Системы разработки рудных месторождений

Системы разработки рудных месторождений

Общие положения

Понятие системы разработки

Разработка месторождения полезного ископаемого включает три стадии:

1.Вскрытие шахтного поля – проведение комплекса горных выработок, открывающих доступ с поверхности к месторождению или его части;

2.Подготовка шахтного поля к очистной выемке – разделение его выработками на этажи, а этажа на блоки ( при крутом и наклонном падении), или на панели ( при пологом залегании );

3.Очистная выемка – непосредственное извлечение полезного ископаемого в очистных выработках. Очистная выемка при любой системе разработки состоит из трёх основных процессов: отбойки руды, т. е. отделения её от массива; доставки – перемещения отбитой руды от забоя до откаточной выработки и поддержания очистного пространства.

Совокупность этих производственных процессов, которые осуществляются в определенной последовательности во времени и пространстве с целью получения готовой продукции (руды), определяет технологию добычи руды. И одним из основных элементов технологии добычи руды является применяемая при этом система разработки. Формой системы разработки является её конструкция, а содержанием - производственные процессы.

Для того чтобы создать конструкцию системы разработки в горном массиве проводят: подготовительные выработки, которые оконтуривают запасы выемочного участка (блока, панели), открывают доступ к очистным забоям, служат для сообщения, транспорта, для обеспечения нарезных и очистных работ энергией, технической водой, свежим воздухом. К подготовительным выработкам относят: откаточные и вентиляционные штреки и орты, восстающие между этажными горизонтами, ходовые выработки пройденные из откаточных и вентиляционных штреков, выработки служащие для перепуска руды, спуска и подъёма оборудования. При применении на очистной выемке самоходного оборудования проходят наклонные съезды для заезда на подэтажные выработки.

Подготовительные выработки проводятся как по руде (при этом возмещается часть затрат на их проведение за счёт попутной добычи руды), так и во вмещающих устойчивых горных породах.

Однако только подготовительных выработок в блоке или панели не достаточно для ведения очистных работ. Необходимо еще проведение нарезных выработок. Нарезка– проведение выработок в подготовленной части месторождения (блоке, панели) для создания фронта очистных работ. Эти выработки необходимы для производства процессов отбойки и доставки руды, подачи свежего воздуха на рабочие места и безопасного передвижения людей. К нарезным выработкам относят: доставочные штреки и орты, подсечные штреки, отрезные восстающие, буровые штреки и орты, панельные нарезные штреки, дучки, погрузочные заезды, подэтажные штреки, слоевые штреки и др.

Так как по назначению и технологии проведения нарезные выработки близки к подготовительным, то их часто объединяют общим термином «подготовительные выработки» или «подготовительно-нарезные выработки». Подготовительно-нарезные выработки образуют основу конструкции любой системы разработки.

Очистная выемка – непосредственное извлечение полезного ископаемого при отработке камер, блоков, панелей. К очистной выемке также относят образование компенсационных камер , отрезных щелей, подсечку блоков и пр.

Система разработки – это определённый порядок проведения подготовительных, нарезных и очистных выработок в этаже, увязанный во времени и пространстве.

Требования к системам разработки

При составлении проекта на разработку месторождения выбирается система разработки, отвечающая горно-геологическими условиям этого месторождения.

В зависимости от того, какая система разработки принята на данном месторождении , соответственно будут:

- условия работы (много ручного труда или высокая степень механизации с применением самоходной техники);

- показатели извлечения полезного ископаемого (потери и разубоживание);

- материальные и трудовые затраты;

- воздействие на окружающую среду.

