Месторождений полезных ископаемых 3 страница

Вскрытие и подготовка концентрационными горизонтами, когда отработка ведется одновременно на 3-4 и более этажах с перепуском руды по специальным восстающим выработкам (рудоспускам) на концентрационные горизонты, позво­ляет сосредоточить на них все вспомогательные службы и их соответствующие устройства, оборудование и механизмы. Промежуточные горизонты имеют весьма простую схему подготовки и незначительное число и объем камер, небольшую протяженность подготовительных выработок. Наличие концентрационного го­ризонта резко сокращает число эксплуатируемого оборудования и механизмов подземного транспорта, пунктов механического дробления и перегрузки руды и ряда вспомогательных служб (водоотлива, подземного ремонтного и складского хозяйства, диспетчерской, медицинской, противопожарной и механической служб), обслуживающего их персонала.

Промежуточный горизонт - горизонт, предназначенный для подготовки этажа, проветривания блоков, транспортировки по нему материалов, оборудо­вания, передвижения людей, по которому доставляют руду до рудоспусков, расположенных в районе рудного тела, и перепускают ее на основной или кон­центрационный горизонт.

Рудоподъемный горизонт - это горизонт стыковки ступеней подъема.

Вспомогательный горизонт - это горизонт вторичного дробления, грохо­чения, скреперования, выпуска, подсечки и т. п.

Подготовкой шахтного поля называют разделение его на этажи проведением откаточных штреков и ортов, а также разделение этажа на блоки проведением восстающих.

Блоком называется выемочный участок в пределах этажа, для отработки которого применена в полном комплекте та или иная система разработки. Блок характеризуется параметрами: длиной (по простиранию или вкрест простира­ния), м; высотой, м; запасами, тыс. т, и объемом добычи, т/сутки или тыс. т/месяц; при разработке мощных месторождений - шириной, м, и направлением длинной стороны (по простиранию или вкрест простирания).

Пологие и крутопадающие месторождения большой горизонтальной мощности делятся на панели. При разработке крутопадающих месторождений большой горизонтальной мощности (200-600 м) панелью называется часть шахтного поля шириной, рав­ной размеру блока по простиранию, и длиной, равной горизонтальной мощности залежи.

Высота этажа связана с его вскрытием и подготовкой, которая может быть выполнена простым и комбинированными способами - транспортными съездами и ярусным способом.

При простом способе подготовка блока начинается с откаточного горизонта. Такая схема подготовки более длительна по времени, так как до начала раз­работки этажа необходимо вскрыть, сдренировать и подготовить на 70-80% откаточный горизонт; пройти в трех-пяти блоках несколько этажных восстающих; разрезать из восстающих блоковые орты или штреки, пройти приемные выра­ботки и вентиляционные сбойки.

Принятый способ подготовки, расположение и размеры подготовительных вы­работок должны обеспечивать: безопасное производство очист­ных работ; нормальное проветривание очистных забоев; свое­временную подготовку этажей и блоков для сохранения посто­янного резерва подготовленных и готовых к выемке запасов руды с определенным средним содержанием полезных компо­нентов; удобные и безопасные условия передвижения людей, доставки материалов и оборудования по выработкам; мини­мальные потери руды в целиках, предохраняющих подготови­тельные выработки; производительные способы доставки руды, погрузки и откатки; минимальные расходы на поддержание вы­работок и ремонт крепи.

Схема подготовки должна охватывать всю сеть выработок в плане (по прости­ранию и вкрест простирания рудного тела) и по вертикали и учитывать эффектив­ность работы рудничного транспорта (тупиковая, кольцевая схема подготовки). Схема подготовки должна отражать схемы осушения и гравитационные потоки руды (в пределах рудного тела, в лежачем или висячем боках).

Подготовка должна обеспечивать на весь срок отработки нормальную экс­плуатацию выемочных участков.

