получилось что вариант вскрытия тремя вертикальными стволами экономически выгоднее на 53%. Помимо этого при диагональном расположении вентиляционных стволов обеспечивается более надежная вентиляция шахты, увеличивается трудоемкость спуска самоходного оборудования, но в перспективе остается возможность запроектировать и пройти наклонный съезд с нижних этажей карьера.

2.3 Система разработки

месторождение горный строительство вскрытие

От принятой системы разработки зависят такие важнейшие показатели работы рудника, как производительность труда горнорабочих, себестоимость добычи руды, величина потерь и разубоживания при добыче, затраты и величина потерь при переработке, количество и себестоимость конечной продукции и, наконец, величина приведенных затрат и размер получаемой прибыли. Поэтому выбор системы разработки и ее конструктивных элементов представляет одну из самых ответственных задач как для проектируемого, так и для действующего рудника.

Выбор системы разработки является особо ответственной задачей, и как мне кажется, главное требование предъявляемое для ее разрешения это правильный и всесторонний учет влияния на выбор многочисленных горно-геологических факторов. Этому требованию отвечает метод исключения, идея которого, сводится к рассмотрению возможности применения на данном месторождение всех существующих систем разработки и исключению тех из них, условия применения которых не соответствуют горно-геологической характеристики месторождения. Вслед за этим необходимо более точное изучение выбранной системы разработки, необходимо выявить все преимущества и недостатки, в противном случае, оперируя полученными знаниями и общим достижением человечества, я должен предложить ряд усовершенствований, технологических и технических решений, Вслед за этим система из базового образа примет вид системы наиболее подходящей к данным условиям.

2.4 Характеристика основных вскрывающих выработок

Проанализировав основные классы систем разработки, методом исключений приходим к выводу что данное месторождение не может разрабатываться ни какими системами по разным факторам. Трубка Айхам может отрабатываться системами с обрушением руды и вмещающих пород, крутопадающее мощное рудное тело с возможностью обрушения дневной поверхности, руда и порода не устойчивые, не склонные к слеживанию. И системами с закладкой выработанного пространства так, как ценные руды.

Система разработки с обрушением руды и вмещающих пород.

Главным преимуществом системы разработки является:

- Высокая безопасность труда рабочих.

- Простота и оптимальное соответствие параметров системы разработки новому буровому и погрузочно-доставочному оборудованию.

- Возможность сочетания массовой добычи руды с селективной ее выемкой по сортам.

- Возможность эффективного управления горным давлением.

- Увеличение в 1,5-2 раза производительность труда забойных рабочих, снижение на 10-25% себестоимости 1 тонны руды.

- Увеличение в 1,4-2 раза допустимой площади сечения выработок и снижение в 1,2-1,5 раза затрат на крепление.

- Увеличение в 1,5-1,7 раза допустимой глубины разработки.

Система разработки с закладкой очистного пространства.

Отличительной особенностью систем разработки с закладкой является заполнение выработанного пространства закладочным материалом по мере подвигания очистной выемки. Применение закладки обеспечивает высокую полноту извлечения полезного ископаемого, безопасность работ в сложных горно-геологических условиях, а при разработке глубоко залегающих месторождений является эффективным средством поддержания горных пород. С другой стороны закладочный материал значительно увеличивает себестоимость руды.

Условия применения:

- руда и порода любой устойчивости, мощность и угол падения не ограничивается.

Условия распространения:

отработка месторождений ценных и ранее оставленных целиков,

ведение работ под водоемами, толщей обводненных пород, под карьерами.

Потери - 0,5 1,5%, разубоживание - 3%.

На рудниках кампании «Алросса» (трубка Мир, Интернационал, удачный) преимущественно применяется системы с закладкой выработанного пространства, но в отличии от них на месторождении Айхал добываются технические алмазы, а не ювелирные. Что говорит в первую очередь о боле низкой ценности руды, не учитывая содержания. Исходя из этого мы предлагаем рассмотреть возможность отработки месторождения системой подэтажного обрушения с торцовым выпуском руды (шведский вариант), что по нашему мнению приведет к снижению себестоимости руды.

Окончательно принимаем систему разработки с обрушением руды и вмещающих пород.

Анализ систем, применяемых на рудниках аналогах.

Пример 1.

