05.5. Схемы и очередность вскрытия рудных месторождений

Схемы вскрытия определяется числом, назначением и взаимным расположением вскрывающих выработок. К ним предъявляют следующие требования:

• наличие не менее двух независимых выходов на поверхность, оборудованных механическим подъемом;
• надежное и эффективное проветривание рудника в целом и подземных выработок в отдельности;
• обеспечение заданной годовой производительности рудника;
• минимальные затраты на вскрытие;
• минимальный объем вскрывающих горных выработок;
• минимальные потери руды в охранных целиках;
• возможность периодического обновления горного хозяйства рудника;
• технически удобное и экономически выгодное размещение промышленной площадки рудника.

Схемы вскрытия подразделяют на простые и комбинированные.
Простыми называют такие схемы, когда месторождение вскрывается стволом с квершлагами, штольней или наклонным съездом, пройденными с поверхности. К простым схемам вскрытия относят следующие:

1. Вертикальным стволом с квершлагами, причем ствол может быть расположен в лежачем боку, висячем боку или на фланге месторождения, а также пересекать рудное тело.
2. Наклонным стволом, пройденным по месторождению или в лежачем боку.
3. Штольней, которая может быть пройдена как в висячем, так и в лежачем боку в зависимости от рельефа местности и расположения рудного тела.
4. Наклонным съездом, пройденным с поверхности.

Комбинированными называют такие схемы вскрытия, когда верхняя часть месторождения вскрывается по одной из простых схем, а для вскрытия месторождения на более глубоких горизонтах применяют слепые стволы шахт. К ним относят следующие схемы:
1. Вертикальным стволом с поверхности с переходом на слепые вертикальные стволы на глубине.
2. Вертикальным стволом с поверхности с переходом в глубине на наклонные слепые стволы.
3. Вскрытие штольней верхней части месторождения и слепыми вертикальными стволами, или наклонным съездом, части месторождения, расположенной ниже уровня штольни.
Возможно множество различных комбинаций стволов, пройденных с поверхности и слепых стволов. Выше указаны лишь наиболее часто встречающиеся.
 
ПРОСТЫЕ СХЕМЫ ВСКРЫТИЯ

Вскрытие  вертикальными стволами.
Основная схема заключается в том, что главный ствол располагают в лежачем боку за пределами зоны сдвижения пород (см. рис. 5.5). Достоинством является отсутствие охранных целиков, в которых консервируются значительные запасы руды.
Недостаток – большая длина квершлагов на глубоких горизонтах, а иногда и на горизонтах, близких к поверхности, если угол падения месторождения недостаточно крутой. Однако достоинства схемы вскрытия вертикальным стволом, расположенным в лежачем боку месторождения, преобладают над недостатками, поэтому она является основной, наиболее распространенной.
Главный ствол шахты можно также расположить и в висячем боку за пределами зоны сдвижения пород, но такая схема применяется редко, поскольку по сравнению с предыдущей она обладает рядом существенных недостатков, а именно:

1. Суммарная длина квершлагов получается больше.
2. Первый квершлаг получается наиболее длинным, это задерживает ввод в эксплуатацию месторождения.
3. Незначительное увеличение глубины залегания месторождения по сравнению с первоначально предлагаемым приводит к тому, что зона сдвижения пород захватывает ствол.

К расположению ствола в висячем боку за пределами зоны сдвижения пород прибегают, если это вызвано какими-то частными соображениями (наличием водоема, реки или гористого рельефа поверхности в лежачем боку). Иногда ствол проходят в висячем боку в силу того, что там уже имеется обогатительная фабрика, к которой не нужно транспортировать руду, и т. д.
Главный ствол может быть расположен в висячем боку,  пересекая на глубине месторождение (рис. 5.6).

Основной недостаток такого расположения — необходимость оставлять охранный целик. К этой схеме прибегают при пологом падении, малой мощности и большой длине залежи. При этом в охранном целике остается небольшое количество от общих запасов руды. Нужно учесть также, что если ствол расположен по обычной схеме в лежачем боку, то при пологом падении залежи квершлаги получаются очень длинными.

