Системы разработки рудных месторождений

Классификация способов подготовки горизонтов при разработке рудных месторождений

Панельная с камерами, расположенными между главными штреками

Панельная подготовка

Панельная с камерами, расположенными между панельнымиштреками

Панельно-столбовая

Этажная для крутых и крутонаклонных залежей

Этажная подготовка

Этажная для свиты мощных пологих и наклонных залежей

Схема деления пологой залежи на панели и блоки:

1-панель; 2-блок; 3-блоковые восстающие и рудоспуски; 4-вентиляционный ствол; 5-панельный откаточный штрек; 6-главный откаточный штрек; 7-вспомогательный ствол; 8-рудоподъемный ствол; b_п- ширина панели, (А-А сечение по линии разреза А-А, Б-Б сечение по линии разреза Б-Б )

Схема вскрытия и подготовки рудных месторождений с концентрациоными горизонтами:

1-концентрационные горизонты; 2-промежуточные горизонты; 3-рудоспуски; 4-рудоподъемный ствол; 5-бункер; 6-дозатор; 7-вспомогательный слепой cтвол для обслуживания промежуточных горизонтов

Схема деления крутых и наклонных залежей на этажи:

1-откаточный штрек; 2-откаточные горизонты; 3-граница очистных блоков; 4-отрабатываемая пустая порода; 5-теряемый участок руды; hэ-высота этажа вертикальная; hэн-высота этажа наклонная; h-высота блока по вертикали; h1-высота блока по нормали к падению

Порядок отработки блоков при ведении очистных работ на двух этажах:

1—11-блоки в стадии выемки руды; I— III-этажи (А-А сечение по линии разреза А-А, Б-Б сечение по линии разреза Б-Б )

направление движения порожнего транспорта направление движения груженого транспорта

Схемы подготовки откаточных горизонтов:

а-штрековая рудная подготовка с тупиковой схемой транспорта; 1-рудный штрек; 2-разминовка; 3-пункты погрузки в откаточные вагонетки; 4-квершлаги, ведущие к вентиляционному стволу; 5-квершлаг, ведущий к рудовыдачному стволу; 6-полевой штрек; 7-орт

направление движения порожнего транспорта направление движения груженого транспорта

Схемы подготовки откаточных горизонтов:

б-штрековая комбинированная подготовка с кольцевой откаткой; 1-рудный штрек; 2-разминовка; 3-пункты погрузки в откаточные вагонетки; 4-квершлаги, ведущие к вентиляционному стволу; 5-квершлаг, ведущий к рудовыдачному стволу; 6-полевой штрек; 7-орт

направление движения порожнего транспорта направление движения груженого транспорта

Схемы подготовки откаточных горизонтов:

в - ортовая подготовка с тупиковой схемой транспорта; 1-рудный штрек; 2-разминовка; 3-пункты погрузки в откаточные вагонетки; 4-квершлаги, ведущие к вентиляционному стволу; 5-квершлаг, ведущий к рудовыдачному стволу; 6-полевой штрек; 7-орт

направление движения порожнего транспорта направление движения груженого транспорта

Схемы подготовки откаточных горизонтов:

г - ортовая подготовка с кольцевой откаткой; 1-рудный штрек; 2-разминовка; 3-пункты погрузки в откаточные вагонетки; 4-квершлаги, ведущие к вентиляционному стволу; 5-квершлаг, ведущий к рудовыдачному стволу; 6-полевой штрек; 7-орт

Вопрос №6 – «Способы подготовки разрезов и карьеров. Понятие основных элементов (коэффициент вскрыши, уступ, забой и пр.)». (20 минут)

Основные типы открытых горных выработок: наклонные и горизонтальные траншеи и полутраншеи.

Открытые горные выработки: наклонная траншея

Открытые горные выработки: наклонная полутраншея

Открытые горные выработки: горизонтальная траншея

Открытые горные выработки: горизонтальная полутраншея

Основные элементы карьера: его дно, лежачий, висячий и торцевые борта, линии нижнего и верхнего контуров. Различают также борта - рабочий и нерабочий, т.е.на которых ведутся горные работы или завершены (находятся в конечных контурах).

Главные геометрические параметры карьера: глубина (конечная и текущая), углы наклона рабочих и нерабочих бортов, длина и ширина по земной поверхности, ширина дна, площадь карьера в верхних контурах, его объём.

Как производственная единица, карьер характеризуется производственной мощностью, т.е. количеством добываемого за год полезного ископаемого и вскрышных пород.

