Чем обладают горизонтальные и слабонаклонные залежи

По структурному строению и распределению качества полезных ископаемых

Источник

По преобладающим типам пород месторождения

Основные формы залегания приведены на рис. 2.

1. По форме месторождения:

— пласты и пластообразные залежи, имеющие относительно выдержанную мощность и более или менее четкие плоскости кровли и почвы (угольные, известняковые, доломитовые, сланцевые, глиняные месторождения и.т.д.);

— залежи сложной формы (штоки, дайки, линзы, гнезда), свиты тектонически нарушенных пластов и.т.п..

2. По положению залежи относительно земной поверхности (рис2):

— поверхностный тип, имеющий расположение залежи на поверхности или покрытый наносами небольшой мощности (а);

— глубинный тип, имеющий расположение залежи значительно ниже господствующего уровня земной поверхности (б, в, г, д, е, ж, з. к, м);

— нагорный тип, имеющий расположение залежи на возвышенности или на склоне горы выше господствующего уровня земной поверхности (д);

— высотно-глубинный тип, имеющий расположение залежи частично на горе или на горном склоне (и, л).

3. По углу наклона к горизонту:

— горизонтальные или слабонаклонные (пологие) с углом наклона до 15 градусов; (возможно размещение вскрышных пород в выработанном пространстве и не требуется разноска бортов карьера для вскрытия лежачего бока);

— наклонные с углом наклона от 15 до 30 градусов (разноса бортов для отработки лежачего бока не требуется, складирование в выработанном пространстве вскрышных пород невозможно);

— крутопадающие с углом наклона более 30 градусов (требуется разноска всех бортов по мере углубки карьера).

4. По мощности залежи:

— тонкие, с мощностью залежи до 3 метров (выемка мощными одноковшовыми экскаваторами не эффективна);

— малой мощности с мощностью до 10 – 20 м;

— средней мощности с мощностью до 30 м;

— большой мощности с мощностью более 30 м.

5. По структурному строению и распределению качества:

— простые однокомпонентные с однородным строением и равномерным распределением качественных признаков залежи;

— сложно-структурные многосортные с неравномерным распределением типов и сортов руд в плане залежи и по ее глубине (разработка таких месторождений требует четкого планирования с использованием ЭВМ).

6. По преобладающим типам пород месторождения:

— скальные породы вскрыши и крепкие сорта железных и цветных руд;

— мягкие и плотные покрывающие породы, скальные вмещающие породы и крепкие руды;

— полускальные породы вскрыши и полезного ископаемого (угольные месторождения);

— мягкие и плотные породы вскрыши полезного ископаемого (марганцеворудные и буроугольные месторождения).

Тип пород в основном определяет выбор технологической схемы и моделей основного выемочного и транспортного оборудования.

Источник

ОБЩИЙ ПОРЯДОК РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЯ

Для разработки рудного месторождения или его части создается горное предприятие, которое называется рудником. Рудник может включать одну или несколько шахт, на каждой из которых обособленно осуществляется добыча руды подземным способом. Кроме шахт в состав рудника может входить карьер, ведущий разработку месторождения открытым способом. Рудник включает горный отвод – часть недр, предоставленную ему для разработки месторождения, а также наземные сооружения, совокупность подземных горных выработок, горные машины и комплексы, энергетические установки и коллектив трудящихся, обеспечивающий подземную добычу руды. Входящие в горный отвод и подлежащие отработке балансовые запасы рудника называют рудничным полем.

Горизонтальные, пологопадающие и слабонаклонные месторождения делятся в результате горно-подготовительных работ на панели шириной 60–200 м и длиной до 600 м и более, которые, в свою очередь, могут делиться на столбы или блоки (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Деление горизонтального месторождения

на панели и столбы: 1 – главный ствол;
2 – вентиляционные стволы

Крутопадающие месторождения при вскрытии делятся по высоте на этажи, а этажи, в свою очередь, – на блоки (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Деление крутопадающего месторождения
на этажи и блоки: I, II, III – этажи

Этажи, как правило, отрабатываются в нисходящем порядке. Такой порядок отработки обусловливается как совпадением направления отработки с направлением эксплуатационной разведки, так и возможностью введения в эксплуатацию верхних этажей раньше и с меньшими затратами, чем нижних. По числу одновременно разрабатываемых этажей различают одноэтажную, двухэтажную и многоэтажную разработку.

