Факторы, влияющие на выбор схем и параметров вскрытия и подготовки месторождений. Определение размеров

На выбор того или иного способа вскрытия месторождения и подготовки горизонтов к эксплуатации влияют следующие основные факторы:

1) условия залегания рудных тел и свойства налегающих и подстилающих пород;

2) рельеф поверхности;

3) система разработки, ее параметры, технология горных работ и способы управления состоянием налегающих пород;

4) ценность полезного ископаемого, его запасы и перспектива их увеличения;

5) глубина разработки;

6) необходимость обеспечения заданной производственной мощности рудника или шахты и срока ввода их в эксплуатацию;

7) ценность природных ресурсов в регионе месторождения, в частности, земель, на которых и в районе которых предусматривается строить горное предприятие.

С точки зрения более быстрого освоения месторождения иногда, особенно при небольшой глубине, оказываются более выгодными наклонные стволы и спиральные съезды с оставлением охранных целиков. При оборудовании их конвейерными подъемами или при применении мощного самоходного оборудования наклонные стволы могут обеспечить и большую производственную мощность рудника (шахты).

В зависимости от угла падения залежей применяют разные способы вскрытия. Вертикальные стволы наибольшее распространение получили при углах падения залежей в пределах 0-15° и 70-90°. При углах падения от 15° до 45° для вскрытия применяют как вертикальные, так и наклонные стволы, хотя последние - значительно реже.

Рельеф поверхности в гористых местностях в большинстве случаев диктует необходимость вскрытия штольнями. При ровном рельефе применяют вертикальные и наклонные стволы.

При системах разработки с твердеющей закладкой представляется возможность проходить вскрывающие выработки в непосредственной близости от месторождения с минимальными размерами квершлагов, что невозможно при системах с обрушением. Имеются даже случаи заложения стволов по месторождению с оставлением охранных целиков и последующей почти полной их отработкой.

Если по технологии горных работ предусматривается применение мощного самоходного бурового и погрузочно-доста-вочного оборудования, то дополнительно к основным вертикальным стволам проходятся либо вертикальные грузовые спуско-подъемные стволы, либо спиральные съезды для спуска-подъема людей и оборудования. Спиральные или наклонные стволы проходятся под углом 6-10° с площадью сечения от 16 до 100 м². Если предусматривается поточная выдача руды, то проходятся наклонные стволы. В ряде случаев вскрытие наклонными и спиральными стволами позволяет на 30-50 % уменьшить капитальные затраты, ускорить вскрытие и ввод месторождения в эксплуатацию и снизить потери за счет ликвидации междуэтажных и охранных целиков. Пока эти способы применяются до глубин 200-300 м.

Ценность руды и перспективы прироста запасов требуют выбора соответствующих способов вскрытия и расположения вскрывающих выработок. Необходимо, чтобы ценная руда не осталась в охранном целике (особенно на глубоких горизонтах), а ствол мог быть использован и при разработке перспективных для прироста запасов участков, причем эти запасы не должны попасть в зону подработки и обрушения. При ценной руде необходимо выбирать такие схемы и параметры вскрытия, которые дадут возможность максимально ускорить ввод в эксплуатацию и освоение проектной мощности рудника. Определенные преимущества при самоходном оборудовании имеют наклонные и спиральные стволы.

Увеличение глубины разработки обусловливает необходимость применения многоступенчатых комбинированных способов вскрытия и более широкого использования слепых наклонных стволов, которые оказываются более выгодными, так как с увеличением глубины разработки снижается устойчивость пород и уменьшается угол их сдвижения.

Для вентиляции и кондиционирования воздуха на больших глубинах, где температура достигает 30-38 °С, необходимо проходить системы выработок для пропуска огромного количества воздуха (до 5 вентиляционных стволов на 1 подъемный), устраивать холодильные установки. Для охлаждения пород применяют водовоздушные методы, поскольку теплопроводность воды в 30 раз больше, чем у воздуха. В Кривом Роге повышение температуры на глубине более 1 000 м на 4 °С (с 22 до 26 °С) снижает работоспособность горняков на 16 %, а до 30 °С - на 40 %. Если при t, равной 18-22 °С, производительность труда принять за 100 %, то при /, равной 26 и 30 °С, она соответственно будет равна 84 и 60 %.

В большинстве случаев параметры рудных месторождений таковы, что вопрос об определении параметров рудничного (шахтного) поля решается очень просто - они принимаются в соответствии с параметрами месторождения. Обычно они изменяются от 300-500 м до 1,5-2 км. При больших размерах месторождения, когда можно разместить несколько шахтных полей (Джезказган, Норильск, Никополь и др.), задача решается обычно методом вариантов.

