Государственный комитет Российской Федерации по рыболовству

Государственный комитет российской федерации ПО РЫБОЛОВСТВУ

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Мурманский государственный технический университет»

 

 

В.Г. ЕДИГАРЬЕВ, Г.Г. МИЛЕХИН

 

СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

 

 

Допущено Ученым советом университета

в качестве учебного пособия

по дисциплине «Системы разработки рудных месторождений»

для студентов, обучающихся по специальности 130404

«Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»

 

 

 

Мурманск

УДК 622.34

ББК 33.32

Е 33

Едигарьев В.Г. Системы разработки рудных месторождений: Учебное пособие по специальности «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых»/В.Г. Едигарьев, Г.Г. Милехин. - Мурманск: Изд-во МГТУ, 2008.-115с.

 

В пособии рассмотрены системы разработки месторождений полезных ископаемых подземным способом, даны их классификация, характеристика, методика выбора. Изложены технология, механизация и организация ведения подготовительных, нарезных и очистных работ. Исходя из требований к системам разработки, даны анализ показателей извлечения руды и принципы оценки экономической эффективности технологии.

Предназначено для студентов, обучающихся по специальности «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых».

The textbook deals with the methods of underground mining of mineral deposits; classification, characteristics and selection technique are presented. Attention is paid to technology, mechanization and organization of developing works, first works and stoping. The analysis of ore extraction values and assessment principles of economical effectiveness of technology is given based on required methods of mining.

It is of use for students, majoring in “Underground Mining of Mineral Deposits”.

 

 

Ил. 41, список лит.-14 назв.

 

Рецензенты: О.Е. Чуркин, канд. техн. наук, зав. лабораторией Горного

института КНЦ РАН;

Кафедра физики горных процессов и геофизики

КФ ПетрГУ.

Едигарьев Валерий Георгиевич

Милехин Георгий Георгиевич

СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

© Мурманский государственный

технический университет, 2008

© В.Г. Едигарьев, 2008

©Г.Г. Милехин, 2008

ISBN

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 6

Глава 1. Промышленная характеристика месторождений 7

1.1. Классификация запасов полезных ископаемых 7

1.2. Горнотехнические условия месторождений 8

1.3. Потери и разубоживание при подземной разработке месторождений 11

1.4. Требования к подземной разработке месторождений 13

Глава 2. Классификации и основные показатели эффективности систем разработки рудных месторождении 15

2.1. Принципы построения классификаций систем разработки 15

2.2. Классификация систем разработки по М.И. Агошкову 17

2.3. Показатели эффективности систем разработки 19

Глава 3. Системы разработки с открытым очистным пространством 21

3.1. Потолкоуступные системы 22

3.1.1. Потолкоуступная система с применением переносного оборудования. 22

3.1.2. Потолкоуступная система разработки с применением механизированных комплексов 24

3.2. Сплошная система разработки 27

3.3. Камерно-столбовые системы разработки 30

3.3.1. Камерно-столбовая система разработки со скважинной отбойкой и скреперной доставкой руды 30

3.3.2. Панельно-столбовая система разработки с применением самоходного оборудования 32

3.3.3. Камерно–столбовая система разработки с механической отбойкой руды 34

3.3.4. Камерно-столбовая система разработки с доставкой руды взрывом 37

3.4. Камерные системы разработки 39

3.4.1. Системы разработки с подэтажной отбойкой руды 40

3.4.2. Система разработки с отбойкой из подэтажных штреков с последующим обрушением целиков 42

3.4.3. Система разработки с отбойкой из подэтажных ортов с последующей закладкой камер 46

3.4.4. Система разработки с подэтажной отбойкой камер ромбовидной формы и последующей закладкой 50

3.4.5. Этажно-камерная система разработки 53

Глава 4. Системы разработки с магазинированием руды 57

4.1. Система разработки с магазинированием руды и рудной подготовкой 57

4.2. Система разработки с магазинированием руды и оставлением подштрекового целика 59