Классификация способов и схем подготовки:

I. Традиционная технология разработки

А. Крутопадающие и наклонные месторождения

1. Подготовка этажными штреками и ортами:

а) по тупиковой схеме;

б) по кольцевой схеме.

2. Подготовка этажными ортами и штреками:

а) по тупиковой схеме;

б) по кольцевой схеме.

3. Безортовая подготовка.

4. Подготовка с заглубленным расположением откаточного горизонта (ниже этажа).

Б. Пологие и горизонтальные месторождения

1. Панельная подготовка - главными и панельными штреками.

2. Беспанельная подготовка - главными откаточными и выемочными штреками.

II. Разработка месторождений в сложных гидро­геологических условиях

1. Подготовка одним горизонтом;

2. Подготовка двумя горизонтами:

- верхний дренажный горизонт с дренажными выработками и сквозными фильтрами;

- рабочий горизонт с веером водопонижающих скважин в верхнюю часть месторождения.

3. Подготовка тремя горизонтами:

- верхний дренажный горизонт с дренажными выработками и сквозными фильтрами;

- рабочий горизонт с веером водопонижающих скважин в верхнюю часть место­рождения;

- нижний дренажный (2-й рабочий) горизонт с дренажными выработками (подготовительными).

III. Разработка месторождений методом выще­лачивания

1. Подготовка вертикальными и наклонными нагнетательными и разгрузоч­ными скважинами, заложенными с поверхности:

а) по линейной схеме;

б) по кольцевой (ячеистой) схеме.

2. Подготовка горными выработками с предварительным рыхлением рудных блоков взрывами и орошение отбитой руды из подземных выработок.

3. Подготовка горными выработками без предварительного рыхления руд­ных блоков с нагнетанием выщелачиваемых растворов в трещиноватый массив под давлением.

4. Комбинированная подготовка дренажными горными выработками и нагне­тательными скважинами, заложенными с поверхности.

Схема подготовки месторождений при применении са­моходного оборудования должна предусматривать:

- безрельсовые транспортные и доставочные штреки и другие горизонтальные и наклонные выработки на промежуточных этажах (или подэтажах) с транспортированием (доставкой) горной массы и материалов самоходным оборудованием;

- конструкцию систем разработки, обеспечивающую свободное перемещение самоходных машин из одних рабочих мест в другие, на­ходящиеся на одном и разных уровнях в одном или нескольких смеж­ных блоках; оптимальное расстояние доставки горной массы и др.;

- доставку в очистные и подготовительные забои и на другие рабочие места трудящихся и материалов самоходными машинами;

- возможность подготовки запасов к разработке отдельными участ­ками шахтного поля, вскрытыми автотранспортными уклонами.

Для характеристики объема подготовительных работ поль­зуются показателем - удельный объем подготовительных работ, который выражает процентное отношение объема подготовительных выработок к объему руды в этаже или блоке. В зависимости от системы разработки и характера месторождения удельный объем подготовительных работ изме­няется от 2 до 15%, иногда достигает 25%. Нередко удельный объем подготовки определяют как отношение объема добычи руды из подготовительных выработок к извлекаемым запасам блока. Однако этот показатель не отражает объема полевой подготовки. Объем подготовительных работ характеризуется также чис­лом погонных метров подготовительных выработок, приходя­щихся на 1000 т готовых к выемке запасов руды.

Коэффициент подготовки и нарезки камеры, показывающий общую длину подготовительно-нарезных выработок приходящуюся на 1000 т подготовленных к очистной выемке запасов руды:

, п.м./1000 т подготовленных запасов к очистной выемке,

где - суммарная длина подготовительно-нарезных выработок, п.м.;

- подготовленные к очистной выемке запасы руды, т.

Удельный объем подготовительно-нарезных работ, приходящийся на 1000 т запасов руды:

, м3 /1000 т подготовленных запасов к очистной выемке,

где - суммарный объем подготовительно-нарезных выработок, м3.

