Размещено на http://www.allbest.ru/

Особливості розробки рудних родовищ

1. Загальні положення

1.1 Промислова характеристика рудних родовищ

Рудні родовища - ділянки земної кори, в надрах або на поверхні яких є рудні поклади, за своїми розмірами, якістю і умовами залягання придатні для промислової розробки. Рудні родовища можуть складатися з одного або декількох рудних тіл.

Серед рудних родовищ виділяють родовища чорних (залізо, марганець, хром, титан і ванадій); кольорових (мідь, свинець, цинк, нікель); рідкісних (олово, вольфрам, молібден, ртуть, берилій, літій, тантал і ніобій); благородних (золото, платиноіди і срібло); радіоактивних (уран, торій і радій) металів; а також розсіяних (актиній, гафній, галій германій, індій, кадмій, протактиній, реній, рубідій, селен, скандій, талій, телур, цезій і ін.) і рідкісноземельних елементів. Родовища руд рідкісноземельних елементів церієвої та ітрієвої груп самостійно не існують.

Розміри родовищ змінюються в досить широких межах. Товщина коливається від декількох десятків сантиметрів до сотень метрів. Глибина розповсюдження родовищ від поверхні землі досягає 3-3,5 км. Довжина родовищ по простяганню змінюється від декількох сотень метрів до декількох десятків кілометрів.

Рудною площиною називається площа горизонтального перерізу родовища. Наприклад, у Криворізькому басейні рудна площа в межах одного рудника складає 20-60 тис.мІ.

Рудні родовища мають саму різноманітну форму. У більшості випадків їх можна віднести або до жильних, або до масивних.

Жильні родовища мають товщину від 10 см до 2-5 м. Кут падіння і товщина жильних родовищ можуть різко змінюватися в межах одного родовища. Ці родовища створюються в результаті заповнення тріщин в земній корі мінеральними речовинами. Найбільш крупними рудниками, що розроблюють жильні родовища, є золоті рудники Магаданської області і Якутії, олов'яні рудники Примор'я, золоті, олов'яні і вольфрамо-молібденові рудники Забайкалля, поліметалічні рудники Північного Кавказу, мідні рудники Закавказзя, мідно-нікелеві рудники Мончегорська.

Масивні родовища мають товщину більш 5 м, різноманітну форму та розміри. Іноді ці родовища мають форму правильних лінз або стовпів, іноді форма родовищ буває дуже складною та неправильною. Масивні родовища створилися в результаті заповнення пустот в земній корі рудними мінералами або в результаті інших процесів, що ведуть до утворення рудних родовищ (метасоматизм, сегрегація, пневматоліз).

Рудники, що розробляють масивні родовища, вельми багато численні; до них відносять залізні рудники Кривбасу, Уралу і Гірській Шорії, мідні рудники Уралу, поліметалічні рудники Алтаю, молібденові рудники Північного Кавказу.

Пластові рудні родовища, що мають постійну товщину і кут падіння, зустрічаються значно рідше, чим перші два типи родовищ. У вигляді пластів залягають родовища марганцю, солі, фосфоритів і інших корисних копалин осадочного походження.

Рудою називають мінеральну речовину, що знаходиться в рудному родовище, із якого при даному рівні розвитку техніки з достатнім економічним ефектом може бути вилучений метал або інший корисний продукт.

Пустою породою називають мінеральну речовину, що не містить корисних компонентів або містить їх у малій кількості, недостатньою для рентабельної розробки. В останньому випадку руда і пуста порода - поняття відносні, так як з розвитком техніки появляється можливість перероблювати руди з більш низьким вмістом корисних компонентів. Наприклад, декілька десятків років тому розроблювали мідні руди з вмістом міді не нижче 5-10%, а зараз мінімальний вміст міді в руді зменшився до 0,4-0,5%.

Мінімальним промисловим вмістом корисних компонентів у руді називають такий найбільш низький вміст, нижче якого розробка родовища стає економічно недоцільним. Наприклад, мінімальний промисловий вміст заліза в рудах Криворізького родовища при підземній розробці складає в теперішній час близько 30 %.

Рудні родовища суттєво відрізняються від вугільних. Для них характерні непостійність форм, товщини і кута падіння. Іноді спостерігаються різкі коливання в вмісті корисних компонентів: наприклад, руди можуть бути суцільними і вкрапленими. Часто зустрічаються прошарки бідних руд або пустих порід.

1.2 Ділення шахтних полів

Шахтним полем називають частину родовища, відведену для розробки даній шахті.

Довжина шахтного поля, як правило, складає 1-2 км, такого ж розміру буває і глибина стволів шахт. Для виробництва робіт по видобутку руди родовища, що круто залягають, розділяють гірничими виробками на порівняно невеликі дільниці: поверхи і блоки. Поверхом називають частину шахтного поля, обмежену по простяганню межами шахтного поля, а по падінню відкатними штреками (поняття про шахтне поле і поверх ідентичні при розробці вугільних і рудних родовищ). Блок - це частина поверху, обмежена по простяганню підняттєвими.

Висота поверху коливається в широкому діапазоні (від 20-30 до 300 м). Довжина блоку по простяганню складає 50-60 м. Розділення шахтного поля на блоки показано на рисунку 1.

Рис. 1 - Розділення поверху на блоки

При розробці родовищ, що залягають горизонтально і положистих, їх розділяють штреками на панелі.

1.3 Стадії розробки рудних родовищ

Розробка рудних родовищ починається з їх розкриття, що заключається в проведенні стволів і квершлагів або штолень, за допомогою яких родовище поєднується з поверхнею землі. Ці виробки, а також польові штреки називають капітальними виробками. Далі приступають до підготовки родовища, що заключається в проведенні штреків і підняттєвих, які розділяють родовище на поверхи і блоки. Ці виробки називають підготовчими. Наступна стадія робіт - нарізка, тобто проведення нарізних виробок в межах блоків або панелей, що необхідно для виймання руди. Заключна стадія - це очисні роботи, тобто роботи по видобутку руди.

