Простые способы вскрытия рудных месторождений

Вскрытие вертикальными стволами. Вскрытие осуществляется шахтным стволом, который может быть расположен в лежачем боку месторождения за зоной сдвижения пород, в висячем боку или на фланге. Иногда ствол пересекает месторождение или проходится по руде.

1. Ствол расположен в лежачем боку за зоной сдвижения пород (рис. 8) Этот способ очень распространен, особенно при разработке мощных месторождений. В данном случае обеспечивается наибольшая сохранность ствола, так как в породах лежачего бока рудные залежи обычно не встречаются. При надлежащем построении зоны сдвижения исключается возможность нарушения ствола.

Недостатком этого способа является большая длина квершлагов, увеличивающаяся с понижением работ, что приводит к удлинению расстояния откатки и увеличению срока подготовки .нижних горизонтов. В современной практике значение этого недостатка снижается за счет повышения высоты этажей, усовершенствования подземной откатки и применения скоростных проходок выработок.

Вертикальным стволом, расположенным в лежачем боку за зоной сдвижения, вскрыто, например, месторождение рудника «Коминтерн», Кривой Рог. Здесь ствол шахты «Октябрьская» круглого сечения диаметром в свету 8 м, пройден до глубины 1200 м. Он оборудован скиповым подъемом с грузоподъемностью скипов 25 т, двумя двуэтажными клетями, вмещающими двадцатитонные глухие вагонетки, и инспекторским клетевым подъемом с противовесом. Для вспомогательных целей и вентиляции на флангах пройдены два ствола круглого сечения. Аналогично вскрывается большинство месторождений Криворожья, Урала, Алтая и др.

2. Ствол расположен в висячем боку месторождения за зоной сдвижения пород (рис. 9). Этот способ встречается очень редко и применяется в тех случаях, когда нельзя заложить ствол в лежачем боку, например, ввиду заболоченности поверхности, наличия плывунов, невозможности подвести железнодорожные пути со стороны лежачего бока из-за рельефа местности и т. п. Проходка ствола в висячем боку связана со следующими существенными недостатками: во-первых, большая длина квершлагов в верхней части месторождения, что увеличивает срок ввода его в эксплуатацию, во-вторых, при разработке нижних этажей для поддержания кваршлагов вышележащих горизонтов потребуется оставление временных охранных целиков, что приводит к повышению потерь руды.

3. Ствол заложен в рудном теле. Способ применяется редко, так как он связан с оставлением рудных охранных целиков. Иногда таким способом вскрывают маломощные крутопадающие рудные тела с небольшой глубиной залегания и не вполне разведанные (обычно жильные месторождения). В этом случае с меньшими капитальными затратами месторождение вводится в эксплуатацию в более короткий срок а попутно с очистной выемкой производится и доразведка (рис. 10). При разработке мощных крутопадающих месторождений этот вариант не применяется.

4. Ствол пересекает месторождение. Ствол закладывают в висячем боку залежи, которую он пересекает на некоторой глубине и затем уходит в породы лежачего бока (рис. 11). Основное преимущество подобного способа вскрытия заключается в сокращении длины квершлагов. Иногда он применяется для вскрытия маломощных рудных тел с бедной рудой и большим простиранием, когда абсолютное и относительное количество руды, оставляемое в охранных целиках, незначительно по отношению к общим запасам. Для вскрытия мощных крутопадающих месторождений этот вариант не применяется.

Чаще всего вертикальными стволами, пересекающими месторождение, вскрываются горизонтальные залежи с пологим падением и большой площадью распространения (Липецкие железные руды, Никопольский марганец и др.). В подобных случаях месторождение разбивается на несколько шахтных полей, в каждом из которых проходят самостоятельные стволы. Их охранные целики вырабатываются через соседние стволы.

5. Вертикальный ствол на фланге месторождения. Ствол закладывается на одном из флангов месторождения по линии простирания за зоной сдвижения пород (рис. 12). Подход к месторождению осуществляется квершлагами или штреками, длина которых зависит от характера выклинивания залежи на фланге или от ее склонения. Чаще всего закладка ствола на фланге является вынужденной, когда его нельзя или нецелесообразно располагать в лежачем боку.