Наибольшее влияние на способ подготовки оказывают мощность, угол па­дения залежи и механические свойства пород и руд. При маломощном крутопадающем рудном теле горизонт может быть подго­товлен одним откаточным штреком, а при большей мощности по условиям транспорта и вентиляции необходимо проходить два, а то и три откаточных штрека.

На подготовку месторождений, залегающих в сложных гидрогеологических условиях, большое влияние оказывают принятые схемы осушения шахтных полей.

Физико-механические свойства руды предопределяют выбор рудной или полевой подготовки. При крепких и устойчивых рудах, как правило, приме­няется рудная подготовка. Неустойчивая руда требует полевую или штрековую комбинированную (рудная и полевая) подготовку, при которой создаются луч­шие условия для работы транспорта и вентиляции рудника.

При полевой подготовке крутопадающих месторождений выработки заклады­ваются в породах лежачего и висячего боков, при пологопадающих - в почве рудных пластов.

Подготовка всегда должна учитывать технологию разработки, применяемое оборудование и его постоянное обновление. Например, применение погрузочно-доставочных самоходных машин позволяет грузить руду с подошвы выпускных выработок или непосредственно из очистных камер и доставлять ее к рудоспу­скам, а когда руда погрузчиком или экскаватором погружается в самосвалы, то и непосредственно на поверхность. Все это требует взаимоувязки вскрытия, подготовки, нарезки, очистной выемки и осушения.

При геотехнических способах разработки (выщелачивание, выжигание и др.) на схему подготовки основное влияние оказывают глубина залегания полезного ископаемого, форма рудного тела и физико-механические свойства руды (трещиноватость, пористость, крепость, минеральный состав и раствори­мость минералов в кислотах), а также физико-механические свойства вмещающих горных пород.

Системы разработок определяют способ и схему подготовки всего шахтного поля, число и тип потребных выработок подготовки.

В тонких и весьма тонких жильных телах на основном го­ризонте проводят один рудный штрек, располагая его таким образом, чтобы была удобной загрузка руды в вагонетки. Если руда поступает через люки, то последние должны на­ходиться в одном из верхних углов откаточной выработки (рисунок 3.15а). При невыдержанном залегании и непостоянной мощности жилы, наличии сбросов предпочтение отдают схеме, показанной на рисунке 3.15б, позволяющей лучше следовать за жи­лой. Смещение штрека в сторону висячего или лежачего боков определяется устойчивостью вмещающих пород. При длитель­ном сроке существования штрека его располагают в более креп­ких породах.

На мощных и весьма мощных месторождениях применяют штрековую или ортовую схему подготовки.

В первом случае выработки от­каточного горизонта состоят из од­ного или нескольких рудных или полевых штреков. Во втором слу­чае погрузка руды осуществляется в ортах, соединенных рудными или полевыми штреками.

а б

Рисунок 3.15 - Расположение откаточных штреков в тонких жилах

Подго­товка одним рудным или полевым штреком применяется при мощности рудного тела до 10-20 м. В более мощных залежах проводят несколько руд­ных штреков или один полевой со специальными доставочными выработками - ортами скреперования. Одного откаточного штрека бывает достаточно и для весьма мощного рудного тела, если руда к нему поступает с подэтажей по рудо­спускам. В последнем случае на подэтажах должна быть орга­низована механизированная доставка руды к рудоспускам.

Ортовая подготовка бывает тупиковой (рисунок 3.16 ) или кольцевой (рисунок 3.17 ).

1 – двухпутный штрек; 2 – орт

Рисунок 3.16 - Тупиковая ортовая подготовка откаточного горизонта

1 – двухпутный штрек; 2 – орт; 3 – однопутный штрек

Рисунок 3.17 - Кольцевая ортовая подготовка откаточного горизонта

В первом случае из двухпутного (руд­ного или полевого) откаточного штрека проводят орты-за­езды. При кольцевой схеме орты проводят между однопутным рудным или полевым штреком и двухпутным полевым штреком. Наличие двух штреков обеспечивает хорошие усло­вия для транспорта и проветривания основного горизонта.