Характерной особенностью открытого способа разработки полезных ископаемых является необходимость удаления больших объёмов пустых пород, вмещающих полезное ископаемое. Эти пустые породы принято называть вскрышными, а комплекс горных работ по их удалению из карьерного поля – вскрышными работами. Соответственно, добычными работами называются горные работы по непосредственному извлечению из земных недр полезных ископаемых.

Область информации

Вскрышные породы транспортируются в специальные места размещения, где укладываются в штабеля, называемые отвалами. Располагаются отвалы в выработанном пространстве карьерного поля (внутренние отвалы) или за проектными контурами карьера (внешние отвалы).

Карьер в процессе эксплуатации систематически увеличивает свои размеры. Расширение его контуров происходит в ширину и вглубь горного массива.

Карьер для разработки горизонтальных и пологозалегающих месторождений

Карьер для разработки наклонных и крутопадающих месторождений

Основные элементы и параметры карьера:

Н_к- конечная (проектная) глубина; Н_т– текущая глубина; В – проектная ширина дна; γ_ви γ_л – углы наклона нерабочих бортов; β_ви β_л – углы наклона рабочих бортов

Разработка полезного ископаемого и вскрышных горных пород в границах карьерного поля осуществляется слоями – обычно горизонтальными, реже наклонными или крутыми. Эти слои в толще полезного ископаемого и вскрышных пород образуют ступенчатую форму поверхности карьера, каждая ступень которого называется уступом.

Выделяются элементы уступа – нижняя и верхняя площадки, откос, торец, верхняя и нижняя бровки. Основные параметры уступа – его высота, угол наклона откоса, ширина нижней и верхней площадки.

Различают рабочие уступы, т.е. находящиеся в стадии разработки, и нерабочие, в которых горные работы завершены. Особенностью рабочего уступа является то, что он разрабатывается самостоятельными средствами выемки и транспорта. Рабочий уступ может быть разделён на подуступы, которые не имеют самостоятельных средств выемки и транспорта. Нерабочие уступы у конечных проектных границах карьера, наоборот, нередко сдваиваются или страиваются с целью максимального приближения их к устойчивому контуру карьера.

Площадка уступа называется рабочей, если на ней расположено выемочное оборудование (экскаватор) и транспортные коммуникации (рельсовые пути или автодорога). В случае, если площадка предназначена только для работы транспортных средств, то она называется транспортной площадкой или транспортной бермой. Вместо понятий «рабочая и транспортная площадка» нередко используется синоним – рабочий или транспортный горизонт.

Выделение в карьерном поле уступов и обоснование их параметров выполняется с учётом природных, технических, горно-технологических и экономических факторов. При этом принимается во внимание устойчивость массивов горных пород, форма и условия залегания толщи полезного ископаемого и вскрышных пород, тип и рабочие параметры горного и транспортного оборудования, порядок (система) разработки месторождения, схема транспортного доступа к залежи, ценность полезного ископаемого и затраты на его добычу и переработку.

Основные элементы уступа карьера и его параметры:

h – высота уступа; α – угол наклона откоса; А – ширина заходки; b₁ – ширина транспортной площадки (бермы); b₂ – ширина рабочей площадки

Подуступ:

h – высота уступа; h_в и h_н- высота верхнего и нижнего подуступа

Увеличение высоты уступов у конечных контуров карьера. ∑h – суммарная высота сдвоенного (h₁+h₂) уступа в конечных контурах карьера

Забоем называется поверхность, формируемая в земных недрах при выполнении горных работ, являющаяся объектом их непосредственного воздействия. Форма забоя зависит от типа рабочего органа выемочного оборудования, а также от свойств горного массива

Забои:

а – мехлопаты в рыхлом массиве

Забои:

б – мехлопаты в скальном массиве

Забои:

в - драглайна

Забои:

г - гидравлической лопаты

Забои:

1 - добычной; 2 - вскрышной; 3 – проходческий; 4 – рудное тело; 5 – разрезная траншея; 6 - рабочий горизонт вскрышных работ; 7 - рабочий горизонт добычных работ

Вопрос №7 – «Понятие о системах разработки и их классификация». (20 минут)

Разнообразие горно-геологических условий залегания угольных пластов предопределяет применение различных систем разработки и их вариантов

Системы разработки пластовых месторождений

Сплошные

С длинными очистными забоями

Системы разработки с выемкой пласта на полную мощность

Столбовые

Комбинированные

Столбовые

С короткими очистными забоями

Камерные

Камерно-столбовые

С разделением пласта на слои

Наклонные

Горизонтальные

Подэтажные штреки

Поперечно наклонные

Полосы и заходки

Сплошная система разработки

Сплошная система разработки характеризуется одновременным ведением подготовительных и очистных работ в выемочном поле. Забои откаточного (конвейерного) и вентиляционного штреков, формирующих выемочное поле, движутся в том же направлении, что и очистной забой.

В зависимости от наклонной высоты этажа (яруса) в нем может размещаться один, два или три очистных забоя.

Достоинствами сплошной системы разработки являются быстрый ввод в эксплуатацию очистных забоев и возможность размещения в шахте пустой породы, получаемой при проведении подготовительных выработок.

Основные недостатки: сложность совмещения подготовительных и очистных работ в одном выемочном поле; большие затраты на поддержание подготовительных выработок; отсутствие доразведки условий залегания угольного пласта; утечки воздуха через выработанное пространство.

Сплошная система разработки пологих пластов: а — лава-этаж;

1 — капитальный бремсберг; 2 — людской ходок; 3 — этажный откаточный штрек; 4 — просек; 5 — печь; 6 — очистной забой; 7—этажный вентиляционный штрек; 8 — бутовая полоса; 9 — разрезная печь; 10 — шурф

Сплошная система разработки пологих пластов: б — с разделением этажа на подэтажи

Косовичник, косовичный просек (back entry) — подземная выработка, формируемая в раскоске между угольным массивом (целиком) и полосой закладочного материала. Создаётся главным образом для проветривания забоя и сбора воды из горизонтальной или наклонной выработки (также для транспортирования угля и передвижения людей), проводимой широким забоем.

Столбовая система разработки

Область информации

Поддержание подготовительных выработок в зоне влияния очистных работ на пластах средней мощности становится затруднительным. Поэтому целесообразнее применять такую систему разработки, при которой выработки располагаются в нетронутом массиве полезного ископаемого.

Современные средства механизации очистных работ позволяют достигать высоких скоростей подвигания лав и, следовательно, высоких нагрузок на забой. Добычное и проходческое оборудование наиболее эффективно используется при независимом ведении очистных и подготовительных работ и опережающей подготовке выемочного поля. Этим условиям в большей мере отвечает более прогрессивная система разработки — столбовая.

Столбовая система разработки — это такая система, при которой часть пласта в пределах этажа или яруса до начала очистных работ оконтуривается подготовительными выработками, ограничивая тем самым так называемый выемочный столб. В зависимости от ориентировки столба относительно элементов залегания пласта различают длинные столбы по простиранию, длинные столбы по падению (восстанию), диагональные столбы.

Наиболее распространенными являются разновидности системы разработки длинными столбами по простиранию: на пологих и наклонных пластах — лава-этаж или с разделением этажа на подэтажи при этажной подготовке, лава-ярус — при панельной подготовке; на крутонаклонных и крутых пластах — лава-этаж или с разделением этажа на подэтажи.

Для столбовых систем разработки характерны следующие особенности:

-обратный порядок отработки пласта (т.е. от границ – к вскрывающей выработке) в крыле шахтного поля (лава-этаж) или в пределах выемочного поля (к участковому или панельному бремсбергу, скату);

-разделение в пространстве и времени очистных и подготовительных работ в пределах этажа (подэтажа) или яруса;

-подготовительные выработки поддерживаются в массиве, по мере подвигания очистного забоя они погашаются (или частично сохраняются при бесцеликовой подготовке).

Простейшим вариантом системы разработки длинными столбами по простиранию является лава-этаж, при котором этажные откаточный и вентиляционные штреки проводят до границ шахтного поля, где их соединяют разрезной печью. В разрезной печи монтируют очистное оборудование и ведут выемку в направлении к стволу.

Система разработки длинными столбами по простиранию при панельной подготовке (лава-ярус): 1 — откаточный штрек; 2 — просек; 3 — путевой ходок; 4 — панельный бремсберг; 5 — людской ходок; 6—ярусный конвейерный штрек; 7 — ярусный вентиляционный штрек; 8— очистной забой; 9— разрезная печь; 10 – шурф.

Система разработки длинными столбами по простиранию с разделением этажа на подэтажи:

1 — этажный откаточный штрек; 2 — просек; 3 — промежуточный вентиляционный штрек; 4 — промежуточный конвейерный штрек; 5 — этажный вентиляционный штрек; 6 — участковый бремсберг

Щитовая система разработки

Разновидностью столбовой системы является щитовая система разработки, применяемая преимущественно на мощных крутых пластах. Она представляет собой систему длинных столбов по простиранию с выемкой пласта на полную мощность полосами по падению под перекрытием специальной щитовой крепи конструкции Н.А. Чинакала.

Подготовка выемочного поля заключается в проведении этажных откаточного и вентиляционного штреков от промежуточных квершлагов до его границ. Выемочное поле, отрабатываемое в направлении к промежуточному квершлагу, разделяют на выемочные щитовые столбы шириной 24—30 м с оставлением между ними целика шириной 2 м.

Щитовая система разработки:

1 — промежуточный квершлаг; 2 — откаточный штрек; 3 — ходовая печь; 4 — углеспускная печь; 5 — специальная вентиляционная печь; 6 — вентиляционная печь (запасной выход); 7—вентиляционный штрек

Системы разработки с короткими очистными забоями

К системам разработки с короткими очистными забоями относятся системы, длина очистных забоев которых не превышает 20 м. К коротким очистным забоям относятся камеры и заходки. В таких забоях все процессы очистной выемки упрощаются, что обусловливает сравнительно высокие технико-экономические показатели. Но для них характерен более высокий уровень потерь полезного ископаемого. Системы разработки этой группы могут применяться на пластах средней мощности и мощных при любых углах падения. В отечественной практике угледобычи имеют ограниченное применение, главным образом, на участках с большим количеством тектонических нарушений, при доработке участков там, где невозможно эффективно использовать современные высокопроизводительные механизированные комплексы.

Системы разработки с короткими очистными забоями весьма разнообразны. Основными из них являются: камерная и камерно-столбовая система разработки; система разработки короткими столбами и заходками; камерная система разработки с отбойкой из подэтажных штреков, иногда применяемая на мощных крутых пластах, и др. Их применяют для добычи калийной соли, сланцев и угля.

Одной из распространенных систем является камерная система разработки

Выемка угля в камере начинается с проходки горловины длиной 3—5 м и шириной 2 м. Затем ее расширяют до размеров ширины камеры, равной 4—12 м, образуя короткий очистной забой. Забой подвигают по восстанию пласта или диагонально до границ шахтного поля или панели. Длина камер достигает 200—250 м. Между смежными камерами оставляются целики шириной 3—5 м. Обычно забои смежных камер работают с некоторым опережением относительно друг друга.

Проходка выработок и выемка угля в камере осуществляются проходческими комбайнами или БВР. Для крепления в камерах применяют анкерную крепь. При благоприятном соотношении ширины камеры и междукамерного целика возможно полное отсутствие крепи. Управление кровлей — удержание на целиках. Доставка угля в камере осуществляется самоходными вагонетками или конвейерами. Для проветривания камер в междукамерных целиках образуют вентиляционные сбойки.

В таком виде камерную систему разработки применяют на пластах мощностью 1,5—3,5 м с углом падения до 10°. В отдельных случаях после отработки двух смежных камер обратным ходом осуществляют частичное погашение междукамерного целика. Такой вариант представляет собой разновидность камерно-столбовой системы разработки.

Камерная система разработки:

1 — главный откаточный штрек; 2 — камера; 3 — вентиляционная сбойка; 4 — междукамерный целик; 5 — очистной комбайн

Слоевые системы разработки

Мощные угольные пласты в некоторых горно-геологических условиях не представляется возможным отрабатывать на полную мощность. Их отработку осуществляют отдельными частями — слоями.Слой — ограниченная двумя параллельными плоскостями часть мощного угольного пласта, отрабатываемая как пласт средней мощности.

Условные плоскости, разделяющие пласт на слои, могут располагаться параллельно кровле и почве, горизонтально или наклонно к плоскости напластования. В зависимости от этого различают деление мощных пластов нанаклонные, горизонтальные и поперечно-наклонные слои.

Схемы деления мощного пласта на наклонные (а), горизонтальные (б) и поперечно-наклонные (в) слои.

Сплошная система разработки

Сущность системы заключается в выемке руды по всей ширине панели на всю мощность рудного тела. Очистное пространство панели ограждают с четырех сторон панельными (барьерными) целиками, а кровлю поддерживают опорными целиками, оставляемыми в очистном пространстве.

Условия применения системы следующие: устойчивые руды и породы; мощность рудного тела от 1 до 25 м; угол падения от 0 до 10° (при использовании самоходного оборудования) от 0 до 40° (при применении переносного оборудования); ценность руд средняя вследствие больших потерь в целиках, которые, как правило, не извлекают; содержание металлов в руде должно быть примерно постоянным.

