Яковлевский рудник » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Яковлевский рудник

26.11.2020

Железные руды KMA отличаются высоким качеством. Основная масса их сосредоточена на Яковлевском и Гостищевском месторождениях (92%), подлежащих разработке подземным способом.

В строении Яковлевского месторождения принимают участие породы кристаллического фундамента и покрывающая осадочная толща мощностью до 550 м.

Непосредственной кровлей рудных залежей являются известняки карбона, почвой служат железистые кварциты. Ширина рудной залежи колеблется от 200 до 600 м, составляя в среднем 330 м.

Вертикальная мощность колеблется от 38 до 150 м и составляет в среднем 102 м.

Залежь характеризуется весьма сложном формой. Нижняя граница неровная. В большей своей части залежь имеет разную форму (рис. 74). Мощность богатого оруденения возрастает от лежачего бока к висячему, вблизи висячего бока богатых оруденение уходит клинообразно в глубину.

Рудная залежь имеет довольно сложное внутреннее строение руды характеризуются высоким качеством.

Яковлевское месторождение характерно тем, что основную его массу (56%) составляют разности малой крепости и легко разрыхляемых руды с коэффициентом крепости 0,2—1; 18,6% составляв относительно крепкие руды с коэффициентом крепости выше 25,4%—руды средней крепости (1—4).

Вмещающими породами для железистых кварцитов со сторону висячего бока являются сланцы, со стороны лежачего — сланцу и магматиты.

Выбор участка для первоочередном разработки. Детально paзведанный участок яковлевской залежи имеет длину 10,2 км. Институтом Южгипроруда производственная мощность рудника определена в 20 млн. т товарной руды. В проектах разработки рудных месторождений границы шахтных полей, как известно, большей частью совпадают с границами месторождения. Производственная мощность рудника, а также срок его существования в основном определяются запасами руды. Для месторождений правильной формы с выдержанными мощностью и углом падения и характеризующихся распространением по большой площади можно допустить непрерывность и постоянство геометрических элементов. Это даст возможность применять методы математического анализа.

Для рассматриваемого месторождения при заданной производственной мощности рудника требовалось выбрать на большом протяжении (15—20 км) участок первоочередной отработки.

В горнорудной промышленности такой вопрос встал впервые при проектировании первого Яковлевского рудника. В условиях неравномерной мощности и рудонасыщенности месторождения по простиранию аналитический метод неприемлем, поэтому проектировщикам пришлось пользовался методом вариантов.

Для этой цели при проектировании была разработана и применена методика выбора шахтных полей. Выбранным участок для шахтного поля должен иметь:

- лучшую морфологию рудного тела и компактность рудный масс;

- максимальные вертикальные площади рудного тела.

Выло введено новое понятие — удельные запасы руды, т. е. запаси руды в миллионах тонн на 100 м простирания месторождения.

Пользуясь критерием «удельные запасы институт Южгипроруда определил для разработки участок протяженностью 5,62 км. Ширина рудной залежи на этом участке составляет в среднем 330 м при мощности от 38 до 150 м. Балансовые запасы руды на выбранном участке составляют 1172 млн. т, промышленные — 900 млн. т. Балансовые запасы на 100 м простирания рудного тела составляют 20,85 млн. т. средневзвешенная площадь поперечного сечения рудного тела — 62 тыс. м2. Срок отработки запасов при заданной производительности рудника 48 лет.

Вскрытие месторождения. За последние годы как в России, так и за рубежом наблюдается ясно выраженная тенденция вскрытия рудных месторождении наклонными стволами, оборудованными для выдачи руды ленточными конвейерами. За рубежом конвейерный транспорт по наклонным стволам применяют для сохранения высокой производственной мощности шахт с увеличением глубины разработки.

Институт Южгипроруда при проектировании Яковлевского рудника рассмотрел варианты вскрытия месторождения наклонный и вертикальными стволами для выдачи руды на поверхность.