Наконец, главный ствол может быть расположен на фланге месторождения за пределами зоны сдвижения пород. В этом случае расстояние транспортирования руды получается больше, чем во всех других рассмотренных (ствол расположен не против центра тяжести рудного тела, а на одном из флангов). К такой схеме прибегают при разработке месторождений небольшой длины (от нескольких сотен метров до километра). Вентиляционные стволы располагают на фланге месторождения, противоположном тому, где заложен основной ствол, и разработку ведут при наличии двух стволов.
При всех других схемах общее количество главных и вспомогательных стволов не менее трех.
Вскрытие наклонным стволами.

Наклонный ствол может быть пройден по месторождению или в лежачем боку. Возле наклонных стволов, пройденных по месторождению, необходимо оставлять охранные целики шириной 20 – 30 м и более с каждой стороны ствола. Наклонные стволы по месторожению проходят редко. Это практикуется, если наклонный ствол служит для разведки месторождения или требуется в кратчайший срок начать разработку верхних горизонтов пологого месторождения.

Наклонный ствол в лежачем боку месторождения проходят параллельно залежи, если угол ее падения меньше угла сдвижения пород, или параллельно поверхности сдвижения, если она более полога, чем залежь (рис. 5.7).
Минимальное расстояние до ствола от лежачего бока месторождения –  15 – 20 м. Подъем руды по наклонному стволу осуществляется с помощью подъемных ёмкостей (клети, вагонетки, скипы) или конвейера. При конвейерном подъеме угол наклона ствола составляет 15°– 20°  (рис. 5.8), чтобы избежать скатывания кусков руды. В настоящее время на некоторых рудниках конвейеры применяются в стволах углом наклона  больше 20°. Разработаны и успешно применяются вертикальные конвейеры.

Сопоставим вскрытие наклонным и вертикальными стволами при одинаковом способе подъема руды, а именно при подъеме ее в ёмкостях. В этих условиях вскрытие вертикальным стволом имеет ряд преимуществ по сравнению со вскрытием наклонными стволами, а именно:
1. Длина ствола меньше.
2. При прочих равных условиях меньше сечение ствола, выше скорость подъема, меньше поперечные размеры подъемных ёмкостей и ходового отделения.
3. Стоимость крепления и поддержания меньше.
4. Дешевле водоотлив (из-за меньшей длины трубопровода).
5. Значительно более высока надежность работы подъема (поскольку в наклонных стволах быстро  изнашиваются рельсовые пути, по которым движутся подъемные ёмкости, и подъемные канаты).

Однако вскрытие вертикальным стволом имеет недостаток:  большая длина квершлагов на нижних горизонтах, чем при вскрытии наклонным стволом.
Совершенно другие условия возникают при конвейерном подъеме. Этот тип подъема не только не имеет перечисленных выше недостатков, но и обладает рядом достоинств. Прежде всего, конвейер позволяет выдать через один ствол очень большое количество руды (до 12 – 15 млн. т/г.). Конвейерный транспорт от очистного блока до поверхности позволяет осуществить непрерывный поток руды и автоматизировать все транспортные работы. 
Наклонные стволы с конвейерным подъемом применяют для вскрытия горизонтальных и наклонных месторождений, расположенных на глубине нескольких сотен метров. В этом случае длина ствола и конвейера невелика. Схема вскрытия достаточно проста и надежна в эксплуатации.

Наклонные стволы с конвейерным подъемом для вскрытия мощных крутых месторождений применяют значительно реже, так как длина стволов большая и эксплуатация их более сложная и дорогая, чем вертикальных подъемов. Однако пример подобной схемы вскрытия есть – это наклонные стволы «Артем 2» на руднике им. Кирова в Кривбассе.
Вскрытие штольнями.
Вскрытие месторождений штольнями – основная схема при гористом рельефе местности. Относительно залежи штольня может быть пройдена любым образом (как в лежачем, так и в висячем боку залежи, что определяется положением залежи относительно склона).