Усовершенствованный режим массового торцового выпуска руды основан на возможности изменять (регулировать) положение выпускных отверстий относительно отбитой руды и обрушенных пород в течение смены или нескольких суток. Наличие большого количества отбитой руды (до 20 тыс. т) над потолочиной сплошного днища (см. рис.) при торцовом выпуске и возможность регулирования положения выпускных отверстий относительно положения отбитой руды и обрушенных пород для снижения потерь и разубоживания руды в недрах.

В усовершенствованном режиме массового торцевого выпуска при выемке первых 3-5 слоев выпуска руды производят до предельного разубоживания в дозе от 3 до 25%, то есть значительно ниже принятого (60-75%) в обычном режиме выпуска, и только из 4, 5 и 6-го слоев окончательный выпуск происходит при разубоживании в дозе 40-75%. На этом один цикл заканчивают и повторяют аналогично второй и последующие циклы выпуска руды.

Временно оставленная в очистном пространстве отбитая руда выполняет роль своеобразного «щита». Она способствует увеличению извлечения истой руды, снижению ее разубоживания и потерь по мере выпуска из последующих слоев. Эта временно оставленная руда извлекается в конце каждого цикла выпуска из секции шириной 10-14 м, соответствующей ширине эллипсоида выпуска руды с хорошими сыпучими свойствами.

Таким образом, при вариантах систем с массовым торцевым выпуском руды возможно увеличить (см. табл. и рис.) извлечения чистой руды в 2-3 раза, снизить в 1,5-2 раза разубоживание руды за счёт применения усовершенствованного режима выпуска.

Для варианта системы с фронтальным торцевым выпуском имеется возможность сократить в 2-3 раза потери руды (против обычных 12-20%) путём более полной её выемки с подошвы подэтажей через расширенные до 6-8 м торцы выработок.

Пример №2.

Способ разработки месторождений полезных ископаемых, патентованный Северокавказским горно-металлургическим институтом. Согласно способу отработки рудных тел, включающему проведение подготовленных и нарезных выработок, оформление днища блока, бурение скважин, отбойку руды слоями на подконсольное пространство, ограниченное массивом руды и откосом обрушенных пород под углом обрушения замагазинированной руды, магазинирование и выпуск руды из призабойного пространства под защитой рудной консоли, обрушение рудной консоли налегающих пород, выпуск руды обрушенной консоли, заиливание откоса обрушенных пород и торкретирование его поверхностей твердеющим материалом, рудный массив отбивают под углом магазинирования руды, а при обрушении рудной консоли формируют выступ верхней части рудного массива шириной, равной величине подвижки руды при отбойки одного его слоя в зажиме, заиливание производят после полного заполнения призабойного пространства обрушенными породами, после чего осуществляют отбойку первого слоя руды и её выпуск, при этом в процессе выпуска руды торкретирование поверхности заилинной породы производят по мере обнажения породного откоса. Отбойка рудного тела производится в следующем порядке. Отбойкой на отрезную щель вееров скважин, буримых под углом обрушения замагазинированной руды из подэтажных выработок, образую подконсольное пространство. Рудную консоль (потолочную) оставляют минимальной толщины исходя из условий ее устойчивости. Руду частично выпускают из выработки днища, остальную магазинируют. Когда площадь обнажения пород висячего бока достигнет критической, руду полностью выпускают под защитой рудной консоли. После этого рудную консоль обрушают взрыванием скважин, которые бурят из выработок верхнего горизонта при этом формируют выступ верхней части рудного массива шириной, равной величине подвижки руды при отбойки одного слоя в зажиме. Отбитую в консоли руду выпускают под обрушенной налегающей породой, которая полностью заполняет призабойное пространство. После этого обрушенную породу в призабойном пространстве 1 заиливают песчано-глинистым материалом путём подачи его из выработки второго верхнего горизонта. Состав и консистенцию заилочного материала подбирают с таким расчётом, чтобы обеспечить самотечение его распространения и заполнения пустот между кусками пород в призабойном пространстве, которое получает форму конуса 1. За пределами этой зоны породу заиливают. Этим достигается большее сцепление породы в призабойной зоне при минимальном расходе заилочного материала. После заиливания производят отбойку в зажиме одного слоя руды. При этом обрушенная заилинная порода дополнительно уплотняется взрывом и откос в призабойной зоне приобретает высокую конструктивную прочность. Руду, отбитую в слои полностью выпускают. Одновременно с выпуском руды, по мере обнажения породы откоса, на нее наносят слой быстротвердеющего материала 5, например, торкрет-бетона, толщиной в 6-10 см. Торкретирование производят дистанционно из подэтажных штреков 6. На уплотненный и укрепленный таким способом откос производят отбойку панели, длина которой ограничивается устойчивостью пород висячего бока. Руду выпускают только из призабойной зоны с целью образования компенсационного пространства для отбойки очередного слоя. После отбойки панели руду полностью выпускают из подконсольного пространства и обрушают консоль, оставляя выступ в верхней части массива. Последующие операции повторяют в описанном выше порядке.