Як правило, при розробці родовищ, що круто залягають, роботи ведуться одночасно на трьох поверхах. На першому поверсі закінчують очисні роботи, на другому очисні роботи знаходяться в стадії максимального розвитку і третій поверх розкривають і підготовлюють. Щоб процес видобутку руди проходив безперервно і обсяг її не зменшувався, очисні роботи на новому горизонті починають після відробки на робочому горизонті близько 50% запасів руди. Гірниче виробництво вимагає безперервного відтворення робочого місця - розкриття, підготовки і нарізки нових запасів руди. За той проміжок часу, в плані якого один поверх буде відроблений, наступний поверх повинен бути розкритий, підготовлений, в цьому новому поверсі повинні бути нарізані перші блоки, змонтоване необхідне обладнання і здійснений дренаж.



2. Технологічні схеми основних виробничих процесів при виїмці руди

2.1 Відбійка руди

Основними виробничими процесами при виїмці руди являються відбійка, вторинне дроблення, доставка руди до відкатних виробок і управління гірським тиском.

Відбійку руди в більшості випадків здійснюють за допомогою буропідривних робіт (БПР). Заряди вибухових речовин розташовують у шпурах, свердловинах або, значно рідше, в гірничих виробках у вигляді зосереджених зарядів. Шпури мають довжину 1,5-5 м і діаметр 25-45 мм. Бурять їх ручними або телескопічними перфораторами. Свердловини мають довжину приблизно від 5 до 40-50 м. Діаметр їх коливається в широких межах 70-150 мм. Свердловини бурять як правило станками БА-100 або НКР за допомогою пневмоударників.

Відбійку шпурами здійснюють при підошвоуступній або потолкоуступній формах вибою. Іноді форма вибою може мати вигляд горизонтальної поверхні (рис.2). При відбійці є дві або три оголені поверхні.

Цей спосіб відбійки є найбільш трудомісткім і коштовним, так як швидкість буріння ручними перфораторами низька, при підриванні зарядів у шпурах утворюються „стакани”, в наслідок чого корисно використовується тільки 80-90% довжини шпурів. Але спосіб в свою чергу дозволяє відбивати руду з найменшими втратами.

Рис. 2 - Відбійка руди шпурами: а - при підошвоуступному вибої, б - при потолклуступному вибої, в - при вибої з горизонтальною поверхнею

Рис. 3 - Відбійка руди при бурінні: а - паралельних свердловин, б - повного віяла, в - віяла свердловин

Спосіб відбійки руди свердловинами з'явився в 30-ті роки минулого століття, коли були створені перші конструкції станків для буріння в підземних умовах. Вибій при відбійці свердловинами може бути розташований вертикально або горизонтально (рис. 3). Свердловини бурять паралельно площині вибою. Розташування свердловин в площі, паралельній вибою, - паралельне або віялоподібне. При віяловому розташуванні зменшується кількість бурових виробок, але на 40-60% збільшується загальна довжина свердловин. В рудах середньої тривкості і слабких, коли швидкість буріння висока, приймають віялове розташування, в тривких породах краще пройти додаткові виробки и бурити свердловини паралельно, щоб скоротити їх довжину.

Застосування свердловин глибиною 30-50 м дозволяє звести до мінімуму нарізні роботи. При цьому умови праці значно покращуються, так як при бурінні свердловин утворюється мало пилу і вимагаються невеликі витрати фізичного труда. Сучасні станки дозволяють бурити свердловини з великою швидкістю. Створені високопродуктивні самохідні бурові агрегати з дистанційним керуванням.

2.2 Вторинне дроблення руди

При відбійці руди свердловини розташовують на відстані декількох метрів одна від одної, тому у відбитій руді часто зустрічаються великі шматки, які неможливо завантажити в транспортні засоби і машини. Приходиться повторно дробити руду прямо в вибої, або в спеціальних виробках, на які руду випускають через дучки.

Вторинне дроблення порівняно невеликих шматків здійснюють вручну кувалдою. Великі шматки дроблять накладними зарядами ВР. В дуже великих шматках бурять шпури глибиною 20-30 см і в них розміщують половину патрона ВР.

Руду транспортують у вагонетках ємністю 4 мі і більш. В цьому випадку розмір кондиційних шматків досягає 700х700 мм. Прийомний отвір дробарки має розміри 1000х1200 мм.

2.3 Доставка і завантаження руди

Необхідно розрізняти два випадки доставки: коли руда не потребує вторинного дроблення, і коли необхідно вторинне дроблення.

В першому випадку руда по виробленому простору скатується до днища блоку і через рудоспуски, обладнані люками і затворами, завантажується в вагонетки. Рудоспуски з люками встановлюють на відстані 4-6 м один від одного вздовж блоку. Устрій великої кількості рудоспусків пов'язано з значними витратами засобів і часу, тому іноді рудоспуски встановлюють через 20-30 м. До них руду доставляють вздовж очисного вибою скреперними лебідками.

В іншому випадку створюють досить складну мережу виробок для доставки руди, а саме: скреперні штреки або орти, камери грохочення або виробки для випуску руди на підошву відкатного горизонту з наступним завантаженням її в вагонетки.

Скреперні штреки або орти проводять на 6-8 м вище відкатного горизонту (рис. 4). Із скреперного штреку 1 проходять дучки 2 для випуску руди. Висота дучок 4-6 м. Скреперні виробки з'єднані з відкатними виробками рудоспусками 3 і ходками.

Рис. 4 - Виробки для доставки і вторинного дроблення

Сполучення дучок із скреперним штреком виконується так: із скреперного штреку проводять ніші глибиною 2-2,5 м, з яких потім проводять догори похилі або вертикальні дучки. Глибину ніші вибирають з таким розрахунком, щоб руда, що поступає з дучок, доходила до середини скреперного штреку. Кут природного укосу відбитої руди приймають рівним 45°.

Дучки можна проводити з одного боку штреку або з двох боків. В останньому випадку дучки розташовують одна напроти іншої. Розміри перетинів дучок 1,2х1,2 або 1,5х1,5 м, перетини скреперного штреку в світлі 1,8х1,8 м.