При выборе места расположения устья штольни необходимо учитывать следующие обстоятельства. Устье штольни должно быть расположено выше уровня воды при разливе реки, протекающей в долине. Склон горы должен быть не подвержен оползням и лавинам; необходимо иметь площадку, на которой располагаются поверхностные сооружения (бытовой комбинат с душевой, ламповой, местом для хранения одежды и конторскими помещениями). Руду от штольни часто транспортируют с помощью подвесной дороги, приемную станцию которой располагают возле устья штольни. Доставку людей нередко производят также по подвесной дороге независимо от грузовой, что требует создания специальной приемной станции. Наконец возле устья часто штольни приходится сооружать механическую мастерскую и электрическую подстанцию.

При вскрытии месторождения штольней нередко проходят вспомогательные слепые стволы для сообщения с верхними горизонтами и рудоспуски для перепуска руды со всех вышележащих этажей на горизонт главной штольни (рис. 5.9).
Достоинства вскрытия штольнями заключаются в отсутствии затрат на подъем руды и водоотлив, а также в простоте поверхностных сооружений (нет копров, надшахтных зданий и т. д.).
Характерным примером вскрытия штольней является вскрытие вольфрамо-молибденового месторождения в г.Тырныауз (в Кабардино-Балкарии).

Крутое вольфрамо-молибденовое месторождение расположено в горах на высоте 2000 – 3000 м, над уровнем моря Рудное тело сложено крепкими скарнами, висячий бок представлен роговиками, лежачий бок – мрамором. В плане месторождение имеет форму подковы. Нормальная мощность месторождения изменяется от 5 до 100 м.
Месторождение вскрыто тремя главными штольнями: «Капитальная», «Змейка» и «Главная». На уровень штольни «Капитальная» руду из вышележащих горизонтов спускают по двум рудоспускам высотой 200 м (рис. 5.10), а на уровень «Главной» штольни по двум рудоспускам высотой по 600 м. Для доставки на верхние горизонты людей и материалов из штолен вверх пройдены слепые стволы. Эти стволы используют также для вентиляции.

Вскрытие наклонными съездами или автоуклонами производят при небольшой глубине разработки месторождения и невысокой годовой производительности рудника (рис. 5.11.). При вскрытии наклонными съездами и автоуклонами руду перевозят в самосвалах от забоя до поверхности без перегрузок.
Наклонные съезды и автоуклоны для вскрытия мощных крутых месторождений применяют достаточно редко, так как длина их большая и эксплуатация их более сложная и дорогая, чем вертикальных подъемов. Однако пример подобной схемы вскрытия есть – это рудник «Северный» ОАО «Печенганикель» в России, соляной рудник «Бернбург» в Германии, цинковый рудник «Боверс-Кемпбел» в США.

КОМБИНИРОВАННЫЕ СХЕМЫ ВСКРЫТИЯ

При комбинированных схемах вскрытия месторождение первоначально вскрывают стволами, пройденными с поверхности, а затем на глубине слепыми – стволами.

К комбинированным схемам прибегают в случаях:
1. Глубина месторождения настолько велика, что его нельзя вскрыть вертикальной выработкой, пройденной с поверхности. Максимальная глубина стволов, пройденных с поверхности, обычно не превышает 1200 – 1500 м и в редких случаях (при многоканатном подъеме) достигает 2200 м. При глубине более 1500 – 2000м собственная масса подъемных канатов настолько велика, что эксплуатация подъема становится невозможной.
2. Ниже уровня штольни остается часть месторождения, которую можно вскрыть только слепыми стволами.
3. Производительность подъема с глубиной снижается. Чтобы сохранить производственную мощность предприятия, приходится переходить на комбинированные схемы.
4. Условия залегания рудного тела иногда меняются. На глубине, например, может резко уменьшиться угол падения. В этом случае возрастает длина квершлагов и может оказаться целесообразным переход на вскрытие нижних горизонтов слепым стволом.
Наиболее широко распространено вскрытие с поверхности вертикальным стволом с переходом на глубине на вертикальные слепые стволы. Глубина каждой ступени составляет от 750 до 1200 м.  (рис. 5.12). Применяют эту схему на золотых рудниках России, Индии, Бразилии, ЮАР.

