Про спеціальні способи підземного видобутку руди

Під спеціальними способами розробки рудних родовищ розуміють застосування фізико-хімічних методів впливу на масив з метою вилучення з нього корисних копалин або окремих компонентів. Наприклад, родовища калійних солей розробляють методом вилуджування. В цьому випадку принцип вилучення солі заключається в видобутку розсолу, з якого подалі випарюється необхідна соль. Таким способом соль видобувають в Донецькому районі (Слов'янськ).

Існує також практика підземного вилуджування міді. Через роздроблену мідну руду пропускають воду. Мідні мінерали розтворяються і утворюють розчин CuSO₄ концентрації від 0,5 до 5 г на 1 л води. Осаджування міді здійснюють у відстійниках, що містять залізо (CuSO₄+Fe=FeSO₄+Cu). Цей метод застосовується на рудниках Уралу.

Також розроблені такі спеціальні методи підземного видобутку: виплавлювання сірки шляхом подавання під тиском гарячої води; підводний видобуток мінеральної сировини зі дна морів і океанів. Проводилися дослідження в області застосування енергії ядерних вибухів для підземної розробки рудних родовищ.

Питання для самоконтролю:

1. Що таке руда, порода, гірська маса? Які особливості залягання рудних родовищ?

2. Які способи розкриття застосовують для рудних родовищ? Дайте графічні приклади, умови застосування.

3. Назвіть основні способи підготовки рудних родовищ, дайте графічні приклади, умови застосування.

4. Які виробничі процеси необхідні для видобування руди, які способи відбивання руди ви знаєте?

5. Дайте характеристику шпурового i свердловинного способів відбивання руди, засобів буріння; техніко-економічне порівняння їх та область застосування.

6. В чому сутність вторинного дроблення? Яким чином визначають оптимальні параметри кускуватості руди?

7. Дайте характеристику основних способів i засобів доставки руди.

8. Що таке "керування гірським тиском"? Які існують способи керування гірським тиском при розробці рудних родовищ, їх сутність?

9. Дайте класифікацію систем розробки рудних родовищ. В чому полягає сутність камерно-стовпових та суцільних систем розробки?

10. Дайте схематичне зображення систем розробки рудник родовищ із відбиванням з магазинів, із закладанням, з поверховим обваленням.

Розділ 13. Поняття про розробку корисних копалин відкритим способом

 

Принцип відкритої розробки.

Гірниче підприємство, що здійснює видобуток корисної копалини відкритим способом, називається кар'єром (вугільний кар'єр називається вугільним розрізом). Природно як шахті виділяють шахтне поле, так кар'єру виділяють гірничий відвід. Принцип відкритої розробки полягає в тому, що товща порід, що покриває пласт корисної копалини, у межах гірничого відводу, розділяється на горизонтальні шари, що виймають послідовно в напрямку зверху вниз з випередженням нижніх шарів верхніми. Товщина шару залежить від міцності порід і застосовуваної техніки та коливається від декількох метрів до декількох десятків метрів.

Розглянемо на прикладі розвиток відкритих робіт у вугільному розрізі (рис. 13-1).

Рис. 13‑1 – Розвиток гірничих робіт у вугільному розрізі

Товща порід розділена на три шари, нижнім з яких є вугільний пласт. Спочатку по першому шарі на границі відведеної для розробки ділянки проводять розрізну траншею 1 (рис. 13.1, а). Розрізна траншея – це відкрита горизонтальна гірнича виробка, призначена для монтажу в ній виймального і транспортного устаткування (аналогія з розрізною піччю при підземному видобутку вугілля). Одна зі стінок розрізної траншеї посувається у бік, протилежний границі ділянки, шляхом послідовного зняття з цієї стінки смуги порід. Порода, що добувається в цьому шарі, вивозиться в зовнішні відвали. При розширенні траншеї на визначену величину проводять розрізну траншею 2 (рис. 13.1, б) по другому шарі й аналогічно описаному вище проводять виїмку порід другого шару. При цьому одночасно роботи з виїмки породи ведуться в першому шарі. Нарешті проводиться розрізна траншея 3 (рис. 13.1, в) по вугіллю. З цього моменту починаються роботи з видобутку вугілля. Синхронне посування робіт у всіх трьох шарах буде мати місце до закінчення виїмки запасів вугілля в межах границь розрізу (рис. 13.1, г, д).

Шар товщі порід розрізу, що розроблюється самостійними засобами виїмки, навантаження і транспортування гірської породи називають уступом. На рис. 13.1 у кар'єрі три уступи.

Уступи, в яких добувають корисну копалину, називають видобувними уступами. Уступи, призначені для виїмки порожніх порід, називають розкривними уступами, а гірничі роботи в цих уступах – розкривними роботами.

Сукупність уступів з однієї сторони кар'єру називають бортом кар'єру (е-ж) рис. 13.1, д. У випадку, коли кар'єрне поле має прямокутну форму в плані, кар'єр має чотири борти. Нижня площадка нижнього уступу являє собою дно кар'єру.

 

Елементи уступу.

Як указувалося раніше, розробка корисної копалини і порожньої породи в кар'єрах ведеться в уступах видобувних і розкривних. На рис. 13.2 показані два уступи з указівкою посування вибою заходок і загальний фронт робіт.

Розрізняють наступні елементи уступу.

