Основным направлением повышения эффективности освоения недр является создание таких технологических схем освоения месторождений, которые основываются на принципах эффективного сочетания технологических процессов различных способов разработки с оптимизацией области экономически выгодного использования каждого способа и обеспечением условий их взаимного благоприятного использования. Исходя из основных положений современной концепции освоения и сохранения недр, следует оценить роль и перспективы развития комбинированной технологии разработки рудных месторождений.
С точки зрения современных представлений, под комбинированной разработкой следует понимать технологию освоения месторождения, сочетающую элементы физико-технической (открытой подземной) и физико-химической технологий, увязанных во времени и пространстве, путем создания единой схемы вскрытия и подготовки запасов на весь период освоения месторождения. Наибольший эффект применения такой технологии может быть обеспечен в случае реализации технологических решений при поэтапной разработке рудных запасов.
Производство открытых горных работ на больших глубинах сопровождается резким увеличением объемов и существенным усложнением схем вскрытия, ухудшения геомеханической обстановки и усложнением проветривания карьеров.
Анализ практики применения комбинированной технологии по 110 зарубежным рудникам показал, что наибольшее число рудников, осуществляющих комбинированную отработку запасов, приходится на предприятия по разработке руд цветных металлов и алмазов — 60 %; около 16 % предприятий ведут добычу железных руд; более 10 % рудников разрабатывают месторождения нерудного сырья. При этом 60-65 % рудников осуществляют добычу подкарьерных запасов, находящихся ниже отметки дна карьера, и 15-18 % предприятий разрабатывают прибортовые запасы. Наибольшее распространение получила последовательная открыто-подземная выемка запасов. Весьма большой опыт отработки запасов комбинированным способом как в варианте последовательной открыто-подземной, так и в варианте подземно-открытой геотехнологии накоплен на железорудных месторождениях.
Добыча полезного ископаемого открытым способом является целесообразной, если затраты на добычу не сравняются с затратами при подземном способе извлечения. Комбинированный способ разработки означает применение открытого и подземного способа разработки в любой последовательности, включая одновременную разработку.
Разработка месторождения Кумколь
... Технологическая схема разработки нефтяного месторождения Кумколь». Промышленная разработка месторождения ведется с мая 1990 года в соответствие с Технологической схемой разработки. В настоящее время на месторождении ... и добычи углеводородного сырья на площади Контрактного Участка месторождения Кумколь. С этого момента месторождение разрабатывается двумя недропользователями: АО «Харрикейн Кумколь ...
Преимущества комбинированной разработки: большая производственная мощность предприятия по руде, использование высокоэффективной техники и возможность комплексной механизации, автоматизации производства, более безопасные и комфортные условия труда рабочих, более высокая производительность труда и низкая стоимость добычи, высокое извлечение и незначительное разубоживание руды. Быстрое вскрытие и подготовка месторождения, независимость горных работ от климатических условий, многообразие систем разработки, обеспечивающих извлечение запасов в различных горно-геологических условиях, меньшая площадь горного отвода, большая пропускная способность горных выработок при относительно низкой их стоимости, меньшие удельные капитальные затраты на строительство и реконструкцию рудников.
1. Геология месторождения
1.1 Элементы залегания рудной залежи
Параметры залегания рудной залежи (рис. 1):
- длина по простиранию рудной залежи (L3) 2100 м;
- нормальная мощность рудной залежи (mн) 50 м;
- глубина отработки (Н) 1100 м;
- объемный вес (г) 2,5 т/м3;
- угол падения залежи (б) 72°;
- коэффициент крепости по М.М. Протодъяконову (f) 10;
- углы откоса бортов карьера в конечном положении (вл, вв) 40, 45;
- граничный коэффициент вскрыши (Кгр) 8.
Рисунок 1 — Параметры залегания рудной залежи
По параметрам рудной залежи можно судить, что залежь является крутопадающей. Строение залежи простое, а породы, слагающие месторождение полезного ископаемого — скальные.
1.2 Запасы карьерного поля
Запасы карьерного поля определяются по имеющимся исходным данным: длина по простиранию, глубина залегания, мощность и угол падения залежи, объемный вес полезного ископаемого (руды).
Рассчитаем балансовые запасы, тонн:
Б = L x H x mг x г ,
где mг=м
Б = 2100 x 1100 x 52,63 x 2,5 = 303938250 ? 303,938 млн. т.