Комбинированное вскрытие во многих случаях является развитием первых двух способов вследствие доразведки запасов или углубления работ. Целесообразность комбинированного вскрытия определяется непостоянством элементов залегания рудного тела с глубиной, сложностью рельефа, наличием в шахтном поле нескольких залежей, расположенных на разной глубине, и т. п. (рис. 5.13).

Вскрытие месторождения ведут на стадии строительства рудника, оно длится несколько лет и требует крупных капиталовложений.
Уменьшение первоначальных затрат достигается за счет строительства и вскрытия месторождения очередями. Например, если для разработки всего месторождения необходимо вскрыть 12 этажей, каждый из которых будет отработан за 3 года, то месторождение можно вскрыть тремя очередями, по 4 этажа в каждой. Таким образом, для строительства второй очереди средства должны быть отпущены на 12 лет позже, а для строительства третьей – на 24 года позже, чем при вскрытии всего месторождения, сразу на всю глубину.

Однако вскрытие очередями имеет свои недостатки. Например, из-за невозможности прекращения добычи на месторождении вскрытие каждой последующей очереди осуществляют в условиях действующего рудника. Это усложняет организацию работ и увеличивает затраты на их выполнение. Поэтому целесообразное число очередей вскрытия и этажей в каждой очереди, т. е. шаг вскрытия, устанавливают проектировщики на основе технико-экономического сравнения вариантов. В настоящее время первой очередью вскрывают три-четыре и более этажей, каждой последующей очередью вскрывают не менее двух-трех этажей.

ПРИМЕРЫ РАЗЛИЧНЫХ СХЕМ ВСКРЫТИЯ НА ГОРНОДОБЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

Медный рудник (Урал). Мощность рудного тела колеблется от 10 – 15 м до 100 м, падение крутое (60 – 70°), приток воды – около 200 м3/ч, длина месторождения по простиранию – 3700 м, глубина залегания – 800 м.
До глубины 130 м месторождение разрабатывали шестью небольшими стволами, закрепленными деревом. Сейчас эти стволы частично законсервированы,  или используются для вентиляции.

При вскрытии месторождения до глубины 700 м пройдено два главных (капитальных) ствола – «Капитальный 1» и «Капитальный 2» и три вентиляционных ствола – «Северный», «Средний» и «Южный».  Месторождение разделено на два шахтных поля длиной 1800 и 1900 м. Главные стволы имеют диаметр 6,5 м и проектную глубину 700 м. Средний ствол – круглого сечения с диаметром 4,5 м. Северный и Южный стволы – прямоугольного сечения, закреплённные деревянной крепью.
Главные стволы имеют по два скипа емкостью по 3 м3 и клеть для вагонеток емкостью 2 м3, вспомогательные стволы оборудованы клетевым подъемом (рис. 5.14).

Основные стволы углубляют каждый раз на один этаж. На каждом этаже имеются бункеры (ствол «Капитальный 1» – 200 м3, ствол «Капитальный 2» – 400 м3) и водоотливные установки. Высота этажа 60 м. Квершлаги двухпутевые сечением 13 – 15 м2, их проходят на каждом этаже.
Рудник им. Дзержинского (Криворожский железорудный бассейн). Один из крупнейших в отечественной и зарубежной практике.
Разрабатывается железорудная залежь мощностью 150 – 200 м., в южной части шахтного поля она выклинивается на глубине около 500 м, в северной – на глубине 1000 м, угол падения – 65 – 75°.

