Подземная выработка для добычи полезных ископаемых
ПОДЗЕ́МНАЯ РАЗРАБО́ТКА МЕСТОРОЖДЕ́НИЙ твёрдых полезных ископаемых, извлечение из недр Земли твёрдых полезных ископаемых без нарушения дневной поверхности системой подземных горных выработок. Скважинную разработку месторождений применяют для добычи газообразных, жидких и полужидких (в т. ч. твёрдых – путём их перевода в текучее состояние) полезных ископаемых.
П. р. м. включает вскрытие месторождения, подготовку шахтного поля и очистные работы. При П. р. м. доступ с поверхности ко всему месторождению (или его части) открывают шахтные стволы, квершлаги и штольни, которые обеспечивают возможность проведения подготовительных выработок и очистную выемку в запланиров. объёмах; вскрытая часть месторождения разделяется подземными выработками (такими как штреки, уклоны, бремсберги, восстающие, орты и др.) на обособленные выемочные участки (этажи, блоки, панели, камеры, столбы), предусмотренные принятым способом подготовки и системой разработки; выемку полезных ископаемых обеспечивают буровые, погрузочно-доставочные, отрезные восстающие и др. выработки.
Подземный способ широко применяют при добыче углей, сланцев, рудных и нерудных полезных ископаемых и россыпей, незначительно – при добыче минер. сырья для произ-ва стройматериалов. При огранич. приросте запасов минер. сырья вблизи земной поверхности возрастают темпы освоения месторождений, разрабатываемых подземным способом (в 1980-х гг. удвоилась интенсивность выемки пологих месторождений, углубление горных работ крутых и наклонных залежей составляло от 10 до 40 м в год). Подземным способом разрабатываются тела (залежи) полезных ископаемых разл. форм, мощности, угла падения, залегающих на разных (от 20–30 м до 5 км) глубинах.
Многообразие месторождений полезных ископаемых обусловило наличие разл. систем подземной переработки. Известны св. 60 классификаций систем П. р. м., которые разработали отеч. учёные – М. И. Агошков, Б. И. Бокий, А. М. Терпигорев, Л. Д. Шевяков и др. Выделяют системы подземной разработки пластовых (каменноугольных и др.) месторождений, системы подземной разработки рудных месторождений и др. Классификация систем подземной разработки пластовых месторождений Шевякова (1933) основывается на признаке расположения подготовит. выработок. Для систем разработки рудных месторождений наибольшее распространение получила классификация Агошкова (1949), по которой все системы делятся на классы по осн. признаку – состоянию выработанного пространства.
Пластовые месторождения
Пластовые месторождения свойственны в осн. горючим полезным ископаемым (уголь, торф, сланцы), месторождениям марганца, значит. части РЗЭ и радиоактивных металлов, месторождениям медистых песчаников и некоторым строит. материалам (глина, песок и др.). Горные предприятия, разрабатывающие такие месторождения, обычно именуются шахтами.
Подготовка запасов к выемке в шахтном поле осуществляется в течение всего периода отработки, поскольку выемку пластов ведут последовательно в отд. их частях. Подготовленными считают запасы, для которых проведены осн. подготовит. выработки. Готовыми к выемке считают запасы, для которых проведены необходимые нарезные выработки и подготовлено оборудование, позволяющее начать очистные работы. Сеть выработок обеспечивает доставку полезного ископаемого до горизонтальных откаточных выработок, транспортирование материалов и оборудования, пропуск необходимого количества воздуха для проветривания забоев.
Период ведения очистных работ на шахте называют эксплуатацией месторождения. Осн. количественные характеристики шахты (рудника): производств. мощность – количество полезного ископаемого (в тоннах), добываемого в единицу времени (сутки, год), и срок службы (существования) – период, в течение которого отрабатывают пром. запасы в пределах шахтного поля.
Рудные месторождения
Рудные месторождения имеют ряд особенностей, вытекающих из их геологич. происхождения. Осн. особенности: высокая крепость и абразивность руд; разнообразие размеров, изменчивость элементов залегания рудных тел и содержания полезных компонентов и минералогич. состава руд по объёму залежи; способность некоторых руд к слёживаемости и самовозгоранию; высокая ценность большинства руд (обусловливает более жёсткие требования к полноте и качеству извлечения); отсутствие на большинстве рудников метановыделения, допускающее в подземных условиях применение открытого огня и аппаратуры в нормальном исполнении; и др.