4.3. Система разработки с магазинированием руды и полевой подготовкой 61

Глава 5. Системы разработки с закладкой очистного пространства 64

5.1. Система разработки с несвязной закладкой и применением переносного оборудования 64

5.2. Система разработки с раздельной выемкой и закладкой 66

5.3. Система разработки с твердеющей закладкой и применением самоходного оборудования 68

5.4. Система разработки с твердеющей закладкой и нисходящей выемкой 70

Глава 6. Системы разработки с обрушением вмещающих пород 73

6.1. Столбовые системы разработки с обрушением кровли 73

6.1.1. Столбовые системы разработки с обрушением кровли и выемкой столбов заходками 74

6.1.2. Столбовые системы разработки с обрушением кровли и выемкой забоем-лавой 76

6.2. Слоевое обрушение с выемкой руды заходками 78

Глава 7. Системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород 82

7.1. Система разработки подэтажного обрушения с двухстадийной выемкой 82

7.2. Системы разработки подэтажного обрушения с одностадийной выемкой и торцовым выпуском руды 85

7.2.1. Вариант системы разработки подэтажного обрушения с отбойкой руды из буродоставочных ортов и торцовым выпуском руды 86

7.2.2. Вариант системы разработки подэтажного обрушения с отбойкой руды из буродоставочных штреков

и торцовым выпуском руды 90

7.2.3. Вариант системы разработки с подэтажной отбойкой с увеличенной высотой подэтажа и торцовым выпуском руды 92

7.3. Системы этажного обрушения 93

7.3.1. Система разработки этажного обрушения с двухстадийной выемкой 94

7.3.2. Система разработки этажного обрушения с одностадийной выемкой 96

Глава 8. Комбинированные системы разработки 99

8.1. Схемы отработки целиков при открытых камерах 100

8.2. Схемы отработки целиков при замагазинированных камерах 101

8.3. Комбинированные системы с закладкой камер 102

8.4. Комбинированные системы с последующей закладкой камер 102

Глава 9. Выбор систем разработки 104

9.1. Факторы, влияющие на выбор систем разработки 104

9.2. Методика выбора систем разработки по горно-геологическим факторам 104

9.3. Особенности выбора систем разработки с изменчивыми горногеологическими условиями разработки 107

9.4. Методика расчета себестоимости добычи по системе

разработки 108

9.5. Методика расчета экономических последствий от потерь и разубоживания руды 111

Рекомендуемая литература 114

 

 

ВВЕДЕНИЕ.

Горно-геологические условия разработки месторождений полезных ископаемых подземным способом отличаются чрезвычайным разнообразием. Простирание рудных тел колеблется от сотен метров до нескольких километров с различной глубиной залегания. Мощность рудных тел изменяется от нескольких сантиметров до сотен метров, а угол падения - от 0 до 90 градусов. Также разнообразны морфология рудных тел, неравномерность оруденения и физико-механические свойства руды и вмещающих пород. Такое разнообразие условий предполагает очевидное разнообразие технологий добычи, а именно - систем разработки. Правильный выбор систем разработки, выбор, адекватный природным условиям разрабатываемых месторождений, одна из главных задач геотехнологии, решаемая горняками.

Системы разработки во многом определяют эффективность технологии подземной добычи руды.

Так, удельный вес затрат по системам разработки при отработке рудных месторождений в полной себестоимости добычи 1т руды на отечественных подземных рудниках составляет от 30 до 50%, а в общей трудоемкости работ по руднику доля затрат по системам равна 25-40%. В общей экономической эффективности, учитывающей кроме прямых производственных денежных издержек еще и экономический ущерб от потерь и разубоживания руды, стоимостные затраты, непосредственно зависящие от системы разработки, составляют уже не 30%, а 55-70%, достигая 85-90% при разработке ценных руд цветных металлов.