Способ позволяет полностью включить затраты, связанные с выпуском обрушенной заиленной породы, уменьшить затраты на заилевание и торкретирование, снизить потери разубоживание при отработке рудной консоли и исключить вероятность потерь руды на породном откосе в случае разрушения слоя твердеющего материала взрывом и из-за разницы углов наклона откоса и угла истечения замагазинированной руды, повысить надежность формирования породного откоса при нарушении режима заиливания.

Использование изобретения позволит повысит эффективность применения систем разработки с обрушением налегающих пород.

Пример №3.

Способ разработки месторождений полезных ископаемых, включающему проходку транспортных, погрузочно-буровых и вентиляционных выработок, бурение взрывных скважин, расширение погрузочно-буровых выработок на участке, равном толщине отбиваемого слоя руды, одновременно с отбойкой очередного с отбойкой очередного слоя руды в блоке, отбойку руды, торцовый выпуск руды и её погрузку машинами, бурение скважин для отбойки руды и расширения погрузочно-буровых выработок осуществляют по всей длине блока до проведения расширения этой выработки, отбойку очередного слоя руды производят одновременно с опережающим расширением погрузочно-буровых выработок, а между расширенными погрузочно-буровыми выработками формируют ленточные целики, которые отрабатывают совместно с нижележащим рудным массивом.

Способ осуществляется следующим образом.

Производят проходку погрузочно-буровых выработок 1 на всю длину подэтажа сечением, обеспечивающим безопасные условия труда при бурении скважин, погрузке и доставке руды к месту разгрузки. Затем по всей длине погрузочно-буровых выработок в кровле и стенках бурят скважины 4 для отбойки вышележащего слоя руды и расширения выработок 1. При небольшом сечении выработок 1 (до их расширения) обеспечивается безопасность и поточность буровых работ. После обуривания у границы рудного тела с торца, взрыванием скважин, пробуренных в стенках, расширяют до возможной безопасной ширины ранее пройденные погрузочно-буровые выработки на участке длиной, достаточной для размещения в расширенной части 3 навала 6 выпускаемой руды и погрузочного органа 7 ковшовой машины. Затем, взрыванием вееров скважин, пробуренных в кровле, отбивают слой 5 вышележащего массива уды, оставляя между соседними расширенными погрузочно-буровыми выработками ленточный целик 2, отрабатываемый в дальнейшем совместно с отработкой нижележащего рудного массива.

Руда отбиваемого слоя 5 выпускается в расширенную часть 3 выработки 1, где зачерпывается погрузочным органом 7 ковшовой машины. При этом машинист находится в нерасширенной части выработки 1, что обеспечивает безопасность его работы. В дальнейшем расширение выработок 1 производит одновременно с отбойкой вышележащего массива 5 руды на шаг, равный толщине отбиваемого слоя, при этом расширение постоянно опережает отбойку на величину, достаточную для размещения в расширенной части навала 6 руды и погрузочного органа 7 ковшовой машины.

Параметры выработок 1 и 3, целика 2, толщины и высоты отбиваемого слоя 5 принимают в зависимости от типа применяемого оборудования и горно-технических условий.

Для проходки выработок 1, создания уширенной их части 3, обуривания стенок и кровли выработок скважинами 4 применяют однотипные буровые и погрузочно-доставочные машины, например СБУ -2К, БСМ -1М или «Симба-312», а также ПД-5, ПД-8 или СТ-5А.

Использование изобретения позволит расширить область применения систем подэтажного или этажного обрушения с торцовым выпуском руды.

Рудник Левак (Канада)

Месторождение - сульфидные медно-никелевые руды. Крепость руды f = 1214, породы f = 1418. Мощность рудного тела m = 2560 м Ar = 1,25 млн. тонн. Примерно 16% добычи руды осуществляется слоевой выемкой с закладкой с применением самоходного оборудования.

