Месторождений полезных ископаемых 2 страница

Вскрытие вертикальным шахтным стволом, расположенным в висячем боку месторождения (рисунок 2.1), осуществляется лишь в тех случаях, когда по условиям рельефа или застроенности поверхности нельзя ствол расположить в лежачем боку или когда породы лежачего бока сильно обводнены или неустойчивы.

Рисунок 2.1 - Схема вскрытия вертикальным шахтным стволом, расположен­ным в лежачем боку месторождения за зоной сдвижения горных пород ( - угол сдвижения горных пород в лежачем боку месторождения)

Рисунок 2.2 - Схема вскрытия вертикальным шахтным стволом, расположенным в висячем боку месторождения ( - угол сдвижения горных пород в висячем боку месторождения)

Вскрытие вертикальным шахтным стволом, пройденным по месторождению (рисунок 2.3), встречается крайне редко из-за необходимости оставления значительных запасов полезного ископаемого в целиках.

Вскрытие вертикальным шахтным стволом, пересекающим месторождение (рисунок 2.4), осуществляют при разработке маломощных большого простирания пологих залежей бедных руд. Необходимость оставления полезного ископаемого в охранном целике для предохранения ствола от разрушения не является препятствием для применения такой схемы вскрытия по двум причинам: во-первых, запасы в охранном целике незначительны по сравнению с общими запасами, а во-вторых, сокращается длина квершлагов.

Рисунок 2.4 - Вскрытие вертикальным шахтным стволом, пройденным по месторождению

Рисунок 2.5 - Вскрытие вертикальным шахтным стволом, пересекающим месторождение

Вскрытие наклонным шахтным стволом, расположенным в лежачем боку месторождения за зоной сдвижения пород (рисунок 2.6), применяют для наклонных и пологих рудных залежей и мощных угольных пластов. Достоинством такой схемы вскрытия является незначительная длина квершлагов по сравнению со вскрытием вертикальным стволом.

Следует отметить, что схема вскрытия наклонными шахтны­ми стволами, расположенными в лежачем боку, применяется и при разработке мощных крутых месторождений (рисунок 2.7). Основное достоинство этой схемы вскрытия заключается в возможности использования высокопроизводительного конвейерного транспорта. Основной недостаток такого варианта вскрытия - большая длина наклонных стволов.

Вскрытие месторождения штольней применяется при гористом рельефе местности (рисунок 2.8).

Штольни можно распола­гать как в лежачем, так и в висячем боку залежи. Большое внимание следует уделять месту заложения штольни. Так, устье штольни должно располагаться выше уровня воды в горной долине с учетом возможного разлива рек. Наземные сооруже­ния штольни не должны подвергаться оползням и лавинам. Ос­новными преимуществами вскрытия месторождений штольнями являются отсутствие расходов по подъему и водоотливу, высо­кие скорости проведения вскрывающей выработки, простота комплекса поверхностных сооружений и др.

Рисунок 2.6 - Вскрытие наклонным шахтным стволом, расположенным в лежачем боку месторождения за зоной сдвижения пород

Рисунок 2.7 - Схема вскрытия наклонными шахтны­ми стволами, расположенными в лежачем боку при разработке мощных крутых месторождений

Рисунок 2.8 - Схема вскрытия месторождения штольней

В комбинированном способе вскрытия месторождения сочетается несколько простых способов. Это вызвано тем, что при разработке месторождений на большой глубине или при изменяющихся условиях залегания рудного тела в различных частях месторождения применение какого-либо одного простого способа вскрытия не может обеспечить необходимую производственную мощность предприятия. Иногда комбинированный способ вскрытия применяется вы­нужденно, когда были допущены ошибки в первоначальном выборе способа вскрытия, например, из-за недостаточной разведанности месторождения.

Однако комбинированные способы вскрытия имеют ряд недостатков. Прежде всего, возникает необходимость в проведении и обслуживании нескольких вскрывающих выработок. Ступенчатый подъем приводит к многократным перегрузкам полезного ископаемого. Спуск и подъем людей, материалов и оборудования при комбинированных способах вскрытия значительно усложняется. На рисунке 2.9 показана схема вскрытия вертикальным шахтным стволом с поверхности с переходом в вертикальный сле­пой ствол (ступенчатое вскрытие).

