3.3 Обоснование основных параметров рудника

В курсовом проекте обосновываются основные параметры рудника: годовая производительность, шаг вскрытия и высота этажа. Годовая производительность рассчитывается по:

• определению производительности рудника по возможному фронту очистной выемки;

• определению годовой производительности рудника по годовому понижению очистной выемки.

Кроме вышеприведенных требований к расчетам, необходимо обосновать расчетным путем срок существования рудника, обосновать шаг вскрытия и высоту этажа.

3.4 Выбор и обоснование способа вскрытия месторождения

Выбор способа и схемы вскрытия месторождения производится методом сравнения вариантов. Выбранные способ и схемы вскрытия должны отвечать безопасности ведения горных работ и обеспечить быстрый ввод месторождения в эксплуатацию. Намеченные для технико-экономического анализа схемы изображаются на специальном чертеже в определенном масштабе. Обязательно должны быть указаны проектные границы отработки и линии сдвижения горных пород. В данном разделе производится обоснование мест расположения основных вскрывающих выработок с учетом рельефа местности, глубины и угла залегания рудного тела и производится расчет по минимуму транспортных работ по простиранию рудного тела. По рассчитанной производственной мощности рудника и физико-механическим свойствам пород производится выбор формы и поперечного сечения основных вскрывающих выработок.

Примерная структурная схема раздела следующая:

• выбор места заложения основных вскрывающих выработок (производится по минимуму транспортных работ по простиранию рудного тела и по углам сдвижения вкрест простирания рудного тела);

• выбор формы и поперечного сечения основных вскрывающих выработок;

• выбор способа вскрытия месторождения технико-экономическим сравниванием вариантов.

3.5 Подготовка шахтного поля к очистной выемке

В этом разделе на основании предварительно принятой системы разработки, морфологии месторождения и формы рудных тел дается обоснование схемы расположения подготовительных выработок и мест их заложения. Структурная схема раздела:

• выбор схемы расположения подготовительных выработок;

• выбор места заложения подготовительных выработок;

• выбор формы и поперечного сечения подготовительных выработок.

3.6 Требования безопасности при вскрытии и подготовке месторождения

В этом разделе указываются меры безопасности, которые должны быть соблюдены при вскрытии и подготовке месторождения в соответствии с действующими на территории Республики Казахстан нормами и правилами.

4 Обоснование основных параметров рудника

4.1 В курсовом проекте определение производительности рудника по годовому понижению очистной выемки для месторождений с углом падения 30-90 градусов следует выполнять в соответствии с “Нормами технологического проектирования рудников цветной металлургии с подземным способом разработки” (ВНТП 37-86) [1] по формуле:

А = (VК₁К₂К₃К₄SγК_n)/К_р, тыс. т в год (1)

где V - среднее годовое понижение уровня выемки, м;

S - средняя величина рудной площади этажа, тыс. м²;

К₁ К₂, К₃, К₄ – поправочные коэффициенты к величине годового понижения, в соответствии с углом падения, мощностью рудных тел. применяемыми системами разработки и числом этажей находящихся одновременно в работе;

γ - плотность руды, т/м³;

К_п, К_р - коэффициенты, учитывающие соответственно потери и разубоживание руды (К_п = 1-п; К_р – 1-р, где п, р - соответственно потери и разубоживание в долях единиц).

Величину годового понижения уровня выемки (V) в зависимости от рудной площади этажа принимать по таблице 1.

Таблица 1 – Годовое понижение выемки от зависимости от рудной площади этажа

Рудная площадь, тыс. м2	Величина годового понижения выемки, м
До 4	26 ÷ 33
4-6	23 ÷ 30
6-12	17 ÷ 25
12-20	13 ÷ 22
Свыше 20	9 ÷ 15

Поправочные коэффициенты на угол падения, мощность рудных тел, применяемые системы разработки и число этажей, находящихся одновременно в работе, определяются по таблицам 2÷5. в которых промежуточные значения принимаются методом интерполяции.

Таблица 2 – Поправочный коэффициент К₄ к величине годового понижения уровня выемки в зависимости от числа этажей, находящихся одновременно в работе

Число этажей в выемке	К4
1	1,0
2	1,2 ÷ 1,5
3 и более	1,5 ÷ 1,7

Средняя величина рудной площади этажа при простой и выдержанной форме месторождения определяется по формуле

S = (Σ S_i) / n, тыс. м² (2)

где S_i - рудная площадь i-того этажа, тыс. м";

n - число этажей.

