1.3. Способы вскрытия шахтных полей и сущность их подготовки к очистной выемке полезных ископаемых

При разработке месторождений полезных ископаемых выделяют следующие стадии горных работ: вскрытие месторождения, подготовка месторождения или его части к очистным работам и очистная выемка полезного ископаемого.

Вскрытием называют проведение комплекса капитальных горных выработок: шахтных стволов, штолен, квершлагов и других, обеспечивающих доступ с поверхности земли к месторождению или его части и создающих условия для выполнения следующей стадии горных работ. Запасы называют вскрытыми, если они находятся в той части месторождения, для которой пройдены все вскрывающие выработки.

Месторождение полезного ископаемого или его часть вскрывают различными способами в зависимости от геологических, топографических, горно-технических и экономических факторов.

Вскрывающие горные выработки различают главные и вспомогательные. К главным вскрывающим выработкам относят вертикальные и наклонные шахтные стволы и штольни. К вспомогательным вскрывающим выработкам – слепые стволы, квершлаги, гезенки и др.

Наиболее распространенным и универсальным способом вскрытия месторождений полезных ископаемых является вскрытие вертикальными стволами. Этот способ применяют при любых значениях мощности и углов падения месторождений, при любой глубине разработки и производственной мощности предприятия.

Шахтные стволы могут занимать различное положение относительно вскрываемого месторождения. При горизонтальном, пологом и наклонном залегании пластов, залежей шахтные стволы обычно пересекают пустые породы и полезное ископаемое.

При выборе места заложения вертикальных стволов относительно залежи полезного ископаемого учитывают вероятность сдвижения горных пород в массиве, прилегающих к стволу, в период последующей выемки полезного ископаемого. Размеры области сдвижения пород над выработанным пространством определяются углами сдвижения, величина которых зависит от состава, строения массива и крепости пород, а также от мощности залежи и глубины ее залегания.

Рис. 1. Схемы вскрытия пологих и наклонных залежей вертикальными стволами:

а – при угле падения < 2–3º; б – с бремсбергом и уклоном; в – с квершлагами.

Схемы с пересечением вертикальными стволами залежей полезных ископаемых применяют для вскрытия пластовых месторождений, а также пластообразных рудных месторождений рудных месторождений с относительно невысоким содержанием рудных минералов.

При крутом падении залежей полезного ископаемого их вскрытие осуществляет вертикальным стволом и квершлагами, расположенными в породах лежачего блока.

Расстояние от рудной залежи до ствола и соответственно протяженность квершлагов зависят от угла падения залежи, глубины ее залегания и углов сдвижения пород. Данную схему применяют для вскрытия крутопадающих рудных, а также угольных преимущественно мощных месторождений.

Вскрытие наклонными стволами целесообразно применять в условиях, когда пласты полезного ископаемого залегают под наносами мощностью до 50-70 м, угол наклона < 25 м, залегание пластов – спокойное. Длина наклонных стволов обычно составляет 1,5-1,8 км.

Вскрытие месторождений наклонными стволами позволяет выполнить весь комплекс работ с относительно небольшими первоначальными затратами, сократить сроки ввода предприятия в эксплуатацию, упростить схему подземного транспорта и использовать конвейерный транспорт для выдачи полезного ископаемого на земную поверхность.

В то же время при этом способе вскрытия необходимы значительные расходы на эксплуатационное поддержание наклонных стволов, более протяженных по сравнению с вертикальными, крепь наклонных стволов оказывает большее сопротивление движению воздуха, вспомогательный канатный подъем имеет ограниченную пропускную из-за меньшей допустимой скорости движения подъемных сосудов, чем в вертикальных стволах.

Вскрытие штольнями характеризуется простотой и невысокими затратами, эффективностью транспортных операций, водоотлива и проветривания горных выработок.

Штольнями вскрывают месторождения, залегающие в районах с холмистой или гористой местностью.

Для вскрытия штольнями залежь полезного ископаемого должна быть удалена на незначительное расстояние от склона горы; около устья штольни необходимо устроить промышленную площадку с размерами, достаточными для размещения технических зданий и сооружений; устье штольни должно быть расположено выше возможного уровня подъема воды в долине.

Отличительной признаком комбинированных способов вскрытия месторождений является одновременное проведение неоднотипных основных и дополнительных вскрывающих выработок. Например, вскрытие вертикальным стволом с земной поверхности и слепым стволом и другие варианты. Выбор комбинации вскрывающих выработок осуществляют с учетом глубины и особенностей залегания месторождения, рельефа земной поверхности и других горно-геологических и горно-технических факторов.

Рис. 2. Схемы вариантов комбинированного вскрытия:

а – главным и слепым стволами; б – вертикальным стволом и уклоном; в – штольнями и слепым стволом.

Выбор способа вскрытия осуществляют на основании сопоставления вариантов, возможных в рассматриваемых горно-геологических условиях. Выбирают тот вариант, который обеспечивает наибольшую безопасность и наименьшие затраты средств.

Подготовкой месторождения или его части к выемке полезного ископаемого называют проведение комплекса подготовительных выработок: штреков, ортов, участковых бремсбергов и уклонов, восстающих и других выработок, разделяющих месторождение на участки, удобные для выемки полезного ископаемого. Часть месторождения, в которой пройдены все вскрывающие и подготовительные горные выработки, называют подготовительными запасами.

Часть месторождения, отведенная для отработки одной шахтой, называется шахтным полем. Шахтные поля характеризуются размерами по простиранию и по падению или вкрест простирания при горизонтальном, пологом и наклонном залегании. На крутопадающих залежах различают длину по простиранию и ширину вкрест простирания. При отработке всего месторождения одной шахтой размеры и конфигурация шахтного поля определяются границами залежи полезного ископаемого. Большие по площади пластовые месторождения отрабатывают несколькими шахтными полями преимущественно прямоугольной формы. Размеры шахтных полей пластовых и пластообразных месторождений полезных ископаемых обычно составляют по длине 6-8 км, достигая 20 км, по ширине 2-3 км, достигая 6-8 км. Для шахтных полей рудных месторождений составляет 1,5-3 км. Крутопадающие месторождения по падению на шахтные поля обычно не разделяют

Для рациональной и экономически выгодной выемки запасов полезного ископаемого шахтное поле разделяют на более мелкие части: горизонты, крылья, этажи, выемочные поля, выемочные столбы, панели и блоки [1].