В неустойчивых породах длительное сохранение двухпутных откаточных штреков, имеющих площадь поперечного сечения до 20 м² и находящихся в зоне влияния горных работ, стано­вится затруднительным. Поэтому двухпутные штреки проводят на значительном расстоянии от рудного тела, а с целью сокра­щения длины ортов-заездов вблизи рудного тела проводят одно­путный вспомогательный штрек (рисунок 3.18). В породах ви­сячего бока проводят однопутный откаточный штрек. Штреки лежачего бока сбиваются между собой квершлагами.

1 – квершлаг; 2 – однопутный вспомогательный; 3 – двухпутный откаточный штрек; 4 – орты

Рисунок 3.18 - Тупиковая ортовая подготовка откаточного горизонта в неустойчивых породах

При большом горном давлении производят заглубление от­каточного горизонта по вертикали на 60-120 м ниже отраба­тываемого этажа. При этом руда из очистных блоков на отка­точный горизонт доставляется по системе рудоспусков. Такое расположение выработок основного горизонта позволяет со­кратить затраты на их крепление, уменьшить их протяженность, увеличить площадь поперечного сечения при использовании мощных электровозов. Аккумулирование руды в рудоспусках обеспечивает ритмичную работу шахтного транспорта и подъема.

Выбор между полевой и рудной подготовкой зависит от следующих факторов: мощности рудного тела, направления очистной выемки, способа проветривания (центральное или фланговое) и др. В мощных и весьма мощных рудных телах чаще применяют полевую подготовку.

Полевая подготовка имеет ряд достоинств: незначительные расходы на ремонт крепи; сокращаются потери руды в между­этажных целиках. Отработку целиков можно начинать после окончания выемки блока без нарушения схемы вентиляции; удобнее и проще общая схема вентиляции. В отдельных слу­чаях, например при фланговом проветривании и отступающей выемке, штрек вышележащего этажа может быть сохранен для вентиляции, если он проведен на значительном расстоянии от рудного тела. В рудных телах небольшой мощности, имеющих извилистые контуры, рудный штрек неприемлем для электро­возной откатки.

Основной недостаток полевой подготовки - большие перво­начальные затраты на подготовительные работы вследствие не­обходимости проводить квершлаги до рудного тела. В отличие от рудного штрека проведение полевого частично не окупается попутно добытой рудой. В отдельных случаях ухудшается дре­наж и усложняется попутная разведка месторождения.

Выбор между полевой и рудной подготовкой часто связан с выбором схемы проветривания и направления выемки.

В особую группу выделяют нарезные выработки, проводи­мые в пределах блоков, панелей и столбов непосредственно для очистной выемки.

К нарезным выработкам относятся:

- подэтажиые и слоевые горизонтальные выработки, разделяющие блок на отдельные выемочные подэтажи или слои;

- выработки горизонта скреперования - штреки или орты, служащие для скреперной доставки отбитой руды до выработок основного горизонта, а также для вторичного дроб­ления руды;

- выработки горизонта грохочения - камеры, штреки, орты, служащие для вторичного дробления отбитой руды и перепуска ее на основной горизонт;

- выработки горизонта подсечки, служащие для отделения добываемого массива руды от днища блока;

- отрезные восстающие и щели, горизонтальные и вертикальные ходки, вентиляционные сбойки и ряд других выработок, рассмотрение которых вследствие их тесной связи с очистной выемкой возможно только при изучении от­дельных систем разработки.

Технико-экономическое сравнение вариантов подготовки.

Метод вариантов применяется в случаях, когда можно применить несколько способов подготовки. По каждому варианту определяется сумма затрат на 1 т добычи, зависящих от рассматриваемого способа.