Годовую производительность рудника по возможному фронту очистной выемки рекомендуется определять по формуле [2]

А_г = 12 n₀Р_об / (К_оψ), (3)

где n₀ – число блоков, находящихся в одновременной очистной выемке;

Р_об – средняя месячная производительность блока;

К_о – доля очистной добычи в общей по руднику (принимается в зависимости от систем разработки, рудной или полевой подготовки и изменяется в пределах (0,8÷0,95);

ψ – коэффициент резерва, учитывающий неравномерность оруденения и необходимость усреднения рудной массы при очистной добыче; принимается в пределах 1,3+1,5.

Общее число блоков в пределах разрабатываемой части месторождения определяется из выражения

Σ Σ L_i L_бi

где q - число одновременно разрабатываемых рудных тел;

Расчетный срок существования рудника в зависимости от обеспеченности запасами определять по формуле

Т_р = Q / А₀, лет (4)

где Тр - расчетный срок существования рудника, лет;

Q – эксплуатационные запасы руды, тыс. т;

Л” - оптимальная производственная мощность рудника по добыче руды, тыс. т/ год.

Оптимальные сроки существования рудника (t_опт) в зависимости от производственной мощности и условий строительства и эксплуатации рекомендуется принимать по таблице 3 [I].

Таблица 3 – Срок существования рудника, лет

Производительность рудника, тыс. т/год	Условия строительства и эксплуатации
	относительно легкие1)	средние	Тяжелые2)
100	10 – 11	12 – 13	14 – 16
200	12 – 13	14 – 17	18 – 20
300	14 – 15	17 – 20	21 – 23
500	16 – 18	20 – 23	24 – 26
750	18 – 20	22 – 25	27 – 30
1000	20 – 22	24 – 28	30 – 33
Более 1000	22 – 25 и более	28 – 32 и более	34 – 40 и более

4.2 Выбор и обоснование способа вскрытия месторождения. При выборе шага вскрытия и высоты этажа следует учитывать требования норм [1]: шаг вскрытия определять из расчета, что капитальные вложения в строительство горного предприятия с продолжительным сроком существования рудника должны обеспечивать его с проектной производительностью в течение 8÷12 лет, но не менее времени, необходимого для проектирования и проходки вскрывающих выработок, обеспечивающих восполнение выбывающих мощностей. При выборе высоты этажа следует учитывать возможность снижения производительности труда с увеличением высоты этажа в связи с усложнением доставки людей, материалов и оборудования в очистные забои и то, что действующие ЕПБ [2] при высоте этажа свыше 50 м требуют предусматривать один лифтовой подъемник на группу блоков общей протяженностью до 300 м. На таком расстоянии друг от друга следует проходить восстающие, оборудованные лебедками для подъема на подэтажи материалов и оборудования.

При выборе высоты этажа следует учитывать множество факторов: система разработки, способ вскрытия, интенсивность выемки этажа, время, необходимое на его подготовку, мощность месторождения, выдержанность элементов его залегания и угол падения, физико-механические свойства руды и вмещающих пород. Для практических расчетов в зависимости от систем разработки рекомендуется принимать высоту этажа по таблице 4 [3].

Таблица 4 – Высота этажа в зависимости от основных систем разработки

Система разработки	Высота этажа, м
Подэтажные штреки	50÷100
С магазинированием руды	40÷75
Горизонтальные и наклонные слои с закладкой	30÷50
Слоевое обрушение при крутом падении	30÷60
Слоевое обрушение при пологом падении	20÷40
С креплением без закладки	20÷40
Со станковой крепью и закладкой	30÷50
Подэтажное обрушение	40÷75
Этажное обрушение	60÷100
Комбинированные системы	40÷100

Исходя из производственной мощности рудника и подвигания очистных работ по простиранию для пологопадающих месторождений, высота этажа (м):

h_э = , (5)

где А – годовая производственная мощность рудника (шахты), т;

α – угол падения рудного тела, градус;

Р – коэффициент разубоживания, доли единицы;

п – число крыльев в одном разрабатываемом этаже;

L – годовое подвигание очистных работ по простиранию в одном крыле, м;

m – истинная мощность рудного тела, м;

γ – плотность руды в массиве, т/м³;

η – коэффициент извлечения, доли единицы.

Если вскрытие этажа совмещается во времени с подготовкой вышележащего этажа, то минимальная высота этажа (м):

h_{э min} ≥ , (6)

где w = = 1,1÷2,5 – коэффициент опережения;

t₀ – продолжительность очистной выемки;

t_п – продолжительность подготовки этажа.