Особый интерес представляют проектные решения вскрытии наклонными стволами, поскольку этот вопрос для месторождений залегающих в сложных гидрогеологических условиях, в отечественной горной практике решался впервые.

Исходя из принятых параметров подъемных средств (конвейерных поездов) сечение ствола в свету определилось в 16,4 м2. Ствол оборудуется линией конвейерных поездов и фуникулером. Угол наклона ствола 25°, общая длина — 1520 м. С точки зрения объемов, организации работ и скорости строительства необходимо было выбрать оптимальный вариант проходки стволов. В результате технико-экономического анализа принят вариант проходки наклонных стволов с поверхности и с промежуточного горизонта на отметке — 100 м (320 м от поверхности).

Весьма трудным оказался выбор схемы замораживания пород при проходке наклонного ствола, проводимого в сложных гидрогеологических условиях.

Возможны три схемы замораживания пород:

- через вертикальные скважины, пробуренные с поверхности;

- через наклонные скважины, пробуренные вокруг сечения ствола из камер, разделываемых по мере углубки ствола через определенные интервалы;

- непосредственно из забоя ствола через скважины, пробуренные расходящимся пучком.

Проходка стволов шахт на Южно-Белозерском месторождении, имеющем сходство по горнотехническим, гидрогеологическим условиям строительства шахт и глубине разработки, показала, что замораживание из ствола шахты практически неосуществимо даже для вертикальных стволов. Попытка произвести замораживание таким способом одного из стволов кончилась неудачен, работы по проходке пришлось остановить, а замораживание пород пришлое начать с поверхности при помощи вертикальных скважин.

Технико-экономические расчеты при проектировании наклонного углевыдачного ствола шахты «Воргошорская» № 1 (комбинат Воркутауголь) и наклонного рудовыдачного ствола рудника нм. Кирова в Криворожском бассейне также показали целесообразность замораживания пород с поверхности через вертикальные скважины. Отсюда можно сделать вывод, что на месторождениях КМА при проходке наклонных стволов замораживание пород необходимо производить только с применением вертикальных скважин, пробуренных с поверхности.

Из общей длины наклонного ствола 1520 м необходимо пройти с замораживанием пород 1215 м — с верхней границы мелов до нижней границы разрушенных пород. По оси ствола пробуривается три ряда скважин. Расстояние между рядами и скважинами в ряду 1,5 м.

Всего требуется 1920 замораживающих скважин и 300 дополнительных. Объем замороженных пород составит 150 тыс. м3.

Институтом Южгипроруда при проектировании вскрытия вертикальными рудовыдачными стволами участка Яковлевского месторождения были рассмотрены два варианта вскрытия: одним шахтным комплексом и двумя шахтными комплексами (под шахтным комплексом понимается группа основных технологических стволов, расположенных на одной промышленной площадке примерно в центре поля и обслуживающих одно шахтное поле).

При первом варианте вскрытия месторождение отрабатывается одним шахтным полем и вскрывается группой стволов, находящихся на одной центральной промплощадке. двумя фланговыми вентиляционными и одним воздухоподающим стволами на каждое крыло. В центральный комплекс стволов входят два скиповых, клетевой, скипо-клетевой и два вентиляционных ствола.

При втором варианте (рис. 75) подлежащий разработке участок вскрывается двумя группами шахтных стволов и четырьмя вентиляционными. Каждый комплекс состоит из одного скипового ствола, одного скипо-клетевого и одного воздухоподающего.

После технико-экономического сравнения институтом Южгипроруда был рекомендован вариант вскрытия первоочередного участка разработки двумя шахтными комплексами. Углы сдвижения приняты следующие:

- по вмещающим породам висячего бока — 38°;

- по вмещающим породам лежачего бока — 40°;

- по надрудной толще — 50°.

Стволы удалены от границы зоны сдвижения на 600 м. Диаметр стволов в свету 7,5 м. Высота этажа 80 м. Месторождение вскрывается пятью горизонтами: дренажным на отметке —300 м и четырьмя рабочими на отметках —380 м, —460 м, —540 м и —600 м (см. рис. 74).