Подготовительные работы заключаются в проведении спирального съезда с основного откаточного горизонта. Из него через 10 50 м - заезды. Под этажные штреки располагают на расстоянии 20 м от рудного тела, которые вкрест простирания делится на камеры шириной 8 12 м. И ленточные целики шириной 6 м. Отработку камер ведут горизонтальными слоями высотойт-3 м. Шпуры бурят бурильными установками. Тип ВВ - гранулированный ВВ типа «Алякс». Погрузка и доставка руды к рудоспускам осуществляется ПДМ типа «ST - 4А» фирмы «Вагнер».

Производительность -300 т/смену при расстоянии доставки 150200 м.

Конструктивно-технологический анализ проектируемой системы разработки.

Основные параметры системы разработки.

Высота этажа является одним из важнейших параметров подземных рудников влияющих на полноту отработки балансовых запасов и эффективность добычных работ в заданных условиях разработки. Экономически целесообразной будет такая высота этажа, которая отвечает наименьшей сумме учитываемых расходов и затрат (руб.) на 1 т. руды. Высоту блока примем равной 25 м, ширину 12,5 м.

Исходя из принятой ширины и высоты блока посчитаем ширину выпускного орта:

м

где: - высота выпускаемого слоя, - высота выработки, - ширина выпускаемого слоя, - показатель сыпучести среды:

- эмпирические коэффициенты равные 105,05 и 9,22 соответственно. Определим толщину выпускаемого слоя:

м

При этом необходимо помнить, что глубина живого сечения зависит от возможностей погрузочного органа и рассчитывается она по формуле:

м

Сечение нарезных выработок

Буро-доставочные орты пройденные по руде сначала проходятся 3,5x3.5 м ширины, для облегчения поддержания выработок. Призабойное пространство, за 3 м метра до взрываемого массива, расширяется до 5,5 м, при неизменной высоте 3,5 м.

Сечение выработок пройденных по пустым породам минимально допустимое для данного самоходного оборудования.

Сечение полевого штрека аналогичное, за исключением пройденных каждые 25 м разъездов, для спокойного разъезда с встречным движением. В начале всех выработок, в которых не предусмотрено нахождение людей, должны быть развешаны аншлаги запрещающие вход людей в эти выработки.

Отбойка, выпуск и доставка.

На очистных работах для бурения скважин предусмотрена самоходная буровая установка «Simba Н1352». Заряжание скважин гранулированным ВВ производится зарядной машиной «Сharmeс». В качестве забойки применяются глинопесчаные пыжи. Способ взрывания - электрический.

Отбойка руды, при системе разработки подэтажного обрушения (шведский вариант), производится веерами скважин, одним или двумя рядами скважин.

Учитывая, что на метр длины скважины приходится (где коэф. сближения зарядов) площади массива, определим удельный расход бурения:

м/м³

Составим зависимость удельного расхода ВВ и выхода негабаритов в зависимости от диаметра скважины:

Исходя из данной таблицы принимаем диаметр скважины равным 0,04 м, тогда удельный расход ВВ равен 0,58 кг/м³, выход негабаритов 4,3%, средний диаметр куска

м.

Обуривание массива производится самоходным буровым оборудованием.

Выпуск и доставка.

Выпуск руды происходит самотеком под обрушенными породами. Доставка от забоя да рудоспуска самоходными погрузочно-доставочными машинами Торо-250Д.

Технические характеристики Торо-250Д

Расчет производительности ПДМ

Учитывая годовую производительность рудника посчитаем необходимое количество погрузочно-доставочных машин. При известном качестве дробления руды, характеризующемся средним диаметром куска , эксплуатационную производительность ПДМ, т/смену, можно определить по формуле Е.И. Миронова:

где: - грузоподъемность машины, т; - коэффициент использования машины в течении смены; - коэффициент, учитывающей отборку и складирование негабаритных кусков; - длина доставки, м; - средняя скорость движения машины по трассе, км/ч; мин - среднее время ликвидации одного зависания; - ширина ковша машины, м; - средний диаметр куска, м; час;

т/смену

Посчитаем производительность одной машины в год:

т. т

Необходимое количество машин в постоянной работе:

Следовательно, 3 машины Торо-250Д справятся с заданной производительностью, при условии их непрерывной работы.

Размещено на Allbest.ru