2. Годовая производительность и срок существования горного предприятия
2.1 Расчет годовой производительности горного предприятия
Расчет годовой производительности осуществляется по формуле:
- где Sp — средняя площадь горизонтального сечения залежи, м ;
- h0 — годовое понижение горных работ, м/год (составляет 20 м/год при погрузке в автомобильные транспортные средства);
- kpn- коэффициент, учитывающий увеличение работ с понижением;
- kин- коэффициент извлечения полезного ископаемого из недр, отражающий неизбежные потери полезного ископаемого и примешивание пустых пород (0,96).
S p = L x mг = 2100 x 52,63 = 110523 м2
Qг = 110523 x 20 x 1,2 x 0,96 x 2,5 = 6366124,8 т/год
2.2 Срок существования горного предприятия
Расчетный срок службы горного предприятия определяется по формуле:
Т= лет
3. Разработка месторождения полезного ископаемого
3.1 Открытая разработка
3.1.1 Определение граничной глубины открытых горных работ
Границы открытых горных работ устанавливают по величине граничного коэффициента вскрыши (kгр).
Граничный коэффициент вскрыши называют еще предельным, допустимым, экономически допустимым и т.д.
Граничный коэффициент вскрыши — это максимально допустимый по условию экономичности открытых горных разработок коэффициент вскрыши. По величине он соответствует объему вскрышных пород на единицу полезного ископаемого, который допустимо перемещать из массива в отвалы по условию экономичности открытых горных работ.
Конечная глубина Нк карьера рассчитывается по формуле:
=395,50 м
где Рд — периметр дна карьера, м;
- Sд — площадь дна карьера, м2;
Найдем периметр дна карьера: Рд=2 x (mг+L)= 2 x (52,63 + 2100) = 4305,26 м
Площадь дна карьера: Sд = mг x L = 52,63 x 2100 = 110523 м2
Рассчитаем средний коэффициент вскрыши
Где :
- объем полезного ископаемого;
- объем вскрыши.
3.1.2 Время отработки угольной залежи открытым способом
Срок существования карьера (разреза) рассчитывается исходя из принятой производственной мощности.
где — производственная мощность карьера, т/год.
Нормативные производственные мощности разрезов по добыче и сроки их службы согласно «Нормам технологического проектирования угольных и сланцевых разрезов»
|
Разрезы |
Промышленные запасы, млн. т |
Производственная мощность по добыче, млн.т/год |
Срок амортизации основных сооружений или горнотранспортного оборудования, лет |
|
|
Крупные, с большими запасами угля |
250 — 500 |
10 — 12 |
25 — 40 |
|
|
Средние, с ограниченными запасами угля |
75 — 150 |
3 — 5 |
25 — 30 |
|
|
Малые, с небольшими запасами угля |
10 — 20 до 5 — 10 |
1 — 2 0,1 — 0,8 |
10 — 20 6 — 8 |
|
3.1.3 Обоснование высоты уступа и деление рудной залежи на горизонты
Высота уступа, являющегося одним из важнейших элементов открытой разработки, должна обеспечить: безопасность горных робот, высокую производительность оборудования, минимальные объёмы вспомогательных работ, установленные объёмы добычных и вскрышных работ и минимальные затраты на них.
При разработке наклонных и крутопадающих залежей, представленных преимущественно скальными и полускальными породами, высота уступа определяется в основном показателями технологических процессов, потерь и разубоживания полезного ископаемого, требуемой производственной мощностью карьера и условиями вскрытия рабочих горизонтов.
Согласно правилам технической эксплуатации, высота уступа в скальных и полускальных породах не должна превышать максимальной высоты черпания экскаватора более чем в 1,5 раза при условии, что высота развала не будет превышать: при одно- и двухрядном взрывании- максимальной высоты черпания экскаватора, а при многорядном взрывании- полуторной максимальной высоты черпания.
Из опыта ведения открытых горных работ при разработке наклонных и крутых залежей простого строения установлено, что оптимальная высота уступа (hy) при использовании экскаваторов с емкостью 8-12,5 м3 hy = 15-20м.
Согласно расчётам принимаем высоту уступа равную 20 м.