Срок существования первого этажа (гор. —380 м) 22 года, с учетом развития и затухания работ —25 лет.

Самый верхний горизонт (—300 м) является дренажно-вентиляцнонным. На этом горизонте проводятся по одному квершлагу от каждого воздухоподающего ствола и по два квершлага от каждого вентиляционного ствола. Вентиляционных штреков три (два в лежачем боку и один в висячем). Вентиляционные штреки располагаются за зоной обрушения, отстроенной от гор. —380 м.

На первом рабочем горизонте (-380 м) от каждой группы основных технологических стволов к рудной залежи проводится по три квершлага, из которых один грузовой, один порожняковый н один воздухоподающий.

По условиям вентиляции и откатки проводятся по два штрека в лежачем боку и одни штрек в висячем (см. рис. 75).

На момент сдачи рудника в эксплуатацию по условиям осушения месторождения необходимо вскрыть и второй рабочий гор. —460 м (см. рис. 74). Для этой цели проводятся по одному квершлагу от воздухоподающих и вентиляционных стволов.

Все стволы глубиной 690 м проходятся до гор. —460 м специальным способом — с замораживанием пород. Замораживание пород ведется по трем зонам:

1-я зона — от поверхности до глубины 260 м;

2-я зона — от глубины 260 м до глубины 500 м;

3-я зона — от глубины 500 м до глубины 650 м.

Замораживание пород по зонам и проходка ствола производятся поочередно в нисходящем порядке.

Исследования вариантов вскрытия наклонными и вертикальными рудовыдачными стволами месторождений, залегающих в сложных гидрогеологических условиях, показали, что стоимость горно-капитальных работ в общей сумме затрат на промстроительство составляет:

- при вскрытии наклонными стволами 44—50%;

- при вскрытии вертикальными стволами 40—50%.

Сопоставление вариантов производилось по сравниваемой части себестоимости 1 т руды в зависимости от способа вскрытия с учетом эффективности капитальных вложении по формуле
Яковлевский рудник

где Cт — учтенная часть себестоимости 1 т руды, руб.;

K' — составляющая эффективности капитальных вложений, руб. т.

Согласно исследованиям экономически целесообразно рассматриваемые месторождения вскрывать вертикальными рудоподъемными стволами при производственной мощности рудников до 22—24 млн. т. При большей производственной мощности экономичнее вскрывать наклонными рудовыдачными стволами.

Осушение месторождения. Всего в осадочной толще месторождения выявлено семь водоносных горизонтов (рис. 76):

1. Нижнекаменноугольный (в известняках карбона).

2. Батбайосский (в песчаных прослойках, заключенных среди глин бат-байосса).

3. Келловейский (в песках келловея).

4. Волжский (в волжских песчаниках).

5. Сеноман-альбский (в песках сеноман-альба).

6. В мергельно-мелозой толще.

7. В третичных и четвертичных отложениях.

Восьмой водоносный горизонт приурочен к богатым железным рудам, кварцитам и сланцам лежачего и висячего боков.

Ожидаемые притоки воды в рудник с отдельных горизонтов приведены в табл. 10.

Как видно из таблицы, наиболее водоносными являются известняки карбона, которые могут давать 50% всего водопритока в рудник.

Прорыв большого количества воды в зону обрушения из мощной толщи пород можно предотвратить при условии создания региональной депрессии и снижения уровней в водоносных горизонтах на значительной площади. Это требует сооружения надежной и эффективной системы осушения. Для Яковлевского рудника принят комбинированный способ осушения при помощи водопонижающих скважин с поверхности, сквозных фильтров, дренажных выработок и восстающих скважин.

Для осушения первого этажа, разрабатываемого с.гор. —380 м, необходимо иметь в работе два дренажных горизонта: верхний дренажно-вентиляционный в известняках карбона на отметке —300 м и дренажно-подготовительный на отметке —460 м (в будущем второй рабочий горизонт).

