Система подземных сооружений для добывания полезных ископаемых

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБО УВПО
«Иркутский государственный технический университет»

Институт Недропользования

Кафедра разработки месторождений полезных ископаемых

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ
ГЕОТЕХНОЛОГИЯ

1. ПОДЗЕМНОЕ РАСТВОРЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ.. 4

2. ПОДЗЕМНАЯ ВЫПЛАВКА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ.. 15

3. ПОДЗЕМНАЯ ГАЗИФИКАЦИЯ УГЛЕЙ.. 20

3.1. ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПОДЗЕМНОЙ ГАЗИФИКАЦИИ УГЛЯ.. 20

4.1. КРАТКИЙ ОБЗОР ПРОЦЕССА ГИДРОГЕНИЗАЦИИ.. 30

4.2. ТРЕБОВАНИЕ К ИСХОДНОМУ СЫРЬЮ. 31

4.3. ГЕОТЕХНОЛОГИЧЕСКИИ СПОСОБ ПОДЗЕМНОЙ ГИДРОГЕНИЗАЦИИ УГЛЯ.. 33

5. ПОДЗЕМНОЕ СЖИГАНИЕ УГЛЯ.. 37

5.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ О ТЕХНОЛОГИИ ПСУ.. 37

5.2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ПОДГОТОВКИ ОТРАБОТАННЫХ
УЧАСТКОВ К ПОДЗЕМНОМУ СЖИГАНИЮ. 38

6. КОМБИНИРОВАННАЯ СХЕМА ПОДЗЕМНОГО СЖИГАНИЯ УГЛЯ.. 45

7. ПОДЗЕМНОЕ ВЫЩЕЛАЧИВАНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ.. 56

8. СКВАЖИННАЯ ГИДРОДОБЫЧА УГЛЯ ГИДРОАГРЕГАТАМИ.. 66

9. СКВАЖИННАЯ ГИДРОДОБЫЧА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ.. 72

ПОДЗЕМНОЕ РАСТВОРЕНИЕ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

Подземное растворение солей является наиболее древним из геотехнологических способов разработки месторождений полезных ископаемых. Еще в Древнем Китае в первом тысячелетии до нашей эры для добычи соляных растворов впервые осуществлялось бурение скважин глубиной до 900 м диаметром 12–15 см. В XVII веке в России действовало 435 буровых скважин глубиной до 270 м для подъема естественных рассолов.

Подземное растворение – способ добычи полезных ископаемых через скважины путем перевода в водный раствор одного или нескольких компонентов в недрах. Одновременно с добычей при подземном растворении осуществляются обогащение, очистка (для поваренной соли) и избирательное извлечение (для калийных солей).

В конце 19 – начале 20 вв. разработаны и освоены способы растворения каменной соли в подземных выработках и через буровые скважины с поверхности. Первый промысел в России по разработке соляных залежей через скважины построен в 1910 г. на Новокарфагенском месторождении в Донецкой области Украины.

В настоящее время подземному растворению подвергают каменную и калийную соли, а также бишофит и боросолевые руды. Следующие соли являются перспективными для подземного растворения: галит (NаС1), сильвин (КС1), карналлит (КС1∙МgСl₂∙6Н₂О), лангбейнит (К₂SО₄∙2МgSО₄), каинит (КС1∙МgSО₄∙3Н₂О), кизерит (МgS0₄∙Н₂О), бишофит (МgС1₂∙6Н₂О).

В Канаде (Саскачеван) с 1964 г. действует первое предприятие по добыче калийной соли методом подземного растворения.

Сущность способа подземного растворения заключается в следующем. Толщу пород пересекают скважиной, которую обсаживают колонной труб. По водоподающей колонне в скважину поступает пресная вода, которая растворяет соль. Под давлением растворяющей жидкости образовавшийся рассол поднимают на поверхность по рассолоподъемной колонне труб.

Горнодобывающие предприятия, осуществляющие добычу соли способом подземного растворения, называются рассолопромыслами. В состав рассолопромысла входит комплекс наземных и подземных производственных объектов, обеспечивающих непрерывную добычу и подачу рассола потребителю. Схема сооружений рассолопромысла приведена на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Схема сооружений рассолопромысла

Отработка залежи ведется камерами 1 через добычные скважины 2. Подача воды в камеры и откачка рассола осуществляются насосной станцией 3 с контрольно-распределительным пунктом. Подача электроэнергии потребителям осуществляется линией электропередачи через трансформаторную подстанцию 4. На поверхности рассолопромысла располагаются завод-потребитель 5, административное здание 6, хранилище слабых рассолов 7, резервуар воды и рассола 8, насосная станция нерастворителя 9, резервуары нерастворителя 10.

