РАЗРАБОТКА РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

ЛЕКЦИЯ №

Руда является одним из видов твердого полезного ископаемого, представляющего собой естественное минеральное вещество, из которого путем соответствующей переработки извле-
каются содержащиеся в нем металлы и полезные минералы. Переработка руды включает обогащение и металлургический передел, результатом которого и является получение металла.

По виду полезных компонентов различают руды металлические и неметаллические.

К первым относят руды черных (железные, марганцевые, хромовые, титановые, никелевые и кобальтовые), цветных (медные, свинцово-цинковые, алюминиевые, вольфрамовые, молибденовые, оловянные, ртутные, сурьмяные), редких (литиевые, танталовые и другие), благородных (руды, содержащие золото, серебро, платину) и радиоактивных металлов (урановые и ториевые);

ко вторым — апатитовые и фосфоритовые руды, калийные и каменные соли, породы для получения строительных материалов, руды, содержащие драгоценные камни, слюду, графит и другие виды минерального сырья.

Руды в зависимости от количества входящих в них полезных компонентов делятся на простые (монометаллические) и сложные (полиметаллические). К последним чаще всего относятся руды цветных металлов.

Среднее содержание полезного компонента в рудном месторождении или его части, при котором ценность полезного компонента равна затратам на добычу и переработку, называется
минимальным промышленным содержанием. Горная порода, содержащая полезный компонент в количестве, равном промминимуму или больше, относится к руде, в противном случае - к пустой породе. Величина промминимума для ценных дефицитных руд ниже, чем малоценных. Например, породы, содержащие железа до 20—25 %, рудой не являются, а содержащие меди или свинца несколько процентов относятся к руде.

По характеру оруденения руды делят на сплошные и вкрапленные.

Сплошные руды имеют четко выраженные границы с вмещающими породами.

Вкрапленные руды представляют собой горную породу, пронизанную мелкими включениями рудных минералов разнообразной формы, иногда почти невидимыми.

Рудные месторождения состоят из одного или нескольких близко расположенных рудных тел различной формы и размеров. Различают следующие формы рудных тел:

пластовые, занимающие значительные площади;

пластообразные, отличающиеся невыдержанностью элементов залегания;

жильные, их элементы залегания не постоянны;

линзообразные, массивные рудные тела обычно неправильной формы, с бессистемно изменяющимися элементами залегания (штоки, гнезда).

По мощности рудные тела классифицируются следующим образом:

• тонкие — мощностью до 0,6—0,8 м (выемка ведется с подрывом боковых пород);

• маломощные — мощностью от 0,8 до 4—5 м (при выемке не используется скважинная отбойка);

• средней мощности — от 5 до 10—15 м (при отработке блоки располагают длинной стороной по простиранию залегания);

• мощные — мощностью от 10—15 до 60 м (при отработке блоки располагают доинной стороной вкрест простирания залежи);

• весьма мощные— мощностью более 60 м (при отработке крутых залежей блоки располагают не только по простиранию, но и вкрест простирания, горизонтальные или пологие залежи разделяют на этажи).

В практике разработки рудных месторождений принята следующая классификация залежей по углу падения: горизонтальные (угол падения до 3°), пологие (угол падения от 3 до 20 - 25°); наклонные (угол падения от 20—25 до 50°); крутые (угол падения более 50°). Наклонные и крутые залежи по падению делят на этажи.

Рудные месторождения по сравнению с угольными имеют целый ряд особенностей, вытекающих из их геологического происхождения. Они существенно влияют на содержание и технологические решения при разработке рудного месторождения.

Основными особенностями являются:

• более высокая крепость и абразивность руд по сравнению с углем. Большинство руд имеют коэффициент крепости f = 12, более крепкие f =15 - 20. Руда во мною раз абразивное угля. Это обусловливает необходимость применения на подземных работах в большинстве случаев взрывной отбойки, связанной с бурением и заряжанием шпуров и скважин, и иных транспортных средств, чем на угольных шахтах;

• разнообразие размеров и изменчивость элементов залегания рудных тел, что существенно влияет на принятие стандартных технологических решений, схем вскрытия и подготовки, систем разработки;

• изменчивость содержания полезных компонентов, а также минералогического состава руд по объему залежи, что вызывает необходимость усреднения качества рудной массы, поступающей из различных блоков;