В тривких рудах скреперні виробки не кріплять, в більш слабких застосовують дерев'яне, арочне металеве або бетонне кріплення.

Руду, відбиту в блоці, через дучки випускають на підошву скреперних виробок.

Випуск руди із дучок здійснює скреперист, у якого на скреперування витрачається 30-40% робочого часу, інший час він зайнятий випуском руди.

Руду, випущену з дучок скреперистом, скрепером доставляють до рудоспусків, з яких вона поступає у вагонетки. Рудоспуски перекривають грохотом - решітками з рейок, щоб обмежити розмір шматків, що потрапляють у вагонетки, і запобігти падіння скрепериста в рудоспуск.

При застосуванні камер грохочення, на відзнаку від скреперних штреків, на відкатному горизонті проходять не орти, а рудний відкатний штрек і з нього під кожну дучку або пару дучок - рудоспуск (рис. 5). на рівні горизонту вторинного дроблення під кожною дучкою споруджують грохот. Руду з дучок випускають на грохот. Дрібні шматки просипаються наскрізь нього, великі - розбивають кувалдою або накладними зарядами ВР, і потім пропускають через грохот в рудоспуск.

Якщо порівнювати доставку руди через камери грохочення і через скреперні виробки, то в першому випадку необхідно проводити велику кількість рудоспусків, люків і грохотів, в цьому їх недолік. Перевагами є те, що продуктивність праці робочого з грохочення вище, ніж скрепериста. Вище також продуктивність блоку, так як утворюється більша кількість навантажувальних пунктів.

Скреперні виробки для доставки руди застосовують частіше чим камери грохочення, так як при них зменшується кількість виробок і пристроїв для випуску руди.

Найбільш простий пристрій для завантаження руди у відкатні ємності складається з люка, тобто металевого або дерев'яного лотка, секторного затвору з рукояткою для ручного управління (рис. 6, а) або з приводом для дистанційного управління (рис. 6, б).

Рис. 5 - Камера грохочення

Рис. 6 - Завантаження руди в вагонетки на відкатному горизонті за допомогою люка з затвором: а - секторним, б - пальцевим

Для завантаження руди скрепером у вагонетки скреперні виробки розташовують на рівні покрівлі відкатних (рис. 7,а). При цьому способі на завантаження руди необхідно декілька більше часу, чим при застосуванні люків з затворами.

Застосовується також спосіб випуску руди на підошву відкатних виробок з наступним її завантаженням у вагонетки завантажувальними машинами (рис. 7,б). Застосування цього способу обмежується відсутністю потужних завантажувальних машин.

Рис. 7 - Завантаження руди в вагонетки на відкотному горизонті: а - скреперною лебідкою через дах, б - завантажувальною машиною



3. Системи розробки рудних родовищ

3.1 Класифікація систем розробки

Внаслідок великого різноманіття форм і умов залягання рудних родовищ кількість систем дуже значна (більш 150). Запропоновані різні класифікації систем, але найбільш використовується класифікація за способом управління гірським тиском, яке здійснюють: обвалюванням порід, залишенням цілин з руди або штучних цілин, застосуванням закладки або кріплення. Охарактеризуємо найбільш представницькі класи систем підземної розробки рудних родовищ. рудний шахтний родовище

3.2 Системи розробки з відкритим виробленим простором

Камерно-стовпова система. Суттєвість системи полягає в тому, що при розробці горизонтальних або похилих покладів в результаті виїмці руди утворюються камери, відокремлені одна від одної цілинами руди, які, як правило, не розроблюються.

Застосовують систему при розробці стійких руд, що залягають в стійких породах. Товщина родовищ більш 1 м.

Підготовчі роботи заключаються в проведенні відкатних штреків 1, які розташовують в підошві покладу або проводять польовими в породах лежачого боку, і підняттєвих 2 (рис. 8). підготовку польовими штреками застосовують коли підошва нерівна.

Рис. 8 - Камерно-стовпова система

Очисні роботи починають з утворення розрізної щілини, від якої потім ведуть виїмку руди. Для створення розрізної щілини два підняттєвих проводять до покрівлі і там з'єднують штреком. Розрізну щілину створюють підошвоуступним вибоєм, який починають у одного з підняттєвих. Відбиту руду спускають на відкатний горизонт по підняттєвому. Другий підняттєвий служить для сполучення з роботами.

Розрізну щілину роблять у формі воронки, якщо камера розроблюється підошвоуступним вибоєм. Після створення розрізної щілини приступають до відбійці руди в камері. Відбійку, доставку і завантаження руди здійснюють різними способами. Найбільш простий заключається в тому, що вибою придають форму вертикальної поверхні. При висоті вибою до 3 м буріння горизонтальних шпурів ведуть ручними перфораторами, а при більшій висоті застосовують самохідні бурові теліжки, на яких змонтовані бурові машини. Управління буровими машинами здійснюється дистанційно з підошви покладу, причому за допомогою рукоятей бурові машини можна направити в будь-яку точку вибою при висоті до 10 м. Шпури бурять довжиною 2-3 м. Відбиту руду доставляють скреперами до рудоспусків або завантажують завантажувальними машинами в самохідні вагонетки і доставляють до рудоспусків або прямо до ствола шахти.

Рис. 9 - Відбійка руди свердловинами при уступі значної висоти (а) і відбійка шпурами при потолкоуступному вибої (б)

Потолкоуступний вибій широко застосовують при розробці соляних родовищ (рис. 9, б). Спочатку у підошви покладу виймають шар руди, висота якого дорівнює близько половини товщини рудного тіла. Потім потолкоуступним вибоєм відробляють руду, що залишилася у покрівлі покладу. Для відбійки руди бурять горизонтальні шпури, причому бурильник при бурінні знаходиться на відбитій руді. Завантажують її скрепером у вагонетки з боку, зворотного вибою, щоб не заважати роботі бурильників. Такий спосіб відбійки дозволяє постійно мати запас відбитої руди.