Разбор и описание систем разработки представлены с технико-экономической оценкой их по основным факторам - безопасности работ, производительности труда, интенсивности разработки, затратам на добычу и полноте использования недр. Показаны направления дальнейшего совершенствования систем разработки на основе механизации и применения эффективной технологии добычи руды.

В пособии учтены опыт проектирования и эксплуатации рудных месторождений и достижений горной науки и техники.

 

 

Требования к подземной разработке месторождений.

Правильная разработка месторождений должна удовлетворять следующим требованиям.

1. Безопасность работ и соблюдение санитарных условий.

2. Недопущение сверхнормативных потерь и разубоживания полезного ископаемого, а также выборочной отработки богатых легкодоступных участков.

3. Минимальная себестоимость и максимальная производительность труда при добыче руды.

4. Обеспечение качества и количества добываемой рудной массы.

5. Комплексное использование запасов месторождения и вмещающих пород, а также выработанного пространства.

6. Стабильное качество руды, поступающей на переработку.

7. Комплексное использование месторождения.

8. Охрана месторождения от затопления, пожаров, обводнения и т.д.

9. Возможное использование выработанного подземного пространства.

10. Сохранение поверхности земли от обрушения.

11. Охрана атмосферного воздуха, земель, лесов и вод.

12. Сохранение заповедных и охраняемых зон.

13. Рекультивация нарушенных земельных участков.

 

Потолкоуступная системы.

Вариант системы разработки подэтажного обрушения с отбойкой руды из буродоставочных ортов и торцовым выпуском руды.

Подготовительные работы заключаются в проведении полевого (а) и рудного (б) штреков откаточного горизонта (1), а также участковых восстающих (2) и участковых рудоспусков (3) (рис. 34).

Нарезные работы заключаются в проведении на каждом подэтаже полевых доставочных штреков (4) и разгрузочной камеры (5) с рудоскатом (6), пройденными в районе каждого рудоспуска. Кроме этого, проводятся буродоставочные орты (7), отрезной штрек (8) и вентиляционные штреки (9).

Очистная выемка. Отработка каждого подэтажа начинается с выемки в районе висячего бока «вырезной» секции (10). Для того, чтобы по мере выемки вырезной секции не происходило уменьшения ее ширины, отбойка в ней производится скважинами, пробуренных с некоторым «перебуром».

Отбойка руды в отрабатываемой секции производится веерами скважин, которые сразу пробуриваются на всю ширину секции, с тем чтобы повысить интенсивность отбойки и сократить время отработки секции. Бурение осуществляется самоходными буровыми установками для бурения скважин. Угол наклона забоя можно выбирать в зависимости от соотношения размеров кусков руды и обрушенных пород (рис. 35).

Рис. 34. Система разработки подэтажного обрушения с отбойкой из буродоставочных ортов с торцовым выпуском руды

а-полевой штрек; б-рудный штрек; 2-участковый восстающий; 3-участковый рудоспуск; 4-доставочный штрек; 5-разгрузочная камера; 6-рудоскат; 7-буро-доставочный орт; 8-отрезной штрек; 9-вентиляционный штрек; 10-вырезная секция.

 

 

 

Таблица 1.- Конструктивные параметры и показатели извлечения по системе подэтажного обрушения с торцовым выпуском руды.

