1*. Подземные горные выработки

Горная выработка — искусственная полость в земной коре, образуемая в результате ведения горных работ. Основными классификационными признаками подземных горных выработок считаются их пространственное расположение и назначение:

- Вертикальные горные выработки:

- Ствол имеет непосредственный выход на поверхность и обслуживает подземные работы в пределах шахтного поля или отдельной его части (блока, крыла).

- Слепой ствол отличается от предыдущего тем, что не обладает непосредственным выходом на поверхность, а используется в большинстве случаев для подъёма полезного ископаемого с нижних рабочих горизонтов на верхние.

- Шурф – вертикальная (реже крутая) неглубокая горная выработка прямоугольного или квадратного сечения, проходимая непосредственно с поверхности. По назначению различают шурфы эксплуатационные (для вентиляции шахт, водоотлива, транспортирования материалов, спуска и подъёма людей), разведочные (для изучения условий залегания, строения и физико-механических характеристик горных пород), экспериментальные (для проведения натурных опытов и испытаний фильтрационной способности пород)

- Гезенк вертикальная или крутонаклонная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на поверхность и служащая для спуска полезного ископаемого под действие собственного веса (гравитационных сил) или в специальных сосудах (механическим способом).

- Горизонтальные горные выработки:

- Штольня (горизонтальный шахтный ствол) – выработка, пройденная с поверхности и предназначенная для обслуживания горных работ. Как и стволы, штольни подразделяются на разведочные и эксплуатационные (откаточные, вентиляционные и водоотливные).

- Тоннель горизонтальная или наклонная горная выработка, выходящая обоими концами на поверхность (имеет два устья) и служащая для транспортировки груза или пропускания воды, прохода людей. Штольни и тоннели характерны для гористой местности.

- Квершлаги горизонтальные (реже наклонные) горные выработки, не имеющие непосредственного выхода на поверхность и проводимые по вмещающим породам перпендикулярно простиранию месторождения.

- Штреки горизонтальные выработки, пройденные в направлении простирания месторождения или вмещающих пород: если по полезному ископаемому, то их называют пластовыми/рудными, а когда по горному массиву - полевыми. В зависимости от конкретного назначения штреки, как и квершлаги, могут быть главными, вспомогательными, вентиляционными, промежуточными, транспортными, этажными, панельными и т.д.

- Орт выработка между висячим и лежачим боками мощной наклонной или крутой залежи полезного ископаемого. Предназначается для перемещения различных грузов (угля, породы, материалов и т.д.), а также проветривания, прохода людей, монтажа оборудования, подготовки выемочного участка и т.д

- Наклонные горные выработки:

- Бремсберг – выработка, пройденная, как правило, по полезному ископаемому в направлении падения и предназначена для спусков грузов на основной (откаточный) горизонт.

- Скат выработка, предназначенная для спуска различных грузов под действием гравитационных сил.

- Печь – выработка, проводимая по направлению восстания пласта или залежи непосредственно по полезному ископаемому и служащая для проветривания, транспортирования грузов и передвижения людей.

1. Основные понятия о полезных ископаемых .

Полезным ископаемым называют всякое природное ми­неральное вещество, которое при современных технико-экономи­ческих условиях целесообразно извлекать из недр земли для промышленного использования.

По физическому состоянию различают полезные ископаемые твердые (уголь, руды металлов, горнохимическое и строи­тельное сырье и др.), жидкие (нефть, минеральные воды) и газообразные (горючие газы). Твердые полезные ископаемые по промышленному назначе­нию и характеру использования в народном хозяйстве подраз­деляют на три группы.  

- горючие, или топливо — уголь, горючие сланцы, торф;

- металлические — руды металлов (железные, медные, алюминиевые, золотые и др.);

- неметаллические — сера, поваренная соль, апатит и другие.

Принято также подразделять полезные ископаемые на руд­ные и нерудные. Горные породы, окружающие месторождение (вмещающие породы) или включенные в него и не содержащие металла (по­лезного минерала) или содержащие его в количестве, недоста­точном для промышленной переработки, принято называть пустой породой.

Месторождения с одинаковой по составу и качеству рудой могут быть промышленными вследствие благоприятных горно­геологических условий разработки (например, большой мощно­сти, залегания вблизи поверхности) и непромышленными ввиду трудности эксплуатации, отдаленности от транспортных путей и промышленных центров и других причин.