1 – вертикальный шахтный ствол; 2 – вертикальный слепой ствол

Рисунок 2.9 - Схема вскрытия вертикальным шахтным стволом с поверхности с переходом в вертикальный слепой ствол (ступенчатое вскрытие)

При такой схеме вскрытия уменьшается длина квершлагов, особенно на нижних горизонтах. Ступенчатое вскрытие позволяет повысить производительность подъема из-за уменьшения глубины подъемных стволов. Заметим, что при большой глубине стволов собственная масса подъемных канатов очень велика, что затрудняет работу подъема, а иногда и делает ее экономически невыгодной.

Вскрытие вертикальным шахтным стволом с поверхности с переходом в наклонный слепой ствол применяется при разработке глубокозалегающих месторождений, меняющих с глубиной угол падения (рисунок 2.10). Такая схема вскрытия позволяет значительно сократить длину квершлагов на нижних горизонтах.

1 – вертикальный шахтный ствол; 2 – наклонный слепой ствол

Рисунок 2.10 - Вскрытие вертикальным шахтным стволом с поверхности с переходом в наклонный слепой ствол

Вскрытие штольней с переходом на слепые вертикальные или наклонные стволы применяется в том случае, когда возникает необходимость в отработке части залежи, расположенной ниже уровня штольни (рисунок 2.11). Выбор вертикального или наклонного слепого ствола определяется в основном условиями залегания месторождения.

1 – штольня; 2 – слепой вертикальный или наклонный ствол

Рисунок 3.11 - Вскрытие штольней с переходом на слепые вертикальные или наклонные стволы

При выборе способа вскрытия нескольких рудных тел число технически приемлемых вариантов возрастает, так как в этом случае возможны независимое вскрытие каждого рудного тела и совместное вскрытие общей главной выработкой (рисунок 2.12).

На выбор способа вскрытия оказывают влияние многие факторы.

Рельеф местности иногда полностью определяет схему вскрытия. Для вскрытия рудных тел, залегающих под дном океана, моря или озера, применяют наклонные стволы, которые закладывают с берега материка или острова под углом от 4-8 до 300 и более в зависимости от типа подземного оборудования в стволе.

Рисунок 2.12 - Совместное вскрытие нескольких рудных тел общей

главной выработкой

Неустойчивые и обводненные вмещающие породы усложняют проходку наклонных стволов и заставляют в этих случаях от них отказываться.

В случае высокогорных месторождений большую роль играет разница высотных отметок месторождения и прилегающей долины, которая может быть использована для гравитационного транспорта руды, устройства поверхностных бремсбергов и подвесных канатных дорог.

В сейсмоопасных высокогорных районах землетрясения сопровождаются оползнями и обвалами пород со склонов гор в нижележащие части ущелий. Это часто ведет к разрушению порталов, участков туннелей и штолен длиной до 80-100 м, что требует усиленного их крепления.

Морфология месторождения в определенной степени влияет на размер шахтного поля и место заложения вскрывающей выработки.

Как было отмечено выше, условия залегания месторождения и топография местности часто допускают возможность применения трех-четырех и более вариантов вскрытия.

Окончательно схему вскрытия месторождения выбирают путем технико-экономического сравнения всех возможных вариантов. При этом предпочтение отдают тому варианту, который обеспечивает наибольшую безопасность работ при минимальных капитальных и эксплуатационных затратах, отнесенных на 1 т добываемого полезного ископаемого. Следует отметить, что ва­рианты, отличающиеся на 5-10% по указанным показателям, считаются равноценными.

Поступают при этом следующим образом. Определив возможные варианты вскрытия, вычерчивают схемы и по чертежам определяют длину капитальных выработок. Затем определяют капитальные затраты, включающие стоимость шахтных стволов (штолен), надшахтных зданий и сооружений, квершлагов и т. д.

По каждому варианту определяют эксплуатационные расходы на подземную откатку, подъем, водоотлив, поддержание вы­работок и др.

Упомянутые затраты и расходы определяют к полному сроку существования шахты. Полученные результаты сводят в таблицу, позволяющую делать сравнения. Некоторые схемы вскрытия предусматривают оставление охранных целиков. В этих случаях затраты и расходы относят на 1 т извлеченных запасов.

Сравнение вариантов по простому сложению капитальных и эксплуатационных расходов не всегда позволяет получить правильное представление об экономичности того или другого варианта, так как капитальные затраты обычно вкладываются до начала добычи руды, а эксплуатационные расходы распределя­ются равномерно в течение десятков лет до окончания срока существования шахты.

При окончательном выборе способа вскрытия учитываются также факторы, которые не всегда можно выразить количественно, например, надежность работы подъема и транспорта.

При вскрытии стволами необходимо исходить из требований ЕПБ о наличии в пределах шахтного поля не менее двух стволов, служащих выходами на поверхность, оборудованных механическими подъемами для подъема (спуска) людей с каждого горизонта и имеющих разное направление вентиляционных струй. Допускается использовать в качестве запасных выходов из выработок, пройденных между горизонтами и служащих для вспомогательных целей (вентиляции, водоотлива, прокладки закладочных трубопроводов и коммуникаций), восстающих, которые выходят на рабочий горизонт и оборудованы лифтовыми подъемниками при высоте более 50 м.

При вскрытии штольнями необходимо руководствоваться следующими положениями, приведенными в таблице 3.8.

Таблица 3.8 - Минимальное число выходов в зависимости от расстояния между горизонтами и протяженности рудного тела

Расстояние между штольнями, горизонтами по вертикали, м	Протяженность рудного тела в пределах шахтного поля, м	Выходы (минимальное число)
до 50	до 1000	три ходовых восстающих на вышележащий горизонт
более 1000	через каждые 300 м ходовой восстающий на вышележащий горизонт
до 70	до 1000	два ходовых восстающих, оборудованных механическими подъемами
более 1000	через каждые 300 м восстающий с оборудованием каждого первого из двух механическим подъемом
более 70	до 1000	один ствол и один восстающий, оборудованные механическими подъемами
	более 1000	два ствола, оборудованные механическими подъемами

Ходовые восстающие и стволы, используемые в ка­честве запасных выходов, располагаются в районе рудного поля и обеспечивают выдачу людей с каждого рабочего горизонта на вышележащий горизонт или на поверхность.

Сбойки между штольнями от устья до рудного тела определяются проектам проходки штолен.

Вскрытие месторождения (или его части), расположенного под нижней вскрывающей штольней, следует производить двумя стволами, оборудованными механическими подъемами. Один ствол должен обеспечивать подъем людей с каждого горизонта на вскрывающую штольню, а второй - на поверхность. В случае затруднения проходки ствола непосредственно на поверхность второй ствол должен быть пройден до другой штольни. При этом с нижнего горизонта на горизонт штольни должен быть предусмотрен восстающий, оборудованный лифтовым подъемником.

Вскрытие залежи горизонтального залегания штольнями необходимо предусматривать проходкой не менее двух парных сближенных выработок со сбойкой их между собой через каждые 250-350 м или проходкой штольни и ствола, оборудованного механическим подъемом с выходом на поверхность.

Во всех случаях в ocновных выходах должна быть обеспечена разнонаправленность вентиляционных струй.

При вскрытии месторождений, разработку которых проектируется с применением самоходного оборудования, необходимо предусматривать:

- горно-капитальные выработки для доставки (транспорта) самоходного оборудования с поверхности на вскрываемые горизонты: специальный грузовой (он же вентиляционный) вертикальный ствол или отделение ствола, или наклонный ствол для спуска крупногабаритного оборудования и длинномерных материалов, или специальный автотранспортный уклон (наклонный съезд) для движения машин с поверхости до горизонтов и между горизонтами;

- концентрационные горизонты с рельсовыми или безрельсовыми откаточными выработками (на крупных месторождениях);

- промежуточные безрельсовые горизонты для доставки (или транспорта) горной массы до участковых (капитальных) рудоспусков самоходным оборудованием по безрельсовым горизонтальным и наклонным выработкам;

