10. Стадии подземной разработки. Вскрытие и подготовка

Разработка рудного месторождения осуществляется в три основных стадии горных работ: вскрытие, подготовка и очистная выемка. Иногда выделяют стадию нарезки. На вновь осваиваемом месторождении в начале эти стадии выполняются последовательно, а затем совмещаются с некоторым опережением вскрытия и подготовки относительно нарезных и очистных работ.

Вскрытие - это проведение капитальных горных выработок от дневной поверхности или от разрабатываемого уже горизонта до месторождения или его части, обеспечивающих возможность подготовки запасов к эксплуатации (подъемных, вспомогательных и вентиляционных стволов шахт, капитальных квершлагов, выработок околоствольных рудоспусков, спиральных съездов и т.п.).

Стволами шахты называют вертикальные или наклонные капитальные выработки, служащие для вскрытия запасов и подъема руды, спуска-подъема людей, материалов и оборудования, вентиляции выработок и электро-тепло-водоснабжения горных работ. В зависимости от назначения стволы могут быть главными (по ним осуществляется подъем руды), вентиляционными, вспомогательными и грузовыми.

Слепыминазываются стволы, не имеющие непосредственного выхода на дневную поверхность.

Квершлаги– это горизонтальные выработки, пройденные под углом к простиранию рудного тела и предназначенные для вскрытия этажей и обеспечения обслуживания горных работ на этих этажах.

Штольни– горизонтальные выработки, имеющие непосредственный выход на дневную поверхность и служащие для обеспечения разведочных или эксплуатационных горных работ. Горизонтальную выработку, имеющую два выхода на дневную поверхность называют тоннелем.

Ортами называют горизонтальные выработки, не имеющие выхода на дневную поверхность и проходимые между висячим и лежачим боками под углами к простиранию рудного тела.

Штреки это горизонтальные выработки, пройденные по простиранию рудного тела, служащие для подготовки этажа к эксплуатации. В зависимости от назначения штрека могут быть этажными, откаточными и вентиляционными, а также подэтажными и промежуточными.

Восстающие – это вертикальные или наклонные выработки, пройденные снизу вверх с уровня основного горизонта и служащие для сообщения между этажами и подэтажами, доставки материалов и оборудования, вентиляции. Восстающими обычно оконтуриваются вертикальные границы выемочных участков или блоков – частей этажа, ограниченных по падению этажными штреками, а по простиранию соседними восстающими.

В зависимости от назначения различают восстающие блоковые, вентиляционные, разведочные и отрезные. Последние два служат для эксплуатационной разведки запасов блока и создания отрезных щелей или камер, являющихся началом очистных работ. Если восстающий пройден сверху вниз, то его называют гезенком.

Капитальным восстающим рудоспуском или гезенком называются выработки, служащие для перепуска руды с одного или нескольких этажей на нижележащий этаж, и, если они служат для нескольких блоков или для этажа в целом, то они называются капитальными рудоспусками и обычно соответствующим образом оборудуются.

Рудоспуск, служащий для перепуска руды в отдельном блоке, называют рудоскатом, а для перепуска закладки – закладочным рудоскатом.

Подготовка – это следующая за вскрытием стадия проведения выработок, обеспечивающих возможность транспорта руды и вентиляции вскрытых горизонтов, а также выполнения нарезных и очистных работ в эксплуатационных блоках (откаточных и вентиляционных штреков, блоковых восстающих и рудоспусков и т.п.).

Нарезка – это следующая стадия проведения выработок в пределах подготовленных участков, этажей, блоков, панелей, обеспечивающих возможность начала очистных работ (блоковых выработок днища, отрезных восстающих, подэтажных и этажных буровых выработок и т.п.).

Для подготовки и нарезки днищ блоков проходят обычно транспортные или скреперные штреки и орты, а также ниши, дучки и воронки (траншеи). После этого начинают очистные работы.

Комплекс процессов, выполняемых непосредственно при массовой добыче руды в подготовленных и нарезных участках, называется очистными работами.

По степени пригодности и подготовленности к добыче запасы полезных ископаемых делятся на вскрытые, подготовленные и готовые к выемке. Иногда выделяются полуподготовленные и нарезные запасы.

Вскрытие – запасы, в которых пройдены все вскрывающие капитальные выработки и имеется возможность вести подготовку вскрытых горизонтов и участков.

Подготовленные – это запасы, в которых пройдены и оборудованы все подготовительные выработки и имеется возможность начинать нарезные и очистные работы. Нарезанные – в которых соответственно завершены нарезные работы.

Готовые к выемке– это запасы, полностью подготовленные и нарезанные к очистной выемке за вычетом части временно неактивных (охранные целики, запасы, выемка которых предусмотрена в периоды будущих лет по условиям шихтовки, и т.п.).

Существуют простые способы вскрытия и комбинированные.

Простые способы вскрытия – штольнями, а также вертикальными и наклонными шахтными стволами с квершлагами.

Комбинированные– это простые способы вскрытия в комбинации со следующими ступенями вертикальных и наклонных слепых шахтных стволов с квершлагами, а также в комбинации со спиральными съездами и наклонными конвейерными стволами.