Для обеспечения нормальных условий строительства рудника необходимо предварительно дренировать карбоновый, руднокристаллический и келловейский водоносные горизонты. Дренирование этих горизонтов должно быть произведено до начала эксплуатации рудника.

В связи с высокими напорами подземных вод впервые в практике горних работ будет применяться глубокое водопонижение — на 500 м (см. рис. 76). Система дренажа создается в два этапа. На первом этапе (предварительного водопонижения) до начала строительства рудника закладываются водопонижающие скважины на карбоновый и келловейский горизонты. На втором этапе под защитой этих скважин осуществляется система подземного Дренажа, т. е, проходка основных эксплуатационных выработок в известняках карбона на дренажном горизонте — квершлагов, штреков, ортов. Одновременно на этом же горизонте проходятся дренажные горные выработки.

В период строительства рудника дренажный штрек в известняках карбона проходится вдоль лежачего бока на всем протяжении шахтного поля и по контурам участков первых трех лет выемки, обеспечивающих добычу руды. При этом в целях дренажа используются и выработки вентиляционного горизонта (—300 м).

Проходка дренажных выработок-штреков осуществляется из грузоподъемных и вентиляционных стволов. Скважины и штреки играют основную роль по сбору подземных вод. Штреки проходятся в почве известняков, где остаточные напоры составляют 2—3 кгс/см2. Поэтому проходка их должна осуществляться с опережающими скважинами. Там, где штреки нельзя пройти по подошве известняков, закладываются трубчатые колонны в нижнюю часть известняковой толщи. Одновременно со снятием напора в карбоновом водоносном горизонте вследствие существующей взаимосвязи происходит снижение напоров и в руднокристаллической толще до ее кровли.

Дальнейшее снижение уровнен воды ниже подошвы первого рабочего горизонта осуществляется при помощи горизонтальных и восстающих скважин, закладываемых из забоев, штреков и ортов.

Снятие напоров и осушение водоносных горизонтов, залегающих выше известняков карбона, является обязательным и необходимым для предотвращения проникновения подземных вод в зону обрушения при производстве очистных работ.

Ограждение первоочередных добычных участков замкнутыми контурами производится установками сквозных фильтров на келлопейский, сеноман-альбский и волжский водоносные горизонты (рис. 77).

Специфика условий вентиляции Яковлевского рудника обусловлена:

- большой глубиной к началу очистных работ — 600 м;

- относительно высокой температурой горного массива в районе горных работ;

- значительной протяженностью выработок; обводненностью стенок всех горных выработок и повышенной влажностью воздуха в руднике.

Температура известняков карбона, где расположен дренажно-вентиляционный горизонт, составляет 25,22° С, железных руд — 26,82° С.

Геотермическая ступень Яковлевского рудника (27 м/1°С) значительно ниже геотермической ступени угольных шахт Донбасса (38 м) и шахт Англии (34 м), не говоря уже о рудниках Кривого Рога.

Объясняется это тем, что покрывающими и вметающими породами для рудных залежей Кривого Рога являются кварциты, имеющие высокую теплопроводность; на Яковлевском месторождении. наоборот, покрывающие породы представлены известняками, песками, глинами, песчаниками, которые имеют низкую теплопроводность, играют роль теплового экрана и задерживают теплоизлучение недр.

Для проветривания рудника принята всасывающая диагональная схема. Необходимое количество воздуха — 1070 м3/с каждое шахтное поле проветривается самостоятельно. Свежий воздух поступает по воздухоподающему стволу в количестве 493 м3/с. Основная часть (465 м3/с) -попадает па эксплуатационный гор. —380 м и по квершлагам подается в район очистных работ. Остальная часть (25 м3/с) с гор. —380 м по воздухоподающему стволу и вентиляционному квершлагу поступает к проходческим забоям гор. —460 м (см. рис. 74).