Рудник, страна, тип руды	Морфология рудных тел	Параметры системы, м	Показатели извлечения, %
Угол падения,^o	Мощность залежи, м	Сечение выработок	Высота подэтажа	Расстояние между выработками	потери	разубоживание
«Кируна», Швеция, железная	45-60	50-200	5х3,7		12-16
5х7	28,5	н.д.	15-25	15-40
«Мальбергет», Швеция, железная			5,5х3,8
5х7	28,5-30,5	н.д.	15-25	15-40
«Бор», Югославия, медная	70-90	10-20	3х3
«Маунт-Айза», Австралия, свинцово-цинковая	н.д.	1,5-45	3,7х4,4	14,5	н.д.	н.д.	н.д.
«Стоби», Канада, никелевая	крутое		н.д	15,6	8,6	н.д	н.д
«Муфулиро», Замбия, медная			н.д.	15,2	10,2		20-30
«Грейс», США, железная		100-130	н.д.		н.д	н.д	н.д
«Южная», Россия, железная	35-40	45-80	12 м^2			8,9	23,1
«Сидеритовая», Россия, железная	25-55	4-25	10-11 м^2	н.д.	н.д.	19,6	9,1
«Юбилейный», Россия, оловянная	30-90					16,0	24,5
	5,9	14,7
Солнечный ГОК, Россия, оловянная						10,9	20,2
	10,9	17,5
ПО «Апатит», Россия, апатито-нефелиновая						14,8	15,0

 

За одну отбойку взрывают 1-2 веера. После взрыва приступают к погрузке руды ковшовыми погрузочно-доставочными машинами, которые доставляют руду от торцевого забоя по подэтажным буродоставочным ортам на доставочный штрек (9) и по нему к разгрузочной камере (5) участкового рудоспуска. По рудоспуску руда перепускается на откаточный горизонт, на котором, как правило, должна быть организована кольцевая откатка по рудному (а) и полевому (б) откаточным штрекам, соединенным через каждые 300-500м ортами.

При такой схеме откаточный штрек должен быть двухпутевым, то есть один путъ занимает загружаемый состав, а другой предназначается для движения составов с других участков рудника.

В вариантах системы с торцовым выпуском руды потери и разубоживание зависят не только от параметров отбиваемого слоя но и от глубины захвата руды погрузочной машиной. Чем глубже внедряются захватывающие элементы машины в руду, тем равномернее оседает обрушенная руда и тем большие размеры имеет обрушенный слой. Поэтому перспективным при этих системах является выпуск руды с применением вибропитателей, конвейеров, имеющих возможность работать «под завалом», а также специальных щитов, на которые обрушают руду и под защитой которых ведут выпуск.

Рис. 35. Положение забоя при торцевом выпуске руды

Управление горным давлением заключается в нахождении такого порядка отработки секции в подэтаже, чтобы создать благоприятные условия для самообрушения вмещающих пород.

Общий порядок отработки месторождения по горизонтали – от центра к флангам. Порядок отработки этажа по вертикали-сверху вниз, при этом отставание нижних подэтажей по отношению к верхним должно составлять не более высоты подэтажа.

Проветривание. Поскольку очистной забой тупиковый, проветривание его затруднено. С целью обеспечения проветривания забоя проходится вентиляционный штрек (9). Свежий воздух из рудного восстающего (2) поступает на подэтаж и через буродоставочные орты и вентиляционный штрек попадает в район производства очистных работ. Отработанный воздух из буродоставочных ортов поступает на доставочный штрек (4) и через ближайший вентиляционный восстающий поступает на вентиляционный горизонт. Проветривание самого забоя – принудительное. Здесь необходимо применение вентилятора местного проветривания.

Охрана труда – правила общие для систем этого класса и такие же, как в системах с открытым очистным пространством и подэтажной отбойкой.

Преимущества варианта. Применение торцового выпуска дает возможность повысить допустимое сечение выработок в 1,5—2 раза и, следовательно, применять более крупные и высокопроизводительные машины. Система с торцевым выпуском менее «травматична» по отношению к массиву. Структурное ослабление массива технологического блока по сравнению с вариантами системы с донным выпуском снижается в 2—3 раза, что благоприятствует его применению на большой глубине разработки. Число очистных забоев в блоке увеличивается в 2—3 раза, что способствует возможности применения селективной выемки руды по сортам и стабилизации качества руды.

Технико-экономические показатели. Производительность забойного рабочего – более 100 (до 200) т/см-чел, потери - 10-30%, разубоживание - 10 -30%.

Вариант системы разработки подэтажного обрушения с отбойкой руды из буродоставочных штреков и торцовым выпуском руды.

В отличие от предыдущего варианта отбойка руды производится не из ортов, а из штреков. То есть, отработка подэтажа производится участками, располагаемыми по простиранию (рис. 36).

Этаж разбивают на подэтажи, высотой 20 м. Направление работ от центра к флангам. При развитии работ необходимо принудительное обрушение пород по простиранию и по падению.

Подготовительно-нарезные работы заключаются в проведении подэтажных полевых штреков (1), доставочных ортов (2), разгрузочных ниш (3), рудоспусков (4), ходков (5) и восстающих (6). Из каждого доставочного орта проходятся параллельно друг другу буродоставочные штреки (7).

Очистная выемка. Основные процессы очистной выемки выполняют из буродоставочных штреков (7). Отбойку начинают с верхнего подэтажа. Отбойка ведётся веерами скважин. За одну отбойку взрывают 1 - 2 веера. После взрыва приступают к погрузке руды ковшовыми погрузочно-доставочными машинами, которые транспортируют руду от торцевого забоя по подэтажным буродоставочным штрекам на доставочный орт и по нему к рудоспуску. По рудоспуску руда перепускается на откаточный штрек, где грузится в вагонетки.

На первом этапе, во избежание выхода подземных горных работ на поверхность, рекомендуется производить частичное магазинирование отбитой руды (около 30%). Параллельно с отбойкой руды производят отбойку налегающих пород висячего бока

Рис. 36. Вариант системы разработки подэтажного обрушения с отбойкой руды из буродоставочных штреков и торцовым выпуском руды

1-подэтажные полевые штреки; 2-доставочные орты; 3-разгрузочные ниши; 4-рудоспуски; 5-ходки; 6-восстающие; 7-буродоставочные штреки.

Управление горным давлением осуществляется аналогично варианту с отбойкой руды из буродоставочных ортов.

Проветривание. Свежий воздух из блокового восстающего (6) поступает на подэтаж и через доставочные орты и буродоставочные штреки попадает в район производства очистных работ. Отработанный воздух из буродоставочных штреков через ближайший вентиляционный восстающий поступает на вентиляционный горизонт. Проветривание самого забоя-принудительное. Здесь необходимо применение вентилятора местного проветривания.

Охрана труда - аналогично варианту с отбойкой из буродоставочных ортов.

Технико-экономические показатели. Производительность забойного рабочего – более 100 т/см-чел (до 200), потери-10-30%, разубоживание-10-30%.

Вариант системы разработки с подэтажной отбойкой с увеличенной высотой подэтажа и торцовым выпуском руды

Вариант испытывался на руднике «Молибден» (вольфрам, молибден. Кабардино-Балкария) и применяется на Салаирском руднике (полиметаллы- цинк, свинец, золото, барит. Кемеровская область).

При большой высоте этажа и отбойке руды скважинами диаметром 100-110 мм выше подэтажных доставочных выработок (1) проводят буровую выработку (2), из которой обуривают панель (рис. 37). Целик (защитный козырек) (3) над буро - доставочными выработками в этом случае обрушают скважинами небольшого диаметра с некоторым отставанием от взрывания глубоких скважин.

Руду отбивают слоями толщиной до 4-7м на ранее обрушенные породы. При высоте подэтажа до 20 м шаг обрушения защитного козырька принимают равным толщине отбиваемого слоя; при большей высоте козырек обрушают в 2—3 приема. На погрузке и доставке руд применяют погрузочно-доставочные машины, которыми руда по штреку (орту) (4) доставляется к рудоспуску.

 

Рис. 37. Вариант отработки с подэтажной отбойкой в «зажиме» с увеличенной высотой подэтажа

1-подэтажные доставочные выработки; 2-буровая выработка; 3-защитный козырек.