Для підтримання виробленого простору залишають цілини з руди, які мають форму окремих стовпів (круглих або прямокутних) або суцільних смуг. Для кріплення покрівлі камер іноді застосовують анкерне (штангове) кріплення.

Виїмку цілин здійснюють тільки в тому випадку, якщо в них залишилася багата руда. При цьому приходиться встановлювати бетонні опори (штучні цілини).

Провітрювання камер здійснюється свіжим струменем повітря, що поступає по відкатним штрекам. Повітря омиває камери і потім по вентиляційному штреку надходить до вентиляційного ствола і далі на поверхню. Для забезпечення безпеки роботи необхідно перед початком кожної зміни обирати покрівлю у вибої. Ширина уступу при підошвоуступному вибої повинна бути не менш 1,5 м, якщо висота його до 3 м. Мінімальний діаметр цілин 3 м.

Продуктивність праці при застосуванні потужних бурових, завантажувальних і транспортних засобів досить висока і складає для вибійних робочих 50-100 т за зміну.

Переваги системи: висока продуктивність праці, можливість застосування потужних механізмів, невеликі витрати лісу, незначний обсяг підготовчих робіт.

Недоліки системи: трудність спостерігання за покрівлею при великій висоті камер і в деяких випадках значні втрати руди.

Область застосування системи: горизонтальні і положисті родовища. На Україні таку систему застосовують на Артемівському соляному руднику.

Камерні системи розробки (поверхо-камерна і з підповерховою відбійкою). Суттєвість системи заключається в тому, що при розробці крутих родовищ утворюють камери, відокремленні одна від одної по простяганню між камерними цілинами, а по падінню - міжповерховими цілинами. Камерами виймається понад 35% запасів руди в блоці.

Застосовують систему при стійких рудах і породах. Товщина покладу від2-3 до 50-60 м, причому при товщині до 20-25 м камери розташовують довгою стороною по простяганню, а при більшій товщині - в хрест простягання. В обох випадках ширина камер не перевищує 20-25 м.

Переваги системи: можливість видобувати руду з камер без розубоження її пустими породами; висока продуктивність праці, особливо при виїмці камер, незначні витрати лісу.

Недоліки системи: значні втрати руди при виїмці цілин масовим обвалюванням і мала продуктивність праці при виїмці цілин шаровим обвалюванням.

Область застосування системи: розробка залізних руд у Кривбасі (30-35% від всієї руди).

3.3 Системи розробки з магазинуванням руди

Суттєвість системи з магазинуванням руди і відбійкою шпурами заключається в тому, що при розробці покладу, який круто залягає, частину відбитої руди залишають у камері, а бурильник знаходиться на цій руді. Руду випускають повністю після відробки камери (рис. 10).

Застосовують систему при розробці жильних родовищ товщиною 2-5 м. Падіння покладу повинно бути більш 60° (при менших кутах падіння руда затримується на лежачому боці). Руда і породи повинні бути середньої стійкості або стійкими, так як після випуску з камери відбитої руди породи деякий час не повинні обвалюватися. Руда не повинна бути схильною до злежування і самозаймання, тому що тривалий час знаходиться в камері в відбитому стані.

Відкатний штрек 1проводиться по покладу. Зі штреку через 40-80 м проходять підняттєві 2, а для випуску руди - дучки 3.

Рис. 10 - Система за магазинуванням і відбійкою руди шпурами

Над штреком залишають цілину товщиною 3-4 м і вище цієї цілини виймають перший шар руди. Відбиту руду по дучкам спускають на відкатний штрек.

Іноді над штреком цілини не залишають і виїмку першого шару проводять на рівні покрівлі відкатного штреку. Штрек в цьому випадку кріплять рамами і на підошву камери укладають настил. Далі продовжують відбійку шарів в напрямку знизу догори, причому після відбійки кожного шару випускають близько 50% руди, щоб між відбитою рудою і масивом залишався простір висотою 2 м, в якому на відбитій руді розташовувався бурильник. Відбивають руду вертикальними шпурами глибиною 1,5-2 м. Вторинне дроблення, якщо воно необхідне, здійснюють у вибої. Після того як вся руда в межах камери буде відбита, приступають до повного її випуску. В цей період відроблений блок стає якби бункером, що заповнений відбитою рудою.

Переваги системи: невелика кількість підготовчих виробок, незначна витрата лісу і наявність запасу відбитої руди (дозволяє підтримувати постійною продуктивність руднику).

Недоліки системи: жорсткі вимоги до умов застосування (правильна форма покладу, круте падіння, незначна товщина); можливість окислювання, злежування або самозаймання руди, а також всі недоліки, що притаманні відбійці руди шпурами.

В Радянському Союзі близько 40% руди з таких родовищ (жильних) розроблювали системами з магазинуванням руди. Застосовують на рудниках кольорових металів і золота багатьох районів Росії.

3.4 Системи розробки з закладкою

Суттєвість системи розробки з закладкою заключається в тому, що розробку крутого покладу невеликої товщини ведуть шарами знизу догори з закладкою виробленого простору після відробки кожного шару руди.

Застосовують таку систему, коли необхідно запобігти зсув поверхні. Руда повинна бути стійкою, так як вона закладкою не підтримується, бокові породи можуть бути слабкішими. При цій системі собівартість видобутку висока, а втрати руди незначні, тому руда повинна бути цінною. В деяких випадках систему застосовують при розробці товстих крутих або положистих родовищ.

Для підготовки виймальних дільниць по рудному тілу проводять відкатний штрек 1 (рис. 11), а від нього через 40-60 м рудні підняттєві 2 в три відділення, які кріплять вінцевим кріпленням суцільно.

Рис. 11 - Система горизонтальних шпурів з закладкою

Очисні роботи починаються з виїмки першого шару на рівні покрівлі відкатного штреку або на 2-3 м вище. Надштрековий цілик такої висоти залишають, якщо бокові породи недостатньо стійкі та підтримання штреку без цілика неможливо. При виїмці першого шару на рівні покрівлі відкатного штреку роботи необхідно вести так, щоб не зламати кріплення. З цією метою шар висотою 2,5 м виймають на 0,5 м вище покрівлі відкатного штреку і цей шар розбирають за допомогою ручних інструментів або невеликих зарядів ВР.

