Глава 2 факторы, влияющие на выбор схем и способов вскрытия

§ 72. Рельеф местности и морфология месторождения

Рельеф местности иногда полностью определяет схему вскрытия. Моря, реки, озера, заболоченная поверхность, горы, железная дорога и т. п., влияют на выбор места заложения вскрывающих выработок, сооружений поверхности, а также на размер шахтного поля.

Для вскрытия рудных тел, залегающих под дном океана, моря или озера, применяют наклонные стволы, которые закладывают с берега материка или острова под углом от 4—8 до 30° и более в зависимости от типа подземного обору­дования в стволе.

Неустойчивые и обводненные вмещающие породы усложняют проходку на­клонных стволов и заставляют в этих случаях от них отказываться.

В случае высокогорных месторождений большую роль играет разница вы­сотных отметок месторождения и прилегающей долины, которая может быть использована для гравитационного транспорта руды, устройства поверхностных бремсбергов и подвесных канатных дорог.

В сейсмоопасных высокогорных районах землетрясения сопровождаются оползнями и обвалами пород со склонов гор в нижележащие части ущелий. Это часто ведет к разрушению порталов, участков туннелей и штолен длиной до 80— 100 м, что требует усиленного их крепления.

Морфология месторождения в определенной степени влияет на размер шахт­ного поля и место заложения вскрывающей выработки.

§ 73. Место заложения основной вскрывающей выработки

Расположение вскрывающей выработки по минимуму транспортных работ. Рациональное размещение вскрывающих выработок относительно поверхности и месторождения, установление их числа являются основными вопросами при проектировании схемы вскрытия, от которой зависит, объем горно-капитальных

Рис. IV.3. выбор для места заложения основной вскрывающей выработки по правилу акад. Л. Д. Шевякова

а – без учета поверхностного транспорта; б – с учетом поверхностного транспорта;

работ и, следовательно, размер капиталовложений. В целях снижения затрат на горнокапи­тальные работы по вскрытию месторождения сокращают чи­сло рудоподъемных стволов и принимают сечение ствола, в ко­тором можно было бы размес­тить транспортное оборудова­ние, обеспечивающее заданную производительность.

Расположение основной вскрывающей выработки может определяться правилом, сформулированным акад. Л. Д. Шевяковым: «При сосредоточении грузов на прямой, по условию минимальной работы по транс­портировке, ствол шахты дол­жен быть расположен в месте сосредоточения того груза, ко­торый, будучи прибавлен к сум­ме других, расположенных от него влево, дает сумму, боль­шую суммы грузов, располо­женных вправо, а будучи при­бавлен к правым грузам, дает сумму, большую суммы левых (рис. IV.3).

Правило Л. Д. Шевякова основано на допущении постоянства стоимости 1 ткм транспортировки в пределах шахтного поля. Если эта стоимость непосто­янна, то вопрос решается методом вариантов или по методу проф. П. К. Соболев­ского (рис. IV. 4).

По П. К. Соболевскому грузы сводятся к схеме точек Q₁, Q₂,…, Q_n, расположенных на прямой АВ на определенных расстояниях l₁, l₂,…,l_n-1 друг от друга.

От линии ОМ параллельной АВ, через начальную и конечную точки О и М проводят перпендикуляры, на которых откладывают величину грузов: от точки М — слева направо, а от точки О — в обратном порядке. Затем от точек О и М проводят систему лучей. Тангенсы углов, образованных лучами с прямой линией ОМ, пропорциональны величинам грузов, которые изображены против этих углов. Через точки сосредоточения грузов на прямой А В проводят перпен­дикуляры и с точки приложения первого груза Q₁ строят ломаную линию, отрезки которой параллельны лучам OP, OR и т. д. Таким же образом в обратном направ­лении строят вторую ломаную линию с точки приложения последнего груза Q_n.

Из треугольников abc и cde видно, что

bc = ab tg α₁ = l₁ tg α₁; de = cd tg α₂ = l₂ tg α₂.

Ордината ломаной линии ke = kd + de = bc + de, поэтому ke = l₁ tg α₁+ +l₂tg α₂.