• меньшая разрушаемость отбитой руды при самотечном перемещении ее, что широко используется, в отличие от угольных шахт, при перепуске по рудоспускам протяженностью до 100 м и более. Это оказывает влияние на особенности вскрытия месторождений и подготовки блоков;

• меньшая достоверность информации о горно-геологических условиях и протекании технологических процессов, что затрудняет оперативный контроль их выполнения;

• широкий диапазон устойчивости руд и вмещающих пород, что предопределяет многообразие технологических решений;

• способность некоторых руд к слеживаемости и самовозгоранию, что исключает в таких случаях применение систем разработки с магазинированием отбитой руды;

• высокая ценность большинства руд по сравнению с углем, что обусловливает более жесткие требования к полноте и качеству извлечения полезного ископаемого;

• отсутствие на большинстве рудников метановыделения, допускающее в подземных условиях применение открытого огня и аппаратуры в нормальном исполнении.

ПОТЕРИ И РАЗУБОЖИВАНИЕ РУДЫ

Полнота и качество извлечения руды из недр оцениваются уровнем потерь и разубоживанием руды. Часть балансовых запасов руды, безвозвратно оставляемая по разным причинам и недрах, называется потерями руды. Одновременно при добыче всегда происходит разубоживание руды, т.е. снижение содержания полезного компонента в рудной массе по сравнению с содержанием его в массиве руды. Потери руды, выраженные в долях единицы или процентах, являются количественными показателями извлечения руды, а разубоживание — качественным.

Потери руды подразделяются на общерудничные, эксплуатационные в массиве и для отбитой руды. Общерудничные потери представляют собой запасы руды в целиках для охраны капитальных горных выработок и различного рода объектов на поверхности (зданий, сооружений, железных дорог и других).

Эксплуатационные потери руды в массиве обусловлены оставлением неизвлекаемых целиков внутри блоков, у штреков и восстающих, а также у контактов руды с вмещающими породами. Эксплуатационные потери отбитой руды являются следствием неполноты ее выпуска по разным причинам из очистных блоков.

Коэффициент потерь руды определяется соотношением количества потерянной руды к балансовым запасам. Кроме коэффициента потерь руды существует понятие о коэффициенте потерь металла, определяемом содержанием металла в балансовых запасах руды, в тоннах или %. Величины фактических потерь и разубоживания руды являются отчетными показателями рудника. Учет потерь и разубоживания осуществляет маркшейдерско-геологическая служба горнодобывающего предприятия.

Рост потерь и снижение качества добываемой руды имеют отрицательные экономические последствия, так как рудник несет определенный ущерб от потерь металла. Поэтому сокращение потерь руды при разработке и снижение ее разубоживания обусловливают достижение более высоких технико-экономических показателей деятельности предприятия и рост его доходов.

ВСКРЫТИЕ И ПОДГОТОВКА РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Залежи рудных месторождений большей частью имеют крутое или наклонное залегание. В целях удобства разработки их по падению делят на этажи. Обычно вертикальная высота этажа составляет 60—80 м, в отдельных случаях она может быть равной 20—30 м или достигать 300 м. Этажи по простиранию делят на блоки длиной 50—60 м. В пределах блока на его границе по простиранию проводят блоковые восстающие, соединяющие откаточный и вентиляционные горизонты. Каждый блок является самостоятельной добычной единицей, где осуществляется очистная выемка руды.

Горизонтальные залежи делят на панели. На рудных месторождениях в зависимости от горно-геологических условий залегания рудных тел применяют вскрытие вертикальными, наклонными стволами или штольнями. Этим основным вскрывающим выработкам присущи те же достоинства и недостатки, что и на угольных месторождениях.

