Месторождений полезных ископаемых 1 страница

З.К.Тунгушбаева

ВСКРЫТИЕ И ПОДГОТОВКА

МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Методическое пособие (конспект лекций) для студентов специальности 050707 – «Горное дело» очной и заочной форм обучения

Усть-Каменогорск

УДК 622.27.272 УДК 622.273:622.34 (076)

Тунгушбаева З.К. Вскрытие и подготовка месторождений полезных ископаемых. Методическое пособие (конспект лекций) для студентов специальности 050707 – «Горное дело» очной и заочной форм обучения. /Тунгушбаева З.К./ ВКГТУ, Усть-Каменогорск, 2009–-42с.

Лекционный материал разработан в соответствии с требованиями квалификационной характеристики бакалавра горного дела, Государственного стандарта специальности, содержат все необходимые материалы для решения основных задач вскрытия рудных месторождений подземным способом в различных горно-геологических условиях.

Предназначены для студентов очной формы обучения для других пользователей, желающих расширить свои знания.

Утверждены на заседании методической комиссии горно-металлургического факультета.

Протокол № _____ от _______________ 2009

© Восточно-Казахстанский

государственный

технический университет,

СОДЕРЖАНИЕ

1 Вскрытие и подготовка шахтного поля, производственная

мощность и срок существования подземного рудника 4

2 Схемы и способы вскрытия месторождений 10

3 Выбор метода разработки и вскрытие Малеевского месторождения 22

4 Подготовка запасов шахтного поля, в том числе Малевского

месторождения 26

5 Осушение шахтного поля, очистка и использование шахтных вод 37

1 Вскрытие и подготовка шахтного поля,

Производственная мощность и срок

существования подземного рудника

Рудником называется горное предприятие, производящее разработку месторождения, состоящее из одной или нескольких шахт, штолен, карьеров и различных поверхностных цехов.

Годовая производственная мощность рудника определяется по горнотехническим условиям и экономическим соображениям.

Годовая производительность по горным возможностям означает размер годовой добычи полезного ископаемого, который возможно получить на рассматриваемом месторождении или его части при определенной технике, технологии и организации его разработки.

Годовую производственную мощность рудника по горным возможностям для месторождений с углом падения 30-90⁰ рекомендуется определять исходя из величины годового понижения уровня выемки на месторождении по формуле:

тыс. т/год,

где - среднее годовое понижение уровня выемки, м;

- средняя величина рудной площади этажа, тыс. м²;

- поправочные коэффициенты к величине годового понижения, в соответствии с углом падения, мощностью рудных тел, применяемыми системами разработки и числом этажей, находящихся одновременно в работе;

- плотность руды, т/м³;

- коэффициенты, учитывающие соответственно потери и разубоживание руды.

Величину годового понижения уровня выемки в зависимости от рудной площади этажа принимать из таблицы 1.1.

Таблица 1.1 - Величина годового понижения уровня выемки в зависимости от рудной площади этажа

Рудная площадь, тыс. м2	Величина годового понижения выемки, м
до 4	26-33
4-6	23-30
6-12	17-25
12-20	13-22
свыше 20	9-15

Поправочные коэффициенты на угол падения, мощность рудных тел, применяемые системы разработки и число этажей, находящихся одновременно в работе, определяются из таблиц 1.2-1.5.

Таблица 1.2 - Поправочный коэффициент К₁ к величине годового понижения уровня выемки в зависимости от угла падения

Угол падения, град	К1
	1,2
	1,0
	0,9
	0,8

Таблица 1.3 - Поправочный коэффициент К₂ к величине годового понижения уровня выемки в зависимости от мощности рудного тела

Мощность рудного тела, м	К2
до 3	1,3
3-5	1,2
5-15	1,0
15-25	0,8
свыше 25	0,6

Таблица 1.4 - Поправочный коэффициент К₃ к величине годового понижения уровня выемки в зависимости от применяемых систем разработки