Відбійку руди при виїмці першого шару здійснюють горизонтальними шпурами так само, як при проведенні виробок.

Після відробки першого шару в центрі блоку на висоту 1,5 м подовжують підняттєвий 3 в три відділення. Центральне відділення цього підняттєвого є ходовим і вентиляційним, а два крайніх - рудоспусками. В місцях виходу рудоспусків на відкатний горизонт утворюють люки з затворами для випуску руди.

Кріплення рудоспусків досить швидко зношується. Щоб запобігти його руйнування, застосовують обшивку дошками. В рудоспусках з частково зламаним кріпленням іноді розміщують труби діаметром 300-500 мм і по цим трубам спускають руду.

На підошву першого шару вкладають настил з двох рядів колод: перший ряд - по простяганню, другий - в хрест простягання. Цей настил необхідний для того, щоб далі, коли буде відроблятися нижче розташований поверх, закладка не потрапила в трубу.

Після укладки настилу перший шар на висоту 1,5 м заповнюють закладкою, яку подають з вентиляційного горизонту по закладочним відділенням підняттєвих. В межах шару закладку розподіляють за допомогою скрепера, причому скреперну лебідку встановлюють в центрі блоку поруч з підняттєвим. Іноді застосовують гідравлічну закладку.

На поверхні закладки укладають настил з дощок товщиною 50 см. Звертають особливу увагу на щільність настилу, відсутність щілин між дошками, так як скрізь щілини може просипатися і втрачатися в закладці дрібна руда. Це особливо важно при розробці цінних руд. Тому іноді роблять настил з двох шарів дощок з прошарком брезенту між ними.

Далі проводять виїмку руди в другому шарі. Відбійку руди ведуть вертикальними шпурами, які бурять телескопними перфораторами. Відбійку починають від центру і посувають уступи в напрямку до флангів блоку. Відбита руда попадає на настил, по якому її скрепером доставляють до рудоспусків, що розташовані в центрі блоку.

Якщо при відбійці руди вертикальними шпурами покрівля стає нерівною і нестійкою, то переходять на відбійку руди горизонтальними шпурами, що декілька зменшує продуктивність праці.

Після відбійки і вбирання руди в межах шару в одній половині блоку знімають настил, дошки складають в іншій половині блоку, і шар на висоту 1,5 м заповнюють закладкою, поверхня якої знов покривається настилом; потім ці ж роботи виконуються в іншій половині блоку.

В наступному блоці операції по виїмці руди повторюються і так доти, поки блок не буде відроблений на всю заплановану висоту.

Переваги системи: незначні втрати руди, можливість вести роботи одночасно на декількох поверхах, можливість сортування і селективної виїмки, а також розробка родовищ неправильної форми, запобігання зсуву поверхні.

Недоліки системи: невисока продуктивність праці і досить велика витрата лісу.

Систему застосовують при розробці жильних родовищ кольорових металів і золота.

3.5 Системи розробки з кріпленням

Система розробки з розпірним кріпленням відноситься до класу систем з кріпленням. Суттєвість цієї системи полягає в тому, що родовище розробляють знизу догори, причому для бурильника в виробленому просторі встановлюють полки з дощок, викладених на розпірне кріплення (рис. 12).

Застосовують систему при розробці родовищ з кутом падіння 0-60°. При крутому падінні транспортування руди в блоці здійснюється самопливом. При положистому заляганні відбиту руду транспортують струменем води. При падінні покладу вище 60° переходять на більш економічну систему з магазинуванням руди. Товщина покладу не повинна перевищувати 3 м, так як при більшій товщині елементи кріплення мають велику вагу і виникають труднощі в його встановленні.

Рис. 12 - Система з розпірним кріпленням

Відкатний штрек 1 часто закріплюють рамами вразбіжку, а виїмку першого шару здійснюють на рівні покрівлі штреку. Однак проводять штрек без кріплення з залишенням над ним цілика висотою 2-3 м, вище якого виймають перший шар руди.

Надштрековий цілик, як правило, не залишають, щоб запобігти втрат руди. Крім того, при наявності цілика приходиться додатково проходити підсічний штрек і дучки. Надштрековий цілик залишають, якщо ліс для кріплення коштовний, а підтримання штреку без такого цілика не можливе.

Блокові підняттєві 2, що проводяться від відкатного штреку, закріплюють розпірним кріпленням.

Виїмку першого шару здійснюють також, як при системі горизонтальних шарів з закладкою. Потім продовжують виїмку руди горизонтальними шарами знизу догори. Після виїмки кожного шару встановлюють розпірне кріплення і на нього укладають настил з дощок, на якому розташовується бурильник. Порядок очисних робіт, провітрювання, техніка безпеки дуже сходні з аналогічними процесами при системі з закладкою.

Продуктивність праці вибійників змінюється від 0.5 до 1,3 мі за зміну. Витрати лісу близько 0,1 мі на 1 мі виробленого простору.

Переваги системи: незначні втрати руди.

Недоліки системи: низька продуктивність праці і значні витрати лісу.

Область застосування системи: значно менш, ніж системи розробки з магазинуванням руди. Застосовують її в тих випадках, коли падіння покладу круте і тому неможливо застосування інших систем.

3.6 Системи розробки з обвалюванням руди і бокових порід

Система підповерхового обвалювання належить до класу систем розробки з обвалюванням руди і бокових порід.

Суттєвість її полягає в тому, що поклад значної товщини, який круто залягає, розділяють на підповерхи висотою від 6 до 40 м, в межах який обвалюють руду. Слідом за рудою обвалюються породи. Випуск руди здійснюють під породами, що обвалилися (рис. 13), причому ніяких настилів між рудою і породою не укладають.