Отработанный воздух из района очистных работ выдается по восстающим на дренажно-вентиляционный гор. —300 м и далее по штрекам, квершлагам и вентиляционным стволам па поверхность.

Проветривание скипового и клетевого стволов и выработок околоствольного двора, в том числе камер дробления и опрокида, производится обособленно, для чего по клетевому стволу подается свежий воздух в количестве 43 м3/с и выдается па поверхность по скиповому.

Сечение всех горно-капитальных и подготовительных выработок принято по условиям вентиляции и составляет: квершлагов 20 м2, главных откаточных штреков лежачего и висячего боков 15 м2.

Проверка вентиляции Яковлевского рудника по теплофизическим факторам показала, что принятому количеству воздуха (1071 м3/с) будет соответствовать температура в районе очистных работ в предках 27—27,5° С. температура исходящей струи будет составлять 28,2—29° С, что недопустимо. Если диаметр скиловых и клетевых стволов определяется размерами подъемных сосудов, трубопроводов, кабелей и типом проводников, то оптимальный диаметр вентиляционных стволов в свету будет определяться минимальными затратами на пропуск по ним потребного количества воздуха и его проходку (рис. 78), т.е. эксплуатационными и капитальными затратами.

Из анализа кривой (см. рис. 78) видно, что величина оптимального диаметра значительно возрастает при подаче в рудник воздуха в интервале 200—500 м3/с (табл. 11).


Это объясняется тем, что стоимость проходки ствола при увеличении диаметра, начиная с 7 м, повышается незначительно. Отсюда можно сделать вывод, что, чем больше производственная мощность рудника, а следовательно чем больше требуется подавать в рудник воздуха, тем экономичнее стволы с точки зрения вентиляции.

Медленный рост стоимости проходки ствола с увеличением его диаметра, начиная с 7,5 м, объясняется тем, что в условиях KMA стоимость замораживания пород составляет 45—47% полной стоимости проходки, а объем замораживаемых пород с увеличением диаметра ствола, начиная с 6 м, изменяется мало.

Так, при увеличении диаметра с 7,5 до 8 м стоимость проходки 1 м ствола возрастает всего лишь на 3,8%.

Рудничный водоотлив. Эксплуатация рудника будет производиться под защитой дрен (см. рис. 76. 77) в известняках карбона (кольцо дренажных штреков и вертикальных скважин — сквозных фильтров).

На гор. —300 м будет поступать 84% притока, на гор. —460 м — 10,5%. На основном эксплуатационном горизонте (—380 м) собственный приток составляет 5,5%.

Главная водоотливная установка для откачки рудничных вод размешается на первом рабочем горизонте (—380 м) в районе околоствольного двора воздухоподающего ствола (см. рис. 74). С гор. —460 м вода насосами вспомогательного водоотлива перекачивается в водосборники главной насосной станции гор. —380 м. С гор. —300 м вода по восстающему подается на гор. —380 м (см. рис. 74).

При расположении главной водоотливной установки на первом рабочем горизонте, срок отработки которого равен 20—25 годам, в случае возможных катастрофических прорывов воды выработки нижнего дренажного гор. —460 м будут являться резервуаром.

Подготовка месторождения. На основании рекомендаций проектных и научно-исследовательских организации институт Южгипроруда заложил в проект рудника для разработки месторождения системами с обрушением, применению которых способствовали большая глубина разработки, повышенное горное давление и хорошая обрушаемость пород кровли, представленных трещиноватыми известняками карбона.

Для слабых и средней крепости руд применяется подэтажное самообрушение (85%), для более устойчивых руд — подэтажное принудительное обрушение (15%). Размеры блоков в плане 50х50 м.

Под каждым блоком оборудуются два погрузочных люка, куда доставляется руда по рудоспускам с аккумулирующего орта, оборудованного пластинчатыми конвейерами. По аналогии с Криворожскими рудниками запроектирована кольцевая схема подготовки месторождения (см. рис. 75).