Системы разработки	Класс по ПТЭ, § 122	К3
С открытым выработанным пространством, магазинированием руды и обрушением (исключая слоевое) без профилактического заиливания	I II V	1,0
C креплением и обрушением (исключая слоевое) с профилактическим заиливанием	IV V	0,9
Камерная, сплошная и столбовая системы с закладкой	III	0,85
Система слоевого обрушения	V	0,8
Система горизонтальных слоев с закладкой	III	0,75

Таблица 1.5 - Поправочный коэффициент К₄ к величине годового понижения уровня выемки в зависимости от числа этажей, находящихся одновременно в работе

Число этажей в выемке	К4
	1,0
	1,2-1,5
3 и более	1,5-1,7

Средняя величина рудной площади этажа определяется по формуле:

- при простой и выдержанной форме месторождения

тыс. м²,

где - рудная площадь -го этажа, тыс. м²;

- число этажей.

- при сложной и недостаточно выдержанной форме месторождения

тыс. м²,

где - подлежащие извлечению запасы руды -того этажа, тыс. т;

- вертикальная высота -того этажа, м;

- плотность руды в -том этаже, т/м³.

Годовую производственную мощность рудника по горным возможностям для месторождений с углом падения до 30⁰ рекомендуется определять по формуле:

тыс. т/год,

где - горизонтальная рудная площадь, тыс. м²;

- коэффициент использования рудной площади (применять по данным таблицы 3.6);

- доля применяемых систем разработки, доли ед.;

- производительность очистного блока (панели) в зависимости от применяемой системы разработки, т;

- площадь блока (панели) в зависимости от применяемой системы разработки, м².

Годовую производственную мощность рудника по горным возможностям, определенную по вышеприведенным формулам, на стадии разработки проекта (рабочего проекта) необходимо уточнять (корректировать) в зависимости от фронта очистных работ, который можно постоянно поддерживать по условиям нарезки, подготовки, вскрытию месторождения и по требованиям безопасности.

Таблица 1.6 - Значения коэффициента использования рудной площади

Горизонтальная рудная площадь, тыс. м2	Коэффициент использования площади
5-10	0,35-0,27
10-20	0,27-0,23
20-50	0,23-0,17
50-100	0,17-0,12
100-200	0,12-0,09
200-400	0,09-0,06
более 400	0,05

В условиях неравномерного оруденения и в случаях, когда необходимо вести усреднение рудной массы непосредственно при очистной добыче, производительность рудника определяют с учетом усложнения ведения горных работ, потребности дополнительного числа очистных забоев. При этом следует вводить поправочный снижающий коэффициент и обосновывать его в проекте.

Фактическое годовое понижение уровня выемки каждого года работы рудника с установившейся производственной мощностью определяется по формуле:

м,

где - добываемое количество руды с -го этажа, т/год;

- доля -го этажа в общем объеме погашаемых запасов, доли ед.;

- вертикальная высота -го этажа, м;

- подлежащие извлечению запасы руды -го этажа, т.

Экономически целесообразная или оптимальная годовая производительность - это производительность, при которой возможно получение наиболее высоких экономических показателей разработки месторождения.

Оптимальную производственную мощность определяют методом вариантов, исходя из показателей сравнительной экономической эффективности по минимуму приведенных затрат по формуле:

где - текущие расходы (себестоимость) по -тому варианту;

- капитальные вложения по -тому варианту;

- отраслевой нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений.

Варианты производственной мощности рудника в зависимости от конкретных условий устанавливаются в диапазоне его горнотехнических возможностей.