Протяженность рудничных полей Кривбасса принимают до 3-3,5 км. Так, длина рудничных полей в проекте будущей шахты «Яковлевской» в КМА принята 5,6 км, а на крупных рудниках Джезказгана достигает 5 км.

При выборе места заложения вскрывающих выработок важно предусмотреть безопасное расположение стволов согласно действующим правилам или указаниям по охране сооружений от вредного воздействия горных работ. Целик отстраивается в соответствии с принятыми углами сдвижения. Необходимо также определить минимум затрат на транспортировку руды, вентиляцию и другие операции, затраты на которые могут изменяться в зависимости от схемы расположения вскрывающих выработок и места их расположения. Число вскрывающих выработок зависит от ряда факторов. Согласно правилам техники безопасности, каждая шахта должна иметь не менее двух выходов на дневную поверхность. При диагональной схеме вскрытия, которая для рудников является основной, количество стволов должно быть не менее трех. С увеличением производственной мощности рудника растет и число вскрывающих стволов.

При производственной мощности шахты до 300 тыс. т/год и глубине до 600 м обычно применяется клетьевой подъем, а также самоходное оборудование при наклонных и спиральных стволах. Однако на ряде шахт Европы клетьевые подъемы успешно применяются при добыче до 1 млн т/год и при глубине свыше 600 м. При большой производственной мощности рудников обычно используют скиповой подъем. Если производственная мощность рудника более 1 млн т/год, то число стволов увеличивают до 5-6 с учетом необходимого резерва. Для рудников с очень большой производственной мощностью (10-20 млн т/год) проектируют 10 стволов и более.

Обычно стволы и другие вскрывающие выработки, в первую очередь, проходятся на 3-4 этажа и более. Последующая углубка стволов ведется не менее, чем на 2 этажа, иногда с устройством концентрационных горизонтов через 2-3 этажа. В мировой практике имеются случаи, когда стволы проходятся сразу на 500-1 000 м, а шаг их составляет 200-300 м, что соответствует 3-4 этажам.

Это имеет определенный смысл, так как лучше разведуется месторождение, больше вскрывается запасов, благодаря чему можно полнее изучить месторождение, исключить возможные ошибки в выборе параметров и технологии горных работ, что в итоге позволяет более эффективно и ритмично вести эксплуатацию месторождения. Вместе с тем, это расход, иногда раньше времени, капиталовложений и труда. Поэтому вопрос об очередности проходки и углубки стволов решается в каждом конкретном случае на основе детальных технико-экономических расчетов, как и выбор способа вскрытия. При этом обязательно должны быть учтены условия рационального использования недр и других природных ресурсов.

Главными задачами при выборе способа подготовки горизонтов к эксплуатации являются:

Ø определение высоты этажа;

Ø выбор схемы подготовки;

Ø определение необходимого опережения работ по подготовке.

При выборе схем подготовки этажей руководствуются следующими соображениями. В условиях крутопадающих и наклонных тел малой и средней мощности штреки проходят только по рудной залежи (жиле) или у ее лежачего бока. При полевой подготовке штреки проходят в лежачем боку, а для разведки и нарезки блоков дополнительно проходят короткие квершлаги и орты. При большой мощности рудных месторождений применяют как штрековую (полевую и рудную), так и ортовую (тупиковую или кольцевую) схемы. Кольцевая схема позволяет более интенсивно вести откатку, особенно при большой длине рудничного поля. При ограниченных размерах залежей используют тупиковые схемы подготовки. В условиях большого горного давления основной откаточный штрек проходят далеко, в лежачем боку, а около рудного тела проходят еще один штрек. Чтобы впоследствии откаточный штрек служил вентиляционным, его располагают за зоной деформации пород после обрушения.

На больших глубинах при подготовке горизонтов следует проходить как можно меньше выработок, почти не опережая очистные, чтобы происходила разгрузка высокого давления.

При большой мощности рудных залежей полевая подготовка обеспечивает меньшие затраты и значительно большие скорости подготовки этажей к эксплуатации, чем рудная. К тому же, при полевой подготовке в период выемки снижаются затраты на транспортировку, поддержание выработок, вентиляцию и др. Достигается более высокая интенсивность работы блоков и транспорта благодаря тому, что применяют прямые и устойчивые выработки. Особенно целесообразна полевая подготовка при разработке ценных и возгорающихся руд.