- безрельсовые горизонтальные и наклонные выработки;

- доставку самоходного оборудования своим ходом до забоя от вскрывающих выработок, по которым его подают на горизонт;

- возможность транспортирования и доставки технологического оборудования и материалов из поверхностных складов до забоя без перегрузки;

- возможность перевозки людей с поверхности или от указанных вскрывающих выработок до забоя самоходными машинами;

- вскрытие нижележащих горизонтов (по отношению к основному откаточному концентрационному) или отдельных рудных тел наклонными автотранспортными съездами;

- пункты перегрузки горной массы из самоходного (безрельсового) транспорта в рельсовый при доработке запасов на концентрационных горизонтах.

Шаг вскрытия месторождения определяется из расчета, что капитальные вложения в строительство горного предприятия с продолжительным сроком существования рудника должны обеспечивать его работу с проектной производительностью в течение 8-12 лет, но не менее времени, необходимого для проектирования и проходки вскрывающих выработок, обеспечивающих восполнение выбывающих мощностей.

При проектировании учитывать тенденцию увеличения высоты этажа на основе результатов технико-экономического сравнения вариантов горно-капитальных, горно-подготовительных и очистных работ в зависимости от угла падения рудного тела и других факторов, при этом следует учитывать возможность снижения производительности труда с увеличением высоты этажа в связи с усложнением доставки людей, материалов и оборудования в очистные забои.

При высоте этажа свыше 50 м предусматривать один лифтовой подъемник на группу блоков общей протяженностью до 300 м. На таком расстоянии друг от друга следует проходить вос­стающие, оборудованные лебедками для подъема на подэтажи материа­лов и оборудования.

3 Выбор метода разработки и вскрытие

Малеевского месторождения

Существуют следующие методы разработки месторождений твердых полезных ископаемых: подземный, открытый и комбинированный.

Для выбора наиболее рационального способа разработки необходимо определить предельную глубину перехода от открытого способа разработки к подземному по формуле Б. П. Боголюбова:

, м,

где х - предельная глубина открытой разработки от верхней отметки рудного тела под наносами, м;

- граничный коэффициент вскрыши;

К_и - коэффициент извлечения руды при открытых работах;

С_п - себестоимость добычи; полезного ископаемого подземным способом, тенге/т;

С_о - себестоимость добычи полезного ископаемого открытым способом, тенге/т;

С_в - себестоимость вскрыши, тенге/т;

m - горизонтальная мощность рудного тела, м;

, - средние углы откоса бортов карьера, соответственно, в висячем и лежачем боках рудного тела, град.

Малеевское месторождение вскрывается вертикальными стволами шахт «Малеевская», «Скиповая», «Вентиляционная», «Воздуховыдающая» и этажными выработками 11-14 горизонтов (рисунок 3.13).

С 11 на 14 горизонт предусмотрены транспортный уклон, обеспечивающий возможность использования на горных работах мобильного самоходного оборудования, и лифтовой восстающий.

Ствол шахты «Малеевская» пройден до 18 горизонта, оборудован постоянным клетевым подъемом и временным клетевым подъемом, служит для спуска-подъема людей, материалов, оборудования, выдачи горной массы, подачи свежего воздуха.

Ствол шахты «Скиповая» пройден до 17 горизонта, оборудован одним двухскиповым подъемом, служит для выдачи руды из дозаторной 16 горизонта.

Рисунок 3.13 - Схема вскрытия Малеевского месторождения

Ствол шахты «Вентиляционная» пройден до 13 горизонта, оборудован двухклетевым подъемом, служит для спуска-подъема людей, материалов, оборудования, выдачи горной массы, подачи свежего воздуха.

Ствол шахты «Воздуховыдающая» пройден до 14 горизонта, служит для выдачи загрязненного воздуха и спуска самоходного оборудования.

В настоящее время на руднике пройдены горно-капитальные выработки 11 горизонта, по которым подается закладка и выдается загрязненный воздух. Частично пройдены выработки 12, 13 и 14 горизонтов. Полностью построен и работает рудовыдачной комплекс шахты «Скиповая».