Экономическая целесообразность увеличения годовой до­бычи на действующем руднике устанавливается путем сравне­ния годовой экономии, ожидаемой от снижения эксплуатацион­ных расходов с ростом амортизации капитальных затрат, которые потре­буется вложить для расширения производственной мощности рудника. Обычно, если увеличение годовой добычи технически воз­можно, экономия на эксплуатационных расходах превышает рост амортизации, т. е. увеличение годовой добычи экономиче­ски целесообразно. Если же увеличение годовой добычи рудника не связано с необходимостью реконструкции и вложением дополнительных капитальных затрат, то увеличение годовой добычи всегда дает значительный экономический эффект за счет снижения условно-постоян­ных расходов. Величину этого эффекта можно принимать рав­ной 1-3% от себестоимости на каждые 10% прироста годовой добычи.

Расчетный срок существования рудника в зависимости от обеспеченности запасами определяют по формуле:

, лет,

где - расчетный срок существования рудника, лет;

- эксплуатационные запасы руды, тыс. т;

- оптимальная производственная мощность рудника по добыче руды, тыс. т/год.

Минимальные сроки существования рудника (лет) в зависимости от производственной мощности и условий строительства и эксплуатации рекомендуется принимать из таблицы 3.7.

Таблица 1.7 - Срок существования рудника

Производительность рудника, тыс. т/год	Условия строительства и эксплуатации
	относительно легкие (1)	средние	тяжелые (2)
	10-11	12-13	14-16
	12-13	14-17	18-20
	14-15	17-20	21-23
	16-18	20-23	24-26
	18-20	22-25	27-30
	20-22	24-28	30-33
более 1000	22-25 и более	28-32 и более	34-40 и более

⁽¹⁾ - небольшая глубина разработки, обжитой район, простые горнотехнические и горно-геологические условия, рудник входит в действующее предприятие.

⁽²⁾ - большая глубина разработки, сложные горнотехнические и горно-геологические условия, необжитой район и т.д.

Для определения срока существования рудника также может использоваться формула Тейлора:

, лет,

где Q - запасы руды, млн.т.

Срок существования Малеевского рудника ЗГОК АО «Казцинк» на запасах руды, принятых к проектированию, составляет:

лет,

где - геологические запасы руды, тыс. т;

- коэффициенты, соответственно, потерь и разубоживания;

- годовая производительность рудника, тыс. т.

С учетом времени на затухание работ и закрытие рудника срок существования Малеевского рудника составит 23 года.

Диаграмма изменения объемов добычи руды на Малеевском руднике Зыряновского ГОК АО «Казцинк» приведена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Диаграмма изменения объемов добычи руды на Малеевском руднике

Производительность Малеевского рудника определена заданием в объеме 2,25 млн. т руды в год. Достигается заданная производительность за счет применения высокопроизводительных камерных систем разработки, сплошного порядка отработки камер, а также вовлечения в добычу запасов руды выше 11 и ниже 14 горизонтов.

Техническая возможность расширения Малеевского рудника до производительности 2,25 млн. т руды подтверждена расчетами: по рудным площадям, по размещению блоков, по возможностям бетонно-закладочного комплекса, по вентиляции, по рудовыдачным возможностям стволов шахт «Скиповая», «Малеевская» и «Вентиляционная» с внесением определенных дополнительных организационных или технических решений в каждый из перечисленных факторов, влияющих на производительность рудника.

2 Схемы и способы вскрытия месторождений

Часть месторождения, отведенная для разработки рудником или шахтой, называется соответственно рудничным полем или шахтным полем.

Размеры шахтных полей в каждом конкретном случае определяются исходя из технико-экономических соображений. При этом сравнивают суммы капитальных и эксплуатационных затрат на 1 т добычи при различных размерах шахтного поля. Каждое шахтное поле характеризуется длиной и шириной в горизонтальных залежах, а в пологих, наклонных и крутых - длиной по простиранию и глубиной.

Под вскрытием шахтного поля понимают проведение после разведки так называемых вскрывающих выработок, открывающих доступ от поверхности земли к месторождению и обеспечивающих возможность проведения подготовительных выработок.