2. Процессы очистной выемки руды.

Очистная выемка при любой системе разработки включает три основных процесса, взаимосвязанных между собой:

- отбойка руды;

- доставка (транспортирование) руды;

- поддержание выработанного пространства.

Под отбойкой руды понимается отделение части ПИ от массива с одновременным дроблением его на куски определенных фракций.

Отбойка руды производится с применением:

- буровзрывных работ,

- механизированных средств

- самообрушением.

Выбор способа отбойки зависит от горно-геологических условий, физико-механических свойств руды и принятой системы разработки.

Различают три метода буровзрывной отбойки:

- шпурами,

- скважинами

- камерными зарядами.

Шпуровая отбойкаприменяется при мощности залежей до 6-10 м, при невозможности одновременного взрывания больших зарядов из-за опасности нарушения рудных целиков или крепления выработок.

Скважинная отбойка получила широкое распространение при разработке мощных рудных тел и устойчивых рудах.

Камерные заряды применяют при разработке мощных месторождений крепких руд при обрушении целиков и потолочин.

Механическая отбойка применяется при добыче мягких руд и производится с помощью комбайнов или отбойных молотков.

Самообрушение происходит под давлением совственного веса руды и налегающих пород. Применяется крайне редко, т.к. при нем невозможно управлять качеством отбойки.

Под доставкой руды понимается перемещение отбитой руды в пределах участка – от места отбойки до места погрузки в основные транспортные средства (в отличие от транспортирования руды).

Широко применяются два вида доставки:

- под действием собственного веса;

- механизированная.

Иногда доставку осуществляют силой взрыва, или струей воды (гидравлическая доставка). Ценные ПИ во избежание потерь доставляют в плотно закрывающихся металлических сосудах – контейнерах.

Доставка под действием собственного веса ПИ производится по очистному пространству, по настилам, рудоспускам, желобам, трубам. Минимальный угол наклона для движения руды составляет 30-65^о в зависимости от размера кусков, наличия в руде пылеобразного и липкого материала, влажности руды, шероховатости и неровности поверхности, по которой происходит передвижение.

Механизированная доставка производится самоходными вагонами. Погрузочно-доставочными машинами, конвейерами, скреперами.

Под поддержанием кровли выработанного пространства понимаются мероприятия по управлению горным давлением применительно к очистному пространству, т. е. сохранение его устойчивости путем искусственного подпора боков и кровли очистного пространства целиками, закладочным материалом, отбитой рудой или крепью.

3\4\5\6\6.1 Отбойка Руды. Взрывная отбойка. Механическая отбойка. Шпуровая отбойка.

Под отбойкой понимается отделение части руды от массива с одновременным дроблением ее на куски.

Способ	Характерные признаки
1. Взрывная отбойка 1.1 Шпуровая 1.2 Скважинная	Заряды ВВ помещают в образованные массиве полости Шпуры имеют длину до 5 м Глубина скважин от 5 до 30-60 м и более
1.3 Минная	Сосредоточенные заряды размещают в подготовительно-нарезных выработках
2. Механическая отбойка	Применяются механические инструменты
2.1 Машинная механическая	Используют комбайны, камнерезные машины
2.2 Отбойными молотками	Применяются самоходные машины с телескопической стрелой и мощным отбойным молотком или гидроударником
3. Самообрушение породы	Подсеченный массив разрушается под действием силы тяжести и опорного давления
4. Другие способы 4.1 Гидровлическая отбойка 4.2 Электрофизические способы	- Разрушение осуществляется высоконапорным струей воды Электроимпульсный, электротермомеханический, лазерный.

Взрывная отбойка руды.

Взрывная отбойка руды - отделение руды от массива энергией взрыва. Основные производственные процессы взрывной отбойки руды: бурение, заряжание, взрывание.

Минусы:

- Неравномерное дробление руды

- Прерывистость процесса

- Трудности с обеспечением безопасности работы

Шпуровая отбойка.

Шпуровую отбойку применяют при мощности залежей до5-8м, а также в тех случаях, когда в очистном пространстве должны работать люди а также где невозможно использовать скважинную.

Шпуры-цилиндрические полости диаметром 75 мм и длиной 5 м пробуренные в массиве горных пород.

