Основные положения для выбора схем и параметров вскрытия мощных рудных месторождений

Выбор схем вскрытия является одним из основных и сложных вопросов при проектировании новых и реконструкции действующих рудников.

Затраты на строительство рудника, зависящие от вскрытия, составляют 50—60% общей суммы капитальных затрат.

Рудники по глубине разработки подразделяются на следующие группы:

- сверхглубокие с глубиной разработки свыше 2500 м;

- очень глубокие — от 1000 до 2500 м;

- глубокие — от 600 до 1000—1200 м;

- средней глубины — от 300 до 600 м;

- небольшой глубины — до 300 м.

В бывш. СССР имеется несколько рудников с глубиной разработки 750—850 м, около 15 рудников Кривбасса ведут горные работы на глубине 550—700 м; основное число рудников работает на глубине 450—550 м.

На новых строящихся и реконструируемых рудниках вскрытие осуществляется по возможности на большую глубину. При проектной глубине разработки 1000—1200 м глубина вскрытия составляет 400—1000 м. Шаг углубки достигает 140—160 м. Наблюдается тенденция проведения стволов шахт на предельную глубину разработки без последующей углубки в период эксплуатации.

На многих зарубежных рудниках горные работы ведутся на глубине 1000—1200 м. Такая глубина является обычной для рудников США, Канады, Южной Америки. В некоторых случаях очистная выемка ведется на глубинах 1500—2000 м.

Глубина вскрытия на зарубежных рудниках составляет 400—1000 м при проектной глубине разработки 400—1500 м. Во многих случаях стволы проходят сразу на всю проектную глубину. Одновременно вскрывается от 2 до 7 этажей. Концентрационные горизонты сооружают через 2—6 этажей.

Рудники Швеции имеют глубину вскрытия 300—600 м, шаг углубки составляет 200—300 м; многие рудники Канады имеют глубину вскрытия 300—800 м, шаг углубки — 200—400 м.

Увеличение глубины вскрытия на зарубежных рудниках обеспечивается высокими скоростями проходки шахтных стволов.

В Канаде скорость проходки вертикальных стволов достигает 100—150 м/мес, а на золотых рудниках Южной Африки — 150—300 м/мес.

За последние годы увеличение производственной мощности Рудников и глубины разработки, применение новых высокоэффективных средств подъема и транспорта, рост интенсивности разработки, концентрация горных работ и ряд других факторов изменили условия вскрытия месторождении и потребовали разработки высокоэффективных схем и способов вскрытия.

В бывш. СССР и за рубежом наибольшее распространение получили схемы вскрытия мощных рудных месторождений вертикальными центрально расположенными скиповыми и клетевыми стволами. По условиям вентиляции и очередности сдачи в эксплуатацию рудников в бывш. СССР получила широкое распространение блоковая (секционная) схема вскрытия (рис. 16).

Все железные рудники Кривбасса, Урала, горной Шории, рудники цветной металлургии Алтая, Сибири, Урала вскрыты вертикальными скиповыми и клетевыми стволами, расположенными в лежачем боку, примерно посредине простирания залежей.

Большинство новых и реконструируемых зарубежных рудников осуществляет вскрытие мощных рудных залежей вертикальными стволами на глубину 600—1000 м. Выдача руды по стволам ведется полностью автоматизированными многоканатными подъемными установками.

За последние 10—15 лет на рудниках Канады, США, Швеции, Франции стали применять более совершенные схемы вскрытия мощных рудных залежей — наклонными рудовыдачными стволами, выдача руды по которым производится ленточными конвейерами подвесными монорельсовыми и многоканатными установками, а иногда и самоходным транспортным оборудованием.

Практика и расчеты показывают, что выдача руды по стволу подвесными монорельсовыми и многоканатными установками целесообразна только при годовой производительности до 2—2.5 млн. т, а самоходным оборудованием — при глубине разработки не более 200—250 м.