Рудная подготовка, применяемая в настоящее время на большинстве рудников, разрабатывающих маломощные и жильные месторождения, имеет определенные преимущества, так как одновременно с проходкой штрека осуществляется попутная добыча руды. Рудная подготовка блоков позволяет достаточно полно изучить параметры и характер жилы на уровне откаточного горизонта. Однако во время эксплуатации, при выполнении очистных работ непосредственно в блоках и, особенно, при транспортировке руды по основным откаточным штрекам, рудная подготовка на жильных месторождениях имеет еще более существенные недостатки, чем на мощных залежах. Чтобы поддерживать рудные штреки, над ними и под ними требуется оставлять рудные целики, выемка которых либо не осуществляется, либо ведется с большими потерями (потери в над- и подштрековых целиках составляют 6-8 %). Не менее важно и то, что при рудной подготовке и системах разработки с открытым очистным пространством, а также с креплением и с магазинированием руды очень плохо проветриваются блоки и рудник в целом из-за невозможности надежной изоляции штреков от очистного пространства. Несмотря на большие расходы по сооружению вентиляционных перемычек и огромный расход воздуха, нормальной вентиляции не обеспечивается. Изменчивость направления жил на горизонтах определяет соответствующую изменчивость направления рудных откаточных штреков. Доставка руды по таким штрекам затруднена, поэтому она малопроизводительная и дорогостоящая.

Проходка извилистых рудных штреков также затруднена. Она гораздо дороже проходки прямолинейных полевых штреков и осуществляется с меньшей скоростью, чем полевых. Ускорение подготовки позволяет снизить нормативы подготовленных запасов и увеличить добычу. Полевая подготовка дает возможность также значительно улучшить качество эксплуатационно-разведочных работ. Если при рудной подготовке рудные тела (жилы) изучаются только на уровне горизонта, то при полевой подготовке представляется возможность исследовать жилы и боковые породы не только на уровне горизонтов, сделав заезды и вынув первый рудный слой, но и проследить жилы по падению и восстанию, пробурив из заездов и полевого штрека скважины вкрест простирания рудных тел. Более полное изучение элементов жил и содержания металлов в жилах и боковых породах позволяет снизить потери и разубоживание руды при отбойке, уменьшить расходование средств на проходку бросовых выработок, а также потери руды во многих блоках, в которых останавливаются работы из-за неизученности запасов за фронтом очистных работ.

В случае вскрытия и подготовки сближенных жил полевая подготовка способствует значительному сокращению затрат на подготовку (вместо двух-четырех рудных штреков проходится один полевой с заездами), проведению независимых работ по выпуску, погрузке и транспортировке руды из нескольких жил и блоков.

В целом же, полевая подготовка позволяет повысить полноту использования недр, улучшить безопасные условия работы, увеличить интенсивность подготовки и отработки блоков при снижении затрат, что создает реальные предпосылки для значительного увеличения производственной мощности рудника в целом и повышения качества добываемой рудной массы. Если на руднике возможности раздельной выдачи руды и породы при проходке выработок ограничены и порода выдается вместе с рудой, как это имеет место на многих рудниках цветной металлургии, вскрытых вертикальными стволами, то переход на полевую подготовку может привести к некоторому увеличению разубоживания руды.

Наличие в районе месторождения ценных плодородных земель диктует необходимость более компактного расположения вскрывающих и горно-подготовительных выработок. Чаще всего этого можно достичь при одновременном выборе соответствующих систем разработки (например, с закладкой).

Общая оценка факторов, влияющих на эффективность вскрытия и подготовки месторождений, необходима при выборе наиболее приемлемых вариантов для дальнейшего более детального их сравнения и оптимизации всего комплекса вскрывающих и подготовительных выработок.

При оптимизации технологических схем и параметров вскрытия и подготовки должны решаться следующие основные задачи:

1) выбор вариантов схем вскрытия и подготовки;

2) определение размеров рудничного (шахтного) поля;

3) выбор места заложения основных вскрывающих выработок;

4) определение числа стволов и других вскрывающих выработок и очередности их проходки;

5) обоснование рациональной схемы подготовки горизонтов и блоков;

6) определение оптимальной высоты этажа;

7) обоснование целесообразного числа этажей (в группе), приходящихся на один концентрационный горизонт;

8) установление величины ступени вскрытия и углубки;

9) комплексное сравнение и оптимизация вариантов вскрытия и подготовки.

Все эти задачи должны решаться с учетом параметров вскрытия и подготовки, а также систем разработки. Должно быть учтено совокупное влияние вскрытия, подготовки и систем разработки на общие результаты строительства и деятельности рудника, в частности, на его производственную мощность, качество добываемого полезного ископаемого (рудной массы), потери полезного ископаемого в недрах (руды), время строительства и освоения проектной мощности горного предприятия и др.

Решение задач по оптимизации способов, схем вскрытия и подготовки запасов к эксплуатации может быть облегчено и ускорено, если имеются пригодные для этого классификации способов вскрытия и подготовки запасов.

Дата добавления: 2014-11-25