1–панельный целик; 2– сбойки с панельным штреком; 3–опорные целики; 4–самоходная бурильная установка; 5–навал отбитой руды; 6–экскаватор; 7–вентиляционный панельный штрек; 8–автосамосвал; 9–машина для сборки и крепления кровли (А-А сечение пласта по линии А-А, Б-Б сечение пласта по линии Б-Б, В-В сечение пласта по линии В-В, применительно к изометрии А-А – вид сверху, Б-Б – вид спереди, В-В – вид сбоку)

Камерно-столбовая система разработки

Основной выемочной единицей при этой системе разработки также является панель, которую рядами целиков разделяют на камеры, расположенные по простиранию или падению залежи.

Выемку панельных запасов руды при камерно-столбовой системе разработки осуществляют отдельными забоями в камерах. В каждой камере поочередно выполняют все основные производственные процессы. В остальном система схожа со сплошной.

Условия применения этой системы следующие: устойчивость руд и пород может быть ниже, чем при использовании сплошной системы, из-за уменьшенных размеров камер; мощность рудного тела — от 2-3 до 12—15 м (при использовании самоходного оборудования) и до 15—20 м (в варианте системы со взрыводоставкой); угол падения — до 20—25° (при применении самоходного оборудования) и до 35—50° (при использовании взрыводоставки); ценность руд может быть достаточно высокой при частичном или полном извлечении целиков; качество руд (содержание металлов) может колебаться в довольно широких пределах, так как выемка изолированными камерами позволяет при необходимости добывать руду раздельно по сортам.

1–квершлаг откаточного горизонта; 2–подстилающие породы; 3–рудное тело; 4–погрузо-доставочная машина; 5–навал отбитой руды в камере; 6–самоходная бурильная установка; 7–наклонный заезд; 8–опорные целики; 9–сбойка с вентиляционным штреком; 10-панельный целик; 11-вентиляционный штрек; 12-погрузо-доставочная машина на разгрузке; 13-рудоспуск

1–доставочный штрек; 2–траншейный штрек; 3–сбойка восстающего с буровыми подэтажами; 4–блоковые восстающие; 5–границы камеры; 6–междуэтажный целик (наклонная потолочина); 7–обрушенная порода; 8–вентиляционный штрек; 9–междукамерный целик; 10-рудоспуск; 11-буровые подэтажные штреки; 12-взрывные скважины; 13-погрузочные заезды (А-А сечение пласта по линии А-А (план горных выработок в плоскости залегания полезного ископаемого), Б-Б сечение пласта по линии Б-Б (вертикальный разрез вкрест простирания залежи), В-В сечение пласта по линии В-В, применительно к изометрии рис. 3а А-А – вид спереди, Б-Б – вид сбоку, В-В – вид сверху)

1–откаточный штрек; 2–блоковый восстающий; 3–сбойка с камерой; 4–вентиляционный штрек; 5–поверхность замагазинированной отбитой руды; 6–шпуры, буримые телескопным перфоратором; 7–пустая порода в воронках отработанного этажа; 8–потолочина; 9–отбитая руда перед массовым выпуском; 10-днище блока (А-А сечение пласта по линии А-А, Б-Б сечение пласта по линии Б-Б, В-В сечение пласта по линии В-В, применительно к изометрии А-А – вид спереди, Б-Б – вид сбоку, В-В – вид сверху)

1–откаточный штрек; 2–блоковый восстающий; 3– вентиляционный штрек; 4–обрушенная порода; 5–отбитая руда; 6–днище блока; 7–ниша вибропитателя; 8–воронка; 9–погрузочный орт; 10-веер скважин; 11-буровые подэтажные выработки

1–откаточный штрек; 2–рудоспуск; 3–подэтажные штреки; 4–подэтажные орты; 5–слой отбитой руды; 6–обрушенная порода; 7–веера скважин; 8–орт в процессе проведения; 9–место выпуска отбитой руды в торце орта

1–горизонт подсечки; 2–выпускные воронки; 3–горизонт доставки; 4–рудоспуски; 5–транспортный горизонт

Заключительная часть занятия (5 минут)

Преподаватель доводит задание на самоподготовку и подводит итоги занятия.

Отмечает студентов, наиболее активно работавших на занятии. Отвечает на задаваемые вопросы. Подается команда к завершению занятия.

Заведующий кафедрой ГДиВБ Л. В. Пихконен