Рельеф поверхности в нагорных условиях в большинстве случаев диктует необходимость вскрытия штольнями. При ровном же рельефе применяют вертикальные и наклонные стволы. При выборе способа вскрытия и его параметров необходимо учитывать влияние свойств налегающих и подстилающих пород, определяющих зону сдвижения горных пород, которая при системах с обрушением (особенно в обводненных породах) иногда распространяется довольно далеко от места обрушения пород (под углом от 30 до 80⁰по коренным породам, по наносам 7-45⁰).

Если по технологии горных работ предусматривается применение мощного самоходного бурового и погрузочно-доставочного оборудования, то дополнительно к вертикальным стволам проходятся спиральные съезды для спуска-подъема людей и оборудования. Спиральные или наклонные стволы проходятся под углом 6-10⁰, сечением от 16-20 до 100 м², обычно до глубины 500-600 м.

Увеличение глубины разработки обусловливает необходимость применения многоступенчатых комбинированных способов вскрытия и более широкого использования слепых наклонных стволов.

Золотоурановые месторождения в районе Битватерсракда (ЮАР) вскрыты до глубины более 3000 м.

Крутопадающие жильные месторождения в Индии на руднике «Чемпион Риф» до глубины 3500 м вскрыты вертикальными стволами в комбинации с квершлагами слепыми вертикальными и наклонными стволами. На такой глубине температура горных пород достигает 53-65⁰, а температура воздуха в шахте 43⁰.

Для вентиляции и кондиционирования воздуха на больших глубинах, где температура достигает 30-38⁰, приходится проходить целые системы выработок для пропуска огромного количества воздуха (до 5 стволов вентиляционных наIподъемный), устраивать холодные установки.

В СССР глубина горных работ пока достигает 700-800 м (рудники Урала, Кривого Рога и др.) Однако для вновь проектируемых горизонтов некоторых месторождений особенно ценных уже сейчас встает проблема отработки на больших глубинах (комбинаты: Норильский ГМК, Печенганикельи др.). До 1200-1500 м и вскрываются запасы руды на рудниках Кривбасса.

В большинстве случаев размеры рудных месторождений таковы, что вопрос об определении размеров рудничного (шахтного поля) решается очень просто – они принимаются в соответствии с параметрами месторождения. Обычно они применяются в пределах от 300-500 м до 1,5-2 км. При больших размерах месторождения размещаются несколько шахтных полей (Джезказган, Никопольмарганец и т.п.). Сейчас размеры шахтных полей в Кривбассе увеличивают до 3-3,5 км. Длина рудничного поля в проекте будущей шахты «Яковлевской» в КМА принята 5,6 км.

Согласно правилам техники безопасности каждая шахта должна иметь не менее двух выходов на дневную поверхность. При диагональной схеме вскрытия, которая для рудников является основной, количество стволов должно быть не менее трех.

При производительности шахты до 250-300 тыс. т в год и глубине до 500-600 м применяется обычно клетьевой подъем, а также самоходное оборудование при наклонных и спиральных стволах. При большой производительности – скиповой. Если производительность рудника не менее одного млн. т в год, то число стволов увеличивают до 5-6, имея в виду необходимый резерв.

Для рудников с очень большой производительностью (10-20 млн. т/год) проектируют до 10 и более стволов. Например, на шахте № 65 в Джезказгане пройдены два ствола для выдачи руды (медной и свинцово-цинковой), третий для спуска-подъема оборудования и материалов диаметром 7-8 м и четыре-пять вентиляционных стволов.

Обычно стволы в первую очередь проходятся на 3-4 этажа и более. Последующая углубка стволов ведется не менее чем на 2 этажа, иногда с устройством концентрационных горизонтов через 2-3 этажа. В мировой практике имеются случаи, когда стволы проходятся сразу на 500-1000 м и более, а шаг углубки их составляет 200-300 м и более, что соответствует 3-5 и более этажам.

На жильных и маломощных месторождениях высота этажа обычно принимается в пределах от 30 до 60 м в зависимости от выдержанности и угла падения залежей, на мощных – от 40 до 80 м и более. В устойчивых рудах и породах большая высота этажа принимается даже при камерных системах разработки. При малых углах падения (пологом падении) залежей высота этажа составляет 30-40 м, при крутом падении достигает 80 м и более. На КМА, например, проектируется высота этажа 135 м. На Северо-западном скарне рудника «Молибден» высота этажа равна 150 м.

В условиях крутопадающих и наклонных тел малой и средней мощности штреки проходят только по жиле или у лежачего бока, а если полевые, то для разведки дополнительно проходят короткие квершлаги и орты. При большой мощности применяют как штрековую (полевую или рудную), так и ортовую (тупиковую или кольцевую). Полевая подготовка особенно при ценных возгорающихся рудах. Кольцевая схема позволяет интенсивно вести откатку, особенно при большой длине поля.

Часто при полевой подготовке обеспечиваются значительно большие скорости подготовки этажей и блоков к эксплуатации, уменьшаются затраты на транспорт, вентиляцию и т.п.