Недостаток данного варианта — односторонний подземный транс порт, более дорогой и в организационном отношении более сложный по сравнению с двухфланговой откаткой. Перерасход в некоторой степени снижается, если направление подземного транспорта совпадает с поверхностным. При большой добыче и двухсторонней откатке основные откаточные выработки могут быть однопутевыми, в то время как при одностороннем движении возможно потребуется двухпутевая выработка.

Преимущество этого способа состоит в меньшей длине квершлагов по сравнению с закладкой ствола в лежачем боку. Расположение ствола на фланге оправдывается в следующих случаях:

1) угол падения залежи меняется и заложить ствол в лежачем или висячем боку не представляется возможным (рис. 13);

2) длина залежи небольшая, а направление подземного и поверхностного транспорта совпадает, в этом случае значение расходов по транспорту снижается;

3) при пологом или наклонном залегании рудного тела и небольших его размерах по простиранию, когда длина квершлагов будет меньше, чем при других способах вскрытия.

Вскрытие наклонными стволами. Наклонные стволы могут быть расположены в лежачем боку месторождения за зоной сдвижения пород, па фланге и в рудном теле.

Основным преимуществом вариантов вскрытия наклонными стволами является малая длина квершлагов и уменьшение расстояния подземной откатки. При углах наклона до 18° возможно применение для подъема руды ленточных конвейеров, а при углах до 12° — самоходного оборудования.

1. Вскрытие наклонным стволом, расположенным в лежачем боку месторождения за зоной сдвижения пород (рис. 14). Этот вариант вскрытия наиболее распространен. На расстояние ствола от контакта рудного тела влияют выдержанность залегания последнего мощность и крепость пород лежачего бока, а также угол сдвижения коренных пород и наносов. При правильном залегании рудного тела ствол проходят параллельно ему.

Наклонным стволом, расположенным в лежачем боку, вскрываются месторождения чаще всего с углом падения 20—45°. Недостатками разбираемого варианта являются недостатки, свойственные наклонным стволам.

Вскрытие наклонным стволом, расположенным в висячем боку месторождения, не рассматривается, так как на практике оно не применяется.

2. Вскрытие наклонным стволом на фланге месторождения за зоной сдвижения пород (рис. 15). Факторы, влияющие на применение этого способа вскрытия, те же, что и при расположении па фланге вертикального ствола. Ствол может быть расположен на фланге с проходкой его в покрывающих породах для разработки горизонтальных или весьма пологопадающих месторождении с небольшой глубиной залегания (до 100 м).

Как правило, наклон ствола не превышает 18°, что позволяет производить подъем полезного ископаемого по нему ленточным конвейером. В этом случае рационально организовать доставку руды конвейерами и по откаточным выработкам. Для доставки в шахту людей и материалов предусматриваются в стволе специальные отделения.

Типичным примером вскрытия пологопадающих залежей наклонными стволами служить свинцово-цинковий рудник Пенд Орей (США) (рис. 16). Руда выдается на поверхность по наклонному стволу двумя конвейерами — нижним длиной 360 м с углом подъема 10° и верхним длиной 450 м с углом подъема 17°. Производительность установки 350 т/час. Перед загрузкой на конвейеры руда дробится.

Подобный способ вскрытия применяется на ряде рудников в Канаде, во Франции — рудник Олекур с суточной производительностью 7000 т — и др.

3. Вскрытие наклонным стволом, пройденным по месторождению. Ствол закладывается, таким образом, чтобы он вошел в рудное тело у верхней его границы и в дальнейшем под тем же углом проходил по руде. Околоствольные дворы проходят в руде. Для выбора правильного направления ствола необходимо знать подробные данные о конфигурации рудного тела.

Вскрытие наклонным стволом по месторождению имеет следующие преимущества: производится дополнительная разведка залежи, дающая возможность изучить характеристику руды и вмещающих пород; попутно добытая руда частично окупает стоимость проходки ствола; отсутствуют квершлаги и откатка по ним; сокращается срок ввода месторождения в эксплуатацию, что имеет значение, когда требуется быстро организовать добычу.

Недостатки этого способа: необходимость оставлений охранных рудных целиков и повышенная стоимость поддержания ствола, так как зачастую вмещающие породы на контакте с месторождением бывают нарушены и неустойчивы. К ним надо еще добавить все недостатки, свойственные наклонным стволам.