Вскрытие рудного месторождения заключается в проведении горных выработок, открывающих доступ к залежи или её части с земной поверхности. Подготовка включает проведение штреков, ортов и др. подземных выработок, которыми вскрытая часть месторождения делится на обособленные выемочные участки (этажи, блоки, панели, столбы). Выемочный участок подготовит. и нарезными выработками делится на отд. части (подэтажи, слои, полосы, прирезки, уступы, камеры, междуэтажные, междукамерные, междупанельные целики и др.). Очистная выемка – технологич. процесс извлечения руды из выемочного участка, а также поддержание очистных выработок и очистного пространства, которое может оставаться открытым (свободным), заполняться отбитой рудой, закладкой или обрушенными породами либо поддерживаться крепью.
В РФ железную руду подземным способом добывают 9 предприятий; в 2011 добыча железной руды распределялась по системам разработки: этажная с принудит. обрушением (57,8%), этажно-камерная с последующей гидрозакладкой (24,4%), этажно-камерная с обрушением целиков (12,3%) и подэтажное обрушение (5,5%). При П. р. м. руд цветных металлов в значительно больших объёмах используется закладка выработанного пространства; слоевая система с закладкой твердеющими смесями применяется при добыче медно-никелевой руды на норильских рудниках (Комсомольский, Октябрьский, Скалистый, Таймырский) и на алмазных рудниках компании АЛРОСА (Айхал, Интернациональный, Мирный). Этажно-камерную систему с твердеющей закладкой применяют медно-колчеданные рудники Урала: Гайский, Учалинский, Узельгинский и др.; Северо-Уральский бокситовый рудник использует закладку в огранич. объёме. Применение систем с закладкой предусмотрено на многих вновь вводимых рудниках.
Продолжительность подземной разработки
Продолжительность П. р. м. зависит от обеспеченности запасами, установленными детальной разведкой. В зависимости от вида добываемого сырья и производств. мощности предприятия устанавливаются сроки их существования, напр., крупных горно-обогатительных комбинатов и предприятий по добыче бокситов, медной, свинцово-цинковой и никелевой руд 30–40 лет, золоторудных предприятий 15–20 лет, небольших предприятий, разрабатывающих богатые месторождения некоторых металлов и ценных видов неметаллургич. сырья, 5–10 лет. Конкретные сроки обеспеченности горно-добывающего предприятия разведанными запасами устанавливаются технико-экономич. расчётом. Прекращение П. р. м. и ликвидация подземного горного предприятия производятся, как правило, после полной отработки или списания балансовых запасов месторождения и при отсутствии перспективы их прироста.
Эффективность П. р. м. оценивается системой технико-экономич. показателей – общих (прибыль, рентабельность, ценность и качество осн. и сопутствующих компонентов) и специфических [годовое понижение горизонта выемки, подвигание фронта очистной выемки, коэф. эксплуатации – количество добытой руды (т/год), приходящееся на 1 м2 горизонтальной площади рудной залежи], характеризующих интенсивность эксплуатации месторождения, способ вскрытия и др. П. р. м. относится к производствам с повышенной опасностью для работающих. Для выполнения в подземных выработках спасат. и аварийных работ созданы военизиров. горноспасат. части, дислоцируемые на всех добывающих предприятиях. Для освещения используют стационарные светильники, переносные прожекторы, имеющие защитное исполнение (пылевлагонепроницаемое или взрывобезопасное); шахтное самоходное оборудование оснащено прожекторами и фарами для местного освещения, питающимися от силового электрич. кабеля, контактного провода или аккумулятора самой машины.
Перспектива П. р. м. связана с наиболее полным и комплексным использованием минерально-сырьевых ресурсов, усовершенствованием технологии и способов механизации, внедрением автоматизир. систем управления технологич. процессами и дистанционного управления добычными машинами и робототехники.
Источник
3 СВЕДЕНИЯ О СПОСОБАХ РАЗРАБОТКИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
3.1 Способы разработки месторождений полезных ископаемых
Полезными ископаемыми называют природные минеральные образования
органического или неорганического происхождения, которые могут быть
использованы человеком с достаточным экономическим эффектом. Под добычей
полезных ископаемых понимают извлечение их из земной коры или гидросферы.
В более узком смысле под этим термином понимают количество полезного
ископаемого, добываемого в единицу времени.
Существуют следующие способы добычи полезных ископаемых:
· подземный;
· открытый;
· комбинированный;
· со
дна водоемов (озер, морей и океанов);
· геотехнологический;
· скважинный.
Добычу полезных ископаемых осуществляют горные предприятия.
Горное предприятие — самостоятельная производственная единица,
осуществляющая разведку, добычу и обогащение полезных ископаемых. Горное
предприятие, осуществляющее добычу и первичное обогащение полезных
ископаемых, называется горнодобывающим. Существуют
следующие виды горнодобывающих предприятий: шахта, рудник, карьер (разрез),
прииск, промысел.
Шахта — горное предприятие, предназначенное для добычи полезных
ископаемых подземным способом.
