4. Разработка запасов месторождения подземным способом

При проектировании отработки запасов месторождения подземным способом необходимо принять решения по трем стадиям отработки: вскрытию, подготовке и очистной выемке.

4.1.Вскрытие месторождения

Вскрытие состоит в проведении горных выработок, открывающих доступ с поверхности ко всему рудному телу или его части и обеспечивающих возможность проведения подготовительных выработок. Вскрывающие выработки служат для транспортирования добытого полезного ископаемого и породы под землей на земную поверхность, для доставки людей, оборудования, материалов к рабочим местам, для проветривания горных выработок, откачки воды и других целей.

Тип, число и схема расположения вскрывающих выработок принимаются в зависимости от глубины разработки, производственной мощности рудника и принятой схемы проветривания.

1 2 2 2 2 1 1

1 2 Рис. 4.1.1 Схемы проветривания рудников: а - центральная; б - диагональная; в - фланговая; 1 – ствол для подачи свежего воздуха; 2 – ствол для исходящей струи загрязненного воздуха.

При разработке рудных тел принимают в основном диагональную и фланговую схемы проветривания. Центральную схему применяют при разработке калийных солей. При этом расстояние между стволами принимают 150-200 м с целью предотвратить затопление рудника в случае прорыва воды через один из стволов.

При выборе типа, числа и назначения вскрывающих выработок ориентируются на следующие схемы, получившие распространение в практике горно-рудных предприятий.

1. Клетевой ствол и один или два вспомогательных ствола, оборудованных клетью с противовесом:

А - до 500 тыс.т в год; Н - до 300 м или

А - до 300 тыс.т в год; Н - до 1000-1200 м.

2. Скипо-клетевой ствол, вентиляционный ствол, необорудованный подъемом для подачи воздуха и один или два вспомогательных вентиляционных (для исходящей струи) ствола, оборудованных клетью:

1 млн.т > А > 300 тыс.т в год, Н до 1000-1200 м.

3. Скипо-клетевой ствол и вентиляционный (клетевой) ствол для подачи воздуха, спуска и подъема людей и оборудования и один или два вентиляционных ствола (для исходящей струи), оборудованных клетью с противовесом:

А = 1,0-4,5 млн.т в год, Н более 300 м.

4. Один или два скипо-клетевых или скиповых ствола, клетевой ствол, вентиляционный ствол для подачи воздуха и один или два вентиляционных ствола, оборудованных клетевым подъемом:

А более 4,4 млн.т в год, Н более 600 м.

5. Наклонный ствол для выдачи руды автосамосвалами, клетевой или скипо-клетевой или тот и другой вспомогательные стволы и один или два вентиляционных ствола, оборудованных клетевым подъемом:

А более 2,0 млн.т в год, Н менее 300 м.

6. Наклонный конвейерный ствол, скипо-клетевой и клетевой вспомогательный стволы и один или два вентиляционных ствола, оборудованных клетевым подъемом:

А более 4,0 млн.т в год, Н = 250-600 м.

Располагаются стволы в основном следующим образом:

• вертикальные рудовыдачные и вспомогательные стволы - на главной промплощадке рудника;

• вентиляционные стволы для исходящей струи - на флангах рудничного поля;

• наклонные стволы приурочены обычно к рудообогатительным фабрикам, вспомогательные стволы в этом случае располагаются на главной промплощадке.

Для вскрытия нагорных месторождений основные (одна или две) штольни располагаются на главной промплощадке, а в качестве вентиляционных используются погоризонтные штольни и один или два вентиляционных ствола или шурфа на фланге (ах).

В качестве дополнительных вскрывающих выработок используются квершлаги и капитальные рудоспуски и слепые стволы.

Заложение стволов производится с учетом сдвижения горных пород при их полной отработке (рис. 4.1.2) на расстоянии 20-50 м от границы зоны сдвижения.

Рис. 4.1.2 Углы сдвижения пород (табл. 4.1.1) при полной подработке при углах падения ( ) залежи: а) более углов сдвижения; б) менее углов сдвижения

Таблица 4.1.1.

Углы сдвижения пород при полной подработке

Крепость пород f	Углы сдвижения, °
4 - 6	45-50	55	50	55
6 - 10	55	60	55	65
10 - 12	60	70	70	75
более 12	65	70	70	75

Вскрытие и подготовка этажей могут производиться на каждом горизонте, с применением концентрационных горизонтов или ярусно (рис.4.1.3). Высота этажа зависти от применяемой системы разработки, поэтому на этапе принятия решения по вскрытию месторождения одновременно принимается решение и о возможной системе разработки (табл. 4.1.2)

Концентрационные горизонты позволяют уменьшить объем и стоимость проведения капитальных выработок, сократить время вскрытия и подготовки по сравнению с этажным, снизить затраты на транспорт, подъем.