В суммарные затраты входят стоимости проведения выработок, поддержания выработок, подземной откатки, вентиляции подземных работ, осушения месторож­дения, возврата затрат на проведение штреков или ортов в рудном теле от реали­зации добытой руды.

Удельное значение суммарных затрат на 1 т добычи:

где - стоимость проведения выработок;

- стоимость поддержания выработок;

- стоимость откатки руды;

- стоимость вентиляции;

- стоимость осушения месторождения;

- стоимость возврата от реализации добычи руды;

Т - запас этажа, т;

- коэффициент извлечения запасов руды;

- коэффициент разубоживания руды.

Способы подготовки с разницей удельного значения q в 10-15% считаются экономически равноценными.

Выбранный по экономическим преимуществам способ подготовки должен быть проверен на обеспечение надлежащего опережения подготовки по отноше­нию очистной выемки при заданной годовой производительности горизонта.

Необходимый срок подготовки горизонта зависит от интенсивности разра­ботки этажа.

В качестве критерия сравнения объемов горно-подготовительных работ при различных системах разработки используют объем или длину горно-подготови­тельных выработок, отнесенных к 1 тыс. т подготовленных запасов:

где d, - объем или длина горно-подготовительных выработок на одну тыс. т подготовленных запасов, м3/1000 т или м/1000 т;

- объем или протяжен­ность горно-подготовительных выработок, м3 или м;

- запасы руды, под­готовленные к выемке, тыс. т.

Нормы обеспеченности подготовленными к выемке запасами руды.

Балансовые запасы полезного ископаемого, подсчитанные и утвержденные Государственной комиссией по запасам (ГКЗ), во время отработки на действу­ющей шахте классифицируются на вскрытые, подготовленные и готовые к выемке.

Вскрытые - запасы месторождения или его части, находящиеся выше го­ризонта подсечки капитальными вскрывающими выработками, из которых намечается проведение подготовительных выработок. Подготовленные - запасы в блоках или на участках, в которых пройдены все подготовительные выработки, предусмотренные проектом системы разработки и дающие возмож­ность начать проведение нарезных выработок. Готовые к выемке - запасы руды в блоке или части блока, в которых пройдены нарезные выработки, необходимые для ведения очистных работ и обуренные при системах с отбойкой взрывными скважинами.

Во многих случаях вскрытыми запасами оказываются запасы всего шахт­ного поля (месторождения). В других случаях количество вскрытых запасов определяется проектом. Обеспеченность подготовленными запасами рекомендуется принимать не менее чем на два-три и более года работы рудника проектной про­изводительностью.

Нормы подготовленных к выемке запасов составляют для железных рудников от 5-6 до 54 месяцев, для рудников цветной металлургии - от 6 до 36 месяцев, по готовым к выемке запасам руды от 4 до 12 месяцев. Сроки обеспеченностирудника подготовленными и готовыми к выемке запасами устанавливаются с учетом горно-геологической и горнотехнической характеристик, условий подготовки и приме­няемых систем разработок.

По методике ВНИМИ нормативы запасов рекомендуется определять по пла­нируемым средним показателям системы разработки и вычислять в единицах времени:

- норматив готовых к выемке запасов, месяцев,

- норматив подготовленных запасов для систем с отработкой блока в одну оче­редь, месяцев,

- норматив подготовленных запасов для систем с отработкой блока в две и более очереди

где - коэффициент, характеризующий среднее количество готовых к выемке запасов в блоке относительно его начальных запасов;

- коэффициент резерва;

- запас блока, т;

- производительность блока в стадии очистных ра­бот, т/месяц;

- объем нарезных работ в блоке на единицу запаса, м³/т;

- объем нарезных работ в блоке, м³/месяц.

Значение коэффициента зависит от последовательности подготовки и от­работки запасов блока и определяется по формуле:

где - число очередей выемки в блоке, под которыми ВНИМИ имеет в виду варианты последовательности отработки блоков.