Рис. 13 - Система підповерхового обвалювання

Застосовують систему при розробці крутозалягаючих родовищ, що мають товщину більш 5-6 м. Руда і бокові породи повинні бути середньої тривкості або слабкими. Так як випуск здійснюють при безпосередньому контакті руди з породами, що обвалюються, а це наводить до досить значних втрат, цінність її повинна бути незначною.

Для підготовки блоку проходять польовий відкатний штрек 1 і відкатні орти 2, а потім польові підняттєві 3 і на них підповерхові орти 4. Відстань по нормалі між підповерховими ортами дорівнює висоті підповерху. З відкатного орту проводять рудоспуски 5 до верхнього підповерху, а на кожному підповерці - підповерхові штреки 6 і з них дучки 7 для випуску руди, що обвалюється.

Є досить велика кількість варіантів ведення очисних робіт, що застосовуються в залежності від умов. Відрізняються ці варіанти способом обвалювання руди і розмірами зони, в межах якої ведеться обвалювання.

Підповерхове обвалювання з відбійкою руди свердловинами застосовують при розробці потужних і вельми потужних родовищ при руді середньої тривкості. Висота під поверху складає 2-30 м. Обвалювання руди здійснюється над декількома парами дучок (6 і більш). Тобто на площині 250-500 мІ. Додатково проводять підняттєві 8 з камерами, в яких встановлюють бурові станки. Очисні роботи розділяють на два етапи. Спочатку здійснюють виїмку компенсаційних камер 9, а потім обвалювання масиву руди над цими камерами за допомогою горизонтальних і похилих свердловин 10.

Для утворення компенсаційних камер над дучками відробляють шари руди висотою 3-5 м. Для цього з дучок пробурюють догори шпури, після підривання зарядів в яких в верхній частині дучки утворюється вирва і одночасно руйнується шар руди висотою в декілька метрів. Руду випускають через дучки і, таким чином, утворюють компенсаційну камеру.

Якщо руда недостатньо стійка і утворювати компенсаційну камеру відразу по всій площині, де передбачається здійснювати обвалювання руди, неможливо, то утворюють дві камери з залишенням між ними тимчасового цілика, який руйнують перед вибухом свердловин. Як правило, для доброго дроблення руди об'єм компенсаційних камер повинен складати 20-30% об'єму масиву, що обвалюється.

Руду з компенсаційних камер випускають, але вирви залишають заповненими відбитою рудою, щоб при обвалюванні масиву руди запобігти від руйнування дно, яке сильно ослаблене дучками і вирвами.

З кожної бурової камери бурять два віяльних комплекту свердловин: один з підйомом близько 5°, інший 10-15°. Цими комплектами свердловин відбивають шар руди товщиною 5-6 м. Для руйнування тимчасового цілика між компенсаційними камерами з підповерхового штреку бурять шпури для встановлення анкерного кріплення.

Шпури в цьому цілику і свердловини підривають за один прийом: шпури з нульовим уповільненням (миттєво), а свердловини, що пробурені з першої бурової камери, з уповільненням в 2 сек.; пробурені з другої камери - в 4 сек. і т.д. Руду, що обвалилася, випускають на під поверховий штрек і скрепером доставляють до рудоспуску.

Випуск руди здійснюється в умовах, коли відбита руда покрита породами, що обвалилися. Руда і порода безпосередньо контактують між собою, і задача заключається в тому, щоб при випуску руди з дучок не допустити значного їх перемішування, тобто втрати і розубоження були мінімальними. Щоб зменшити втрати руди, необхідно прийняти мінімально можливу відстань між дучками.

На деяких залізних рудниках розповсюджений так званий шведський варіант підповерхового обвалювання (рис. 14). Висота підповерхів 7-8 м. Під поверхові виробки проводять великим перетином, щоб можна було застосовувати потужне бурове і транспортне обладнання. З підповерхових штреків бурять догори віяльні комплекти шпурів, якими відбивають шари руди товщиною близько 1 м. Відбиту руду машинами типу „Джой” завантажують у човникові самохідні вагонетки ємністю 10-15 т і доставляють до рудоспусків. Для встановлення самохідного обладнання на підповерхи проводять під пологим кутом підняттєві, по яким можна виїхати на будь-який горизонт.

Рис. 14 - Система підповерхового обвалювання з завантажувальною машиною і доставкою самохідною вагонеткою

Цей варіант підповерхового обвалювання є варіантом відбійки в зажимі. Тут відбійка руди ведеться не на вільний компенсаційний простір, а на раніше відбиту руду. Вибухом раніше відбита маса ущільнюється і за рахунок цього утворюється компенсаційний простір.

В межах поверху можна відробляти одночасно декілька блоків при умові, що роботи в сусідніх блоках відстають на висоту одного підповерху. Якщо відробка окремих блоків відстає на значну висоту, то на блоки, що виступають у вигляді пик, розвивається значний гірський тиск і відробка їх ускладнюється. Очисні роботи ведуть на одному поверсі. На нищерозташований поверх переходять на флангах шахтного поля, де блоки на цьому поверсі вже відроблені.

Управління покрівлею здійснюється шляхом обвалювання бокових порід. Ніяких штучних засобів не застосовують, вони обвалюються в міру випуску руди. Якщо обвалювання висячого боку відстає, то вироблений простір заповнюється породою, що знаходиться на відроблених поверхах, що залягають вище.

Для провітрювання блоків повітря по відкатно му штреку і підняттєвому поступає на підповерховий орт, що розташований в центрі блоку, і далі в підповерхові штреки. Вихідний струмінь повітря збирається на підповерхових ортах, що розташовані на флангах блоку, і по фланговим підняттєвим виходить на вентиляційний штрек. Скреперисти знаходяться на свіжому струмені повітря. Бурильники працюють в дучках або бурових камерах, що розташовані неподалік від підповерхових штреків. Умови провітрювання робочих місць бурильників значно поганіші, чим скреперистів; робочі місця бурильників провітрюються за рахунок дифузії і стисненого повітря, що поступає до виробок при роботі перфораторів.

Перед початком зміни бурильник повинен відібрати покрівлю в виробці, з якої ведеться буріння шпурів. При випуску руди необхідно дотримувати правил безпеки, що застосовуються до системи підповерхових штреків.

