06.1. Схемы подготовки горизонтов при разработке рудных месторождении

Первоначально месторождения делят на шахтные поля. На крупных месторождениях размеры шахтного поля и запасы руды в нем таковы, что для последующей разработки его необходимо разбить на более мелкие участки.
Дальнейшая подготовка рудных месторождений включает деление месторождения по вертикали на горизонты (этажи или панели) и нарезку отдельных очистных блоков.

Подготовка заключается в проведении транспортных и вентиляционных выработок, которые делят шахтное поле на части, удобные в последующем для ведения очистных работ.
Подготовка горизонтов заключается в разделении шахтного поля на участки, в пределах которых затем проводят подготовительно-нарезные выработки и ведут очистную выемку.

Горизонтальные и пологие месторождения штреками делят на панели (рис. 6.2). Наклонные, крутонаклонные и крутопадающие месторождения делят на этажи (рис. 6.3).

В соответствии с этим все способы подготовки делят на два класса:
• подготовку панельную;
• подготовку этажную.
Некоторая особенность возникает при подготовке свиты горизонтальных и пологих залежей. Если такая свита по вертикали распространяется на сотни метров, то в этом случае также применяют этажную, а не панельную подготовку.

Панельная подготовка включает три способа в зависимости от того, на какие части делится панель:
1. Панельная с камерами, расположенными между главными штреками.
2. Панельная с камерами,  расположенными между  панельными
штреками.
3. Панельно-столбовая.

Этажная подготовка делится на два способа в зависимости от характера месторождения:
1. Этажная для крутых и крутонаклонных залежей.
2. Этажная для    свиты мощных пологих и наклонных залежей.
При проведении выработок попутная добыча руды обходится значительно дороже, чем при очистных работах. Кроме того, подготовительные выработки приходится проходить и по пустым породам. Поэтому основное требование к подготовке месторождений – выбрать такой способ подготовки и систему разработки, чтобы количество подготовительных и нарезных выработок было минимальным.

Для оценки способа подготовки пользуются таким показателем, как количество подготовительных и нарезных выработок в метрах на 1000 т добытой руды. В лучшем случае он составляет 2 – 3 м/1000 тонн, а в худшем поднимается до 10 – 15 м/1000 тонн извлекаемых запасов.

В последние годы это правило имеет некоторые исключения. При разработке соляных и гипсовых месторождений для выемки руды начали применять комбайны того же типа, что и для проведения выработок. Выработки проходят по полезному ископаемому. Таким образом, добыча руды при проведении подготовительных и нарезных выработок, а также при очистных работах стоит примерно одинаково. Экономить на проведении выработок по руде в данном случае уже нецелесообразно.
Кроме того, подготовка и нарезка месторождения должны быть произведены так, чтобы обеспечивалось хорошее проветривание очистных блоков, соблюдались правила безопасного ведения горных работ, затраты на подготовку были бы минимальными, обеспечивались благоприятные условия для доставки оборудования, материалов и людей.

ПАНЕЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА

В пологих и горизонтальных рудных залежах  шахтное поле разделяют по площади на панели с помощью главных и панельных штреков (рис. 6.4).
Главные и панельные штреки могут быть как рудными, так и полевыми. К полевой подготовке прибегают при неправильной форме почвы залежи, когда основные транспортные выработки невозможно провести по почве залежи.
Панельно-камерная схема подготовки имеет две разновидности: камеры могут быть расположены между главными или между панельными штреками. Вентиляционные штреки проходят по оси камер.

При панельно-столбовой подготовке из панельных штреков проходят выемочные штреки, делящие панель на столбы.
Размеры панелей определяются, во-первых, конфигурацией и размерами шахтного поля, во-вторых, параметрами принятой системы разработки. Длина камер составляет от 200 – 300м до нескольких километров.
На рудниках чаще используют главные откаточные и панельные штреки, хотя иногда каждый из этих штреков делают спаренным, состоящим из обособленных откаточного и вентиляционного штреков, соединенных сбойками.

Ширина панелей соответствует расстоянию между панельными штреками и колеблется от 50 до 200 и даже 300 м. Длина панелей равна расстоянию между главными штреками и составляет от 200 – 300 м до 1000 – 1500 м. Панели отрабатывают как со сплошной выемкой, так и с разделением на выемочные камеры.
Схема подготовки горизонта предопределяет тип, расположение и порядок проведения основных подготовительных выработок при соответствующем виде транспорта.