Вскрытие наклонными стволами по руде оправдывается при разработке жильных недоразведанных залежей. Закладка ряда мелких дешевых наклонных стволов ускорит ввод месторождения в эксплуатацию с одновременной его разведкой, что позволит затем определить основной способ вскрытия.

Выше отмечалась тенденция к более широкому применению при вскрытии рудных месторождений наклонных стволов, оборудованных для подъема полезного ископаемого ленточными конвейерами. Этот вид подъема имеет ряд преимуществ по сравнению со скиповым и клетьевым: во-первых, капитальные затраты и эксплуатационные расходы ниже, а во-вторых, производительность конвейерного транспорта с увеличением глубины разработки не изменяется, что имеет место при других видах подъема.

С учетом указанных факторов наклонными стволами вскрыт ряд глубоко залегающих месторождений. В качестве примера можно привести вскрытие месторождения рудника им. Кирова в Криворожском бассейне и рудника Вобана в Канаде.

На первом (рис. 17) руднике месторождение до глубины 1000 м вскрывается двумя наклонными рудоподъемными центрально-сдвоенными стволами длиной по 3000 м, заложенными под углом 16° и оборудованными конвейерными подъемами. В одном из стволов сечением в свету 14,5 м2 размещен ленточный конвейер и фуникулер. Во втором стволе сечением 8,4 м2 установлен один ленточный конвейер. Часовая производительность одного конвейера 2350 т, а годовая пропускная способность двух стволов равна 12—13 млн. т.

На руднике Вобана месторождение железных руд разрабатывается под дном океана (рис. 18). Работы ведутся на расстоянии 3,5—4 км от берега из глубине 400 м ниже дна. Месторождение вскрыто тремя наклонными прямоугольными стволами шириной 6 м и высотой 2,5-4,2 м. Подъем руды производится по одному стволу и осуществляется десятью последовательно смонтированными ленточными конвейерами, угол наклона которых изменяется от 10 до 12°, ширина лент 1000 мм.

Длина отдельных ставов изменяется от 200 до 400 м. Производительность подъема при скорости движения лент 3 м/сек равна 1160 т/час, годовая производительность ствола составляет 2,8 млн. т. Общая длина лент конвейерного подъема 3579 м, высота подъема 535 м. Перед загрузкой на конвейер руда дробится до фракции 225 мм.

Конвейерные установки для выдачи руды на поверхность имеются в СШA, Швеции и других странах. Они применяются также при подготовке нижних горизонтов месторождения при комбинированных способах вскрытия, что будет рассмотрено ниже.

Необходимо отметить, что за последние годы в зарубежной практике нашла применение доставка руды на поверхность самоходным оборудованием. Месторождения вскрываются наклонными стволами с углом наклона 10—12°, оборудованными для применения в них безрельсового транспорта (автосамосвалов и самоходных вагонеток). Руда из забоев без перегрузки доставляется до обогатительной фабрики или склада на поверхности. Преимущества этого способа следующие:

1) намного упрощается технологический комплекс на поверхности— не требуются надшахтные здания, подъемные машины;

2) отсутствуют перегрузочные пункты для руды и представляется возможность увеличить размер кондиционного куска. Последнее позволит значительно снизить объем вторичного дробления, что приведет к улучшению санитарно-гигиенических условий и забоях и увеличению производительности блоков;

3) отсутствуют рельсовые пути в подземных выработках, что снижает расходы по поддержанию последних;

4) упрощается организация доставки в забои материалов и. оборудования.

Все это позволяет сократить количество занятых рабочих под землей и на поверхности по сравнению с вскрытием месторождений стволами с подъемными установками, повысить производительность труда рабочих по руднику и снизить стоимость продукции.

Вскрытие штольнями. Штольнями вскрываются месторождения, залегающие в гористых местностях. При достаточно высоком склоне горы для подготовки этажей закладывается несколько штолен (рис. 19). Самая нижняя из них является капитальной, на ее уровень по восстающим перепускается руда с вышележащих горизонтов. У устья этой штольни располагаются соответствующие поверхностные сооружения. Серьезное внимание следует уделять установлению уровня устья капитальной штолыш и промышленной площадки около нее. Этот уровень должен быть выше наиболее высокой отметки подъема воды в долине (необходимо руководствоваться многолетними метеорологическими наблюдениями в данной местности) во избежание затопления горных выработок.