Деление на горизонты происходит с учётом того, что конечная глубина карьера составляет 240 м, а высота уступа 20 м, то получаем 12 горизонтов.
3.1.4 Расчёт послойного коэффициента вскрыши
Слоевой коэффициент вскрыши — это отношение объема вскрышных пород (VBCK) в границах горизонтального слоя карьера к объёму полезного ископаемого
Слой представляет собой часть объема горной массы между двумя смежными горизонтами работ в конечных контурах карьера hсл=hycт. С увеличением глубины разработки карьером Ксл уменьшается. Для определения слоевого коэффициента вскрыши Ксл конечную глубину карьера делим на 12 горизонтов по 20 метров, и определяем Ксл для каждого горизонта отдельно:
Горизонт 1
(средние коэффициенты вскрыши на последующих горизонтах рассчитываются аналогично первому)
Горизонт 2
Горизонт 3
Горизонт 4
Горизонт 5
Горизонт 6
Горизонт 7
Горизонт 8
Горизонт 9
Горизонт 10
Горизонт 11
Горизонт 12
3.1.5 Горное оборудование, применяемое при разработке
Рациональные сочетания моделей экскаваторов и средств автотранспорта, а также значения минимальной ширины рабочей площадки уступа могут быть установлены, руководствуясь табличными значениями справочников и руководств по расчетам.
Технологические схемы разработки горных пород эксковаторно-автомобильными комплексами используется практически при любой крепости пород на глубинных карьерах. Технологические схемы разработки экскаваторно-автомобильными комплексами применяются для ведения вскрышных и добычных работ по всей рабочей зоне железорудных карьеров или параллельно с другими технологическими схемами в наиболее благоприятных зонах. Скорость понижения горных работ составляет 20 м в год. В технологических схемах разработки экскаваторно-автомобильными комплексами, используются мехлопата с погрузкой на уровне стояния экскаватора. Чем достигается наименьшая продолжительность цикла погрузки и соответственно минимальное время загрузки автосамосвала, обеспечивая максимальную экономическую эффективность работы комплекса оборудования.
Для данных горно-геологических условий наиболее рационально применение экскаваторов типа ЭКГ-15 и комплекса автосамосвалов Бел АЗ-7519, грузоподъемностью 110 тонн.
3.1.7 Технико-экономический показатель открытой разработки
При одновременной комбинированной разработке обычно достигается значительное увеличение производительности предприятия и улучшение технико-экономических показателей. Подземные выработки служат для осушения карьерного поля и транспортирования руды на обогатительную фабрику. Вскрыша используется в качестве закладочного материала для заполнения подземного выработанного пространства. Зоны обрушения, из-за влияния подземных работ, используются для размещения отвалов пустых пород. При комбинированной разработке, в результате взаимного влияния открытых и подземных работ друг на друга усложняется поддержание бортов карьеров в устойчивом состоянии из-за наличия подземных пустот. Ухудшаются показатели буровзрывных работ в связи с наличием повышенной трещиноватости вследствие сдвижения массива горных пород, возникает необходимость осуществления специальных мероприятий по предупреждению возможности провала в подземные выработки тяжелого карьерного оборудования, ухудшается устойчивость подземных горных выработок из-за производства массовых взрывов на карьере. С целью уменьшения или исключения этих отрицательных последствий при одновременной разработке подземные работы необходимо вести на участках вне зоны влияния открытых горных работ. В таких случаях затруднения возникают при сближении открытых и подземных горных работ.
3.2 Подземная разработка месторождения полезного ископаемого
3.2.1 Определение глубины до начала строительства подземного рудника
На протяжении всего периода отработки залежи выделяются следующие стадии:
- первая (I) — отработка залежи открытым способом на величину до начала строительства подземного рудника;
- вторая (II) — отработка залежи открытым способом в интервале глубин от до с одновременным проведением подземных вскрывающих и подготовительных выработок;
- третья (III) — отработка залежи открытым способом на величину без разноса вскрышных бортов карьера;
- четвертая (IV) — отработка залежи одновременно открытым и подземным способом на величину , при которой достигаются предельные углы откосов бортов карьера со стороны висячего () и лежачего () боков залежи с учетом создания минимально допустимой ширины дна карьера ;
- пятая (V) — подземная разработка нижней части залежи после прекращения открытых горных работ ().
(Рис.3.2.1).