Рудник — горное предприятие, служащее в основном для подземной
добычи руд, горнохимического сырья и строительных
материалов. Этим понятием иногда пользуются для обозначения нескольких шахт
(карьеров), объединенных в единую административнохозяйственную
единицу с централизованным хозяйством.
Карьер — горное предприятие, осуществляющее добычу полезных
ископаемых открытым способом. Разрез — карьер по добыче угля.
Прииск — горное предприятие по добыче россыпных месторождений
драгоценных металлов (золотой прииск).
Промысел — горное предприятие по добыче жидких и газообразных
полезных ископаемых (нефтяной промысел).
Разработкой месторождения называют комплекс работ по:
· вскрытию;
· подготовке;
· очистной
выемке.
Эти работы являются стадиями разработки месторождения. Вскрытие и
подготовка осуществляются посредством проведения выработок. Забои проводимых
выработок называют подготовительными. Выемку (добычу) полезного ископаемого
ведут в очистных забоях, применяя при этом различные способы его разрушения.
Это в равной мере справедливо для твердых полезных ископаемых
как при подземных, так и открытых горных работах.
Подземная добыча связана с необходимостью проведения сети подземных
горных выработок, по которым добытое полезное ископаемое транспортируют на
поверхность (рис. 3.1). При добыче ископаемых углей наиболее распространен
механический способ разрушения, при добыче руд — взрывной.
Рисунок 3.1 — Схема угольной
шахты:
I, 2, 12— вертикальные выработки; 3, 4, 5, 10, 11—горизонтальные выработки;
6, 7, 8, 9 — наклонные выработки; 13 — насосная камера; 14 — очистной забой
Добытый уголь транспортируют по горным выработкам скребковыми или
ленточными конвейерами, в вагонетках электровозами или лебедками, а также под
действием собственного веса по желобам или трубам. На отдельных шахтах
применяют гидротранспорт, при котором перемещение угля в потоке воды
осуществляется по трубам или желобам. Для транспортировки руды на рудниках в
пределах добычных блоков применяют скреперную доставку или виброустановки, а по горизонтальным
выработкам—локомотивную откатку. Транспортирование полезного ископаемого и
пустой породы до шахтного ствола организует служба внутришахтного транспорта.
На поверхность полезное ископаемое и пустую породу
поднимают в специальных подъемных устройствах (сосудах) — скипах или
клетях. Клети оборудуют под заезд в них шахтных вагонеток. В клетях также
осуществляют спуск и подъем людей, оборудования и материалов. Комплекс
подъемных машин и оборудования называют шахтным подъемом.
Выданное на поверхность полезное ископаемое размещают на складах и
осуществляют отгрузку его потребителям или на обогатительную фабрику.
Для нормального функционирования шахты необходимо осуществлять:
· снабжение
горных выработок свежим воздухом. Процесс обеспечения горных выработок и
рабочих мест воздухом называется вентиляцией. Поступающая
в шахту поток воздуха называется свежей струёй. Свежий воздух при
движении по горным выработкам загрязняется выделяющимися газами и пылью.
Поток такого воздуха называется исходящей струёй. Контроль
за состоянием вентиляции шахты и техники безопасности осуществляет участок
вентиляции и техники безопасности;
· удаление
поступающей в горные выработки и накапливающейся в водосборнике воды. Система
сбора и удаления поступающей в горные выработки воды называется водоотливом.
При большой обводненности
месторождения осуществляют его осушение;
· снабжение
работающих машин и различных установок электро и пневмоэнергией
(сжатым воздухом);
· кондиционирование
поступающего в шахту воздуха. Этот процесс осуществляют в глубоких шахтах и
рудниках, где температура рудничной атмосферы за счет тепла, выделяющегося из
горных пород, обусловливает дискомфортность труда;
· подачу
в шахту в зимнее время в районах с суровым климатом
подогретого в калориферах воздуха;
· мероприятия
по предупреждению газодинамических явлений (внезапных выбросов угля и газа и
горных ударов) и эндогенных пожаров;
· ликвидацию
последствий аварий в тех случаях, когда не удалось их предотвратить. Эти
работы выполняют подразделения специальной военизированной
горноспасательной части (ВГСЧ);
· контроль за состоянием недр,
движением запасов и правильностью ведения горных работ. Его осуществляет маркшейдерская
служба. В ее задачи входит ведение горнографической
документации;
· контроль за соблюдением правил
безопасного ведения горных работ. Его осуществляет горнотехническая
инспекция (ГТИ);
· восстановление
участков земли, подвергшихся влиянию горных работ. Эти работы называются рекультивацией.
Их осуществляют как шахты, так и разрезы.