Поэтому, при выборе системы разработки для конкретного месторождения, к ней предъявляют определенные требования:

1. Система разработки должна быть безопасной и должна обеспечить нормальные санитарно-гигиенические условия труда как для рабочих связанных с очистными работами, так и для других работников и населения. Всякая система разработки должна быть безопасной, а несчастные случаи могут происходить только при несоблюдении правил безопасности и технологии ведения горных работ;

2. Система разработки должна обеспечить максимальное извлечение полезного ископаемого из земных недр, т.к. при больших потерях руды сокращаются извлекаемые запасы руды, тем самым сокращается срок службы рудника, его производительность и, в целом, возрастают затраты на 1т добытой руды. В то же время, она должна обеспечить минимальное воздействие на окружающую среду;

3. Система разработки должна, по возможности, обеспечить постоянное качество выдаваемой на поверхность руды для создания условий эффективной работы обогатительной фабрики. Это связано с тем, что при изменении качества руды, поступающей на обогатительную фабрику, невозможно быстро перенастроить технологическую цепочку обогащения руды и процент извлечения полезного компонента в концентрат резко снижается;

4. Принятая система разработки должна обеспечить максимально возможную в данное время производительность труда и минимальную себестоимость производства. Себестоимость добычи руды зависит в большой степени от затрат на подготовительно-нарезные выработки, очистные работы. А эти затраты, в свою очередь, определяются производительностью труда при проведении выработок и ведении очистных работ. На себестоимость добычи руды серьёзно влияет также расход материалов (особенно дорогостоящих, таких как лес, закладочные материалы).

Для того , чтобы можно было оценить эффективность системы разработки, сравнить конкурирующие варианты при выборе её для отработки конкретного месторождения существует ряд технико-экономических показателей:

1) производительность труда, т/см или м³/см:

- забойного рабочего на очистных работах;

- забойного рабочего по системе разработке с учётом подготовительно-нарезных работ;

- по отдельным профессиям (бурильщика, машиниста ПДМ, рабочего на выпуске руды…).

2) производительность блока (панели), т/мес;

3) удельный объём подготовительно-нарезных работ

V^пн_уд = (1000*∑V_пн)/Q_бл, м³/1000т,

где ∑V_пн – суммарный объём всех выработок в блоке (панеле), м³.

Q_бл - запасы руды в блоке или панеле, т.

Удельный объём подготовительно-нарезных работ может измеряться в процентах:

V^пн_уд =∑V_пн/Б_бл*100, %,

где Б_бл - запасы руды в блоке, м³;

∑V_пн - суммарный объём выработок в блоке, м³.

4) коэффициент подготовительно-нарезных работ (коэффициент подготовки)

К_пн =1000*∑L_пн/(Q_бл-Q_пн ), м/1000т,

где ∑L_пн - суммарная длина выработок в блоке (панеле), м;

Q_бл - запасы блока(панели), т;

Q_пн - запасы руды, извлекаемые при проведении подготовительно- нарезных выработок в блоке или панеле, т.

5) потери руды П, % или дол.ед.;

6) разубоживание Р, % или дол.ед.;

7) себестоимость добычи руды по системе разработки С, руб/т.

Проф. В.Р.Именитова

Класс	Группа	Система разработки
I. Системы разработки с естественным поддержанием очистного пространства	А. Системы с естественным поддержанием очистного пространства и механизированной доставкой в нём руды	1.Сплошная система
2.Камерно-столбовая система
Б.Системы с естественным поддержанием очистного пространства и самотечной доставкой в нём руды	3.Камерная система
4.Система с отбойкой из магазина
5.Другие системы разработки
II. Системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород (без поддержания выработанного пространства)	А. Системы этажного обрушения	1.Этажное принудительное обрушение со сплошной выемкой
2.Этажное принудительное обрушение с компенсационными камерами
3.Этажное самообрушение
Б. Системы подэтажного обрушения	4.Подэтажное обрушение с торцевым выпуском руды
5.Подэтажное обрушение с донным выпуском руды
III. Системы разработки с искусственным поддержанием очистного пространства	А.Системы с закладкой	1.Однослойная выемка с закладкой
2.Горизонтальные слои с закладкой
3.Наклонные слои с закладкой
4.Камерная система с закладкой
5.Система разработки тонких жил с раздельной выемкой
6.Нисходящая слоевая выемка с твердеющей закладкой
Б.Системы с креплением	7. Система с усиленной распорной крепью
В.Системы с креплением и последующим обрушением	8.Столбовая система с обрушением
9.Слоевое обрушение
10.Другие системы разработки данной группы

Общая характеристика

Очистная выемка при системах с естественным поддержанием очистного пространства заключается только в отбойке и доставке руды, а также при необходимости вторичного дробления руды.