Втрати руди при цьому варіанті значні, так як випуск її здійснюють під породами, що обвалюються, і складають 15-25%. Розубоження коливається в межах 10-20%. Видобуток руди можна підвищити шляхом випуску розубожених руд з низьким вмістом корисних компонентів, але при цьому розубоження зростає. Розубожену руду потім збагачують.

Витрати лісу складають долі кубометру на 1 мі виробленого простору. Продуктивність праці висока і складає 8-12 мі в зміну на одного вибійника. Це є перевагами системи.

Недоліки системи: значні втрати і розубоження руди.

Підповерхове обвалення є основною системою розробки залізних руд Кривбасу. Цією системою видобувають близько 65% руди від загальної продуктивності басейну.

Система поверхового самообвалювання. Суттєвість полягає в тому, що рудне тіло підсікають на площі, що достатня для подальшого самообвалювання руди. Руда обвалюється в межах блоку на всю висоту поверху, вище неї розташовуються пусті породи/, що також обвалилися. Руду випускають через дучки і доставляють до відкатних виробок (рис. 15).

Застосовують систему при розробці крутопадаючих або горизонтальних родовищ товщиною більш 40 м. Руда повинна бути сильно тріщинувата і схильна до обвалювання в шматках розміром до 50-70 см, які можна пропустити через дучки. Бажано, щоб бокові породи обвалювалися в більш крупних шматках, чим руда, так як в цьому випадку умови випуску руди більш сприятливі і втрати менш. Руда повинна бути несхильною до злежування, самозаймання або окислення, так як після обвалювання вона тривалий час знаходиться в блоці. Цінність руди повинна бути невисокою, так як втрати досягають значних розмірів. Допускається зсув поверхні над дільницею, що розробляється.

Рис. 15 - Система поверхового самообвалювання

На горизонті підсічки дучки розташовуються рівномірно по всій площі блоку по сітці від 5х5 до 7х7 м. Тут їх з'єднують між собою штреками, причому на горизонті підсічки число штреків більше в два рази, ніж на горизонті скреперування. Ці штреки з'єднують декількома ортами і використовують далі для підсічки блоку.

По периметру блоку проходять відрізні виробки, наявність яких ослабляє масив блоку і сприяє самообвалюванню руди.

Першим етапом очисних робіт є підсічка блоку і утворення вирв. Для підсічки блоку необхідно зруйнувати цілики, що залишилися між підсічними штреками. Руйнування цих ціликів здійснюють підриванням зарядів в шпурах або свердловинах. Із ортів, що з'єднують підсічні штреки, вздовж ціликів бурять горизонтальні свердловини. Розміри перетину цілика 4х2 м, тому в ньому достатньо пробурити 2-4 свердловини. Якщо руда тріщинувата і буріння свердловин трудне, їх заміняють шпурами. Підсічку здійснюють поступово, в напрямку від висячого блоку до лежачого. В міру підсікання розвивається склепіння обвалювання, яке після повної підсічки охвачує всю площу блоку.

Для утворення вирв бурять шпури зверху донизу, які підривають одночасно з свердловинами в ціликах.

Наступний етап заключається в випуску руди в період її самообвалювання. Руду випускають з дучок рівномірно по всій площі блоку.

Останній етап очисних робіт - це випуск руди після того, як обвалювання розповсюджується до пустих порід, що залягають вище. Руда, що обвалюється, безпосередньо контактує з пустими породами. Як і в попередній період, випуск руди необхідно вести рівномірно по всій площі блоку з таким розрахунком, щоб поверхня контакту руди і породи переміщувалася вниз, залишаючись паралельною своєму початковому положенню. При такому випуску руди втрати і розубоження руди будуть мінімальними.

Блоки відробляють один поруч з іншим, між блоками ціликів не залишають.

Подача свіжого повітря здійснюється по відкатним штрекам і ортам і по ходокам в скреперні штреки. Далі повітря рухається по штрекам до центру блоку і по коротким вертикальним виробкам опускається в вентиляційний орт, що розташований на рівні відкатного горизонту. На вентиляційний горизонт вихідний струмінь підіймається по вентиляційному підняттєвому, що розташований напроти середини блоку. Вентиляційні орти розташовують нижче горизонту вторинного дроблення, так як в середині блоку виникає значний гірський тиск, і орт, що розташований на горизонті вторинного дроблення, важко запобігти від руйнування.

Провітрюють тільки скреперні штреки, так як робочих в інших виробках немає. Всі скреперисти знаходяться на свіжому струмені повітря. Умови провітрювання нормальні.

Розмір блоків по простяганню родовища повинен бути не більш 50 м, щоб не виникав значний тиск. Не можна одночасно відробляти блоки, що розташовані поруч.

При випуску і вторинному дробленні руди необхідно дотримувати правил безпеки, що застосовуються до системи підповерхових штреків.

Втрати руди досягають 30%. Незначні втрати бувають лише в окремих випадках при відробці відокремлених блоків, що знаходяться в рудному масиві і не граничать з виробленим простором. Розубоження складає 10-20%.

Витрати лісу незначні. Продуктивність праці найбільш висока в порівнянні з усіма системами розробки, так як для руйнування руди використовують силу гірського тиску, а не буропідривні роботи. Продуктивність праці вибійників досягає 15-18 мі за зміну.

Переваги системи: висока продуктивність праці і незначні витрати лісу.

Недоліки системи: значні втрати руди, вельми жорсткі вимоги до умов застосування і важкість підтримання виробок на горизонті вторинного дроблення.

Застосовують систему при розробці поліметалевих, бідних молібденових і мідних руд.

Система поверхового примусового обвалювання. Суттєвість полягає в тому, що спочатку відробляють компенсаційними камерами 20-30% запасі руди в блоці, а потім обвалюють запаси, що залишилися (цілики), і ведуть випуск руди під породами, що обвалилися (рис 16).