Площадка уступу – горизонтальна поверхня, що обмежує уступ за висотою. Відповідно виділяють верхню і нижню площадки. Для уступу «а»: верхня – 1, нижня – 5, для уступу «б»: верхня – 5, нижня – 2.

Укіс уступу – похила площина – 3, що обмежує уступ з боку виробленого простору.

Кут укосу уступу α – кут між укосом уступу і нижньою його площадкою. Кут укосу не повинний бути більш кута внутрішнього тертя порід уступу.

Бровка уступу – лінія перетинання укосу і площадки уступу. Відповідно виділяють верхню – 8 і нижню – 4 бровки.

Заходка уступу – смуга порід чи корисної копалини, у якій проводять виїмку гірських порід 6 і корисної копалини 7. Ширина заходки залежить від засобів механізації робіт.

Верхній контур кар'єру – лінія перетинання борта кар'єру з денною поверхнею. Положення верхнього контуру кар'єру до моменту закінчення робіт називають кінцевим контуром кар'єру.

Рис. 13‑2 – Елементи уступу

 

Етапи відкритої розробки.

Відкрита розробка проходить наступні етапи (періоди):

вибір ділянки, тобто визначення контуру гірничого відводу і напрямок експлуатаційних робіт;

підготовка поверхні родовища, що полягає у видаленні природних (ліса, струмки, озера, болота і т. п.) і штучних (будинки, спорудження) перешкод для ведення гірничих робіт;

попереднє осушення родовища – дренаж;

розкриття родовища;

розкривні і видобувні роботи;

рекультивація.

Перші три етапи, а саме – вибір ділянки, підготовка поверхні родовища і попереднє його осушення не вимагають роз'яснень. Тому перейдемо до розгляду основних виробничих процесів, тобто до розкривних, відвальних і видобувних робіт.

Розкриття кар'єрних полів.

Раніше було показано, що розробка гірських порід кожного шару кар'єру починається з проведення розрізної траншеї. Глибина цієї траншеї дорівнює товщині розроблювального шару порід. Але, щоб вийти на рівень підошви розрізної траншеї, необхідно пройти відкриту гірничу виробку з денної поверхні. Такою виробкою є капітальна траншея – похила відкрита гірнича виробка, проведена з денної поверхні до нижньої площадки уступу. Проведення такої траншеї забезпечує розкриття кар'єрного поля.

Поперечний переріз капітальної траншеї, як правило, має форму трапеції, розміри якої визначаються шириною нижньої основи, кутом укосів бортів і глибиною самої траншеї. В залежності від виду кар'єрного транспорту, ширина нижньої основи траншеї коливається від 3-4 до 14-15 м. Більші значення відносяться до автомобільного і залізничного транспорту, менші – до конвеєрного.

Кути укосів бортів траншей приймаються в межах 15-50^° – при піщано-глинистих породах і 45-70^° при тривких монолітних породах.

Ухили капітальних траншей складають 0,020…0,030 при залізничному транспорті і 0,060…0,100 при автотранспорті.

Проходка траншеї може здійснюватися екскаватором з укладанням породи на одному чи двох бортах траншеї (рис. 13-3), тобто безтранспортний спосіб. При транспортному способі проходки породу вивозять у зовнішні відвали (рис. 13-4). Може застосовуватися і комбінований спосіб проведення траншеї, при якому частина породи розміщається на бортах траншеї, а іншу вивозять за її межі.

Капітальні траншеї можуть бути внутрішніми і зовнішніми. Внутрішні траншеї розташовують усередині контуру кар'єру, на його бортах; зовнішні – за межами його контуру. У свою чергу капітальні траншеї можуть бути окремими, коли на кожен уступ проводиться своя траншея і загальні, коли одна траншея обслуговує кілька уступів.

На рис. 13-5 показаний приклад розкриття кар'єрного поля, представленого двома уступами (розкривним і видобувним), при розкритті двома окремими зовнішніми траншеями, а на рис. 13-6 – при розкритті однією загальною зовнішньою траншеєю.

Рис. 13‑3 – Безтранспортний спосіб проходки траншей: а – драглайном; б – механічною лопатою

Рис. 13‑4 – Транспортний спосіб проходки траншей з залізничним транспортом: а – з нижнім укладанням; б – з верхнім укладанням

Рис. 13‑5 – Розкриття окремими зовнішніми траншеями: 1 – капітальна траншея першого уступу; 2 – вибій першого уступу; 3 – вибій другого уступу; 4 – капітальна траншея другого уступу; 5 – рейкові шляхи

Рис. 13‑6 – Розкриття загальною внутрішньою траншеєю

В другому випадку капітальна траншея має поперечний переріз східчастої форми, для двох доріг, кожна з який виходить на свій уступ.

При розробці похилих і крутих покладів на великих глибинах у кар'єрах глибиною 300-400 м місце закладення зовнішньої траншеї повинне розташовуватися на значному видаленні від контуру кар'єру, що незручно. У цих випадках застосовують внутрішні траншеї. Вони проводяться по неробочому борті кар'єру і не виходять за його межі. Як і зовнішні, внутрішні траншеї можуть бути окремими і загальними. На рис. 13-7 показані принципові схеми розкриття внутрішніми, окремими і загальною, капітальними траншеями.

Рис. 13‑7 – Розкриття внутрішніми траншеями а – окремими; б – загальною; 1 – вибій нижнього уступу; 2 – вибій верхнього уступу; 3 – дорога