ЭТАЖНАЯ ПОДГОТОВКА

Деление крутопадающих месторождений на этажи и блоки.
Крутые и наклонные залежи разделяют горизонтальными подготовительными выработками (штреками и ортами) на этажи, длина которых соответствует длине шахтного поля по простиранию, и блоки. Блок характеризуется: параметрами (длина, ширина и высота, м), запасами (тыс.т.) и объемом добычи (т./сут. или тыс.т./мес.); при разработке мощных месторождений – направлением длинной стороны (по простиранию или вкрест простирания). Длина блока, как правило, определяется либо условиями транспортирования руды в пределах блока, либо устойчивостью камеры-полости, которая создается в блоке в процессе выемки руды. При скреперной доставке руды оптимальная длина блока составляет около 50 м.

Если для доставки руды применяют самоходные погрузо-доставочные машины, длину блоков увеличивают до нескольких сотен метров. Оптимальную длину блока, также как и оптимальные размеры шахтного поля, можно определить путем технико-экономического сопоставления.
Высота этажа – расстояние по вертикали между штреками, ограничивающими этаж. Обычно она колеблется в пределах от 30 – 40 до 80 – 100 м, но иногда достигает 200 – 250 м. На выбор высоты влияют различные факторы. Прежде всего  горногеологические   условия.

Если месторождение имеет выдержанные элементы залегания (форма, размеры и угол падения более или менее постоянны), то можно принять этаж более значительной высоты. Наоборот, если эти элементы резко меняются, то, для того чтобы уловить все эти изменения и достаточно полно отработать месторождение, нужно высоту этажа уменьшить.
Интенсивность разработки месторождения и время, необходимое для вскрытия и подготовки нового этажа, также влияют на выбор высоты этажа, поскольку за тот промежуток времени, в течение которого отрабатывают один этаж, нужно успеть вскрыть и подготовить новый этаж. Обычно горные работы  понижаются на 20 – 25 м/год. и при этом срок отработки этажа составляет около 3 лет. Вскрытие и подготовка нового этажа в такой срок требуют очень четкой организации работ по углубке ствола шахты, проходке квершлагов и штреков. С этой точки зрения целесообразно увеличение высоты этажа, так как это увеличит срок его отработки и, следовательно, промежуток времени, в продолжение которого должен быть вскрыт и подготовлен новый этаж. При напряженном балансе времени переходят на вскрытие и одновременную подготовку сразу 2 – 3 и более этажей.

Существенную роль при выборе высоты этажа играет принятая в проекте система разработки. При некоторых системах разработки забой, где добывают руду, перемещается в блоке снизу вверх. Люди попадают в забой по лестницам, установленным в восстающих. Перемещаться по лестницам на большую высоту утомительно, поэтому в подобных условиях высота этажа сравнительно небольшая (30 – 50 м). При других системах разработки рабочие, ведущие добычу руды, находятся только в нижней части блока или на нескольких промежуточных подэтажах, здесь возможна высота этажа 60 – 100 м и более. Если же применяют самоходное оборудование и наклонные въезды на все подэтажи, то система разработки не влияет на высоту этажа.
Для различных систем разработки высота этажа характеризуется цифрами, приведенными в табл. 6.1.

С увеличением высоты этажа растут затраты на подъем руды, водоотлив, доставку материалов в очистные забои, передвижение людей по восстающим, на проходку и ремонт восстающих. Капитальные затраты на проведение квершлагов, околоствольных и откаточных выработок, наоборот, с ростом этажа снижаются.
Наблюдается тенденция к увеличению высоты этажа. Это связано с совершенствованием способов отбойки и доставки руды: современное оборудование позволяет отрабатывать руду при большой высоте этажа.
Комплекс выработок на основном откаточном горизонте становится все более сложным и дорогим, поэтому для уменьшения затрат на 1 т руды желательно увеличить высоту этажа.

