Відкритий спосіб розробки корисних копалин
Залізною рудою називаються багаті залізом мінеральні утворення, які за мінеральним і хімічним складом, а також фізичним властивостям на даному рівні розвитку металургії дозволяють отримувати з них рентабельно метал необхідної якості.
З залізних руд виплавляються чавуни (С2,5 - 4%), сталі (С 1,7 - 0,2%) і залізо (С 0,2-0,04%).
Для отримання високоякісних (легованих) сталей звичайні стали переплавляються з додаванням марганцю, хрому, ванадію, нікелю, кобальту, молібдену, вольфраму, ніобію, і інших елементів, які надають сталей в'язкість, твердість, антикорозійні і інші властивості.
В даний час чорна металургія здійснює переробку залізних руд за наступною схемою:
1) збагачення сирої руди з отриманням товарних концентратів, багатих на залізо і бідних шкідливими домішками;
2) агломерація концентратів з метою окускования і видалення шкідливих домішок (сірка, миш'яку);
3) доменна плавка агломерату для отримання ливарних або передільних чавунів;
За вмістом заліза виділяють природно багаті і бідні (що вимагають збагачення) руди.
Родовища залізних руд (ділянки великих родовищ для відпрацювання самостійними підприємствами) за розмірами і формою рудних тіл, мінливості їх потужності, внутрішньої будови і якості руд відповідають першій, другій і третій групах класифікації. До першої групи належать родовища (ділянки) простої геологічної будови з рудними тілами, представлені великими горизонтально або порожнього залягають пластовими покладами з стійкими потужністю або якістю руд (родовища Керченського басейну та інші осадові родовища).
До другої групи належать родовища (ділянки) складної геологічної будови з рудними тілами, представленими:
а) великими сложноскладчатимі або порушеними розривами пластовими, пласто-лінзоподібними покладами щодо складної будови з витриманим якістю руд (наприклад, поклади багатих руд КМА і Криворізького басейну);
б) великими і середніми за розмірами лінз, -штоко, - стовп - і трубообразнимі тілами складної будови або з невитриманою якістю руд (наприклад, Качканарское, Соколівське, Сарбайское і інші родовища).
До третьої групи відносяться родовища (ділянки) дуже складної геологічної будови з рудними тілами, представленими дрібними і середніми за розмірами лінзоподібними покладами, жило-і столбообразних тілами складної форми з різко мінливими - потужністю і якістю руд (наприклад, Кодінскій, Сухарінская, Орско-Халиловский і Тейское групи родовищ). [1, с. 192]
За будовою руди підрозділяються на масивні (щільні без тріщин включень і шаруватості руди), тріщинуваті, шаруваті і пухкі.
За кусковатості відбита руда класифікується наступним чином:
дрібниця - від рудного пилу до шматків з поперечними розмірами 100 мм;
середньої крупності - від 100 до 250-300 мм;
крупнокусковатая - від 250-300 до 500-600 мм;
дуже велика - понад 500-600 мм.
За об'ємною вагою руди діляться на важкі, з об'ємною вагою більше 3,5 тс / м3, середні, з об'ємною вагою 2,5-3,5 тс / м3, і легкі, з об'ємною вагою менше 2,5 тс / м3.
На розробку рудних родовищ істотний вплив роблять також і такі властивості руд, як злежуваність, окислюваність, возгораемость, самовозгораемость і вологоємність. Вологість руди сприяє її злежуваності, а в зимовий час - змерзання.
Типовими шароподібними рудними тілами представлено більшість родовищ Криворізького залізорудного басейну.
2. Системи підземної розробки з відкритим очисним простором
Системи розробки з відкритим очисним простором є найбільш поширеними, так як можуть застосовуватися в різноманітних умовах залягання родовищ з будь-яким кутом падіння і за будь-якої потужності. Цінність руд і характер розподілу в ній корисних компонентів також можуть бути різними. Однак неодмінною умовою успішного застосування цих систем є наявність стійких руд і порід, що вміщають.
Розглянемо деякі системи розробки цього класу. Система із суцільною виїмкою по простяганню застосовується при розробці пологих і похилих рудних покладів потужністю 1-3 м і кутом падіння 20-25 ° зі стійкими рудами і вміщають породами.