В 30-х годах в период первой реконструкции рудников Кривбасса в лежачем боку залежи были пройдены стволы шахт «Коммунар», «Гигант-клетевой» и «Гигант-скиповой». Ствол шахты «Гагант-скиповой» был оборудован четырьмя скипами по 25 т каждый. После того, как горные работы достигли глубины 200 – 300 м, началось сдвижение пород лежачего бока под углом около 35°, т. е. значительно более пологим, чем предполагалось. Стволы этих шахт попали в зону сдвижения пород и вышли из строя.
В период второй реконструкции рудников бассейна взамен вышедших из строя стволов были пройдены новые: «Гигант-глубокий», «Победа», «Саксагань» проектной глубиной 1200 м. Ствол «Гигант-глубокий» пройден до горизонта 800 м в 164 м от старого ствола «Гигант-скиповой». Он оборудован многоканатной подъемной машиной, расположенной на копре высотой 98 м. Имеется два скипа по 50 т и клеть с противовесом. Диаметр ствола – 7,5 м.

Проектная производственная мощность стволов: «Гигант-глубокий» — 7,0 млн.т/год, «Победа» – 1,5 млн.т/год, «Саксагань» – 3,5 млн. т/год. В настоящее время производительность рудника вдвое ниже проектной в результате сокращения запасов богатых железных руд.

Кроме того, имеется ствол шахты «Центральная», предназначенный для вспомогательных работ, преимущественно для выдачи породы при вскрытии нижележащих горизонтов, и ствол шахты «Северная», по которому выдают разубоженные руды в объёмом около 0,5 млн. т/год. Этот ствол попадает в зону обрушения. Помимо перечисленных выше главных и вспомогательных стволов существуют еще четыре вентиляционных ствола.

Итак, рудник имеет 8 стволов: три главных ствола, один вспомогательный и четыре вентиляционных (рис. 5.15).
Длина шахтных полей следующая: «Гигант» – 940 м, «Саксагань» – 900 м, «Победа» – 700 м, общая длина рудничного поля – 2540 м.

Относительно вскрытия этого месторождения следует отметить, что, во-первых, четыре крупных ствола шахт попали в зону сдвижения, прослужив менее половины того срока, на который они рассчитывались; во-вторых, длины шахтных полей и рудничного поля приняты очень небольшими.

ОСОБЕННОСТИ ВСКРЫТИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И ПОЛОГИХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

При разработке горизонтальных залежей встречаются два основных случая. Первый, когда месторождение имеет сравнительно небольшие размеры в плане. В таких условиях стволы целесообразно расположить за пределами зоны сдвижения пород, причем главный ствол – примерно против центра тяжести залежи, а вентиляционные стволы – на флангах. В принципе решение получается таким же, как и при разработке крутых месторождений. Если производительность рудника небольшая, то можно ограничиться двумя стволами: главный ствол пройти на одном фланге месторождения, а вентиляционный – на другом.
Второй случай возникает, если размеры месторождения в плане очень велики. Такое месторождение делят на шахтные поля примерно прямоугольной  формы, причем в разработку одновременно вовлекают только часть полей.  Чтобы не оставлять охранных целиков, главный и вентиляционный стволы располагают в соседних шахтных полях, разрабатываемых во вторую очередь.

Вентиляционный ствол может быть пройден в 20 – 30 м от главного ствола. Тогда для разработки шахтного поля достаточно одного вентиляционного ствола. Во всех этих случаях возможно применение
как вертикальных, так и наклонных стволов.

© Кузьмин Е.В., Хайрутдинов М.М., Зенько Д.К.
"Основы горного дела"

Запрещается любое копирование и распространение информации без письменного согласия авторов учебника "Основы горного дела" 

ЭКСКЛЮЗИВНЫМ ПРАВО НА ПУБЛИКАЦИЮ ОБЛАДАЕТ "ГОРНОПРОМЫШЛЕННЫЙ ПОРТАЛ РОССИИ"