Очистное пространство может быть открытым или заполненным отбитой рудой. Поддерживается оно за счёт естественной устойчивости руды и вмещающих пород, а при системах с магазинированием руды также и за счёт подпора боков очистного пространства замагазинированной рудой.

Применяются эти системы главным образом при устойчивой руде и при устойчивых вмещающих горных породах. В случае применения их при слабой устойчивости боковых пород, рудная залежь должна быть мощной, а со стороны слабых горных пород должна оставляться рудная « корка» мощностью 1-3м в виде теряемой руды, или 5-8м при условии отработки её в последующем вместе с другими целиками.

Системы этого класса характеризуются сравнительно высокой производительностью труда для соответствующих условий месторождений, низкими трудовыми затратами (особенно за счёт экономии на крепи), но в то же время, если не предусматривается отработка целиков,- возникают значительные потери руды. Системы c естественным поддержанием очистного пространства нашли широкое применение при отработке руд средней ценности калийной соли (90%), бокситов, медных, железных …. Применяются они и для отработки богатых руд, но при этом обязательно предусматривается отработка целиков.

В связи с общим понижением горных работ, в целом удельный вес этих систем снижается, так как приходится оставлять большие объёмы руды в целиках.

В этот класс входят следующие системы: сплошная, камерно-столбовая, этажно-камерная, камерная с подэтажной отбойкой, с отбойкой из магазина, потолкоуступная с простой распорной крепью.

Сплошная система разработки

Основной выемочной единицей при этой системе является панель.

Сущность системы заключается в сплошной отработке панели без разделения её на блоки или камеры. Очистное пространство панелей поддерживается с 4-х сторон панельными и барьерными целиками, а кровля – изолированными столбообразными целиками, которые оставляют в очистном пространстве.

Условия применения системы следующие:

- руды и породы устойчивые;

- мощность рудного тела 1-20 м;

-угол падения залежи 0-10^о – при применении самоходного оборудования, до 35^о – при применении переносного оборудования; - ценность руды средняя из-за больших потерь в целиках, которые, как правило, не извлекаются;

- содержание полезного компонента в руде должно быть примерно постоянным.

Сплошная система разработки включает несколько вариантов, которые различаются способом подготовки. Так, при углах падания от 20^о до 35^о шахтное поле по падению разделяют на этажи рудными откаточными штреками (рис.3).

Рис.3. Этажная подготовка наклонной рудной залежи

При углах падения до 20^о разработка безэтажная, а подготовка либо полевая, либо по руде (рис.4).

Рис.4. Подготовка горизонтальной и слабонаклонной залежи

Различаются варианты также и способом доставки руды (скреперная доставка, самоходным оборудованием, конвейерами).

В зависимости от мощности рудного тела возможны следующие варианты сплошной системы разработки:

а) мощность рудного тела не более 3м. Применяемый в этом случае вариант системы разработки характеризуется тем, что использование самоходного оборудования технически затруднительно и экономически не целесообразно. Поэтому при такой мощности и углах падения до 35^о применяют вариант с переносным оборудованием (бурение перфораторное, доставка- скреперная). Откатка руды - электровозная. При горизонтальном залегании рудного тела вагоны подают непосредственно в очистное пространство и загружают скрепером через полок.

Вариант сплошной системы разработки с переносным оборудованием

и этажной подготовкой

Этот вариант применяют при отработке рудных тел мощностью 1-3,5м, редко до 4м, с углом падения до 30^о (35^о).

Рис. 5. Сплошная система разработки с переносным оборудованием:

1- откаточный штрек; 2- вентиляционный штрек; 3-подсечной штрек; 4- дучки; 5- ниша для скреперной лебёдки;6- скреперная установка; 7- разрезной восстающий; 8- крепь; 9- сбойка; 10- вентиляционная перемычка; 11- целики

Подготовительные работы.