Рис. 16 - Система поверхового обвалювання з відбійкою вертикальними свердловинами

Застосовують систему при розробці крутозалягаючих або горизонтальних покладів товщиною 2-30 м. Руда і породи повинні бути середньої тривкості або тривкими. Руда повинна бути не схильною до самозаймання, злежування, окислення, так як випуск її може продовжуватися значний час. Цінність руди повинна бути незначною, так як втрати великі. Поверхня повинна допускати зсув порід.

Опишемо систему, коли крутозалягаючий поклад відробляють з відбійкою руди свердловинами, що проводять зверху вниз.

Проводять польовий відкатний штрек 1 і орти 2. В центрі блоку на відкатному горизонті проводять вентиляційний орт 3, який підняттєвим з'єднують з вентиляційним горизонтом. З відкатних ортів до горизонту вторинного дроблення проводять рудоспуски і ходоки 5, а з них - скреперні штреки 6. З цих штреків до горизонту підсічки проводять дучки.

На 8-10 м нижче вентиляційного горизонту проводять бурові орти 7, деякі з них невеликими похилами з'єднують з вентиляційним штреком, щоб можна було доставляти бурове обладнання. Якщо руда тривка, то бурові орти можна провести на рівні вентиляційного горизонту, що дозволяє скоротити кількість виробок і створити гарні умови для транспортування бурового обладнання. В цьому випадку в якості міжповерхового цілику залишається тільки дно блоку, що залягає вище. Бурові орти проводять в ціликах і камерах.

Першим етапом очисних робіт є відробка компенсаційних камер, яка здійснюється аналогічно, як при системі підповерхових штреків. Спочатку здійснюють відрізку і підсічку камер, потім відбивають руду в камерах.

Другий етап - обвалювання ціликів. Міжкамерні цілики обвалюють свердловинами 8, що пробурені з ортів, проведених в ціликах. Міжповерхові цілики обвалюють свердловинами 9, що пробурені з ортів і зосередженими зарядами 10, які розташовані в скреперних штреках вищезалягаючого поверху. Підривання здійснюють за один прийом, причому заряди в міжповерховому цілику підривають з уповільненням в 2 сек. по відношенню до зарядів в міжкамерних ціликах. Для зменшення сейсмічного ефекту часто застосовують підривання з мілісекундним уповільненням. Загальна вага зарядів дуже велика і складає іноді декілька сотень тон. Кількість руди, що обвалюється за одне підривання змірюється сотнями тисяч тон.

Масові вибухи здійснюють за спеціально складеному проекту. Перед підриванням в блоці демонтують кабелі, труби, сходи в підняттєвих, скреперні лебідки та інше обладнання, так як все це може бути поламане повітряною хвилею. Після закінчення робіт по заряджанню і монтажу підривної мережі всіх людей виводять з шахти, відключають електроенергію і підривання здійснюють з поверхні вмиканням мережі освітлення, до якої підключені електродетонатори. Після вибуху шахту провітрюють протягом декількох змін. Потім опускаються гірничі рятівники і беруть проби повітря. Роботи починають після того, як аналіз проб повітря покаже, що атмосфера відповідає санітарним нормам. Не менш декількох змін займає монтаж убраного обладнання і ремонт виробок. Всі ці додаткові витрати і простої окупляться тим, що масовим вибухом обвалюють велику кількість руди, достатню для роботи дільниці протягом довгого часу, який змірюється місяцями.

Третій етап очисних робіт заключається в випуску руди, що обвалилася. Цей етап аналогічний випуску руди при системі поверхового само обвалювання. Порядок відробки блоків також аналогічний цій системі, тобто шахтне поле розбивають на дільниці довжиною близько 200 м і в кожній такій дільниці одночасно відробляють по одному блоку. Умови підтримання виробок на горизонті вторинного дроблення при цій системі краще, ніж при поверховому само обвалюванні з двох причин: по-перше, розміри блоків можуть бути порівняно невеликими, так як обвалювання руди здійснюється примусово - свердловинами; по-друге, застосовують систему при розробці руд більш стійких і тривких, чим при поверховому само обвалюванні.

Для провітрювання блоків свіже повітря поступає по відкатно му штреку і відкатним ортам, а по ходокам і рудоспускам підводиться до скреперних штреків, по яким рухається до центру блока. Вихідний струмінь повітря поступає в орт 3 і по підняттєвому виходить на вентиляційний горизонт.

При випуску і вторинному дробленні руди необхідно дотримувати тих правил, що при системі під поверхових штреків.

Втрати руди складають 20-30%, розубоження 10-15%. Витрати лісу незначні. Продуктивність вибійників складає 10-15 мі за зміну.

Переваги системи: висока продуктивність праці, незначні витрати лісу, більш широка область застосування в порівнянні з системою підповерхового самообвалювання.

Недоліки системи: значні втрати руди. Поверхове обвалювання з відбійкою руди свердловинами широко застосовують при розробці потужних рудних покладів на поліметалевих, залізорудних і залізних рудниках.

3.7 Про спеціальні способи підземного видобутку руди

Під спеціальними способами розробки рудних родовищ розуміють застосування фізико-хімічних методів впливу на масив з метою вилучення з нього корисних копалин або окремих компонентів. Наприклад, родовища калійних солей розробляють методом вилуджування. В цьому випадку принцип вилучення солі заключається в видобутку розсолу, з якого подалі випарюється необхідна соль. Таким способом соль видобувають в Донецькому районі (Слов'янськ).

Існує також практика підземного вилуджування міді. Через роздроблену мідну руду пропускають воду. Мідні мінерали розтворяються і утворюють розчин CuSO₄ концентрації від 0,5 до 5 г на 1 л води. Осаджування міді здійснюють у відстійниках, що містять залізо (CuSO₄+Fe=FeSO₄+Cu). Цей метод застосовується на рудниках Уралу.

Також розроблені такі спеціальні методи підземного видобутку: виплавлювання сірки шляхом подавання під тиском гарячої води; підводний видобуток мінеральної сировини зі дна морів і океанів. Проводилися дослідження в області застосування енергії ядерних вибухів для підземної розробки рудних родовищ.

Размещено на Allbest.ru