В зависимости от рельефа и условии залегания месторождений возможны два основных варианта:

1) штольни проходится по месторождению — по простиранию (рис. 20);

2) штольня располагается вкрест простирания (см. рис. 19, а).

Если месторождение выходит по склону горы на поверхность, то применяется первый вариант. Если простирание месторождения параллельно оси долины и залежь не выходит па поверхность или выходит в таком месте, где штольню заложить нельзя, месторождение вскрывается штольней вкрест простирания.

Вскрытие штольней по рудному телу имеет следующие преимущества: возможно в более короткие сроки приступить к добыче; проходка штольни частично окупается стоимостью попутно добываемой руды; производится дополнительная разведка месторождения. Недостатки этого вскрытия — необходимость отработки залежи от границ поля или оставления для охраны штольни временного рудного целика при ведении очистной выемки от устья штольни и однофланговая отработка рудного тела, что снижает добычу из залежи и усложняет подземную откатку.

Стоимость поддержания штольни, пройденной по руде, дороже поддержания штольни, пройденной вкрест простирания, особенно в неустойчивой руде.

Иногда в зависимости от характеристики пород штольня проходится в пустых породах в лежачем или висячем боку рудного тела и сбивается с последним квершлагами.

Достоинствами вскрытия вкрест простирания являются дополнительная разведка месторождения и возможность применения
Достоинствами вскрытия вкрест простирания являются дополнительная разведка месторождения и возможность применения двухфланговой отработки месторождения. Последнее приводит к увеличению производительности, упрощению подземной откатки и снижению расходов по поддержанию выработок. К недостаткам следует отнести более длительный срок подготовки месторождения и удорожание стоимости вскрытия за счет проходки штольни по пустым породам.

При выборе места заложения капитальной штольни особое внимание следует обращать на рациональное размещение технических и хозяйственных поверхностных сооружений. Они должны строиться с учетом возможного использования их при разработке месторождения ниже уровня основной штольни, если залежь продолжается на глубину, а также с учетом удобной связи с железной или шоссейными дорогами. Кроме того, промышленная площадка выбирается с таким расчетом, чтобы зданиям не угрожали оползни с гор и снежные лавины.

Выбор промплощадки, удовлетворяющей всем этим требованиям, связан иногда с определенными трудностями. He всегда представляется возможным наметить место, удобное для доставки руды до обогатительной фабрики. Иногда доставку приходится организовывать при помощи подвесных канатных дорог.

Вскрытия совместно залегающих рудных тел. Рудные месторождения нередко представлены несколькими залежами, расположенными одна от другой иногда на значительном расстоянии. Вскрытие каждой из них целесообразно производить самостоятельно. Такой порядок вскрытия называется независимым, или обособленным.

При достаточно близком расстоянии между рудными телами они вскрываются общим шахтным стволом или штольней, это так называемое совместное вскрытие.

Вскрытие совместно залегающих рудных тел может производиться вертикальными и наклонными стволами и штольнями.

При небольшом расстоянии между рудными телами подъемные стволы шахт располагаются в лежачем или в висячем боку за зоной сдвижения пород (рис. 21). При крутом падении залежей и значительном расстоянии между некоторыми из них иногда целесообразно заложить стволы между ними (рис. 22), что позволит сократить общую длину квершлагов. В этом случае может быть рациональным оставление у ствола охранного целика с небольшими запасами руды в нем. При небольшом расстоянии между рудными телами и пологом падении вскрытие вертикальными стволами без оставления охранных целиков около них может оказаться неэкономичным вследствие значительного увеличения длины квершлагов с понижением работ. Здесь преимущество может оказаться за фланговым расположением стволов (рис. 23).

На вскрытие месторождения наклонными стволами влияют те же причины, что и при вертикальных (рис. 24).

При вскрытии залежи штольнями в зависимости от рельефа поверхности и расположения рудных тел могут иметь место следующие варианты (рис. 25):

1) штольня проводится вкрест простирания со стороны лежачего I или висячего бока II;

2) штольня проходится параллельно простиранию рудных тел и соединяется с ними квершлагами III;

3) штольня IV проходится по одному из рудных тел, а с остальными соединяется квершлагами.

В горизонтальных, полого залегающих и близко расположенных по вертикали месторождениях штольню целесообразно проходить по нижележащему рудному телу или в подстилающих породах, а руду с верхних залежей перепускать на уровень штольни (рис. 26).