Начало перехода с открытого способа разработки крутопадающей залежи на подземный соответствует текущей глубине карьера .
Значение величины определится по следующей зависимости:
- где — приращение глубины карьера без разноса его вскрышных бортов,м;
- продолжительность строительства подземного предприятия (=5),лет;
- скорость углубки карьера, м/год;
- конечная глубина карьера, м.
Рисунок 3.2.1. Схема комбинированной разработки крутопадающей рудной залежи.
- минимально допустимая ширина дна карьера (= 30), м;
- углы откосов бортов карьера соответственно висячего 70° и лежачего 65°.
Следовательно, будет равно
Мощность барьерного целика по Казикаеву:
3.2.2 Обоснование переходной зоны и установление высоты рудной залежи, отрабатываемой подземным способом
В зоне углубки карьера возможно частичное совмещение открытых и подземных работ. В этом случае полная высота переходной зоны определяется по формуле
Где коэффициенты извлечения полезного ископаемого при производстве открытых, открыто-подземных и подземных работ, а также работ, связанных с отработкой целиков;
- углы откосов бортов карьера в переходной зоне со стороны висячего и лежачего боков залежи, град.
При данных условиях принимаем значения коэффициентов извлечения руды: ;
Углы откосов бортов карьера в переходной зоне со стороны висячего и лежачего боков залежи принимаем соответственно ,
3.2.3 Обоснование способа и схемы вскрытия шахтного поля и типа подъема полезного ископаемого
Совмещение открытого и поземного способов вскрытия в пределах одного выемочного поля диктует условия применения различных систем подземной разработки. Под влиянием подземных работ происходит сдвижение и провал поверхности. Избежание провалов, характерных для данного месторождения, является главной задачей совместной разработки.
Факторы, влияющие на выбор системы разработки: устойчивость руд и вмещающих пород, мощность и угол падения рудного тела, морфология, склонность руд к слеживанию, самовозгоранию, включения пустых пород, ценность руды и др.
Применяются преимущественно камерные системы (при отсутствии налегающих пород) с массовой отбойкой, с магазинированием при сплошной порядной отбойке, при необходимости сохранения поверхности — системы с закладкой выработанного пространства.
Горнотехнические и горно-геологические условия разработки при обязательном учете совмещения открытых и подземных работ в пространстве и во времени являются основными факторами, ограничивающими выбор системы подземной разработки.
В бортах карьера, за пределами основных выездных дорог, можно применять системы с обрушением налегающих пород.
Способом вскрытия шахтного поля или месторождения называется проведение вскрывающих выработок различного функционального назначения относительно элементов залегания пластов или рудных залежей.
Вскрытие шахтного поля может быть осуществлено вертикальными и наклонными стволами, штольнями, расположенными в одной из рудных залежей, в лежачем или в висячем боку рудных залежей, в центре шахтного поля, на фланге рудных залежей.
Схема вскрытия — пространственное расположение сети вскрывающих выработок различного функционального назначения (стволов, штолен и др.) относительно шахтного поля.
Шахтные стволы со скиповым подъемом возникли одним из первых и является в настоящее время наиболее распространенными в практике разработки месторождений полезных ископаемых.
Они применяются в вертикальных стволах. Наибольшее применение получили практическое применение вертикальные рудоподъемные стволы. Они имеют следующие преимущества:
- меньшая длина ствола и, следовательно, меньшие сроки и затраты на его проходку и меньшая длина подъема полезного ископаемого;
- при равной производственной мощности шахты меньшее сечение ствола, так как допустимые скорости движения подъемных сосудов по вертикальному стволу в 2,4 раза больше, чем по наклонному и производительность самого подъема в связи с большей скоростью и меньшим расстоянием подъема увеличивается в 3 раза и более;
- кроме того в вертикальном стволе можно расположить и применить разнотипные подъемные сосуды (например, два скипа);
- возможность проведения вертикальных стволов в водонасыщенных горных породах методом замораживания и более успешной их эксплуатации в данных условиях.
Указанные преимущества вертикальных стволов особенно существенны для крупных шахт, где требуется высокая производительность подъема полезного ископаемого.
Добытая рудная масса из очистных блоков электровозными средствами транспортируется к рудоспускам, разгружается в них и перепускается на нижний (концентрационный) горизонт в дробильную установку, из которой с помощью пластинчатого питателя поступает на ленточный конвейер.