Камерно-столбовая система является примером отработки в одну очередь, принудительного этажного обрушения на компенсационные камеры - в две очереди, системы слоевого и подэтажного обрушения - в три, четыре очереди.

Значение коэффициента в зависимости от условий рекомендуется при­нимать в пределах 1,25-1,4. Нормативы запасов в т по системе разработки определяются по формулам:

- готовых к выемке

- подготовленных

где - проектируемая добыча по системе разработки, т/месяц.

Число т подготавливаемых в год запасов, необходимое для обеспечения плановой добычи без учета потерь и разубоживания при добыче, определяется по формулам:

- готовым к выемке

,

- подготовленных

где - проектируемая добыча расчетного и следующего годов;

, - остаток запасов на начало года;

- нормативы запасов (в годах) на следующий год.

5 Осушение шахтного поля, очистка и использование шахтных вод

Необходимость специальных осушительных мероприятий на месторожде­ниях, разрабатываемых подземным способом, определяется следующими природ­ными и горнотехническими факторами: большими динамическими притоками подземных вод, вызывающими осложнения в проведении горных работ; раскольматацией тектонических зон и карстовых полостей, заполненных песчано-глинистым материалом под воздействием высоких гидростатических напоров; обвод­ненностью пород в зоне обрушения, приводящей к возникновению прорывов разжиженных пород и воды в очистные выработки; наличием тектонических зон, по которым возможно возникновение деформаций в горных выработках; высокой агрессивностью подземных вод, оказывающих разрушительное действие на горное и горно-транспортное оборудование; наличием неустойчивых обвод­ненных рыхлых пород в кровле и почве выработок (а также руд), склонных к размоканию, разбуханию, пучению и текучести; недостаточной прочностью водо­упорных пород для удержания гидростатических напоров в кровле и почве гор­ных выработок; близостью водотоков, связанных с подземными водами.

Для осушения шахтных полей применяют следующие способы: поверх­ностный - при помощи водопонижающих и поглощающих скважин, заклады­ваемых с поверхности земли; подземный - при помощи дренажных устройств, закладываемых из подготовительных и эксплуатационных горных выработок рудника (сквозных и забивных фильтров, горизонтальных и восстающих дре­нажных и разгрузочных скважин, а также специальных горных дренажных выработок - штреков, квершлагов и т. п.); комбинированный - сочетающий средства указанных способов.

Поверхностный способ применяется для осушения пород, обладающих вы­сокой водопроницаемостью; для защиты от подземных вод участков шахтных стволов при осушении рудников вблизи крупных водоемов и водотоков, свя­занных с подземными водами (особенно в карстовых районах).

Подземный способ применяется для осушения пород, обладающих слабой водопроницаемостью; при небольших напорах подземных вод; для осушения карстовых и тектонических зон, из которых возможны прорывы песчано-глинистого материала в подземные выработки.

Комбинированный способ целесообразен при большой мощности и высоких напорах подземных вод; при осушении рудников вблизи крупных водоемов и во­дотоков, тесно связанных с осушенным горизонтом.

Комбинированный способ применяется также в случае, если подземный способ по срокам выполнения горных работ невозможен и требуется предварительное осушение. При подземном и комбинированном способах в качестве дре­нажных выработок используются подготовительные и эксплуатационные выработки рудника. В случае невозможности их использования из-за особенностей горных работ, а также в сложных гидрогеологических условиях предусматри­вается проходка специальных дренажных выработок.

Линейные системы осушения состоят из одного или двух рядов дренажных устройств вертикального или горизонтального типа и применяются: при устрой­стве перехватывающих завес в потоках ограниченной ширины типа аллювиаль­ных; осушении месторождений с крутым и наклонным залеганием водоносных слоев с высокой водопроницаемостью; устройстве завес в полуограниченных пластах и при расположении рудника вблизи реки; для сработки напоров под­земных вод под протяженными горными выработками.