Выбор размеров шахтного поля и места заложения ствола при подземной разработке россыпей

Длина шахтного поля. Россыпи имеют значительную длину, и каждая шахта разрабатывает только часть россыпи, которая определяется границами шахтного поля (заказа, полигона). Ширина шахтного поля соответствует ширине россыпи (за исключением широких россыпей). Длина же поля в направлении падения россыпи колеблется от 60 до 1900 м. При небольшой длине шахтного поля увеличивается число шахт, необходимое для разработки всей россыпи, но сокращаются средние расстояния перемещения песков и материалов по подземным выработкам и сроки существования этих выработок, а также уменьшается высота подъема для укладки песков в отвалы или гали от промывных установок. Вследствие этого длина шахтного поля оказывает влияние на себестоимость добычи песков.

Себестоимость добычи 1 м3 песков может быть выражена уравнением в функции от следующих постоянных и переменных затрат (в рублях), зависящих от длины шахтного поля: 1) П — постоянных затрат, которые складываются из: полной стоимости вскрывающих и околоствольных выработок за вычетом стоимости попутно добытых песков; части затрат на подготовку шахтного поля, которые непропорциональны его длине (вентиляционный ствол); затрат на перевозку и установку надшахтного оборудования и сооружений, которые должны быть погашены на запасы шахтного поля (копер, подъемная, промывная установка, сплотки, компрессорная, трансформаторная, линия электропередачи, шахтные склады, контора, сушилка и др.); 2) А — годовых амортизационных отчислений шахтного оборудования и сооружений (копер, подъемная установка и пр.); 3) Б — суммы удельных затрат на поддержание откаточных и вспомогательных выработок (штреков), приходящихся на 1 м скорости проходки этих выработок; 4) s1 — стоимости откатки 1 м3 песков на 1 м по главной откаточной продольной выработке (штреку); 5) s2 — стоимости доставки 1 м3 крепежного леса на 1 м по вспомогательной или главной откаточной выработке. Взяв первую производную этого выражения, получаем уравнение наивыгоднейшей длины шахтного поля Lн, при которой затраты по перечисленным статьям расхода будут наименьшие:

где р1 — стоимость поддержания 1 м откаточной продольной выработки за месяц во время подготовки, руб.;

р2 — сумма стоимостей поддержания 1 м откаточной и вспомогательной продольных выработок за месяц во время очистной выемки, руб.;

р3 — стоимость поддержания 1 м продольных выработок за месяц в выработанном пространстве для вентиляции и сообщения со смежными шахтами, руб.;

tш — время проходки подъемного ствола и околоствольных выработок, лет;

vв — средняя скорость проходки откаточной продольной выработки за месяц, м;

v3 — средняя скорость продвигания очистного забоя за месяц, м;

k — расход леса на 1 м3 добытых песков, м3;

N — число вентиляционных шурфов, проходимых на крыле и используемых для спуска лесоматериалов, включая вентиляционный ствол;

Z — средний запас песков на 1 м длины россыпи, м3;

е — коэффициент, равный 2 при двукрылом шахтном поле и 1,42 — при однокрылом;

е — коэффициент использования комплекта шахтного поверхностного оборудования и сооружений во время проходки ствола; обычно в это время не используется промывная установка, поэтому e = 0,4—0,5.

Данное уравнение справедливо при анализе работы шахты определенной производительности и оборудованной определенным подъемом.

Срок проходки стволов на мерзлых россыпях невелик, поэтому правым членом уравнения в числителе можно пренебречь. Поддержание штреков на мерзлых россыпях стоит недорого, поэтому величины р1, р2 и р3 при укрупненных расчетах можно не учитывать; при небольшой глубине россыпей и устойчивой кровле затраты на доставку лесоматериалов малы, поэтому последним членом в знаменателе также можно пренебречь.

Уравнение (217) выводится на основании положений, изложенных в работе, с введением следующих уточнений: амортизация оборудования оказывает малое влияние на наивыгоднейшую длину шахтного поля, а затраты на доставку леса зависят от числа шурфов на каждом, крыле. В целях упрощения уравнения (217) при выводе не учтены затраты на образование отвалов на поверхности, поэтому при расчете целесообразная длина шахтного поля несколько преувеличивается. С увеличением глубины россыпи, производительности шахты, мощности бурового и погрузочного оборудования в очистных забоях увеличиваются величины П и vз, в результате чего возрастает и целесообразная длина шахтного поля. Длина шахтного поля также возрастает при малых расходах на крепление и ремонт и при небольшой ширине россыпи, поскольку при этом сокращаются затраты р2 и р3 на поддержание выработок и линейный запас песков.

В районах распространения многолетней мерзлоты стоимость проходки вскрывающих и околоствольных выработок незначительна, шахтные сооружения (копер, лебедочная, компрессорная, трансформаторная) устраивают небольших размеров, а ряд сооружений (склады, контора, сушилка и пр.) строят для трех-девяти действующих шахт. Вследствие этого числитель в уравнении (217) бывает небольшим. В этих условиях при разработке мерзлых россыпей глубиной до 12 м наиболее распространены шахтные поля длиной 150—200 м; при глубине 20—30 м длина шахтного поля составляет 270—400 м, а на россыпях глубиной 50—100 м увеличивается до 600—1000 м.

На мерзлых россыпях глубиной до 20 м стремятся произвести вскрытие, подготовку и отработку шахтного поля с конца сентября и закончить не позднее конца мая. Это связано с увеличением стоимости летней подземной добычи по сравнению с зимней на 7—10%, снижением производительности труда на 20—25% и осложнением поддержания второго запасного выхода вследствие поступления в шахту теплого воздуха, вызывающего таяние пород и обледенение стенок. Для соблюдения этого требования приходится часто ограничивать длину шахтного поля, т. е. длину шахтного поля принимают такую, чтобы очистные работы были закончены не позднее половины мая.

Размеры шахтных полей подразделяют также и по запасам песков. Эти запасы взаимосвязаны с глубиной залегания, суточной производительностью и способом подъема. Так, на мерзлых россыпях при вскрытии наклонными стволами выдерживают следующие данные:

При разработке талых россыпей затраты на проходку вскрывающих и околоствольных выработок значительны, поскольку выемка 1 м3 породы стоит дорого. Кроме того, на каждой шахте занято большое число рабочих, вследствие чего строят склады, сушилки и другие производственные сооружения. Поэтому длина шахтных полей при разработке талых россыпей глубиной 30—40 м составляет 300—700 м. Только одна шахта имела длину шахтного поля 1,9 км, причем такая большая длина усложнила разработку.

Место заложения ствола. После выбора способа вскрытия уточняют место заложения подъемного ствола на поверхности. При этом -необходимо выполнить следующие условия: 1) располагать ствол в наиболее устойчивых и менее водоносных породах; 2) располагать отвалы песков и промывные установки так, чтобы затраты на отсыйку отвалов, транспортирование песков на промывку и на размещение хвостов в отвалы были наименьшими; 3) располагать сооружения на площадях, не затопляемых во время половодья и после ливней; 4) располагать околоствольные выработки в устойчивых породах и проходить их с наименьшим объемом, обеспечивая целесообразную схему транспортных операций; 5) по возможности уменьшать размеры околоствольных охранных целиков, размещая их на площадях с наиболее бедным содержанием металла.

Направление отработки россыпи принимают по восстанию, так как при этом облегчается осушение россыпи. Поэтому первое шахтное поле закладывают на нижней отрабатываемой площади.