Количество одновременно разрабатываемых этажей зависит от условий залегания месторождения, применяемой системы разработки и заданной годовой производительности рудника. Обычно в эксплуатации находятся одновременно два этажа. На нижележащем этаже ведутся основные работы по добыче руды, а на вышележащем дорабатываются оставшиеся запасы.

Порядок отработки блоков и панелей может быть прямым – от центра к флангам и обратным – от флангов к центру.

Обратный порядок отработки блоков и панелей наиболее широко применяется при разработке угольных месторождений.

РАЗМЕРЫ ШАХТНОГО ПОЛЯ

Важнейшими параметрами вскрытия месторождения являются размеры шахтного поля, а при разработке крутопадающих месторождений – длина шахтного поля.

В практике существуют два случая определения размеров шахтного поля:

а) размеры шахтного поля определяются величиной месторождения, достаточной для его разработки только одной шахтой;

б) размеры месторождения превышают параметры шахтного поля,
и тогда его разрабатывают несколькими шахтами (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Деление горизонтального пластообразного месторождения

на два шахтных поля: 1 – главные стволы шахт;
2 – вентиляционные стволы шахт; 3 – штреки

В последнем случае на стадии проектирования необходимо решить вопрос об оптимальном числе горных предприятий и о размерах шахтного поля для каждого из них. Главными факторами, влияющими на размер шахтного поля, являются: производственная мощность рудника, условия залегания рудной залежи, требуемые капитальные вложения и эксплуатационные затраты. Следует учитывать также сложность проветривания глубоких шахт. По этой причине приходится уменьшать длину шахтных полей, так как на глубинах свыше 1,5 км целесообразная длина участков проветривания отдельными вентиляционными стволами составляет около 400–500 м.

Кроме того, размеры шахтного поля ограничиваются возможностями рационального управления производством крупного масштаба. Специфика горного производства такова, что руководящий состав несет ответственность не только за ритмичную работу предприятия, организацию производства в непрерывно изменяющихся природных условиях, но и за безопасность работающих. Он должен знать реальную обстановку на горизонтах, в блоках, а также в отдельных – наиболее опасных забоях, уметь планировать процесс производства.

Шахтное поле после установления его размеров разделяется подготовительными выработками на этажи и блоки при разработке наклонных
и крутопадающих месторождений и на панели – при горизонтальном или пологом залегании рудного тела. Крупные горнодобывающие предприятия черной металлургии имеют длину шахтных полей от 1 000 до 3 000 м,
а предприятия цветной металлургии – от 500 до 2 000 м.

ВЫСОТА ЭТАЖА

Важным параметром вскрытия крутопадающего месторождения является высота этажа.

Этаж – это часть месторождения, ограниченная по падению откаточными и вентиляционными штреками, по простиранию – границами шахтного поля.

Высота этажа – это расстояние по вертикали между откаточными горизонтами. Это постоянная величина, не зависящая от гипсометрии рудной залежи. Наклонная высота этажа – это расстояние между откаточными горизонтами по падению месторождения. Этот параметр используется при разработке наклонных залежей.

На высоту этажа влияют следующие факторы:

– горно-геологические – размеры (мощность, длина по простиранию
и глубина по падению), форма и углы падения рудных тел;

– горнотехнические – системы разработки и порядок отработки месторождения, условия поддержания горных выработок, условия и безопасность ведения горных работ, время, необходимое для подготовки и отработки этажа (горизонта);

– технико-экономические – запасы руды в этаже, ценность и содержание металла в руде; объемы и сроки проведения горно-капитальных и горно-подготовительных выработок; стоимость подъема руды и породы, водоотлива, доставки людей и материалов.

