Тема 1. Системы разработки месторождений полезных ископаемых подземным способом
Система разработки — совокупность подготовительных, нарезных и очистных работ, проводимых в определенном порядке во времени и пространстве, обеспечивающая экономичную и безопасную эксплуатацию месторождения с заданной производственной мощностью при рациональном использовании запасов полезного ископаемого.
Выбор системы разработки осуществляют на основании технико-экономических расчетов.
Основные факторы, определяющие выбор системы разработки: угол падения полезного ископемого, мощность, крепость полезного ископемого и вмещающих пород.
Дополнительные факторы, — склонность к самовозгоранию и слеживанию, необходимость сохранения земной поверхности, подземные воды и поверхностные водоемы, тектоническая нарушенность и др.
Системы разработки пластовых (угольных) месторождений существенно отличаются от систем разработки рудных месторождений.
Классификация систем разработки рудных месторождений
В основе классификации систем разработки рудных месторождений используются следующие классификационные признаки:
- тип и размеры месторождения (W.R. Crane, G.J. Young, И. Покровский, Г.Е. Баканов, Л.И. Барон);
- способ поддержания выработанного пространства (F.W. Sperr, Y.H. Rayt, E.C. Mitke, В.Н. Семевский и др.);
- способ поддержания очистного пространства (J.F. Clelland, C.F. Sackson и E.D. Gardner, классификация Горного бюро США, Н.И. Трушков, Н.А. Стариков, Г.Н. Попов, В.Р. Именитов и др.);
- состояние очистного пространства (М.И. Агошков, Р.П. Каплунов и др.);
- поддержание в период выемки и последующего заполнения выработанного пространства (В.Т. Маркелов);
- тип забоя, способ поддержания кровли, способ подсечки блока (Американский институт горных инженеров и металлургов);
- направление фронта отработки и тип заполнения выработанного пространства (О.А. Байконуров);
- В России заслуженно получили признание и используются при проектировании подземных рудников классификации М.И.
Агошкова и В.Р. Именитова. Системы разработки по В.Р. Именитову подразделяют на 3 класса:
- I системы разработки с естественным поддержанием очистного пространства;
- II системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород (без поддержания выработанного пространства);
- III системы разработки с искусственным поддержанием выработанного пространства
Таблица 1 Классификация систем разработки рудных месторождений по В.Р. Именитову
Разработка Арланского нефтяного месторождения (2)
... значительные запасы нефти, многие нефтяные месторождения вступили в позднюю завершающую стадию разработки, средняя обводненность превышает 90 %, большинство остаточных запасов являются трудноизвлекаемыми. Анализ результатов разработки нефтяных месторождений и проведенных исследований показывает, ...
|
Класс |
Группа |
Система разработки |
|
|
I. Системы разработки с естественным поддержанием очистного пространства |
А. Системы с естественным поддержанием очистного пространства и механизированной доставкой в нем руды |
1. Сплошная система 2. Камерно-столбовая система |
|
|
Б. Системы с естественным поддержанием очистного пространства и самотечной доставкой в нем руды |
3. Камерная система 4. Система с отбойкой из магазина 5. Другие системы разработки данного класса |
||
|
II. Системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород (без поддержания выработанного пространства) |
А. Системы этажного обрушения |
1. Этажное принудительное обрушение со сплошной выемкой 2. Этажное принудительное обрушение с компенсационными камерами 3. Этажное самообрушение |
|
|
Б. Системы подэтажного обрушения |
4. Подэтажное обрушение с торцовым выпуском руды 5. Подэтажное обрушение с донным выпуском руды |
||
|
III. Системы разработки с искусственным поддержанием выработанного пространства |
А. Системы с закладкой |
1. Однослойная выемка с закладкой 2. Горизонтальные слои с закладкой 3. Наклонные слои с закладкой 4. Система разработки тонких жил с раздельной выемкой 5. Нисходящая слоевая выемка с твердеющей закладкой |
|
|
Б. Системы разработки с креплением выработанного пространства |
|||
|
В. Системы с креплением и последующим обрушением |
6. Столбовая система с обрушением 7. Слоевое обрушение |
||
Системы разработки с естественным поддержанием очистного пространства
Сплошную систему разработки применяют при выемке пологих и наклонных залежей малой и средней мощности при высокой устойчивости руды и вмещающих пород и относительно малой ценности руды. Поддержание кровли стойками, кострами, целиками.