Підготовчі роботи починають з проведення відкатувального штреку 1 (рис.1) і відрізного восстающего 8.
Очисні роботи починають з проходки від відрізного восстающего передовий вироблення 12, яка збивається (з'єднується) з відкатувальним штреком рудоспуск 4. Уздовж похилого відрізного восстающего бурять горизонтальні шпури, після вибуху яких повстає розширюється і створюється суцільний забій; отбойку руди ведуть підриванням зарядів в шпурах 10. Доставку руди до рудоспусков виробляють за допомогою скреперів 11 з лебідками, встановленими в спеціальних камерах 2, утворених з відкатувального штреку.
Підтримка виробленого простору здійснюють нерегулярним залишенням опорних ціликів 6, а також при необхідності додатково за допомогою стійок 7 і багать 5.
Малюнок 1 - Система розробки з суцільною виїмкою по простяганню
Виїмка опорних 6 і околоштрекових 3 ціликів може проводитися після відпрацювання поверху. В процесі розробки родовища слід постійно наглядати за станом опорних ціликів.
Провітрювання блоку проводиться таким чином. Свіжий струмінь повітря по відкатувального штреку через один з рудоспусков надходить в суцільний забій, омиває його і виходить на вентиляційний штрек 9 і далі до вентиляційного стволу шахти.
Камерно-стовпова система застосовується при розробці горизонтальних, пологих і похилих рудних покладів з стійкими рудами і вміщають породами. Разом з тим камерно-стовпова система може успішно застосовуватися тільки при розробці родовищ потужністю від 3-4 до 30-40 м. І ще одна відмінність камерно-стовпової системи - систематичне чергування виїмкових камер і розділяють їх ціликів (стовпів) і наявність заздалегідь пройдених панельних штреків.
На практиці застосовується багато різних варіантів камерно-стовпової системи розробки. Отбойку руди виробляють за допомогою шпурів і глибоких свердловин.
Доставку відбитої руди здійснюють скреперами, конвеєрами, автосамоскидів, а в деяких випадках при похилому заляганні і енергією вибуху. Навантаження руди в автосамоскиди виконують з використанням екскаваторів і різних навантажувачів. Потужне вантажно-транспортне обладнання забезпечує високу продуктивність вибоїв.
Втрати руди в цілинах при камерно-стовпової системі складають від 15 до 50%. Тому її доцільно застосовувати для розробки малоцінних корисних копалин.
На рис.2 показаний варіант камерно-стовпової системи розробки з потолкоуступной забоєм і скреперної доставкою руди. Підготовчі роботи в даному варіанті полягають в проведенні панельного штреку і подсечной вироблення шириною 3-5 м на всю довжину камери. Подсечную вироблення за допомогою буропідривних робіт розширюють на ширину камери (15-20 м). Таким чином створюється суцільна підсікання, яка служить компенсаційним простором при отбойке руди, так як обсяг, яку він обіймав роздробленою рудою, завжди більше обсягу, займаного нею в рудному масиві.
Після утворення підсічки виробляють потолкоуступной отбойку руди за допомогою шпурових або свердловинних зарядів.
На кордонах камери в процесі відпрацювання оформляють стовпові цілики.
Камерно-стовпові системи розробки відрізняються підвищеною небезпекою ведення робіт в камері під оголеною покрівлею. Тому в процесі розробки необхідний систематичний контроль за покрівлею, своєчасна її оборка, а іноді і кріплення штанговий кріпленням із захисною сіткою. Вимагають ретельного контролю і стовпові цілики. При необхідності їх зміцнюють за допомогою, наприклад, сталевих канатів.
Малюнок 2 - Система розробки з камерно-стовпової виїмкою:
1 - панельний штрек; 2 - подсечная вироблення; 3 - стовпової цілик; 4 - камера; 5 - скрепер; 6 - відкаточний штрек; 7 - шпури; 8 - рудоспуск
На рис.3 показана система розробки з підповерхового виїмкою - система підповерхових штреків. Найбільш сприятливими умовами для її застосування є круте залягання рудного тіла потужністю від 1 до 30 м з стійкими породами, що вміщають.
Малюнок 3 - Варіант системи підповерхових штреків
Як правило, система підповерхових штреків застосовується при розробці руд невисоку цінність. При цій системі розробки поверх розділяється на блоки. що складаються з камери 3, междукамерних цілини 12, стелини 6 і днища 5. Очисні роботи ведуть в дві стадії. Спочатку відпрацьовують камери, а потім междукамерних цілики, стелини і днище. Стелину і днище вишележащего горизонту розглядають часто як єдине ціле - міжповерховий цілик.
Підготовчі роботи полягають у проведенні відкатувального штреку по руді 1 або порожнім породам 14. З штреку 1 проходять по центру междукамерних цілини повстають 10, з яких на рівні проектованих подетажей проходять орт 11 для більш точного оконтурювання поклади в межах розроблюваного блоку і підповерхового штреки 7. Висота підповерхи (відстань по вертикалі між підповерхового штреками) залежить від застосовуваного методу отбойки.
Паралельно з проведенням восстающего проводяться роботи по проведенню штреку просівання 13 і подсечного штреку 8. Потім проходять рудоспуски 9, верхню частину яких оформляють у прийомні воронки 2.
Малюнок 4 - підповерхового-камерний варіант системи розробки з частковою доставкою руди енергією вибуху
Відрізний повстає 4 розташовують або біля кордону камери, або в її центрі.
Конструкція днища блоку залежить від прийнятого способу доставки і навантаження руди на основному відкатувальному горизонті. На наведеному малюнку показаний варіант з доставкою руди під дією власної ваги до горизонту просівання через вловлюють воронки днища. Можливі й інші варіанти, зокрема, зі скреперної доставкою і доставкою за допомогою енергії вибуху.
На рис.4 показаний підповерхового-камерний варіант системи розробки з частковою доставкою руди енергією вибуху і подальшої закладкою камер 5. Варіант призначений для відпрацювання пологозалегающих малопотужних залізорудних покладів. Сутність варіанту полягає в польовій підготовці ділянки поклади відкатувальними ортами 1. вентиляційно-ходовими 4 і рудосвалочнимі 8 повстанців. У породах лежачого боку пройдені штреки скреперования 7 і випускні Дучки 6. Вироблення горизонту буріння 2 розташовуються на рівні горизонту воронок. Розбурювання масиву здійснюється за допомогою штангових шпурів 3.
За допомогою енергії вибуху відбиватися руда переміщується на деяку відстань, в результаті чого зменшується довжина скреперования, що сприяє підвищенню продуктивності доставки.
Розроблено кілька варіантів поверхово-камерної системи розробки, Розглянемо як приклад поверхово-камерну систему розробки з двухарочной стелиною і вібровипуском руди. Ця система розробки застосовується, коли потужність рудних тіл при куті падіння 45-900 не перевищує 35м (рис.5)
Підготовка блоку полягає в проведенні трьох рудних штреків 2, з яких на рівні їх покрівлі проходять похилі виробки 4 з нішами для монтажу вібраційних вантажно-постачальних установок. З похилих виробок проходять випускні Дучки 3, які потім оформляються у випускні воронки. На рівні горизонту воронок проходять подсечной штрек 1. Розбурювання масиву здійснюють глибокими свердловинами 5, разбуренной з штреків 6 вишележащего горизонту. Руду відбивають таким чином, щоб стелині надати форму купола. Руду випускають і доставляють за допомогою високопродуктивних вантажно-постачальних вібраційних установок.
Сутність систем розробки з обваленням руди і вміщуючих порід полягає в тому, що в підготовлених до виїмки блоках (панелях, зонах) виробляють обвалення руди, яку випускають під налягають породами, обвалюються слідом за рудою. Звідси і умови, в яких ця система може успішно застосовуватися: нестійкі, легкообрушающіеся (слідом за рудою) вміщують породи; можливість обвалення поверхні; незначна цінність руди; відсутність включень пустих порід і різних сортів руд. Випуск руди під налягають породами є надзвичайно важливим технологічним процесом при розглянутих системах розробки.
Малюнок 5 - Камерна система розробки з двухарочной стелиною [3, с.415]
література
1. Красулин В.С. Довідник техніка-геолога. М. Недра, 1986. - 324с.
2. Технологія підземної розробки пластових родовищ. Під ред.А. А. Борисова. М. Недра, 1972. - 536с.
3. Шехурдін В.К. Несмотряна В.І. Федоренко П.І. Гірнича справа. М. Недра, 1987. - 440С.