При данной схеме в лежачем боку проводятся два полевых однопутевых откаточных штрека, сбиваемых между собой через каждые 150—250 м, и однопутевой полевой штрек в висячем боку. Штреки лежачего и висячего боков сбиваются между собой ортами-заездами.

Такая схема подготовки вполне подходит для месторождений сравнительно небольшой мощности (50—100 м), когда месторождение вкрест простирания отрабатывается двумя-тремя блоками, а руды вполне устойчивы. Последнее обстоятельство важно с точки зрения поддержания ортов-заездов, проводимых по руде, особенно при большом горном давлении, а также с точки зрения устойчивости люков и погрузочных камер.

Рудное тело яковлевской залежи характеризуется большой мощностью и большими размерами рудных площадей в шахтных полях. Так, площадь рудной залежи в пределах, принятых для разработки двух шахтных полей, составляет на первом рабочем горизонте 2 млн. м2. Орты-заезды должны сохраняться на весь период отработки панели. Срок службы каждого орта-заезда при сроке отработки блока 6 мес будет составлять 36—48 мес, так как панель содержит 6—8 блоков.

Опыт отечественных и зарубежных глубоких рудников, а также исследования, проведенные ВНИМИ и Криворожским горно-рудным институтом, показывают, что при отработке Яковлевского месторождения будет развиваться большое горное давление на днища блоков к орты-заезды. Поэтому сохранить откаточный орт-заезд длиной 400—600 м до конца отработки всей панели, то едва ли будет возможно. Если же удастся сохранить орт-заезд, то на его поддержание в течение 3—4 лет потребуются большие тру. дозатраты и средства. He менее сложно обеспечить устойчивость под каждым блоком погрузочных люков и ниш.

С учетом отмеченных недостатков для подготовки месторождений KMA большой горизонтальной мощности с преимущественно слабыми рудами (таких, как Яковлевское и Гостищевское) разработана и предложена безортовая схема подготовки.

Вместо ортов-заездов при этой схеме на 10 м ниже горизонта доставки проводят доставочно-откаточные орты (рис. 79, 80). Руда с горизонта доставки по рудоспускам поступает на почву откаточного орта, грузится в транспортные сосуды и доставляется к рудоспуску в конце орта. По рудоспуску руда поступает на почву погрузочной камеры и малогабаритным подземным экскаватором грузится в вагон. Все выработки, связанные с погрузкой руды (рудоспуск, погрузочная камера и др.), располагаются в крепких гранитах лежачего бока и обслуживают всю панель (6—9 блоков).

При этой схеме отпадает необходимость в проведении и оборудовании в слабых неустойчивых рудах двух погрузочных камер и люков под каждым блоком, как принято при кольцевой схеме подготовки, запроектированной для Яковлевского рудника.

При ортовой схеме подготовки в блоке проходится три яруса выработок: орт-заезд на горизонте откатки, аккумулирующий орт (на 10 м выше откаточного горизонта) и выработки горизонта доставки (скреперования). При безортовой схеме проходится только два яруса выработок: доставочно-откаточный орт и выработки горизонта скреперования.

Основным преимуществом безортовой схемы подготовки является то, что доставочно-откаточный орт может гаситься вслед за подвиганием очистных работ вкрест простирания. Это дает возможность снизить расходы на его поддержание, так как каждый участок под отрабатываемым блоков будет служить только 6 мес (срок отработки блока), т. е. необходимость в поддержании орта в течение 3—4 лет отпадает.

Исследования показали, что при полной отработке первого рабочего гор. —380 м при безортовой подготовке затраты составят 6,12 млн. руб., при кольцевой — 29,7 млн. руб.

Гомозя экономия от исключения ортов-заездов составит 1,05 млн. руб. Без учета эксплуатационных затрат на поддержание каждого орта-заезда в течение 3—4 лет экономия, приведенная к 1 т товарной руды, составит 5,8 коп.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: