Подземная разработка месторождений полезных ископаемых

139 смотр.

Подземная разработка месторождений полезных ископаемых состоит из трех стадий: вскрытия, подготовки и очистной выемки.

Вскрытие — это проведение горных выработок для того, чтобы обеспечить доступ к месторождению с земной поверхности. Подготовка — это разделение месторождения на отдельные участки (этажи, панели и очистные блоки) и собственно подготовка внутри этих участков к началу очистных работ. Очистная выемка — это горные работы по массовой добыче полезного ископаемого.

При вскрытии месторождений проводят подземные горные выработки, которые служат для транспортирования и подъема полезного ископаемого и породы, спуска материалов и оборудования, перемещения людей, проветривания, осушения, водоотлива, прокладки кабелей и трубопроводов и т. п. Вскрывающие выработки проводят за счет ассигнований на капитальное строительство, чаще всего силами специализированных шахтостроительных организаций.

Вскрывающими выработками являются шахтные стволы, штольни, квершлаги, выработки и камеры околоствольных дворов, включая приствольные бункера и рудоперепуски, камеры подземных дробилок и пр.

Ствол — вертикальная или наклонная выработка, имеющая непосредственный выход на дневную поверхность (рис. 1.2) и предназначенная для обслуживания подземных горных работ в пределах шахтного поля или его части. Стволы бывают главными (для подъема полезного ископаемого) и вспомогательными (грузолюдскими — для спуска и подъема людей, породы, материалов и оборудования; вентиляционными — для проветривания; закладочными — для спуска закладочных материалов; водоотливными — для откачки воды и др.). При выполнении стволом нескольких функций стволы называют по главной из них. Иногда главные стволы называют по типу подъемных сосудов — скиповые, клетевые, скипо-клетевые.

Рис. 1.2. Виды горных выработок (разрез вкрест простирания залежи):

1 — шахтный ствол; 2 — слепой ствол; 3 — околоствольный рудоперепускной бункер; 4 — приемный бункер, подземная дробилка и дозаторная камера скипового подъема; 5-- квершлаги; 6 — рудные штреки; 7 — полевые штреки; 8 — полевой восстающий; 9 — рудный восстающий; 10 — подэтажные штреки; 11 --рудоспуск; 12 — штольни; 13 — шурф; 14 — граница зоны сдвижения пород; 15 — камера подъемной машины.

Сечение вертикальных стволов круглое и реже прямоугольное. Диаметр от 5 до 9--10 м. Глубина стволов различная, но не превышает 1800 м, так как при большей глубине ствола может произойти под действием собственного веса разрыв каната, поддерживающего подъемные сосуды. Поэтому для вскрытия участков месторождений, распространяющихся на большую глубину, используют слепые стволы, отличающиеся тем, что не имеют выхода на поверхность, а подъемные машины устанавливаются под землей (см. рис. 1.2).

Последние десятилетия при вскрытии рудных месторождений стали использоваться наклонные стволы для перемещения по ним самоходного оборудования. Угол наклона их 6--8° при подъеме руды автосамосвалами и до 10--12°--при спуске-подъеме порожних самоходных машин (в том числе погрузочно-до-ставочных машин, самоходных буровых установок и т. п.). На угольных шахтах наклонные стволы с углами наклона до 18° при использовании конвейерного подъема угля применяются широко.

Шурф — это вертикальная (редко наклонная) неглубокая (до 100 м) горная выработка, пройденная с поверхности и предназначенная для разведки (разведочный шурф), а при разработке месторождений (эксплуатационный шурф), главным образом, для вентиляции и как запасной выход из подземных выработок. Шурфы оснащаются чаще всего легким вспомогательным подъемом, обычно бадьевым.

Штольня — горизонтальная подземная разработка месторождений полезных ископаемых, имеющая непосредственный выход на поверхность и то же назначение, что и ствол. Штольни проходят в гористой местности. Направление штольни по отношению к простиранию рудного тела может быть любым. Форма поперечного сечения штольни и других горизонтальных выработок обычно сводчатая или трапециевидная, а площадь поперечного сечения от 3--5 до 20--25 м2 и более. Длина их изменяется от нескольких метров до километров.

Квершлаг — горизонтальная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность, проведенная по вмещающим породам вкрест простирания от ствола до рудной (угольной) залежи. Используется для транспорта, вентиляции, передвижения людей, водоотлива, прокладки кабелей, труб и линий связи.

Околоствольный двор — это совокупность расположенных вблизи ствола горных выработок: камерных, предназначенных для размещения стационарных машин и оборудования и имеющих сравнительно небольшую длину по сравнению с поперечным сечением, и протяженных, у которых длина более чем на порядок превышает размеры их поперечного сечения. В пределах околоствольного двора располагаются следующие камеры: насосная, электроподстанция, противопожарная, электровозное депо, камера опробования, ожидания, медпункт и др. Кроме того, имеются (при скиповом подъеме) камеры опрокида, бункера, камера подземной дробилки, дозаторная камера, а также приствольные рудоперепуски на горизонт погрузки. Тем самым околоствольный двор является главной подземной перегрузочной станцией, пропускающей весь груз, выдаваемый из шахты на поверхность (полезное ископаемое, вмещающие породы, вода), а также поступающие в шахту материалы, оборудование, детали машин.

Различные формы рудных и угольных (пластовых) месторождений предопределили существенные различия в их подготовке.

Подготовка рудных месторождений включает подготовку горизонтов и подготовку внутри очистных блоков, т. е. нарезку последних.

Подготовка горизонтов — это разделение вскрытой части месторождения (шахтного поля) с помощью подготовительных выработок на выемочные участки: этажи и очистные блоки в крутых и наклонных месторождениях и панели, а иногда и блоки — в пологих и горизонтальных месторождениях.

Этаж — это участок, имеющий длину, равную длине шахтного поля по простиранию, а высоту от 35--45 до 60--100 м. Снизу и сверху этаж ограничен горизонтальными подготовительными выработками, сети которых на соответствующих уровнях формируют так называемые этажные горизонты, которые соединены с квершлагами, ведущими к стволам, и по которым осуществляется транспортирование и проветривание. Этаж по длине с помощью вертикальных подготовительных выработок разделяется на очистные блоки (длина блока по простиранию колеблется от 25 до 100--120 м, обычно составляет 40--60 м).

Очистной блок--это такой наименьший участок шахтного поля, где завершается весь комплекс подготовительных, нарезных и очистных работ и для отработки которого применяется в полном комплексе та или иная система разработки. выработка рудник ископаемое горный

Панель — это как бы горизонтальный аналог понятия «этаж». Панели получаются в результате деления горизонтальной или пологой залежи системой взаимно перпендикулярных горизонтальных подготовительных выработок. Ширина панели колеблется от 50 до 150--200 м, а длина в несколько раз больше ширины.

При подготовке угольных месторождений их разделяют также на горизонты, этажи, панели и другие части, но названия этих частей, их размеры и ряд других признаков отличны от принятых в практике работы рудников.

Если вертикальная разделяющая плоскость проходит через главную вскрывающую выработку, то шахтное поле разделяется на две части--крылья, обычно обозначаемые частями света (западное, восточное). Крылья шахтного поля имеют примерно одинаковые размеры, хотя при сложном рельефе могут быть и исключения.

При разделении шахтного поля на части горизонтальными плоскостями образуются вытянутые по простиранию участки, ограниченные по восстанию и падению соответствующей границей шахтного поля и разделяющей плоскостью или двумя разделяющими плоскостями (при двух и более горизонтальных секущих плоскостях), а по простиранию — боковыми границами шахтного поля. Заключенная между горизонтальными разделяющими плоскостями часть шахтного поля, отрабатываемая на один околоствольный двор, называется выемочным горизонтом.

Как следует из определения, размер выемочного горизонта по простиранию совпадает с соответствующим размером шахтного поля, а размер горизонта по падению изменяется от 100-- 120 м на крутых пластах до 2--3 км при пологом залегании. В шахтном поле в условиях пологих пластов обычно имеется 1--3, на крутом падении --до 10--12 выемочных горизонтов. При разработке пологих пластов в случае, если разделяющая горизонтальная поверхность проходит через отметку околоствольного двора, выемочный горизонт разделяется на брем-сберговую и уклонную части, расположенные соответственно выше и ниже разделяющей поверхности.

Размеры бремсберговой и уклонной частей обычно не превышают 1200--1500 м.

Выемочные горизонты в пределах шахтного поля могут -иметь неодинаковые размеры по падению. Если в шахтном поле предусматривается только один околоствольный двор, через который выдаются все запасы шахтного поля, то можно считать, что имеется только один выемочный горизонт, равный по геометрическим размерам и запасам шахтному полю. В этом случае бремсберговая и уклонная части горизонта являются одновременно бремсберговой и уклонной частями шахтного поля.

Каждый из горизонтов в зависимости от геологических, технических и экономических факторов дополнительно делится на еще более мелкие части: этажи, панели, столбы по падению пласта.

При разделении горизонта на этажи он разбивается на участки, вытянутые по простиранию, путем проведения этажных штреков. Размер этажа по простиранию совпадает с размерами горизонта и равен размеру шахтного поля по простиранию. Наклонная высота этажа, т. е. кратчайшее расстояние между ближайшими этажными штреками, составляет на пологих пластах 200--450 м, на крутонаклонных — 145--155 м, на крутых 125--135 м.

При пологом падении горизонты могут разбиваться также на панели и столбы. На панели и столбы разделяют бремсберговую и уклонную части горизонта, общей границей которых являются главные штреки.

Панель можно определить как часть шахтного поля, ограниченную по падению или восстанию одной из границ горизонта и главным штреком, а по простиранию — границами соседних панелей (или границей соседней панели и одной из границ шахтного поля по простиранию). Размер панели по простиранию 1500—3000 м, по падению 700-1500 м, т. е. совпадает с наклонной высотой бремсберговой или уклонной части. Поскольку панели имеют значительные размеры как по простиранию, так и по падению, для удобства разработки они разделяются дополнительно на ярусы — своеобразные этажи в границах панели. Размер яруса по простиранию совпадает с аналогичным размером панели, а размер яруса по падению аналогичен приведенным выше размерам этажа на пологих пластах.

Ярусы разделяют друг от друга ярусными штреками и так же, как этажи, отрабатывают в нисходящем порядке. Порядок отработки панелей: в бремсберговом поле — в направлении от центра к границам шахтного поля, в уклонном поле — от границ шахтного поля к центру.

При разделении горизонта на столбы бремсберговое или уклонное поле на всю высоту разграничивают наклонными выработками на вытянутые по падению участки с размерами по простиранию, обычно не превышающими 200--300 м.

В пределах этажа, яруса или столба размещают обычно 1 — 2 очистных забоя (лавы), в которых и ведут добычу полезного ископаемого.

Подготовительными выработками, с помощью которых осуществляют подготовку горизонтов, являются штреки, орты, восстающие, гезенки, рудоспуски, наклонные съезды, бремсберги, уклоны и ходки. Ни одна из подготовительных выработок не имеет непосредственного выхода на поверхность земли.

Штрек — это горизонтальная горная выработка, пройденная по простиранию или параллельно при крутых и наклонных залежах и в любом направлении при горизонтальных залежах. Штрек служит для транспортирования грузов, передвижения людей, вентиляции. Штреки, проводимые по руде, называют рудными, по угольному пласту — пластовыми, а по вмещающим породам — полевыми.

Орт — горизонтальная горная выработка, пройденная по руде (углю) вкрест простирания залежи (см. рис. 1.2). Если орт соединяется с полевым штреком, то часть его может идти по породам. Понятие «орт» имеет смысл только в крутых и наклонных залежах, так как в горизонтальных залежах простирания просто не существует, и в этих условиях горизонтальную выработку любого направления называют штреком.

Форма и размеры поперечного сечения штреков и ортов соответствуют указанным выше для штолен.

Восстающий — вертикальная или наклонная выработка, имеющая выход на один или оба этажных горизонта, проводимая по восстанию рудной залежи и служащая для спуска руды, доставки материалов и оборудования, перемещения людей, проветривания, подачи энергии и воды, а также для разведочных целей. В отличие от слепого ствола по восстающему никогда не поднимают руду. Восстающие бывают квадратного, реже круглого сечения, площадью поперечного сечения от 0,6--1 до 7-- 8 м2, обычно 3--5 м2. Они могут иметь одно, два и три отделения, причем одно лестничное. Выработка, аналогичная восстающему по параметрам и назначению, в угольной промышленности называется гезенком.

Крутонаклонный восстающий, предназначенный для перепуска руды самотеком и имеющий одно отделение, называется рудоспуском, а для перепуска угля — скатом. Угол наклона рудоспуска обычно превышает 55--60°. Рудоспуски бывают блоковыми (относящимися к одному блоку) и участковыми (один на несколько очистных блоков). Глубина рудоспуска обычно не превышает высоты этажа, т. е. 50--80 м. Глубокие рудоспуски бывают длиной по 150--300 м и более и имеют в нижней части своего сечения значительное расширение-- аккумулирующую камеру, которая всегда поддерживается заполненной рудой.

Подготовительные выработки с углом наклона к горизонту менее 40--45° принято называть по-разному: на рудниках это наклонные восстающие или наклонные съезды (заезды), а на угольных шахтах — бремсберги, уклоны и ходки.

Наклонный съезд (заезд) предназначен для заезда бурового, доставочного и другого самоходного оборудования на подэтажиые горизонты, расположенные на различных по-высоте уровнях между соединяемыми им этажными горизонтами. Обычно каждый съезд обслуживает выемочный участок этажа длиной по простиранию от 250 до 500 м, состоящий из: 5--8 очистных блоков.

При разработке пологих угольных пластов в пределах горизонта проводят протяженные наклонные выработки — бремсберги и уклоны, предназначенные для транспортирования полезного ископаемого при помощи механических устройств, и параллельные им ходки, назначение которых — транспортирование породы, материалов, оборудования, передвижение людей. Отличие бремсберга от уклона состоит в том, что по бремсбергу уголь спускают до главного штрека, а по уклону — поднимают до той же отметки.

Для вентиляции и других целей наклонные выработки угольных шахт сбивают между собой горизонтальными выработками вспомогательного назначения — просеками. Они могут быть достаточно протяженными, например, при проведении их параллельно этажным или ярусным штрекам, но имеют меньшую площадь поперечного сечения.

Как указывалось выше, на рудниках кроме подготовки горизонтов проводят и подготовку (нарезку) каждого отдельного очистного блока. Она включает в себя проведение внутри выделенного в ходе подготовки горизонта очистного блока так называемых нарезных выработок, необходимых для начала очистной выемки — массовой добычи руды.

К нарезным выработкам рудника относятся подэтажные, отрезные, подсечные, выпускные и доставочные выработки, а также внутриблоковые рудоспуски, различные соединительные и вспомогательные выработки.

Подэтажные выработки (штреки или орты) предназначены для бурения скважин (шпуров), а нередко и для доставки (перемещения) руды по подэтажам к рудоспускам, ведущим на этажный горизонт. Подэтажные выработки связаны с другими выработками через восстающие или наклонные заезды.

Отрезные выработки — это восстающие, расширяемые в вертикальную или наклонную отрезную щель на всю мощность рудного тела (ширину очистного пространства) с целью создания обнаженной плоскости для последующей отбойки руды на эту плоскость.

Подсечные выработки — это штреки или орты, расширяемые в горизонтальную подсечную щель на всю мощность рудного тела (ширину очистного пространства) с целью отделения отбиваемого массива руды от основания блока, в котором расположены рудовыпускные выработки, а также создания дополнительной обнаженной плоскости.

Выпускные и доставочные выработки состоят из выпускных воронок и траншей, по которым отбитая руда самотеком поступает в доставочные штреки или орты, в блоковые и внутриблоковые рудоспуски или прямо на этажный откаточный горизонт. Назначение выпускных и доставоч-ных выработок — «собрать» отбитую руду со всей горизонтальной площади очистного блока в наименьшее число пунктов погрузки в транспортные средства. В этих выработках контролируется качество отбойки (кусковатость рудной массы) и при необходимости производится вторичное дробление негабаритных кусков руды.

Другие интересные статьи

139 смотр.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *