 |
5.3. Вскрытие месторождений
|
|
|
|
Кроме главных вскрывающих выработок (стволов и штолен) проходят квершлаги, штреки, вентиляционные шурфы, слепые шахтные стволы и другие выработки, служащие для вскрытия отдельных участков рудного тела и проветривания.
Способ вскрытия определяется типом г л а в н о й в с к р ы в а ю щ е й в ы р а б о т к и
(штольня, шахтный ствол) и расположением ее относительно рудного тела.
На выбор способа вскрытия и места расположения главных вскрывающих выработок, помимо рельефа местности, элементов залегания и ряда других факторов большое влияние оказывает с д в и ж е н и е в м е щ а ю щ и х п о р о д вследствие выемки полезного ископаемого. Вмещающие рудный массив горные породы после выемки полезного ископаемого начинают сдвигаться и обрушаться в образовавшиеся пустоты. Обрушение и сдвижение пород развиваются постепенно и при определенных условиях могут достигать поверхности. Глубина разработки, при которой сдвижение пород не достигает поверхности, зависит от отношения глубины
залегания рудного тела к его мощности, которое должно составлять не менее 200.
В противном случае на поверхности образуется оконтуренная границами сдвижения пород впадина, которую называют зоной сдвижения (рис. 5. 1). Внутри зоны сдвижения выделяют зону обрушения , которая характеризуется образованием трещин и более интенсивным опусканием пород.
Рис. 5. 1. Зона сдвижения и диагональное расположение шахтных стволов: 1 – главный ствол; 2 – вспомогательный стволы; 3 – границы зоны сдвижения; 4 – граница зоны обрушения.
Углы наклона поверхностей сдвижения или обрушения называют углами сдвижения d и обрушения d¢ пород. На их величину влияют физико-механические свойства и водоносность пород, глубина разработки, угол падения месторождения. Они изменяются от 30—400 при неблагоприятных условиях (в наносах) до 70—800 в устойчивых (коренных) породах.
|
|
|
Вскрывающие выработки для их сохранности располагают за пределами зоны сдвижения.
Из-за возможного уменьшения углов сдвижения поверхностные сооружения и вскрывающие выработки необходимо располагать на расстоянии 30—60 м от границы зоны сдвижения. Сохранить поверхностные сооружения можно также оставлением под ними охранных целиков, т. е. участков рудного тела, не подлежащих извлечению на период существования данного сооружения. При последующей отработке охранных целиков затраты на добычу руды больше, поэтому к оставлению целиков прибегают только в исключительных случаях. Явления сдвижения и обрушения горных пород, контроль за их сдвижением, а также
правила построения зон сдвижения и охранных целиков детально рассматриваются в курсе маркшейдерского дела.
При вскрытии вертикальным стволом его располагают за пределами зоны сдвижения в л е ж а ч ем и л и в и с я ч ем б о к у месторождения (рис. 5. 2). От ствола до рудного тела на каждом этаже проводят квершлаги, а из них — рудные или полевые штреки до вспомогательных шахтных стволов, расположенных на флангах шахтного поля также за пределами зоны сдвижения.
Рис. 5. 2. Вскрытие вертикальными (а, б, в) и наклонным (г) стволами: 1 – главный ствол; 2 – квершлаги; 3 – штреки; 4
– границы зоны сдвижения; 5 – вспомогательный ствол; 6 – охранный целик
При расположении ствола в породах лежачего бока (рис. 5. 2, а) суммарная длина квершлагов меньше, чем при расположении его в висячем боку (рис. 5, 2, б). Кроме того, вскрытие первого этажа потребует меньше времени и затрат, следовательно, и добычу руды можно начать раньше. Поэтому вскрытие вертикальным стволом со стороны висячего бока применяют, когда ствол невозможно расположить в лежачем боку (неблагоприятный рельеф поверхности, водоносные или неустойчивые породы).
|
|
|
Ф л а н г о в о е р а с п о л о ж е н и е подъемного ствола не получило широкого применения, так как рост расходов, связанных с увеличением в 1, 5—1, 8 раза объема подземных перевозок, не компенсируется меньшими затратами на вскрытие (необходим только один вспомогательный ствол).