Вскрывающие выработки - вертикальные и наклонные шахтные стволы, шурфы; штольни и уклоны; околоствольные выработки (околоствольные дворы, насосные камеры, водосборники, камеры электроподстанций, обгонные и соеди­нительные выработки); подземные бункера, дозаторные камеры и камеры дро­бильных установок; капитальные рудоспуски и породоспуски, обслуживающие несколько выемочных единиц, по которым производится перепуск руды и породы на концентрационные откаточные горизонты и к стволам шахт; квершлаги и штреки, проводимые для сбойки стволов или капитальных рудоспусков и вскры­тия смещенных частей рудных залежей, а также высечки из них (не более 10 м на каждую высечку) для проведения подготовительных выработок; камерные выработки специального назначения (камеры подъемных машин, электровозное депо, ремонтные и заправочные пункты, склады любого назначения, камеры ожидания, медпункты и т. д.); специальные закладочные, вентиляционные, дре­нажные и водоотливные выработки (стволы, штольни, шурфы, восстающие, ге­зенки); уклоны по доставке самоходного и другого оборудования с основного на промежуточный горизонт; все выработки концентрационного горизонта.

Шахтный ствол - вертикальная или наклонная горная выработка, имеющая непосредственный выход на поверхность и предназначенная для обслуживания подземных работ в пределах шахтного поля или его части. Если шахтный ствол не имеет непосредственного выхода на поверхность, его называют слепым.

Шурф - вертикальная неглубокая (до 40 м) горная выработка круглой или прямоугольной формы сечения, пройденная с поверхности и служащая для изучения условий залегания и литологического строения пород, степени сохранности грунтов и их устойчивости, и используемая для целей вентиляции и как запасной выход из подземных выработок.

Штольня - горизонтальная подземная горная выработка, имеющая непосредственный выход на поверхность, предназначенная для обслуживания подземных или разведочных работ. Штольню проводят в гористой местности.

Квершлаг - горизонтальная подземная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность, пройденная по вмещающим породам вкрест простирания месторождения и используемая для транспорта, вентиляции, передвижения людей, водоотлива, для прокладки кабелей, трубопроводов и линий связи.

Штрек - горизонтальная подземная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность, пройденная по простиранию наклонно залегающего месторождения или в любом направлении при горизонтальном его залегании.

Восстающий - вертикальная или наклонная горная выработка, проводимая по восстанию залежи и служащая для проветривания, передвижения людей, спуска полезного ископаемого или породы, доставки материалов и оборудования, подачи энергии и воды, а также для разведочных целей.

Камеры - подземные горные выработки, имеющие при сравнительно больших поперечных размерах небольшую длину и предназначенные для размещения оборудования. Камеры располагаются в пределах околоствольного двора, представляющего собой совокупность выработок, служащих для соединения шахтного ствола со всеми остальными выработками шахты.

Работы по проведению выработок вскрытия относятся к горно-капитальным.

Схема вскрытия - это размещение различных по назначению и расположению вскрывающих выработок.

Взаимное расположение главных и вспомогательных стволов определяется принятой схемой проветривания и развития очи­стной выемки.

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

При диагональной схеме проветривания главный ствол располагается в центре шахтного поля, а вспомогатель­ные стволы - на флангах. Часто этот вариант при­меняется, когда главный и вспомогательный стволы располага­ются на разных флангах.

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

Вместе с этим центральное расположение имеет и недо­статки. Главные из них: удлиняется путь вентиляционной струи, в результате чего депрессия вентилятора возрастает на 30-40% по сравнению с диагональным расположением; при наступающей выемке возможны утечки воздуха через выработанное пространство на вентиляционный штрек; усложняется выход людей на поверхность в случае аварии. Центральное расположение стволов при вскрытии рудных месторождений применяется реже, чем диагональное.

Вместо вспомогательного ствола на одном из флангов в неглубоких рудниках малой производительности иногда проходят вентиляционный шурф, оборудованный лестничным отделением. При разработке тонких жил на небольшой глубине вентиляционные шурфы располагают в нескольких местах по простиранию жилы и соединяют их с верхним этажным штреком.