На практике высота этажа варьируется в широком диапазоне: от 20 до 100 м и более. Этот параметр существенно зависит от угла падения рудной залежи и ее мощности: чем меньше значения этих показателей, тем меньше высота этажа. При наклонном залегании рудной залежи высота этажа может составлять около 20 м, а при разработке мощных крутопадающих месторождений достигает 60–100 м. Однако при разработке крутопадающих жил она составляет всего 40 м. Применение лифтов для подъема людей, материалов и оборудования позволяет увеличить высоту этажа.

Источник

Объекты и условия открытых горных работ

Месторождения полезных ископаемых, разрабатываемые открытым способом, отличаются весьма разнообразными условиями залегания, влияющими на выбор технических средств и порядок производства горных работ.

Типы месторождений различают по характерным признакам.

По форме выделяют залежи (рис. 2.1):

— изометрические – развитые примерно одинаково во всех направлениях: массивные залежи, штоки, гнезда, и т. п. (схемы в, з);

— плитообразные – вытянутые преимущественно в двух направлениях при относительно небольшой мощности: пласты, пластообразные залежи, линзы (схемы а, г, ж):

Рис. 2.1. Типы месторождений, разрабатываемых открытым способом

— столбообразные и трубообразные – вытянутые в одном направлении (главным образом по падению) при сравнительно небольших, мало отличающихся друг от друга размерах в сечении (схема д);

— смешанные – представленные одновременно несколькими формами (например, пласты и линзы, столбы и жилы);

— сложные, когда трудно выделить преимущественное тяготение к одной из перечисленных групп, например, ветвящиеся жилы, вкрапленности, гнезда (схема б).

От формы залежи зависит форма карьерного поля.

Рельеф поверхности может быть равнинным, (схема а); холмистым (схемы г, з), представлен возвышенностью (схема в)или ее склоном (схема б), наконец, залежь может находиться под водой. Рельеф поверхности влияет на порядок разработки и выбор возможных средств механизации.

По строению различают [30]: простые залежи с однородным строением без существенных прослоев и включений (схемы а, д, ж); сложные залежи, содержащие прослои, пропластки, включения пустых пород и некондиционного полезного ископаемого, (схемы б, г, з); рассредоточенные залежи, имеющие сложное строение, при котором кондиционное, некондиционное полезное ископаемое и пустые породы распределены в толще земной коры без определенной закономерности и четко выраженных контактов.

При разработке простых месторождений применяют валовый способ выемки. На сложных залежах необходима раздельная (селективная) разработка различных типов, сортов полезного ископаемого и пустых пород. Выбор валового или раздельного способа выемки на рассредоточенных залежах производят после детальной эксплуатационной разведки.

По углу падения выделяют залежи: пологие, которые характеризуются горизонтальным или слабонаклонным (до 8–10°) залеганием (схемы а, г), наклонные – с углами падения от 8–10 до 25–30° (схема ж), крутые (крутопадающие) – с углами падения более 30° (схемы д, з), сложного залегания – с переменным направлением падения, характерным для складок и разрывных тектонических нарушений (схемы б, е).

При разработке горизонтальных и пологих залежей возможно складирование пустых пород в выработанном пространстве. В условиях наклонных залежей обычно не требуется выемка вскрышных пород со стороны лежачего бока залежи. При крутом падении необходимо производить разработку вмещающих пород как висячего, так и лежачего боков.

Мощность залежи определяет способ ее выемки. Условия и порядок разработки этих месторождений неодинаковы, поэтому численно различны и показатели одних и тех же классов мощности.

Горизонтальные и пологие месторождения классифицируют по вертикальной мощности залежи h_в:

— весьма малой мощности – h_в до 3–5 м;

— малой мощности – h_в от 5 до 10–20 м;

— средней мощности – h_в от 20 до 30–40 м.;

— большой мощности – h_в более 40 м.

Наклонные и крутые месторождения классифицируют по горизонтальной мощности залежи m_г:

— весьма малой мощности – m_г менее 15–25 м;

— малой мощности – m_г от 25 до 50–75 м;

— средней мощности – m_г от 75 до 100–150 м;

— большой мощности – m_г более 150 м.