В случае опережения вскрытия и подготовки по отношению к очистной выемке вышележащего этажа

h_{э min} ≥ , (7)

где w_в.п = = 1,1÷2,5 – коэффициент опережения;

t_в.п – продолжительность вскрытия и подготовки этажа;

S – площадь вскрываемых или подготавливаемых запасов, м².

Время на вскрытие и подготовку при заданной высоте этажа h_э (таблица 4):

t_п = (8)

или

t_в.п = (9)

4.3 Выбор места заложения вскрывающих выработок. Расположение вскрывающей выработки по минимуму транспортных затрат определяется по методу акад. Л.Д. Шевякова в том случае если стоимость 1 т км транспортировки груза постоянна в пределах шахтного поля. Если эта стоимость непостоянна, то решение производится по методу проф. П.К. Соболевского [3].

Расположение вскрывающей выработки вертикального рудоподъемного ствола по минимуму приведенных затрат для следующих схем расположения стволов: фланговый, центральной – сдвоенной, определяется по формуле

З_I,II,III = ΣК_{i пр} + ΣС_{i пр}, (10)

где З_I,II,III – приведенная сумма затрат по соответствующей схеме вскрытия;

ΣК_{i пр} и ΣС_{i пр} – суммы приведенных капитальных и эксплуатационных затрат. Метод расчета предусматривает

З_i = F_i(К_{i пр}, С_{i пр}) → min

Вертикальные, наклонные, монорельсовые, конвейерные, троллейвозные стволы и наклонные или спиральные (троллейвозные и автомобильные) рудоподъемные съезды располагаются, как правило, в горных породах за пределами угла их сдвижения и подсекают рудные залежи на их нижней границе. Таким образом, угол сдвижения налегающих пород оказывает существенное влияние на выбор места заложения вскрывающих выработок. В некоторых случаях охрана вскрывающих выработок может осуществляться путем оставления предохранительных целиков. При подземной разработке мощных рудных залежей угол сдвижения вмещающих пород принимать от 30 до 70-80 градусов. При угле сдвижения более 75-80 градусов увеличение глубины залегания практически не влияет на эффективность сравниваемых схем вскрытия вертикальными и наклонными стволами, так как суммарные затраты на проведение и поддержание откаточных квершлагов и затраты на проведение рудоподъемных стволов и выдачу по ним грузов взаимно уравновешивается.

Ширину предохранительной площадки между границей сдвижения и сооружением (копром, зданием подъемной машины и т.п.) принимать не менее 25 метров.

4.4. Выбор формы поперечного сечения основных вскрывающих выработок. Поперечное сечение стволов круглой формы типизировано. Диаметры стволов принимаются в пределах от 5 до 8,5 м в свету. Размеры сечения стволов, служащих для подъема добытой руды, зависят от годовой производственной мощности рудника и связанных с этим чисел и размеров размещаемых в стволе подъемных сосудов. Между подъемными сосудами, крепью и армировкой должны быть соблюдены зазоры, которые установлены Правилами безопасности.

Для глубины разработки 600 – 1200 м в предварительном порядке площадь поперечного сечения (м²) скипового ствола определятся по формуле:

F = 23,4 + 3,6А (11)

где А – годовая производственная мощность рудника, млн. т.

Площадь поперечного сечения клетьевого ствола, полученная графическим способом с учетом армировки, лестничного, трубного и других отделений, в обязательном порядке подлежит проверке по фактору вентиляции, т.е. по скорости движения воздуха по клетьевым стволам, допустимой ПБ, т.е. 8 м/с.

Общее количество воздуха, требуемого для проветривания рудника на практике принимают ориентировочно, исходя из расчета на 100 тыс. тонн добычи руды – 10-12 м³/с свежего воздуха в зависимости от сложенности сети и применяемого самоходного оборудования. Типовые сечения стволов приведены в [3, 4].

Поперечные сечения горизонтальных и наклонных выработок принимать в соответствии с [3, 4].

4.5 Шаг вскрытия, углубка, число этажей в шаге вскрытия. Величина шага вскрытия по практическим данным может быть принята от 400 до 1000 м, шага углубки – от 100 до 400 м.

Число этажей в шаге вскрытия допускается не более 7. Концентрационный горизонт устанавливается через 2 – 6 этажей. Оптимальный шаг проходки рудоподъемного ствола при средних условиях залегания месторождения должен обеспечивать вскрытие не менее 4 – 6 этажей высотой 75 – 80 метров.