При небольшом угле залегания или небольшой мощности рудного тела применяют вскрытие вертикальным стволом, пересекающим месторождение (рис. 5. 2, в). Иногда этот способ единственно возможный (пологое залегание рудного тела и значительные горизонтальные размеры месторождения). Существенным его недостатком являются потери руды в охранном целике. Доля запасов руды в целике возрастает с уменьшением размеров шахтного поля по простиранию, снижением устойчивости вмещающих пород и ростом глубины залегания месторождения.
При вскрытии наклонным стволом его располагают либо в породах лежачего бока, либо непосредственно по рудному телу. В первом случае (см. рис. 5. 2, г) от шахтного ствола до рудного тела проводят короткие (40—60 м) квершлаги, а из них — рудные или полевые штреки. При вскрытии наклонным стволом, проходимым по рудному телу, штреки проводят непосредственно от ствола. Меньшая длина вскрывающих квершлагов или полное их отсутствие
— основное достоинство этого способа вскрытия по сравнению со вскрытием вертикальным стволом. Наиболее целесообразно применение наклонных стволов при углах падения рудного тела 10—350. В сочетании с конвейерным транспортом оно может оказаться экономически выгодным даже при крутом залегании рудных тел.
Вскрытие наклонным стволом по рудному телу позволяет отказаться от проведения квершлагов и тем самым сократить время вскрытия, а также обеспечить попутную добычу руды. Однако необходимость оставления охранного целика ограничивает область применения этого
способа рудными телами небольшой мощности и ценности при относительно небольшой глубине залегания.
Вскрытие штольней применяют в гористой местности, когда возможно ее расположение ниже рудного тела или его части. По сравнению со вскрытием вертикальными и наклонными стволами вскрытие штольней имеет следующие достоинства:
|
|
|
более простая схема транспортирования руды, отсутствие пунктов перегрузки руды и связанных с ними устройств (дозаторной, бункеров, камер опрокидывателя и пр. ), возможность применения автотранспорта в подземных условиях, что в конечном счете обеспечивает меньшие затраты на транспорт;
более низкая стоимость проходки 1 м штольни; более простои водоотлив (отсутствие водоотливных установок);
меньшая стоимость поверхностных сооружений у устья штольни ввиду отсутствия копра, надшахтного здания и подъемной машины
В результате оказывается экономически выгодной проходка штолен длиной в несколько километров (до 4—8 км).
Относительно рудного тела штольня может располагаться по простиранию и вкрест простирания. В первом случае ее проходят либо полностью по руде (если рудное тело выходит на поверхность), либо по руде и пустым породам. Иногда штольню располагают параллельно рудному телу, проводя от нее до рудного тела квершлаги. При вскрытии нескольких этажей штольни в ряде случаев проходят на каждом этаже, перепуская руду до нижней штольни по капитальным рудоспускам.
Рис. 5. 3. Вскрытие штольней с капитальным восстающим: 1 – штольня; 2 – капитальный восстающий; 3 – квершлаг; 4
– штреки; 5 – вентиляционный ствол.
При значительной длине штолен проходка их на каждом этаже связана с большими капитальными затратами. Поэтому проходят только нижнюю штольню, а вскрытие верхних этажей осуществляют капитальным восстающим (рис. 5. 3). Последний имеет рудоспускное, вентиляционное и ходовое отделения, а также отделения для подъема материалов и оборудования. При высокой производственной мощности рудника или большом числе этажей проходят несколько восстающих (2—4): одни служат только для спуска руды, другие — для спуска-подъема людей и материалов.
При значительной глубине или непостоянных элементах залегания рудного тела в верхней и нижней его частях использование какого-либо одного способа вскрытия не обеспечивает необходимой производительности и экономичности. В таких случаях применяют комбинированные способы вскрытия (рис. 5. 4).
|
|
|
Глубокозалегающее месторождение может быть вскрыто вертикальным стволом с поверхности и слепыми вертикальными (или наклонными) стволами на глубине ( с т у п е н ч а т о е в с к р ы т и е ) (рис. 5. 4, а).
