ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Горное дело — совокупность отраслей науки и техники, занимающихся процессами добычи полезных ископаемых из недр Земли. На протяжении тысячелетий добывались только твердые полезные ископаемые, но во второй половине XIX в. развивается добыча нефти, в начале XX в. — природного газа.

Добыче полезных ископаемых предшествует разведка их месторождений, необходимая для определения запасов, качества руд, экономической целесообразности эксплуатации, производственной мощности предприятия и технологии разработки. Широко распространены геофизические методы разведки, геохимические поиски и микробиологическая разведка. Данные разведочных работ изображаются на картах, планах, разрезах и графиках методами маркшейдерии и горной геометрии.

После определения величины запасов полезного ископаемого и решения вопроса об экономической целесообразности его использования приступают к разработке месторождения. Для вскрытия месторождения строят надземные и подземные сооружения и проходят сеть выработок и скважин.

Из подземных выработок рудника на земную поверхность обеспечивается не менее двух выходов: по одному поступает свежий воздух, по другому выходит отработанный. Такими выходами являются вскрывающие месторождения и соединенные между собой вертикальные или наклонные шахтные стволы, штольни и др.

После вскрытия месторождения проходят выработки, назначение которых — подготовить месторождение к очистным работам. По окончании их проходки, в ходе очистных работ, извлекают полезные ископаемые. Выработки для добычи руд называют очистными. Порядок проведения во времени и пространстве подготовительных и очистных работ определяется системой разработки месторождения.

Проходка подготовительных выработок и очистные работы производятся с использованием машин: буровых, породопогрузочных, комбайнов, конвейеров и др.

Добытое полезное ископаемое перевозится от очистного забоя к поверхности земли средствами рудничного транспорта. Перемещение грузов и людей осуществляется по шахтному стволу рудничным подъемом.

Подземная разработка месторождения полезных ископаемых — это совокупность работ по вскрытию, подготовке и выемке сырья.

Предприятие, в состав которого входят рудник или шахта и обогатительная фабрика, осуществляет разработку месторождения полезного ископаемого (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Комплекс технологических подразделений рудника, разрабатывающего месторождение комплексным методом: традиционной технологией с закладкой пустот твердеющими смесями и с выщелачиванием

Рудник — горное предприятие, разрабатывающее месторождение полезного ископаемого на отведенном для него участке земли и состоящее из одной или нескольких основных производственных единиц — участков или шахт и вспомогательных участков или цехов.

Шахта — производственная единица горного предприятия, добывающая полезное ископаемое в пределах части месторождения. Шахтой иногда называют вертикальный ствол.

Рудничное или шахтное поле — часть месторождения, отведенная для разработки рудником или шахтой.

Этажи или панели — часть шахтного поля, ограниченная по падению откаточными горизонтами, а по простиранию — границами шахтного поля.

Число одновременно разрабатываемых этажей зависит от условий локализации месторождения, применяемой системы разработки и годовой производительности шахты. Одновременная разработка двух или более этажей обусловлена тем, что годовую добычу обеспечить одним этажом невозможно (рис. 2.2).

Этажи отрабатывают в нисходящем порядке — сверху вниз или в восходящем порядке — снизу вверх (рис. 2.3).

Высота этажа — расстояние между выработками основного горизонта данного этажа и основного горизонта вышележащего этажа по вертикали. Высота этажа изменяется от 30 до 100 м и более (рис. 2.4).

Подземная разработка месторождений полезных ископаемых ведется в Канаде, США, Мексике, Чили, Швеции, во Франции, в ФРГ, Родезии, Замбии, ЮАР, Австралии. Рудники сравнительно невысокой

Рис. 2.2. Разработка месторождения на высоту двух этажей:

• 1,2,3 — штреки соответственно откаточного, промежуточного и вентиляционного горизонтов; 4 — коллектор; 5 — съезд; 6 — блоковый восстающий;
• 7 — подэтажный штрек; 8 — заходка; 9 — подсечный штрек;
• 10 — отрезной восстающий; 11 — дучка

Рис. 2.3. Порядок очистных работ: а — восходящий; б — нисходящий

Рис. 2.4.

Высота этажа и подэтажей при системе разработки с закладкой пустот твердеющими смесями

производительности функционируют в Италии, Испании, Японии, на Филиппинах.

В настоящее время наиболее распространены системы разработки этажного и подэтажного самообрушения, камерно-столбовые, с креплением и закладкой очистного пространства.

Показатели разработки определяются уровнем механизации основных и вспомогательных процессов, в том числе использованием самоходного оборудования. Оптимальная производительность погрузочно-транспортного оборудования обеспечивается хорошим качеством дробления руды с помощью взрывных скважин уменьшенного диаметра.

Основные направления развития способов подземной разработки рудных месторождений:

• • вскрытие месторождений наклонными стволами с транспортированием руды конвейерами и самоходными средствами;
• • устройство концентрационных горизонтов с увеличением высоты шага вскрытия;
• • комплексная механизация процессов подготовки и добычи;
• • повышение мощности и производительности самоходных машин;
• • снижение потерь и разубоживания руды при системах с обрушением;
• • внедрение автоматизированных систем управления.

Молодым направлением подземной разработки месторождений

является подземное выщелачивание полезных ископаемых избирательным растворением их химическими реагентами на месте залегания с извлечением растворов на поверхность и металлов из растворов. Технология применяется для добычи цветных металлов и редких элементов.

Подземное выщелачивание цветных металлов известно с XVI в. в Испании. Оно впервые освоено в промышленных масштабах на медном руднике Кананеа в Мексике в 1924 г. и на медных месторождениях Урала (1939 г.). С 1957 г. так добывают уран. Способ подземного выщелачивания применяется в России, США, Франции, Японии, ГДР и других странах. Еще в 1974 г. этим способом получали 20% мировой добычи меди.

Выбор реагентов для технологии с выщелачиванием зависит от состава руды и химической среды на технологическом объекте.

При подготовке рудных тел к выщелачиванию месторождение вскрывается системой скважин. В скважины подают растворитель, который, фильтруясь по пласту, выщелачивает полезные компоненты. Продуктивный раствор откачивается через выдающие скважины. В случае непроницаемых рудных тел залежь вскрывают подземными горными выработками, а руды дробят буровзрывными работами. На верхнем горизонте массив орошают растворителем, который растворяет полезное ископаемое. На нижнем горизонте растворы собирают и откачивают на поверхность для переработки.

Одно из основных препятствий для применения технологии с выщелачиванием — низкая скорость реакций. Для ее увеличения используют приемы интенсификации процессов электрическими и электромагнитными полями, предварительным нагревом, обжигом и др. Для подготовки руд к выщелачиванию применяют ядерные взрывы и микробиологические способы.

Технология подземного выщелачивания позволяет разрабатывать месторождения полезных ископаемых на значительных глубинах, недоступных по экономическим соображениям для обычной технологии, бедных руд и т.п.