Недостатки:

- Высокие материальные затраты

- Сложность одновременного обрушения больших объемов руды а) Параллельное б) Веерное

- Повышенное запыление рудничного пространства

Преимущества:

- Применение при любой мощности

- Наиболее полная выемка руды у контактов залежи

- Мелкое дробление руды

Скважинная отбойка.

Расположение скважин в отбиваемом слое:

- Параллельное

- Веерное

- Пучковое

 Пучковое

Достоинство при параллельном:

- Равномерное размещение ВВ

- Меньше удельный расход скважин

Недостатки:

- Большой объем трудоемких нарезных работ.

- С каждой позиции установки станка можно пробурить только одну скважину

Достоинство при веерной:

- Сокращается трудозатраты на монтаж-демонтаж и переустановки станка.

- Возрастает сменная производительность бурильщика.

- Необходимость меньшее число буровых выработок

Недостатки:

- Неравномерно размещение ВВ по объему взрываемого массива.

- Качество дробления меньше т.к расстояние между концами скважин больше.

Пучковое отличается от веерной тем, что из одной буровой камеры, одной позиции станка бурят несколько веерных комплектов в различных плоскостях

Пучковое расположение скважин применяют для посадки кровли и разрушения целиков.

Минная отбойка -это отбойка больших объёмов руды сосредоточенными зарядами большой массы, размещаемыми в специально проходи­мых для этой цели выработках.

Минная отбойка дешевле и производительнее шпуровой отбойки, а иногда и скважинной при очень крепкой руде. Применяется в основном для обрушения больших массивов, в которых могут быть проведены горные выработки.

Недостатки:

- Неровные контуры выемки; увеличенные (пример­но в 1,5раза по сравнению со скважинной отбойкой) потери и разубоживание руды;

- Нарушение окружающего массива и частичное разруше­ние ближних выработок.

Используют две схемы минной отбойки:

- Размещение зарядов на почве выработок

- Размещение зарядов в минных карманах

Механическая отбойка -отделение полезного ископаемого от массива при помощи различных инструментов.

Механическая отбойка применяется только при добыче мягких руд. Применяется в двух вариантах:

- С выемкой заходками с площадью поперечного сечения 7-9

- Выемка с длинными забоями

При выемки заходами применяется с использованием проходческих комбайнов. При использование комбайнов руда может перемещаться от забоя непрерывно и циклично. При непрерывном перемещении отбитая руда загружается комбайном на короткий забойный ленточный конвейер а с него на панельный и далее на магистральный конвейеры. При цикличном – отбитая руда погружается в бункер-перегружатель в уже из него в самоходный вагон.

Разновидности механической отбойки:

- отбойка горными комбайнами и комплексами;

- отбойка врубовыми машинами;

- пиление;

- разрушение бурением.

Самообрушениеруды – это самопроизвольное последовательное отделение массива в кровле обнажений кусков руды под действием собственного веса и горного давления. Как способ отбойки применяют в основном при неустойчивых породах, склонных к самообрушение и только при одной одноименной системе разработки

Параметры шпуровой отбойки. (6.5) Технико-экономические показатели шпуровой отбойки:

- Удельный расход ВВ на отбойку – 0.6 -3 кг\м3

- Выход отбитой руды на 1 м шпура -0.3 1.5 м3\м

- Выход негабарита от 0 до 3-5%

Шпуровую отбойку применяют при мощности залежей до5-8м, а также в тех случаях, когда в очистном пространстве должны работать люди а также где невозможно использовать скважинную.

Шпуры-цилиндрические полости диаметром 75 мм и длиной 5 м пробуренные в массиве горных пород.

Недостатки:

- Высокие материальные затраты

- Сложность одновременного обрушения больших объемов руды

- Повышенное запыление рудничного пространства

Преимущества:

- Применение при любой мощности

- Наиболее полная выемка руды у контактов залежи

- Мелкое дробление руды

Область применения шпуровой отбойки:

- Маломощные рудные залежи

- Рудные тела сложной формы и ценный руды

- Отрабатываемые с креплением или закладкой недостаточно устойчивые руды

- При работе людей в очистном пространстве

- При необходимости оставления рудных целиков для поддержания кровли очистных камер.