Дальнейшее вскрытие месторождения рассмотрено с выделением трех участков, отработку запасов руды на каждом из которых можно осуществить, преимущественно, по единой технологии.

Вскрытие 5-11 горизонтов. Вскрытие запасов руды участка предусматривается осуществить:

- вертикальными стволами шахт «Вентиляционная» и «Воздуховыдающая», оборудованными клетевыми подъемами;

- этажными квершлагами и штреками на уровнях 5, 6, 7, 8, 9, 10 горизонтов, вскрывающими запасы руды горизонтов и соединяющими между собой вертикальные стволы. Высота этажа - 50 метров.

Механизированными выходами на поверхность являются стволы шахт «Вентиляционная» и «Воздуховыдающая», для механизированного подъема людей предусмотрены лифтовые восстающие с 11 на 9, с 9 на 7 и с 7 на 5 горизонты.

Руда и порода от горных работ электровозным транспортом (электровоз К-10, вагонетка ВГ-2,2) доставляется к стволу шх. «Вентиляционная» и клетевыми подъемами выдается на 2 горизонт и далее по штольне «Малеевская» - на поверхность.

Проветривание горных выработок предусматривается осуществить по фланговой схеме нагнетательно-всасывающим способом с подачей свежего воздуха по шахте «Вентиляционная» и выдачей загрязненного воздуха по шх. «Воздуховыдающая».

Шахтная вода по водоотливным канавкам 5-11 горизонтов поступает к шх. «Вентиляционная», по водоперепускным скважинам и восстающим перепускается сначала в водосборники насосной станции 13 горизонта, а затем - на квершлаг шх. «Воздуховыдающая» на 14 горизонт и далее насосной станцией у шх. «Малеевская» выдается на поверхность.

Вскрытие 11-14 горизонтов. Вскрытие запасов руды участка практически осуществлено, на их основе рудник осуществляет свою производственную деятельность.

Вскрытие 14-16 горизонтов. Вскрытие запасов руды в этаже 14-16 горизонтов предусматривается осуществить:

- пройденным вертикальным стволом шх. «Малеевская», оборудованным клетевым подъемом;

- этажными квершлагами и штреками на уровнях 15, 16 горизонтов. Высота этажа 50 метров;

- наклонным съездом, вентиляционным и лифтовым восстающими с 14 на 16 горизонт.

Механизированными выходами с участка являются ствол шх. «Малеевская» и лифтовой восстающий с 16 на 14 горизонт.

Горная масса от добычных работ электровозным транспортом (электровоз К-10, вагонетка ВБ-2,5) доставляется по 16 горизонту к шх. «Малеевская», далее руда выдается на 13 горизонт, разгружается в капитальный рудоспуск с 13 на 14 горизонт и выдается на поверхность по шх. «Скиповая»; порода выдается на штольню шх. «Малеевская» и автомобильным транспортом отвозится на дробильно-сортировочную установку.

Проветривание горных работ предусматривается осуществить по фланговой схеме нагнетательно-всасывающим способом с подачей свежего воздуха по шх. «Малеевская» и выдачей загрязненного воздуха по вентиляционному восстающему с 16 на 14 горизонт и далее по шх. «Воздуховыдающая» - на поверхность.

Шахтная вода по водоотливным канавкам 15, 16 горизонтов поступает к насосной станции 16 горизонта, перекачивается в водосборники главной насосной станции 14 горизонта и далее существующим трактом выдачи шахтной воды - на очистные сооружения рудника.

Все стволы шахт, вскрывающие месторождение, круглого сечения с железобетонным и бетонным креплением. Характеристика стволов шахт приведена в таблице 3.9, сечения стволов - на рисунке 3.14.

Околоствольные дворы шахты «Малеевская» на 11, 13, 14, 16 горизонтах двухсторонние, кольцевые, на 15 горизонте - тупиковый, оборудуются устройствами для механизации обмена вагонеток в клетях. Околоствольные дворы шх. «Вентиляционная» на 7, 9, 11, 12, 13 горизонтах двухсторонние, кольцевые, на 5, 6, 8, 10 горизонтах - тупиковые, также имеют механизацию обмена вагонеток в клетях. Крепление выработок околоствольных дворов - бетонное.