Изучение отечественного и зарубежного опыта вскрытия месторождений вертикальными стволами позволяет сделать следующие выводы:

1. В бывш. СССР и за рубежом вскрытие вертикальными стволами, расположенными в лежачем боку, вызывается большой глубиной залегания рудных тел, стремлением снизить потерн руды в целиках, оставляемых для охраны шахтных стволов, применением эффективных схем подземного транспорта и проветривания рудника.

2. На новых и реконструируемых отечественных рудниках вскрытие месторождений осуществляется, как правило, вертикальными стволами круглого сечения. Стволы проходят на глубину 400—800 м и крепят бетоном, железобетоном и тюбингами. На башенных железобетонных копрах устанавливают мощные автоматизированные многоканатные подъемные установки.

Для выдачи руды применяют скипы с донном разгрузкой грузоподъемностью 15, 20, 25 и 50 т. Клетевые подъемы оборудуются одноэтажными клетями вместимостью на 1—2 вагонетки емкостью 4 м3 и двухэтажными вместимостью на 4 вагонетки.

3. За рубежом в последние годы наблюдается тенденция вскрытия рудных залежей вертикальными стволами круглого сечения на глубину 600—1000 м.

4. Как на отечественных, так и зарубежных рудниках имеет место четкая специализация шахтных стволов: рудоподъемные, породоподъемные, воздухоподающие, вентиляционные и вспомогательные (для спуска и подъема людей, оборудования, материалов, подачи закладки в рудник).

Воздухоподающие стволы оборудуются, как правило, только установкой для спуска крупногабаритного оборудования (электровозы, вагоны, дробилки и др.).

Необходимость специализации стволов вызывается понижением уровня горных работ, увеличением мощности рудников, сложностью проветривания.

Одновременно с усовершенствованием схем вскрытия с выдачей руды по вертикальным стволам в бывш. СССР и за рубежом все большее распространение получает при строительстве и реконструкции рудников вскрытие наклонными стволами.

'Вскрытие рудоподъемными наклонными стволами позволяет резко снизить объемы и стоимость горно-капитальных работ и сократить сроки подготовки эксплуатационных горизонтов, подготовить одновременно к очистной выемке несколько горизонтов и обеспечить высокую производительность и поточность выдачи руды.

Вскрытие и подготовка гор. +30 м шахты «Магнетитовая» (Урал) наклонной конвейерной выработкой обеспечили по сравнению с углубкой вертикального рудоподъемного ствола сокращение срока подготовки к очистной выемке этого горизонта в 1,5 раза и снижение капитальных затрат на 800 тыс. руб.

Нa канадском руднике "Сулливан" вскрытие нескольких нижних горизонтов (от уровня главной штольни до гор. 869 м) наклонным конвейерным стволом дало возможность сократить расходы на выдачу руды на поверхность в 2 раза и в 3 раза уменьшить суммарную мощность двигателей подъемных средств.

Схемы вскрытия мощных рудных месторождений наклонными рудоподъемными выработками можно подразделить на две самостоятельные группы:

- схемы с наклонными выработками, пройденными с поверхности до основных концентрационных и эксплуатационных горизонтов;

- схемы со слепыми наклонными выработками, пройденными с концентрационных горизонтов до нижних эксплуатационных горизонтов.

Как показала практика, при одновременной отработке запасов на нескольких этажах (горизонтах) целесообразно вскрывать и подготавливать шахтные поля концентрационными горизонтами; при этом значительно сокращается объем и стоимость горно-капитальных работ и эксплуатационных расходов.

Для обеспечения ритмичности и поточности работы рудника сооружаются значительные аккумулирующие емкости (капитальные рудоспуски, приемные бункера в околоствольных дворах и у подземных дробильных установок).

Исследование вопросов вскрытия и подготовки мощных рудных залежей включает обширный комплекс всевозможных факторов.