7)а)Достоинства и недостатки шпуровой отбойки. Ответ. К достоинствам шпуровой отбойки относятся: равномерное и мелкое дробление руды; полная выемка руды у контактов залежи; меньшее разубоживание пустой породой; широкий диапазон области применения. Ее недостатками являются: большая трудоемкость и себестоимость; низкая комфортность условий труда; трудность одновременного обрушения больших объемов руды. б)Область применения шпуровой отбойки. Ответ. Шпуровая отбойка применяется при разработке неустойчивых руд системами с креплением выработанного пространства, а также залежей мощностью не более 5-8м. 8)Скважинная отбойка. Скважины имеют глубину от 5до 60м и более, диаметр от30-40до 150-200мм. Диаметр скважин принято подразделять на малый (уменьшенный) -менее 90мм и большой (увеличен ный) -более 90мм. Схемы отбойки.Скважинами обычно отбивают руду послойно, располагая их рядами (или веерами), параллельными поверхности массива, на которую производится отбойка. Эта поверхность может граничить как со значительным свободным про странством, достаточным для увеличения объема взорванной руды в 1,3-1,5раза (отбойка на свободное пространство), так и с раздробленной на куски горной массой (отбойка в зажиме). 9)паралльелная скважина

10)веерная скважина 11)Веерное расположение скважин преимущественно применяется при разработке мощных месторождений с выдержанным содержанием полезного компонента, параллельное – при разработке сложных рудных тел, представленных рудами разного качества и необходимости четкого оконтуривания контактов. 12)Минная отбойка – это отбойка сосредоточенными зарядами большой массы, размещаемыми в специально проходимых для этой цели или уже имеющихся выработках.

13. Показатели извлечения. Потери и разубоживание руды.

В настоящее время наиболее часто пользуются четырьмя основными показателями, оценивающими полноту и качество извлечения руды из недр при добыче. Эти показатели являются относительными величинами и при расчетах и в формулах измеряются обычно в долях единицы, а в описаниях могут указываться и в процентах. К основным показателям извлечения руды из недр относятся следующие:

1. Потери металла (полезного компонента)

N = (M_пот - М_пор) / М_руд (2.1)

гдеM_пот — количество металла в потерянной руде, т; М_пор — количество /металла в примешанной породе, т; М_руд — количество металла в подлежащих отработке балансовых запасах руды, т.

2. Разубоживание руды (полезного ископаемого)

Р = (А_руд - А_р.ь.) / А_руд(2.2).

гдеА_руд — содержание металла в балансовых запасах руды, % и г/т;

А_р.ь — содержание металла в добытой рудной массе, % или г/т.

3. Потери руды (ранее называвшиеся истинными потерями)

п_р = П/Б (2.3)

где П — количество руды, потерянной из балансовых запасов, т; Б — количество руды в балансовых запасах, т.

4. Засорение руды (ранее называвшееся истинным разубоживанием)

р_Р = В/Д, (2.4)

гдеВ — количество вмещающих пород, попавших в руду в процессе добычи, т; Д — количество добытой рудной массы, т. Поскольку количество металла есть произведение количества руды (породы) на содержание металла в этой руде (породе), то формулу (2.1) можно записать следующим образом:

N = (П А_пот- В А _пор) / (Б А _руд) (2.5)

Величины п= п_ри р=р_р в случаях, когда содержание металла в потерянной руде А_поти содержание его в балансовых запасах А_руд одинаковы, а содержание металла в разубоживающей руду породе А_ПОР практически равно нулю, т. е. если А_пот=А_руд и А_ПОР=0. В остальных случаях перечисленные показатели извлечения различаются по величине.

При разработке рудных месторождений никогда не извлекают руду в чистом виде, т. е. с тем содержанием полезного компонента и точно в том количестве, в котором она находится в подлежащих отработке балансовых запасах месторождения. Часть балансовых запасов руды по разным причинам безвозмездно остается в недрах и называется потерями руды. В то же время при добыче всегда происходит разубоживание руды, т. е. снижение содержания полезного компонента в добытой рудной массе по сравнению с содержанием его в массиве руды. Потери являются количественными показателями извлечения руды из недр при добыче, а разубоживание — качественными.

Виды потерь: общерудничные, эксплуатационные в массиве и эксплуатационные для отбитой руды.