При применении наклонных конвейерных стволов для подачи свежего воздуха в шахту проводят вертикальные клетевые стволы, предназначенные одновременно для спуска и подъема людей, доставки материалов и оборудования. Выдача отработанного шахтного воздуха может осуществляться по наклонному конвейерному стволу или по второму вертикальному воздухо-выдающему стволу.
3.2.4 Обоснование способа подготовки откаточных горизонтов и расчет удельного объема вскрывающих и подготовительных выработок
Принимаем на данном месторождении при разработке мощных крутопадающих рудных залежей ортово-штрековая подготовка откаточного горизонта с электровозным транспортом.
Добытая руда на откаточную выработку поступает сосредоточенно. Оно имеет место в погрузочным пункте горизонта из капитального рудоспуска, в точках пересечения пластов или рудных тел с откаточным квершлагом, а также при значительных расстояния между загрузочными пунктами из очистного пространства на откаточных штреках.
Горизонтальные горные выработки проводим прямоугольной формы, их достоинства: более полное использование поперечного сечения по сравнению с другими формами. Форму поперечного сечения горной выработки выбираем с учетом физико-механических свойств пород, величины и направление горного давления, материала и конструкции крепи, назначение и срока службы выработки.
3.2.5 Выбор системы подземной разработки рудной залежи
В проекте предлагается система разработки этажного принудительного обрушения на компенсационные камеры с вибровыпуском полезного ископаемого.
По этой системе взрывной отбойкой в компенсационных камерах разрыхленная масса полезного ископаемого аккумулируется и вибровыпуском грузится в вагоны.
Отбойка руды скважинная с
Шахтное поле делится на блоки в пределах этажа. Длина блока по простиранию 30-100 м (1-2 до 4-5 камер).
Между камерами предусматривается междукамерный целик, равный длине камеры. Камерами вынимают 25-35% полезного ископаемого, остальную часть блока обрушают с замедлением комплектами скважин.
В блоке предусматривается проходка выработок для выпуска полезного ископаемого, бурение взрывных скважин, доставки полезного ископаемого.
В днище блока проходятся воронки и траншеи мелкошпуровым способом.
Вместе с обрушением блока при необходимости обрушают принудительно часть устойчивых налегающих пород для образования предохранительной подушки.
3.2.6 Проведение укрупненного технико-экономического показателя при комбинированном способе добычи
Определим себестоимость полезного ископаемого одной тонны добытой комбинированным способом
- подземным способом т;
- открытым способом (без затрат на вскрышные работы), руб\т;
выемка 1 мі вскрыши до глубины :
где эмпирические коэффициенты соответствующие определенному типу работ
Согласно таблицы 8.5 (справочник ОГР, К.Н. Трубецкой) принимаем:
где Qo, QВ, Qп — соответственно производительность открытых, подземных и вскрышных работ
Выводы
Наиболее целесообразно применять при залегании руды на большой глубине комбинированный способ разработки месторождения, когда разработка только открытым способом экономически невыгодна и технически невозможна. И если применение только подземных горных работ не дает возможности отработать те горизонты, которые находятся выше, чем горизонт, при котором начинается строительство подземного рудника.
Экономические показатели и технические возможности комбинированного способа добычи, на которые следует опираться при выборе способа разработки, наглядно отражает данный проект. Он подтверждает, что применение комбинированного способа при исходных данных этого проекта, выгоден и является целесообразным.
выработка рудный шахтный горизонт
Список используемой литературы
[Электронный ресурс]//URL: https://inzhpro.ru/kursovaya/kombinirovannaya-razrabotka-mestorojdeniy/
1. Трубецкой К.Н. Справочник открытых горных работ. — М.: Недра, 1999.
2. Шеховцов B.C., Власкин Ю.К. Перспективные способы разработки месторождений. Учеб. пособие / СибГИУ. — Новокузнецк, 2004.
3. Мировая горная промышленность 2004-2005: история, достижения, перспективы. — М.: НТЦ «Горное дело», 2005. — 376 с.
4. Власкин Ю.К. Вскрытие и подготовка месторождений полезных ископаемых: Учеб. Пособие / СибГИУ. — Новокузнецк, 2001. — 254 с.