Камерно-столбовую систему разработки применяют при выемке пологих и наклонных рудных тел средней устойчивости руды и вмещающих пород и относительно малой ценности руды. От сплошной системы разработки отличается оставлением ленточных междукамерных целиков и регулярных целиков-столбов.
Рис. 1 Проходка камерной выработки при камерно-столбовой системой слоями: 1 — отработан верхний слой (подсечка); 2 — почвоуступный забой второго слоя
Рис. 2 Камерно-столбовая система разработки (шх.65 Южно-Жезказганского рудника)
Рис. 3 Камерно-столбовая система разработки со шпуровой отбойкой: 1 — камера; 2 — околоштрековый целик; 3 — камерный целик; 4 — рудный массив; 5 — штрек
Камерную систему разработки с этажной отбойкой руды применяют при выемке весьма мощных, мощных и средней мощности крепких руд залегающих в устойчивых породах.
Рис. 4 Камерная система разработки с камерно-целиковым порядком выемки на примере рудника «Кидд Крик» (Канада) 1 — выработки выпуска; 2 — восстающие шпуры подсечки; 3 — скважины диаметром 54 мм; 4 — скважины диаметром 200 мм; 5 — буровые выработки
Схемы расположения скважин при отбойке камерного запаса на руднике
Систему разработки с магазинированием руды применяют при выемке мало мощных и средней мощности крутопадающих рудных жил залегающих в относительно устойчивых породах.
Рис. 5 Система разработки с магазинированием руды: 1 и 3 — откаточный и вентиляционный штреки; 2 — восстающие; 4 — ходки
месторождение рудный пластовый
Изоляция выработанного пространства
При сплошной системе разработки при выемке пологих и наклонных залежей малой и средней мощности при высокой устойчивости руды и вмещающих пород и относительно малой ценности руды применяют изоляцию выработанного пространства созданием защитных полос путем подрыва вмещающих пород.
Критерием необходимости создания защитных полос является значение скорости воздушного потока при самообрушении пород кровли, которая согласно §101 ЕПБ не должна превышать хкрит ? 15 м/сек.
Скорость воздушного потока при самообрушении пород кровли может быть рассчитана по формуле:
С учетом рассчитанной скорости воздушного потока ширина изоляционной породной полосы по кровле выработанного пространства определяется по формуле:
Учитывая влияние угла падения жилы на формирование угла естественного откоса и необходимость полного перевала отбитыми породами выработанного пространства, создание изоляционной полосы при расположении ее по простиранию должно проводиться с подрывом почвы и кровли (рис 7.5).
Рис. 5
Необходимый объем взорванных пород составляет 190 м3 на 10 м полосы. Снижение объема отбойки пород может быть достигнуто при сочетании крепления стойками (с отшивкой) и отбойке только по кровле. Следует отметить, что недопустимо оставление зазора по кровле защитной полосы, т.к. скорость воздушного потока при этом увеличивается пропорционально уменьшению остаточного сечения. Согласно проекту, вторая и третья защитные полосы возводятся по падению жилы 35, соответственно, после погашения целиков в блоках 35/3+35/3а гор.771 м и блоков 35/7+35/10 гор. 720 м. При аналогичных параметрах скорости воздушного потока расчетный объем подрывки пород кровли составляет 60 м3 на 10 м полосы (рис. 7.6).
Рис. 6