Преимущества варианта: независимое ведение буровых и добычных работ, уменьшение объема горно-подготовительных работ (на 25% по сравнению со «шведским» вариантом), увеличение толщины отбиваемого слоя руды. Кроме того, наличие защитного козырька снижает ударные нагрузки на доставочные выработки.

Технико-экономические показатели. Производительность забойного рабочего – 100 т/см-чел, потери руды – 7,5%, разубоживание - 12%.

Системы этажного обрушения.

Сущность. Отбойка руды осуществляется большими участками на всю высоту этажа (блока), а выпуск руды производится под обрушенными породами. Главное и принципиальное отличие данной системы от систем разработки подэтажного обрушения заключается в том, что система этажного обрушения имеет один горизонт выпуска.

Все системы принудительного этажного обрушения делятся на 2 группы:

1. принудительное этажное обрушение с двухстадийной выемкой, когда вначале отрабатывается компенсационная камера (или пространство), а затем производится отбойка основных запасов.

2. принудительное этажное обрушение с одностадийной выемкой без образования компенсационных камер («в зажатой среде»).

Системы принудительного этажного обрушения с двухстадийной выемкой подразделяются на варианты:

1. принудительное этажное обрушение на горизонтальные компенсационные камеры, когда обрушаемый массив руды располагается над подсечными камерами высотой до 10—15 м;

2. принудительное этажное обрушение на вертикальные компенсационные камеры, когда основная часть обрушаемого массива располагается сбоку от камер, имеющих высоту 35—40 м и ширину до 10—12 м.

Конструктивно они аналогичны вариантам системы подэтажного обрушения, но характеризуется большей высотой обрушаемого массива руды.

Рекомендуемая ЛИТЕРАТУРА

1. М.И. Агошков, Г.М. Малахов. Подземная разработка рудных месторождений. М.: Недра 1966. -664 с.

2. Г.Г. Милёхин. Технология разработки мощных крутопадающих месторождений слабоустойчивых руд камерами ромбовидной формы. Санкт-Петербург, 1998.- 196 с.

3. Справочник по горнорудному делу. Под ред. В.А. Гребенюка и др. М.: Недра, 1983.- 816 с.

4. В.Р. Именитов. Процессы подземных горных работ при разработке рудных месторождений. М.: Недра, 1984.- 504 с.

5. А.О. Баранов. Расчет параметров технологических процессов подземной добычи руд. М.: Недра, 1985.- 224 с.

6. И.М. Панин и др. Задачник по подземной разработке рудных месторождений. М.: Недра, 1984.- 181 с.

7. С.Г. Борисенко. Вскрытие и системы разработки рудных месторождений. Киев: Высшая школа, 1977.- 296с.

8. Ю.В. Волков и др. Выбор систем разработки рудных месторождений. Екатеринбург: УРО РАН, 2002. – 124 с.

9. Инструкция по креплению горных выработок на рудниках ПО «Апатит». АН СССР, г. Апатиты, 1988.-56 с.

10. ЕПБ при разработке рудных, нерудных и россыпных месторождений полезных ископаемых подземным способом. НПО ОБТ кн. 1 и 2, 1999.-486 с.

11. Нормы технологического проектирования горнодобывающих предприятий черной металлургии с подземным способом разработки Л. Гипроруда, 1986. - 174 с.

12. Нормы технологического проектирования горнорудных предприятий цветной металлургии с подземным способом разработки – М. Гипроцветмет, 1975. - 126 с.

13. Правила технической эксплуатации рудников, приисков и шахт, разрабатывающих месторождения цветных, редких и драгоценных металлов – М., Недра, 1980. -109с.

14. Порцевский А.К. Выбор рациональной технологии добычи руд. Геомеханическая оценка состояния недр. Использование подземного пространства. Геоэкология.-М.: Издательство МГГУ, 2003.-767с.

 

Государственный комитет российской федерации ПО РЫБОЛОВСТВУ

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Мурманский государственный технический университет»