При ярусном вскрытии промежуточные горизонты подготавливают из полевых или рудных наклонных съездов.

Концентрационный горизонт оборудуют через каждые 2-4 этажа.

Рис. 4.1.3. Порядок вскрытия и подготовки этажей: I - поэтажный; II - концентрационными горизонтами; III - ярусный (а - с углубкой ствола; с проходкой ствола на полную глубину).

Таблица 4.1.2

Высота этажа при различных системах разработки

Система разработки	Без промежуточного горизонта	С промежуточным горизонтом
Потолкоуступная и сплошная с распорной крепью	60	60-80
Этажно-камерная	60-100	80-150
Подэтажных штреков (ортов)	50-100	-
С магазинированием руды	40-75	60-100
Горизонтальные (наклонные) слои с закладкой	50	60-80
Слоевое обрушение	60	-
Подэтажное обрушение	80	-
Этажное обрушение	100	-

Тип околоствольного двора принимают в зависимости от производительности рудника и способа подъема:

а) тупиковый односторонний - производительность до 300 тыс.т в год;

б) тупиковый двухсторонний - производительность до 1,0 млн.т в год;

в) кольцевой - при производительности более 1,0 млн.т в год и скипо-клетевом подъеме.

Для подземного транспорта используются электровозы со сцепным весом 10, 14, 25, 28, 30 т, глухие вагонетки грузоподъемностью от 1,5 до 30 т. Область эффективного применения электровозов и вагонеток приведена в табл. 4.1.3.

На промежуточных горизонтах принимается преимущественно самоходное оборудование (автосамосвалы, ПДМ, самоходные вагоны).

Таблица 4.1.3.

Область применения электровозов и вагонеток

Производственная мощность рудника, млн.т /год	Ширина колеи, мм	Сцепной вес электровоза, кН	Емкость вагонетки, м3
до 0,3	600	70	0,7
0,3 - 0,5	600 и 750	70 и 100	1,0 - 2,2
0,5 - 1,0	750	100	2,2 - 2,5
1,0 - 3,0	750	140	2,5 - 4,0
более 3,0	750 и 900	280	4,0 - 9,5

По глубине работ и годовой производительности принимают типы и сечения рудоподъемного и вспомогательных стволов (приложение 2). Определяются сечения квершлагов и штреков основного и промежуточного горизонтов в зависимости от типа откаточных средств (приложение 3) и проверяются по условию вентиляции.

Сечения выработок, по которым подается воздух, проверяются по допустимой скорости движения воздуха.

Количество воздуха, необходимого для проветривания рудника, определяется по формулам:

• для шахт с годовой производительностью до 900 тыс.т:

, м³/с, (4.1.1)

• для шахт с годовой производительностью свыше 900 тыс.т:

, м³/с, (4.1.2)

где: А - годовая производительность рудника, млн. т.

Скорость вентиляционной струи воздуха определяется

, м/с, (4.1.3)

где - площадь поперечного сечения выработки (ствол, квершлаг), м²; - коэффициент уменьшения сечения за счет армировки ствола, ; м/с.

Принятая схема вскрытия изображается в 3-х проекциях на миллиметровой бумаге формата А3 в масштабе 1:2000 или 1:5000.

К горнокапитальным относятся работы, проводимые с целью вскрытия месторождения или его части (например, нижележащего горизонта) для последующей разработки, а также для обслуживания горных работ в течение всего срока эксплуатации шахтного поля (этажа), со сроком эксплуатации более 3 лет.

При определении объема горно-капитальных работ необходимо помнить, что к ним относятся главная рудовыдачная выработка (ствол, штольня), вспомогательные и вентиляционные вскрывающие выработки (стволы, штольни), квершлаги, околоствольные выработки, штреки (как минимум два: один вентиляционный, второй - откаточный), капитальные рудоспуски, выработки комплексов подъемного дробления и загрузки скипов. В объемы горно-капитальных работ включаются все капитальные горные выработки, необходимые для пуска шахты в эксплуатацию с достижением полной производительности. Результаты заносят в таблицу. 4.1.3.

Таблица. 4.1.3.

Объем горно-капитальных работ

№ п/п	Тип выработки	Число выработок	Длина выработки, м	Площадь сечения, м2	Объем выработок, м3
1	Главный ствол (штольня)
2	Вспомогательный ствол (штольня)
3	Вентиляционный ствол (штольня)
Окончание таблицы. 4.1.3.
№ п/п	Тип выработки	Число выработок	Длина выработки, м	Площадь сечения, м2	Объем выработок, м3
4	Квершлаг гор. м
5	Квершлаг гор. м
6	Вентиляционный штрек гор. м
6	Вентиляционный штрек гор. м
7	Откаточный штрек гор. м
7	Откаточный штрек гор. м
8	Капитальный рудоспуск
9	Околоствольный двор гор. м