Поверхность современных шахт и рудников представляет собой комплекс зданий
и сооружений, обычно сгруппированных в блоки. На поверхности располагаются
здания подъемных машин, копры (конструкции для установки шкивов под канаты
клетей и скипов и разгрузки последних), эстакады, помещения
электроподстанции, механических мастерских, компрессорной, административнобытового комбината. На поверхности размещаются
материальные склады различного назначения.
Для повышения качества добытого полезного ископаемого осуществляют его обогащение.
С этой целью строят обогатительную фабрику как для одной, так и группы шахт.
При открытом способе добычи все горные работы проводят в открытых
горных выработках непосредственно с земной поверхности (рис. 3.2).
Рисунок 3.2 — Схема открытой
разработки месторождения:
1 — экскаватор; 2 — автосамосвал; 3 — бульдозер; 4 — буровой станок; 5 —
рабочие горизонты;
6 — взорванная масса; 7 — залежь полезного ископаемого; 8 — скважины;
9 — въездная траншея; 10 — отвал пустых пород
В зависимости от условий залегания извлекают не только полезное
ископаемое, но и пустые породы в значительных объемах. Эти породы называют вскрышными
породами или вскрышей.
Основными производственными процессами при открытых горных работах
являются:
· подготовка
горных пород к выемке;
· выемочно-погрузочные
работы;
· перемещение
карьерных грузов (авто- или железнодорожный
транспорт, а также конвейерная доставка);
· отвалообразование вскрышных пород;
· складирование
полезного ископаемого.
Основные достоинства открытых горных работ заключаются в следующем:
· возможность
обеспечения высокого уровня комплексной механизации и автоматизации, что
обусловливает более высокую производительность труда и меньшие затраты на
добычу;
· более
безопасные и комфортные условия труда;
· меньшие
удельные капитальные затраты на строительство предприятия;
· возможность
более полного извлечения полезного ископаемого.
Основные недостатки:
· некоторая
зависимость от климатических условий;
· необходимость
отчуждения значительных площадей земли;
· нарушения
водного баланса недр.
Добычу полезных ископаемых со дна озер, морей, океанов (золото,
олово, платина, минералы, содержащие титан, цирконий и др.) осуществляют в
основном в пределах континентального шельфа и ложа мирового океана. Добыча
осуществляется земснарядами, черпаковыми элеваторами и грейферными грузчиками
через водную толщу, а также через горные выработки, проводимые с земной
поверхности. Средняя глубина подводной разработки в России 30 м.
Геотехнические способы разработки основаны на бурении скважин с
поверхности или из горных выработок, изменении физического или химического
состояния полезного ископаемого в недрах и извлечении его по скважинам на
поверхность. Перевод твердых полезных ископаемых в транспортабельное состояние
осуществляют механическим разрушением, плавлением, растворением, химической и
бактериально-химической обработкой. Наиболее
распространены:
· подземная
выплавка серы;
· подземная
газификация углей;
· подземное
растворение солей;
· бактериально-химическое выщелачивание
меди и др.
Объемы применения геотехнических способов разработки пока невелики.
Скважинная добыча широко применяется для извлечения жидких и
газообразных полезных ископаемых (нефть и природный газ). Под разработкой
нефтяного месторождения понимают осуществление процесса перемещения жидкости
и газа в пластах к эксплуатационным скважинам. Управление процессом движения
жидкостей и газа достигается размещением на месторождении нефтяных,
нагнетательных и контрольных скважин, количеством и порядком ввода их в
эксплуатацию, режимом работы скважин и балансом пластовой энергии.
Процесс добычи нефти включает:
· движение
нефти по пласту к забою скважины за счет разности давлений в пласте и у
скважины;
· движение
нефти от забоя скважины до устья на поверхности;
· сбор
нефти, газа и воды на поверхности и их разделение.
Разработка газового месторождения включает:
· извлечение
газов из недр;
· сбор
газов;
· подготовку
газов к транспортированию потребителям.
Особенность добычи газа из недр заключается в том, что весь путь газа от
пласта до потребителя герметизирован.
Вопросы для самоподготовки
1. Какие
существуют способы добычи полезных ископаемых?
2. Какие
существуют виды горнодобывающих предприятий?
3. Назовите
основные стадии разработки месторождений.
4. В
чем сущность и содержание подземной добычи полезных ископаемых?
5. Какие
работы и мероприятия необходимо осуществлять для нормального функционирования
шахты?
6. В
чем сущность открытого способа добычи полезных ископаемых?
7. Назовите
основные производственные процессы при открытых горных работах.
8. Какие
достоинства и недостатки открытых горных работ?
9. В
чем сущность добычи полезных ископаемых со дна водоемов?
10.
На чем основаны геотехнические способы
разработки?
11.
Для чего применяется скважинная добыча?
12.
Какие процессы выполняются при добыче нефти
и разработке газовых месторождений?
Назад
| Содержание | Вперед
Источник