Главный ствол обычно располагают в лежачем боку за пределами зоны сдвижения поверхности. Это позволяет уменьшить потери руды в охранных целиках, что особенно важно при наличии руд высокой ценности. Шахтные стволы при вскрытии обычно проводят до первого горизонта, на котором этажным квершлагом осуществляется непосредственное вскрытие рудной залежи. По мере отработки запасов руды в этаже осуществляют углубку шахтных стволов и проведение квершлагов на каждом горизонте. Для рудных месторождений характерна частая углубка стволов, особенно при небольшой высоте этажа. Для проветривания горных выработок свежий воздух в шахту подают по главному стволу, пройденному в центре шахтного поля по простиранию (при двукрылом шахтном поле). Исходящая струя выходит на поверхность через вентиляционные стволы. При разработке рудных тел большой протяженности в глубины применяют на нижних горизонтах вскрытие слепыми стволами, иногда с концентрационными горизонтами. Главный (рудоподъемный) ствол проводят на всю глубину залегания рудного тела с образованием концентрационных горизонтов, на которые отбитая руда по рудоспускам перепускается с промежуточных горизонтов. Таким образом, транспорт руды к стволам осуществляется только по концентрационным горизонтам. Промежуточные этажные горизонты служат только для подготовки добычных блоков и вспомогательных целей (транспорт материалов и оборудования, доставка людей, проветривание и др.). Площадь поперечного сечения выработок этого горизонта меньше, чем концентрационного. Транспортный концентрационный горизонт обслуживает несколько этажей. Рудоспуски проводят либо по рудному телу, либо в породах лежачего бока. В связи с тем, что на больших глубинах квершлаги промежуточных горизонтов становятся слишком длинными, что требует значительных затрат на проведение, то их обслуживание осуществляется вспомогательным стволом, оборудованным подъемной установкой

Вскрытие вертикальными стволами с концентрационными горизонтами: 1 - главный ствол; 2 - этажные квершлаги промежуточных горизонтов; 3 - квершлаги концентрационных горизонтов; 4 -рудоспуски,.5 - слепой ствол

Горизонтальные и весьма пологие залежи вскрывают вертикальными стволами. В этом случае применяют в основном безэтажную разработку. Главные и вспомогательные стволы соединяют с вентиляционным стволом главным откаточным штреком, проводимым в подстилающих рудное тело породах. Этот штрек соединяют с подготовительными выработками, проведенными в рудной залежи, системой рудоспусков и восстающих. Рудную залежь в целях удобства разработки делят либо на панели, либо на блоки. Вскрытие горизонтальной залежи вертикальными стволами: 1 -главный ствол; 2 -вспомогательный ствол; 3 - вентиляционный ствол; 4 -рудоспуск; 5 -откаточный штрек. Рудные месторождения часто бывают приуроченными к гористому рельефу. В таких случаях применяют вскрытие штольнями.

Нередко наряду с главной штольней, имеющей выход к основной промплощадке, проводят штольни на отдельных этажах.

Запасы рудных тел или их частей, расположенные ниже уровня главной штольни, вскрывают слепыми вертикальными стволами с подъемной установкой на штольневом горизонте. Рудные залежи иногда вскрывают также наклонными стволами, проводимыми по рудному телу или в породах лежачего бока. В последнем случае ствол соединяют с рудным телом этажными верквершлагами. Проходят ствол либо параллельно залежи, либо параллельно линии сдвижения пород. Подготовка рудных тел к очистной выемке начинается с проведения сети подготовительных выработок на откаточном горизонте. На крупных и наклонных залежах, где рудное тело по падению делят на этажи, различают следующие варианты подготовки; - по типу подготовительных выработок — штрековую и ортовую;

- по расположению выработок по отношению к рудному телу —рудную, полевую и комбинированную; - по схеме движения транспорта—тупиковую и кольцевую.

Применяются также и другие варианты подготовки, например штрековая комбинированная с кольцевой откаткой. Выбор схемы подготовки зависит главным образом от мощности рудной залежи. Схемы подготовки откаточных горизонтов: а) - штрековая рудная с тупиковым транспортом; б) - полевым штреком и ортами с тупиковым транспортом; в) - комбинированная с ортами и кольцевой откаткой; г) - полевыми треками и ортами и кольцевой откаткой; 1 - главный квершлаг; 2 - вентиляционный квершлаг; 3 -рудный штрек; 4 -полевой штрек; 5 – орт В залежах небольшой мощности применяют подготовку рудным штреком с тупиковой схемой транспорта. В залежах средней мощности и мощных применяют полевую, рудную и комбинированную подготовку с проведением ортов либо с тупиковой схемой транспорта, либо с кольцевой. При ортовой подготовке пункты для погрузки руды в составы располагаются в откаточных ортах. Кольцевая откатка обычно применяется при разработке мощных залежей. В этом случае проводят два штрека: один рудный, другой полевой, либо оба полевые. После проведения подготовительных выработок транспортного горизонта приступают к непосредственной подготовке блока к очистной выемке. Этот этап обычно включает проведение следующих выработок: блоковых восстающих, рудоспусков, штреков горизонтов вторичного дробления, скреперования, подсечки и др.

РАЗРАБОТКА РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