Подготовительные работы заключаются в проведении этажных штреков (откаточного-1 и вентиляционного-2), которыми месторождение делят на этажи. Наклонная высота этажа не превышает 50м (редко больше). Она ограничивается эффективной длиной доставки скреперной установкой для данных мощности и угла падения залежи. Чем больше мощность скреперной лебёдки, тем больше принимается наклонная высота этажа.

Этаж делится на блоки, размер которых по простиранию определяется размерами рудных тел и необходимой интенсивностью разработки месторождения. На практике длина блоков не превышает 100м.

Выше откаточного горизонта на 4-6м проводят штрек подсечки 3, который сбивается с откаточным горизонтом дучками 4. Напротив каждой дучки или через одну создают ниши 5 для установки скреперной лебёдки 6.

На фланге выемочного блока проводят разрезной восстающий 7.

.

Очистные работы в блоке начинают с расширения разрезного восстающего 7. Отбойка руды мелкошпуровая. Шпуры диаметром 40-46мм и длиной 1,5- 2м располагают порядно. Для бурения шпуров применяют ручные перфораторы и только при мощности 3-3,5м,- колонковые перфораторы. В качестве взрывчатого вещества чаще применяют патронированные ВВ, а при больших объёмах отбойки используется гранулированные ВВ. Взрывание производится с применением СИНВШ, электрическое, электроогневое.

Доставка руды осуществляется скреперными установками мощностью 30-50 кВт. Чаще всего применяют 2-х барабанные скреперные лебёдки (2ЛС-30).

Если ниши под скреперные лебёдки пройдены напротив каждой дучки, то расстояние между ними увеличивают до 7м и более и применяют 3-х барабанные скреперные установки, позволяющие скреперовать по всей площади.

Управление горным давлением осуществляется за счёт регулярного или нерегулярного оставления внутризабойных целиков. Регулярное оставление целиков осуществляется при недостаточно устойчивых рудах и породах, при равномерном распределении полезного компонента в залежи, когда ценность руды средняя или ниже средней. Нерегулярное – при устойчивых покрывающих породах и рудах и при неравномерном распределении полезного компонента в рудном массиве. В случае, если при нерегулярном оставлении целиков пролёты обнажения получаются достаточно большими, то для поддержания пород кровли дополнительно устанавливают крепь 8 (костровая, кустовая крепь). Кроме того, при сплошной системе разработки во всех случаях проводят работы по приведению кровли в безопасное состояние и креплению её штанговой крепью.

Проветривание осуществляется за счёт общешахтной депрессии. Свежий воздух с откаточного горизонта через дучку, опережающую забой, попадает в выработанное пространство, омывает забой и через сбойку 9 выбрасывается на вентиляционный горизонт 2. В отработанных дучках устанавливают вентиляционные перемычки 10.

Достоинства варианта:

- простота конструкции;

- малый объём подготовительно-нарезных работ;

- малая себестоимость добычи, т.к. нет больших затрат на крепление;

- применяемое оборудование имеет сравнительно небольшую стоимость.

Недостатки:

- высокие потери руды в целиках;

- большая доля ручного труда;

- тяжёлые условия работы бурильщиков.

Основные условия безопасной работы:

1. Регулярное приведение кровли очистного забоя в безопасное состояние;

2. Движение людей по выработанному пространству должно осуществляться вдоль линии целиков и вдоль линии очистного забоя. При необходимости эти места должны быть снабжены трапами и освещены.

Технико-экономические показатели

Производительность забоя 30-60 т/см, (4-12 тыс. т/мес);

Коэффициент ПНР 1-2 м/1000т;

Потери руды 12-15%.

Разубоживание 5%.

б) При мощности рудного тела более 3м.

Такая мощность позволяет применять самоходное оборудование. Бурение шпуров осуществляют самоходными буровыми каретками (бурильными установками).

Для погрузки руды в транспортные средства применяются: ковшовые погрузчики, погрузочные машины типа ПНБ, подземные экскаваторы. Для доставки и транспорта руды используют ковшовые ПДМ, автосамосвалы, самоходные электрические и дизельные вагоны. В зависимости от мощности рудного тела при применении самоходного оборудования рудное тело отрабатывается либо сразу на всю мощность, либо с разделением на слои.