Отдельные методические предпосылки для выбора схем вскрытия рудных месторождении даны в работах М.И. Агошкова, Н.А. Старикова, Г.М. Малахова, И.М. Папина, В.Д. Титова, П.И. Тарана и др.

Большие исследовательские работы по вскрытию мощных рудных месторождений проведены в последние годы А.С. Воронюком.

Под научным руководством чл.-кор. АН бывш. СССР М.И. Агошкова он разработал методику выбора схем вскрытия мощных залежей наклонными конвейерными и вертикальными скипоподъемными стволами.

Методика учитывает эффективность использования наиболее совершенных и высокопроизводительных средств выдачи руды, наличие достаточных аккумулирующих емкостей на стыках отдельных процессов добычи с целью непрерывности работы рудника.

Для установления объемов работ, стоимостных величин и эффективной области применения схем вскрытия наклонными конвейерными стволами все мощные месторождения условно разделены на две группы:

- крутопадающие и наклонные мощные залежи с углом падения 30—35° и более;

- пологие и слабонаклонные мощные залежи с углом падения до 30°.

Для выбора рациональных схем вскрытия мощных крутопадающих залежей принимаются две расчетные схемы (рис. 17); схемы вскрытия мощных пологих месторождений, разрабатываемых одним этажом, приведены на рис. 18, несколькими этажами — на рис. 19.

Установление эффективной области и выбор схем вскрытия производятся в следующем порядке: определяются основные факторы, влияющие на эффективность применения различных схем, определяются наивыгоднейшие области их применения, производится выбор той или иной схемы вскрытия.

Исследованиями установлено, что основными факторами, влияющими на эффективность применения схем вскрытия, являются:

- при разработке крутопадающих месторождений (см. рис. 17) — глубина залегания H, число этажей в шахтном поле N или вертикальная глубина распространения рудных тел по падению, угол сдвижения налегающих и вмещающих пород о и производственная мощность рудника А;

- при разработке пологих месторождений (см. рис. 18 и 19) — глубина залегания H, длина залежи по падению L3, угол сдвижения о и угол падения залежи а.

Наибольшее влияние на схему вскрытия оказывает угол сдвижения вмещающих и налегающих пород, наименьшее — производственная мощность рудника. Глубина залегания оказывает существенное влияние на экономическую эффективность применения рассматриваемых схем вскрытия.

С увеличением глубины залегания расширяется область применения схем вскрытия прямолинейными наклонными конвейерными стволами.

При вскрытии крутопадающих залежей наклонными и вертикальными рудоподъемными стволами изменение их угла падения от 45 до 90° оказывает одинаковое влияние на изменение суммарной длины откаточных квершлагов.

Расчеты показывают, что мощность m как отдельных рудных тел, так и зон оруденения существенного влияния на выбор рассматриваемых схем вскрытия не оказывает.

На основании методики была определена эффективная область применения схем вскрытия залежей наклонными и вертикальными рудовыдачными стволами (рис. 20, 21) в зависимости от глубины залегания H и угла сдвижения пород b; для крутопадающих — с учетом числа этажей в шахматном поле n и годовой производительности рудника А, для пологих — с учетом угла падения а и длины залежи L по падению.

Площади на графиках, заштрихованные горизонтальными линиями, обозначают эффективные области применения схем вскрытия прямолинейными наклонными конвейерными рудоподъемными стволами, а площади, заштрихованные вертикальными линиями, — эффективные области применения схем вскрытия вертикальными скиповыми рудоподъемными стволами.

Такое графическое изображение позволяет оцепить влияние отдельных факторов на применение сравниваемых схем вскрытия.

Наклонные рудоподъемные выработки, пройденные с поверхности, и слепые могут быть: прямолинейными, ломано-ступенчатыми (в виде заездов) и спиральными (винтовые спускоподъемники) для самоходных транспортных средств.

Наиболее типичные схемы вскрытия и подготовки мощных месторождений рассмотрены в следующих главах.