Максимальная глубина каждого ствола может достигать 1500— 1900 м и определяется возможностями подъемной установки. Ступенчатым вскрытием достигается повышение производительности подъема и уменьшение длины этажных квершлагов. Недостаток этого способа — необходимость устройства в подземных условиях дополнительных подъемных установок и сооружений для перегрузки из одного ствола в другой.
Рис. 5. 4. Комбинированные способы вскрытия
Обычно шахтный ствол проходят сразу на глубину нескольких этажей (до 400—600 м) и даже на полную глубину залегания рудного тела. Последовательное вскрытие по одному этажу целесообразно только при низких скоростях проходки стволов или большом сроке отработки запасов руды на одном этаже.
Сбойку ствола с рудным телом обычно осуществляют на каждом этаже, что создает благоприятные условия для транспортирования руды, передвижения людей и проветривания выработок. Но иногда вскрывающие выработки от строла шахты до рудного тела проводят через несколько этажей, т. е. применяют вскрытие групповыми квершлагами. Для связи между этажами вблизи рудного тела (или по руде) проходят вертикальные или наклонные выработки. Вскрытие групповыми квершлагами позволяет уменьшить капитальные затраты на вскрытие и в конечном итоге снизить себестоимость добычи 1 т руды. Наибольший экономический эффект от применения групповых квершлагов достигается при небольших запасах руды в этаже, особенно если ствол находится на большом расстоянии от месторождения, а высота этажа незначительна.
Комбинированный способ вскрытия крутопадающего рудного тела групповыми квершлагами показан на рис. 5. 4, б. Квершлаг 4 обслуживает три этажа. Руду из первого и второго этажей перепускают по восстающему (рудоспуску) 3, который соединен с этажными откаточными штреками 2 короткими квершлагами. По руде до висячего бока пройдены орты 1. При большом угле падения рудного тела и перепуске руды на один этаж такой восстающий часто проходят по руде.
Квершлаг 6 обслуживает четыре этажа, один из которых находится ниже этого квершлага, С верхних этажей руду перепускают по вертикальному восстающему 5, который также соединен с этажными штреками короткими квершлагами, С нижнего этажа руда поднимается по слепому стволу 7.
|
|
|
Рудоперепускные восстающие при небольшой их высоте могут быть оборудованы лестничным и вентиляционным отделениями, а также отделением для подъема и спуска материалов. При большой высоте перепуска руды целесообразнее проходить специальные материально-ходовые восстающие и оборудовать их небольшой подъемной установкой. Затраты на подъем руды по слепым стволам значительно выше, чем расходы на спуск по восстающим, поэтому слепые стволы применяют реже.
Высота рудоперепускных восстающих иногда достигает 300— 400 м и более. В этом случае необходимы меры по снижению скорости движения руды, в частности, применение ломаных или ступенчатых восстающих. В ступенчатых восстающих отдельные короткие рудоспуски смещены друг относительно друга, а для перепуска руды в местах смещения устанавливают скреперные лебедки.
Положение подъемных стволов или штолен относительно простирания рудного тела определяется с учетом местных факторов (местоположение обогатительной фабрики, наличие на поверхности различных сооружений), безопасности работ, расходов по подземному и поверхностному транспорту, затрат на доставку материалов и др. Так, устье штольни (ствола) необходимо располагать в местах, безопасных от затопления. Площадка перед устьем штольни должна обеспечивать размещение необходимых поверхностных сооружений и иметь удобные
подъездные пути.
Выбирая место заложения стволов, необходимо стремиться к тому, чтобы затраты на подземный транспорт были минимальными. Исходя из этого ствол должен быть расположен в плоскости, перпендикулярной к простиранию и делящей запасы месторождения на равные части.
Выбор способа вскрытия обычно не вызывает затруднений, если месторождение представлено одним рудным телом с постоянными элементами залегания. Эта задача усложняется при вскрытии нескольких совместно залегающих рудных тел, так как к выбору варианта вскрытия для каждого рудного тела самостоятельными выработками добавляется выбор способа совместного вскрытия рудных тел общей выработкой,
Во всех случаях, когда выбор способа вскрытия из нескольких технически возможных вариантов затруднителен, окончательное решение принимают после технико-экономического сравнения этих вариантов по минимуму приведенных затрат.
|
|
|