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

При значительной длине шахтного поля иногда возникает необходимость разделения каждого из крыльев шахтного поля для проветривания на две секции.

При секционном проветривании вспомогательные стволы закладывают на флангах поля и в промежутках между флангами и главными стволами.

Метод вскрытия рудных месторождений включает в себя основные параметры вскрытия, которые рассматриваются с учетом основных параметров рудника и факторов, влияющих на выбор схемы и способа вскрытия. Кроме того, учитывается: место заложения концентрационных горизонтов, горизонтов для расположения подземных бункеров (и их емкостей), дробильных и водоотливных установок и водосборников, выбор последовательности развития горных работ по проведению основных откаточных выработок. Исходя из горнотехнических условий залегания месторождения, запасов и ценности руды, производственной мощности рудника, глубины разработки, условий труда (температура, запыленность, влажность) и принимаемого режима работы рудника, определяют: число и оснащенность рудоподъемных, вспомогательных и вентиляционных стволов шахт, расположение их относительно рудного тела; последовательность вскрытия совместно залегающих рудных тел; независимое вскрытие каждого рудного тела самостоятельной выработкой; совместное вскрытие всех рудных тел общей главной выработкой, смешанное вскрытие отдельных рудных тел самостоятельными выработками.

Рациональный способ вскрытия должен удовлетворять следующим требованиям: обеспечивать безопасность труда и благоприятные физиологические условия для работающих как при проведении горных выработок, так и в период разработки месторождения; быть наиболее экономичным по капитальным затратам, эксплуатационным расходам и обеспечивать полноту выемки запасов руды, необходимые темпы вскрытия и интенсивность отработки месторождения.

Рациональный способ вскрытия выбирается из вариантов, приемлемых для данного шахтного поля, на основе технико-экономического сравнения.

По роду применяемых главных выработок можно выделить следующие способы вскрытия: вертикальным стволом; наклонным стволом; штольней и комбинированным способом. Первые три способа можно объединить в группу простых способов вскрытия.

Главные вскрывающие выработки могут проходить: по месторождению; по пустым породам со стороны лежачего либо висячего боков или с флангов; по пустым породам и руде, пересекая рудное тело.

Схемы основных способов вскрытия рудных месторождений.

Простые способы:

1. Вскрытие вертикальным шахтным стволом по месторождению, лежачему боку, висячему боку и флангам.

2. Вскрытие наклонным шахтным стволом по месторождению, лежачему боку и флангам.

3. Вскрытие штольней по месторождению, лежачему боку, висячему боку.

Комбинированные способы:

1. Вертикальный шахтный ствол с поверхности с переходом в вертикальный слепой ствол.

2. Вертикальный шахтный ствол с поверхности с переходом в наклонный шахтный ствол.

3. Наклонный шахтный ствол с поверхности с переходом в наклонные слепые стволы.

4. Штольня с переходом в вертикальные слепые стволы.

5. Штольня с переходом в наклонные слепые стволы.

Горные выработки и поверхностные здания и сооружения, находящиеся в пределах зоны сдвижения, могут выходить из строя даже при незначительных деформациях. Чтобы этого не случилось, поверхностные сооружения и выработки должны находиться за пределами зоны сдвижения или, в крайнем случае, необходимо под ними оставлять охранные целики из полезного ископаемого. Заметим, что последующая разработка таких целиков сопряжена с большими потерями полезного ископаемого и значительными материальными затратами.

Основные схемы простых способов вскрытия месторождений.

Из простых способов вскрытия наиболее распространенным вариантом для крутых и мощных угольных месторождений является вскрытие вертикальным шахтным стволом, расположенным в лежачем боку месторождения за зоной сдвижения горных пород (рисунок 1.2). При такой схеме вскрытия не требуется оставления охранного целика. Единственным недостатком является увеличение длины квершлагов с понижением уровня горных работ.