Широко практикуется создание концентрационных горизонтов. Сущность их заключается в следующем. При вскрытии месторождения принимают обычную, широко распространенную высоту этажа 60 или 80 м, но вскрывают сразу 2 – 3, а иногда и 4 – 5 этажей. Всю добытую руду по рудоспускам перепускают на нижний горизонт, который и называют концентрационным.
Концентрационные горизонты используют в целях обеспечения независимой одновременной работы доставки и транспортирования руды. На концентрационные горизонты  перепускается руда с вышерасположенных промежуточных горизонтов (рис. 6.5)

Транспорт руды к стволу производится только по концентрационным горизонтам, а расположенные между ними промежуточные этажные горизонты служат для подготовки очистных блоков, вспомогательного транспорта (для перевозки людей, материалов и оборудования), проветривания и прокладки кабелей и трубопроводов. Транспортный концентрационный горизонт обычно обслуживает 2 – 4, а иногда и больше этажей. Срок службы его значительный, что дает возможность оборудовать горизонт капитально. Суммарная длина и сечение выработок на промежуточных горизонтах обычно меньше, чем на транспортных.
Рудоспуски, ведущие на концентрационный горизонт, проходят по рудному телу или в непосредственной близости от него. Один рудоспуск может обслуживать часть блока (например, одну или две доставочные выработки), весь блок или группу блоков. Обычно они не крепятся и могут иметь ответвления, чтобы сократить длину механизированной доставки. Рудоспуски служат бункерной емкостью между процессами доставки и транспортирования, в них происходит дополнительное измельчение рудной массы и усреднение ее качества.

Этаж по длине с помощью восстающих разбивают на выемочные очистные блоки. Восстающие обеспечивают доступ к расположенным на разных уровнях по высоте подготовительно-нарезным и очистным выработкам блока.
Границы между выемочными блоками смежных этажей бывают горизонтальными или наклонными (рис. 6.6). Расположены они несколько выше соответствующих этажных горизонтов, так как днище блока (временный целик) обычно отрабатывают вместе с запасами нижележащего блока.

Последовательность отработки этажей и блоков.
Этажи, как правило, разрабатывают сверху вниз, т. е. первым отрабатывают этаж, расположенный ближе к поверхности, затем следующий за ним и т. д.  Это определяется, прежде всего тем, что разведка месторождений продвигается сверху вниз. Кроме того, верхние этажи вводятся в эксплуатацию раньше и с меньшими затратами, чем нижние.

Обычно в отработке находится три этажа. В одном из них ведутся основные работы по добыче руды. В вышележащем дорабатывают оставшиеся запасы, а нижележащий этаж вскрывают и подготавливают. Такой порядок является нормальным, но иногда он нарушается ввиду того, что на вышележащих этажах временно оставляют невыработанные участки с более бедными рудами или блоки с тяжелыми условиями разработки и переходят к отработке богатых блоков на нижележащих этажах. При пересмотре для данного месторождения величины промминимума приходилось возвращаться на верхние, ранее отработанные горизонты. Тогда работы по добыче руды могут растянуться по падению на 5 – 6 этажей и более. Это приводит к деконцентрации работ, затрудняет руководство работами, ставит предприятие в тяжелые условия. Нужно иметь в виду, что руда, оставленная на верхних горизонтах, под влиянием горного давления постепенно разрушается, и добыча ее все больше осложняется. Разбросанность работ приводит к необходимости постоянно поддерживать большое количество выработок. В подобных условиях случается, что на каждый блок, находящийся в отработке, приходится поддерживать 2 – 3 км выработок, а общая длина действующих на руднике выработок достигает 20 – 30 км.

Отработку блоков нужно вести так, чтобы избежать потерь. Достичь этого можно, если, начав отработку в центре шахтного поля, подвигать ее к флангам или, начав отработку от флангов шахтного поля, продвигать ее к центру. При этом на каждом этаже в состоянии отработки будет только по 2 блока, но работы можно вести на 2 – 3 этажах. Однако для обеспечения необходимой производительности рудника это может оказаться недостаточным. Тогда этаж разбивают на несколько участков длиной по 300 – 1000 м и в каждом из таких участков отрабатывают по два блока. Когда работы на участке заканчиваются, остаются блоки в виде конусов. Отработка таких блоков проходит в более тяжелых условиях, но, во-первых, их будет немного, во-вторых, в уже выработанной зоне обрушенные породы успевают уплотниться и смогут воспринять нагрузку от массы вышележащей толщи пород (рис. 6.7).

Отработка блоков в этаже в произвольном порядке – нарушение правильного ведения горных работ, ее не следует допускать даже на верхних этажах, когда по условиям горного давления это представляется технически возможным.

© 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"