Таблица 3.9 - Характеристика стволов шахт

Наименование показателей	Шахтные стволы
Малеевская	Скиповая	Вентиля-ционная	Воздухо- выдающая
Диаметр в проходке, м	8,3	7,3; 7,2	6,1	8,2
Диаметр в свету крепления, м	7,5	6,5	5,5	7,5
Сечение в проходке, м2	54,1	41,8; 40,7	29,2	52,8
Сечение в свету крепления, м2	44,2	33,2	23,8	44,2
Вентиляционное сечение, м2	38,2	-	20,4	40,7
Полная глубина проходки, м	784,0	726,7	779,8	844,3
Оборудование шахты:
Вид подъема	два независимых многоканатных	один многоканатный	один зависимый	один
Подъемные сосуды	клеть 4500х1500	скип емк.8м3	клеть 3100х1370	клеть 3100х1370
их количество
Тип подъемных машин	ЦШ 3,25х4	ЦШ4х4	2Ц6х2,8	Ц3,5х2,4
их количество
Назначение шахты	спуск-подъем людей, материалов, выдача руды и породы, подача свежего воздуха	выдача руды	спуск-подъем людей, материалов, оборудования, выдача руды и породы, подача свежего воздуха	выдача загрязненного воздуха, спуск самоходного оборудования
Количество подаваемого воздуха, м3/с		-
Количество выдаваемого воздуха, м3/с	-		-
Тип вентилятора	ВОД-40	-	ВОД-30М2С	ВЦД-47,5У

а) б)

в) г)

Рисунок 3.14 - Сечения стволов шахт Малеевского рудника: а - «Скиповая»; б - «Малеевская»; в - «Вентиляционная»; г - «Воздуховыдающая»

4 Подготовка запасов шахтного поля, в том числе

Малеевского месторождения

Подготовка шахтного поля к очистной выемке заключается в разделении его на этажи выработками основного горизонта - откаточными штреками и ортами, а также в разделении этажа на выемочные участки - блоки с помощью восстающих выра­боток.

Подготовительные выработки служат для передвижения лю­дей, транспортирования горной массы, доставки оборудования и материалов, проветривания и других целей.

При пологом залегании месторождения шахтное поле де­лится подготовительными выработками - главными и панель­ными штреками - на панели и столбы.

Подготовительные выработки периодически или непрерывно воспроизво­дятся по мере движения фронта очистных работ. К ним относятся откаточные штреки и орты на основных горизонтах; штреки и орты горизонта доставки (скреперования, грохочения); вентиляционные штреки, обслужива­ющие только одну очистную камеру или панель; рудоспуски между откаточным горизонтом и горизонтом доставки (скреперования, грохочения); все блоковые восстающие (за исключением разрезных, отрезных и т. д.), уклоны (материальные восстающие для доставки оборудования в пределах блока, камеры или па­нели).

В соответствии с «Нормами технологического проектирования рудников цветной металлургии с подземным способом разработки ВНТП 37-86» к горно-подготовительным выработкам на Малеевском руднике отнесены: откаточные орты, доставочные, скреперные, вентиляционные, закладочные штреки, вентиляционно-ходовые восстающие, блоковые рудоспуски и породоспуски, блоковые наклонные съезды. К нарезным выработкам отнесены: доставочные, буровые, буро-доставочные орты, погрузочные заезды, сбойки со слоевыми выработками, отрезные восстающие.

Горизонт - совокупность выработок, расположенных на одном уровне и предназначенных для осуществления в процессе выемки полезного ископае­мого определенных операций, необходимых для ведения горных работ.

Этажные горизонты разделяются по своему назначению: на основные, кон­центрационные, промежуточные, рудоподъемные и вспомогательные.

Основной горизонт - транспортный горизонт, по которому руда транспор­тируется к шахтному стволу.

Основной горизонт, на который перепускают руду с 3-4 этажей, принято называть концентрационным горизонтом, чем подчеркивается возможность наи­более эффективной механизации транспорта в связи с высокой его концентрацией и длительным сроком службы горизонта - 8-10 лет и более. Но не только этим определением характеризуется концентрационный горизонт.