На работу горнотранспортного оборудования, как уже отмечалось, существенно влияют климатические условия. Почти две трети территории нашей страны, занимают области с суровым климатом: Заполярье, Центральная и Восточная Сибирь, Якутия, Магаданская обл. и др. Обильные снегопады и метели, что особенно характерно для северных районов нашей страны, где снежный покров сохраняется до 290–300 дней в году, в значительной степени затрудняют работу транспорта. В пределах карьера скапливается большое количество снега. Смешиваясь с рудой, снег повышает ее слеживаемость и смерзаемость. При низких температурах возрастает число отказов в гидро- и пневмосистемах оборудования, возникают дополнительные напряжения в механических конструкциях, металл становится хрупким. Вследствие сильных ветров выходят из строя линии электропередач и связи. Сочетание низких температур и сильных ветров неблагоприятно сказывается на работоспособности человека. Поэтому оценку суровости (жесткости) погоды в баллах ведут на основании эмпирических формул, учитывающих температуру воздуха и скорость ветра.

Для карьеров, находящихся в суровых климатических условиях, уменьшают число рабочих дней в году (табл. 2.1),составляют специальные графики работы на открытом воздухе, предусматривающие обогрев людей через определенные промежутки времени. При неблагоприятной погоде (учитываются температура воздуха, скорость ветра и метельный перенос снега) рабочий день сокращают на 1-2 часа или работы прекращают совсем. В таких климатических зонах следует использовать машины и механизмы в северном исполнении с утепленными герметизированными кабинами, повышенной надежностью изоляции электродвигателей, токоприемников, генераторов, усиленной теплоизоляцией дизельных двигателей.

Таблица 2.1. Число рабочих дней в году (по данным «Гипроруды»), ед.

К северным следует относить районы, расположенные севернее линии: Кемь – Сыктывкар – Свердловск – Омск – Новосибирск – Минусинск – Черемхово – Благовещенск – Петропавловск-Камчатский;

К южным – расположенные южнее линии: Клайпеда – Вильнюс – Брянск – Орел – Харьков – Волгоград – Гурьев – Аральск.

Отрицательно влияет на работу горнотранспортного оборудования туман, особенно на высокогорных карьерах, где ежегодное число туманных дней достигает 200.

В зонах с жарким или тропическим климатом особые требования к технологии, механизации и организации работ предъявляют влажность и температура воздуха, песчаные бури, повышенная солнечная радиация.

Обводненность месторождений, хотя и не является препятствием для организации открытой добычи полезного ископаемого, но обусловливает принятие специальных мер по осушению рабочих мест, укреплению горных выработок, повышению устойчивости горных пород. Ее характеризует совокупность гидрогеологических факторов: величина притока и химический состав воды, водоотдача пород, устойчивость пород к размывающему и растворяющему действию воды.

Наиболее распространенной, хотя и условной характеристикой обводненности месторождения является коэффициент водообильности – отношение количества откачанной воды к количеству добытого за тот же срок полезного ископаемого.

Для сильно обводненных месторождений он достигает 10–15 м 3 /т.

Основные понятия и термины

При производстве открытых горных работ в земной коре образуются выемки – котлованы. Они представляют собой совокупность открытых горных выработок, называемых карьером. Таким образом, понятие «карьер» имеет два значения – техническое и административно-хозяйственное (горное предприятие с открытым способом разработки). Месторождение или часть его, разрабатываемую карьером, называют карьерным полем. Размеры карьерного поля определяют общие объемы горных работ и возможную производственную мощность карьера. В процессе извлечения полезного ископаемого и удаления пустых пород (вскрыши) образуется открытое выработанное пространство.

Выемку полезного ископаемого, покрывающих и вмещающих пород ведут слоями, начиная с верхних слоев. В результате разрабатываемый массив горных пород приобретает форму уступов. Между смежными слоями оставляют площадки для размещения оборудования, транспортных и энергосиловых коммуникаций и других производственных целей. Обычно слои горизонтальны (рис. 2.2), но иногда пологую залежь отрабатывают наклонными слоями, а крутопадающую – крутыми.