Тангенсы углов α₁ и α₂ пропорциональны величинам грузов Q₁ и (Q₁ + Q₂) и т. д., следовательно, ордината bc изображает работу по транспортировке груза Q₁ на расстояние 1₁, ордината ke — суммарную работу по транспортировке груза Q₁ на расстояние l₁ и (Q₁ + Q₂) на расстояние l₂. Таким образом, ординаты ломаной линии, построенной из точки А, представляют суммарную работу по транспортировке грузов, расположенных слева от каждой точки, которой соответ­ствует данная ордината. Ординаты же ломаной линии, проведенной из точки В, представляют суммарную работу по транспортировке грузов, расположенных справа от каждой точки. Суммы ординат точек двух ломаных линий, располо­женных на перпендикулярах клинии АВ (в точках сосредоточения грузов), представляют суммарную работу или стоимость транспортировки грузов, рас­положенных слева и справа от каждой точки. Обязательными являются одинако­вые условия транспортировки грузов справа и слева.

График суммарной работы транспорта получится сложением ординат двух ломаных линий. Точка с минимальной ординатой будет соответствовать месту заложения ствола. Если стоимость 1 ткм транспорта различна, ординаты предва­рительно умножают на соответствующие стоимости.

При наличии факторов, ограничивающих выбор места заложения выработки (топография поверхности, ее застроенность, гидрогеология, расположение подъ­ездных путей, расположение поверхностных сооружений и др.), установленное оптимальное место заложения уточняется с учетом местных условий.

Расположение рудоподъемного вертикального ствола по минимуму приведенных затрат. В зависимости от схемы расположения вертикальных стволов (рис. IV.5) различают три схемы вскрытия рудных месторождений:

фланговую (главный ствол находится на одном из флангов месторождения), центральную (рудоподъемный ствол — в центральной части месторождения, вентиляционные — на флангах) и центрально-сдвоенную схему, когда месторо­ждение по простиранию делится на два самостоятельных шахтных поля.

Если представить суммы приведенных капитальных и эксплуатационных затрат выражением

З_{I, II, III} = ∑ K_{i пр} + ∑C_{i пр} (IV.17)

где З_{I, II, III} — приведенная сумма затрат по соответствующей схеме вскрытия ∑K_{i пр} ,∑C_{i пр} — суммы приведенных капитальных и эксплуатационных затрат, то схема будет выгодна, когда

З_i = F_i (K_{i пр} + C_{i пр}) → min, (IV. 18)

при

^K_{i пр} ^{= φi1 (A, L, Hср, q, β, α, f, E, tэ); (IV. 19)}

C_{i пр} = ^{φi2 (A, L, Hср, q, β, α, f, E, tэ);} (IV.20)

где А — годовая производственная мощность рудника; L — длина месторожде­ния по простиранию; ^Hср — средняя глубина залегания рудного тела; q — удель­ный расход воздуха на проветривание горных выработок; β — углы сдвижения вмещающих пород; α — угол падения залежи; f -коэффициент крепости вме­щающих пород; Е — норматив эффективности; ^tэ — продолжительность отра­ботки запасов этажа.

Рис. IV.5. принципиальные схемы (а, б, в) расположения вертикальных стволов при вскрытии рудных месторождений: 1 – рудоподъемный ствол; 2 – вспомогательный; 3 – вентиляционный.

Взаимное расположение стволов и околоствольных дворов определяется с уче­том размещения железнодорожной станции, а также комплекса зданий, в первую очередь здания подъемных машин (рис. IV.6).

На вновь строящихся шахтах расстояние между выходами должно быть не менее 30 м, если надшахтные здания и копры построены из несгораемого материала, — не менее 20 м. Указанные размеры между стволами справедливы для волов шахт, проводимых в устойчивых породах обычным способом. В других случаях эти расстояния определяются проектом с учетом физико-механических свойств пересекаемых горных пород возможного водопритока в ствол и достигают 70—90 м. На практике бывают случаи проходки сближенных стволов с одним общим надшахтным зданием. Так. на руднике «Кируна» (Швеция) восемь вертикальных скиповых рудо* подъемных стволов и один клетевой расположены в один ряд на расстоя­нии 13—16 м один от другого и имеют общее надшахтное здание длиной 115м, высотой 55 м, шириной 30 м.

Рис. IV.6. Взаимное расположение стволов: а - при перпендикулярном размещении железнодорожной станции относительно осей подъемных клетей; б - при параллель­ном; 1 - ствол; 2 - ось железнодорожной станции