Вариант сплошной системы разработки с однослойной выемкой

Послойная выемка

Применяется при мощности пластов более 3,5м. Пласт при этом разделяют на 2 слоя: нижний - 3,5 м и верхний. Первым отрабатывается нижний слой.

Очистная выемка нижнего слоя может производится тупиковым забоем (рис.13) или с предварительным проведением разрезного штрека по оси камеры.

Рис. 13. Камерная система разработки сдвухслойной выемкой на Соликамском руднике:1 – выемка нижнего слоя тупиковым забоем;

2 – отбойка потолочины с навала руды

Выемка нижнего слоя с предварительным проведением разрезного штрека в камере возможна с отбойкой шпуровыми зарядами – (рис. а) и скважинными зарядами – (рис.б).

Бурение скважин осуществляется буровыми каретками.

Отбойка руды верхнего слоя может производиться шпурами пробуренными с навала руды ручными электросвёрлами (рис.а) или же буровыми каретками с почвы отработанного нижнего слоя (рис.б).

Системы разработки рудных месторождений

Общие положения

Понятие системы разработки

Разработка месторождения полезного ископаемого включает три стадии:

1.Вскрытие шахтного поля – проведение комплекса горных выработок, открывающих доступ с поверхности к месторождению или его части;

2.Подготовка шахтного поля к очистной выемке – разделение его выработками на этажи, а этажа на блоки ( при крутом и наклонном падении), или на панели ( при пологом залегании );

3.Очистная выемка – непосредственное извлечение полезного ископаемого в очистных выработках. Очистная выемка при любой системе разработки состоит из трёх основных процессов: отбойки руды, т. е. отделения её от массива; доставки – перемещения отбитой руды от забоя до откаточной выработки и поддержания очистного пространства.

Совокупность этих производственных процессов, которые осуществляются в определенной последовательности во времени и пространстве с целью получения готовой продукции (руды), определяет технологию добычи руды. И одним из основных элементов технологии добычи руды является применяемая при этом система разработки. Формой системы разработки является её конструкция, а содержанием - производственные процессы.

Для того чтобы создать конструкцию системы разработки в горном массиве проводят: подготовительные выработки, которые оконтуривают запасы выемочного участка (блока, панели), открывают доступ к очистным забоям, служат для сообщения, транспорта, для обеспечения нарезных и очистных работ энергией, технической водой, свежим воздухом. К подготовительным выработкам относят: откаточные и вентиляционные штреки и орты, восстающие между этажными горизонтами, ходовые выработки пройденные из откаточных и вентиляционных штреков, выработки служащие для перепуска руды, спуска и подъёма оборудования. При применении на очистной выемке самоходного оборудования проходят наклонные съезды для заезда на подэтажные выработки.

Подготовительные выработки проводятся как по руде (при этом возмещается часть затрат на их проведение за счёт попутной добычи руды), так и во вмещающих устойчивых горных породах.

Однако только подготовительных выработок в блоке или панели не достаточно для ведения очистных работ. Необходимо еще проведение нарезных выработок. Нарезка– проведение выработок в подготовленной части месторождения (блоке, панели) для создания фронта очистных работ. Эти выработки необходимы для производства процессов отбойки и доставки руды, подачи свежего воздуха на рабочие места и безопасного передвижения людей. К нарезным выработкам относят: доставочные штреки и орты, подсечные штреки, отрезные восстающие, буровые штреки и орты, панельные нарезные штреки, дучки, погрузочные заезды, подэтажные штреки, слоевые штреки и др.

Так как по назначению и технологии проведения нарезные выработки близки к подготовительным, то их часто объединяют общим термином «подготовительные выработки» или «подготовительно-нарезные выработки». Подготовительно-нарезные выработки образуют основу конструкции любой системы разработки.

Очистная выемка – непосредственное извлечение полезного ископаемого при отработке камер, блоков, панелей. К очистной выемке также относят образование компенсационных камер , отрезных щелей, подсечку блоков и пр.

Система разработки – это определённый порядок проведения подготовительных, нарезных и очистных выработок в этаже, увязанный во времени и пространстве.