Рис. 2.2. Уступ и его элементы:

1 – верхняя площадка; 2 – нижняя площадка; 3 – откос уступа; 4 – верхняя бровка; 5 – нижняя бровка; 6 – забой

Разделение массива горных пород на отдельные слои обусловлено ограниченными технологическими параметрами выемочно-погрузочных машин, наличием прослоев с различными физико-механическими и качественными характеристиками, повышенной опасностью обрушения обнаженного массива пород значительной высоты. Слой является более широким понятием, чем уступ.

Уступ – это часть слоя горных пород, имеющая форму ступени и разрабатываемая самостоятельными средствами рыхления, выемки и транспорта. Различают рабочие и нерабочие уступы. На рабочих уступах ведут отработку массива полезного ископаемого и вскрыши. Рабочий уступ иногда подразделяют по высоте на подуступы, которые разрабатывают последовательно или одновременно разными (теми же) выемочно-погрузочными машинами, но обслуживают общим транспортным горизонтом.

Поверхности, ограничивающие уступ сверху и снизу, именуют верхней и нижней площадками, а наклонную поверхность, ограничивающую уступ со стороны выработанного пространства – откосом уступа. Линии пересечения откоса уступа с его верхней и нижней площадками называют верхней и нижней бровками (рис. 2.2).

ГОСТ 2.855-75 устанавливает определенные требования к изображению уступов в профиле и плане (рис. 2.3).

Измерив расстояние по вертикали между верхней и нижней площадками, находят высоту уступа. Ее величина зависит от рабочих размеров применяемого выемочно-погрузочного оборудования и физико-механических свойств пород.

а б

Рис. 2.3. Графическое изображение вскрышного (а), добычного (б) и смешанного (в) уступов

Угол, образованный откосом уступа и его проекцией на горизонтальную плоскость, называют углом откоса уступа. На рабочих, постоянно перемещающихся, уступах его величину устанавливают с таким расчетом, чтобы сохранить устойчивое положение откоса уступа на сравнительно короткий срок (несколько месяцев). Углы откосов нерабочих уступов, достигающих при разработке месторождения своего предельного положения, должны обеспечивать длительную устойчивость пород практически на весь срок существования карьера. Часть откоса уступа, служащая объектом воздействия горного оборудования при его разработке, является забоем.

Нижняя поверхность карьера – это его дно (подошва). Вертикальное расстояние между дном карьера и усредненной отметкой дневной поверхности называют глубиной карьера. Линии пересечения бортов карьера с поверхностью и дном образуют верхний и нижний контуры карьера. Контуры, соответствующие моменту окончания горных работ, называют конечными. Условную поверхность, проходящую через верхний и нижний контуры, именуют откосом борта карьера, а угол, образованный откосом борта и его проекцией на горизонтальную плоскость, – углом откоса борта карьера.

Рис. 2 4. Элементы и параметры карьера:

Углы откосов бортов карьера на момент погашения горных работ зависят от конструкции борта и должны обеспечивать устойчивое равновесие слагающих его пород. Уменьшение угла наклона борта карьера в его конечных контурах на 2–3° приводит к значительному увеличению вынимаемых объемов вскрыши и затрат на разработку месторождения. Максимально возможные углы откосов бортов карьера зависят от физико-механических свойств и обводненности слагающих их пород, наличия и характера расположенных в борту поверхностей ослабления (плоскостей напластований, тектонических нарушений и т. п.), глубины карьера и формы борта в плане. Вогнутый борт более устойчив, чем плоский или выпуклый. Как правило, угол откоса, определенный на основе теоретических расчетов или по нормативам является ориентировочным. Его уточняют в процессе производства горных работ.

Угол откоса рабочего борта карьера не превышает 20 градусов и зависит от высоты уступа и ширины рабочей площадки:

, (2.1)

где φ – угол откоса рабочего борта карьера, град; h – высота уступа, м; α– угол откоса уступа, град; П – ширина рабочей площадки, м.

За счет увеличения угла откоса рабочего борта можно регулировать годовые объемы вскрыши.

Источник