Основными технологическими сооружениями рассолопромысла являются добычные скважины подземного растворения. Конструкция скважины определяется исходя из особенностей геологического строения залежи, гидрогеологических условий, физико-механических характеристик пород и других условий.

Скважины подземного растворения оборудуются направляющим устройством, кондуктором, промежуточными обсадными, эксплуатационными и технологическими свободно висящими колоннами. Диаметр эксплуатационной колонны составляет до 325 мм, а диаметр технологической водоподающей — до 219 мм, рассолоподъемной — до 146 мм.

На устье скважины монтируется специальный оголовок, обеспечивающий герметизацию устья, герметичное разобщение технологических колонн и возможность их подъема и спуска.

Схемы вскрытия при подземном растворении могут быть: вертикальными, наклонными и наклонно-горизонтальными скважинами. Рассол обычно поднимают по вертикальной скважине. При использовании наклонных скважин извлечение может превышать 50 %.

Системы разработки могут быть: индивидуальными и взаимодействующими скважинами.

При подземном растворении солей возможны следующие способы управления процессом: прямоточные, противоточные, гидроврубовые, послойного растворения.

Преимущественно используется способ, основанный на работе скважин по принципу «выдавливания рассола», когда нагнетается пресная вода, а рассол поднимается под этим давлением.

Различают схемы неуправляемого и управляемого подземного растворения. При неуправляемом подземном растворении применяется противоточный способ, когда нагнетание растворителя осуществляется по затрубному пространству, а выдавливание образующегося рассола — через центральную колонну. При управляемом подземном растворении применяется прямоточный способ, когда изменяется схема подачи агентов.

Уже к 80-м годам XX века способы прямоточного управления процессом не применяются из-за низких технико-экономических показателей: извлечение запасов — до 5 %, производительность скважины — до 7—10 м /ч, непродолжительный срок эксплуатации скважин — до 5—7 лет.

К управляемым схемам подземного растворения относятся гидроврубовые и послойного растворения.

Способ гидровруба был предложен в 1933 г. американским ученым Э. Трэпом, а с 1936 г. этот метод начали применять в США. Способ был усовершенствован и внедрен в отечественную практику с 1947 г. на Славянском месторождении П.А. Кулле, который использовал в качестве нерастворителя нефть и ее производные или воздух.

Гидровруб — это горная выработка, создаваемая искусственным путем в нижней части соляного пласта и имеющая форму горизонтального кольца. Идея гидровруба была выдвинута Ф. Жанро в 1907 г, который обосновал возможность оседания нерастворимых и не препятствующих процессу растворения частиц на заранее подготовленное дно камеры.

Способ гидровруба применяют на Райгородском рассолопромысле в Башкирии и ряде рассолопромыслов в США, расположенных в штатах Мичиган и Техас.

Сущность способа заключается в следующем. В скважину опускают три трубы. Нерастворитель подают в пространство между третьей и второй от стенки скважины трубами, растворитель — между первой и второй, рассол поднимается по центральной трубе. После образования вруба нерастворитель убирают и начинают процесс интенсивной отработки соляной залежи снизу вверх.

Ряд недостатков, присущих способу гидровруба, был устранен в способе послойного (ступенчатого) растворения. Принципиальная схема послойной выемки камер при подземном растворении солей приведена на рис. 1.2. Сущность способа заключается в отработке соляной залежи снизу вверх отдельными горизонтальными слоями (ступенями). Высота слоя составляет 5—15 м, а диаметр — 100 м.

Сущность способа заключается в том, что после образования гидровруба на первой ступени водоподающую колонну труб поднимают до отметки верхней границы второй ступени, а рассолоподъемную — на высоту, обеспечивающую возможность получения чистых рассолов. При этом систематически подают жидкий нерастворитель.

Кровля каждого слоя изолируется слоем нерастворителя, и за его уровнем ведется систематический контроль. Это позволяет извлекать из каждого слоя заранее заданное расчетное количество соли и управлять процессом формообразования камер.

В камере выделяется четыре зоны: активная, формирования рассола, консервации, закладки.

Активная зона (I) охватывает верхние 2/3 камеры, в ней происходит интенсивное движение жидкости. Зона формирования рассола (II), в которой растворитель насыщается солью, находится в верхней половине камеры и является частью активной зоны. Зона консервации (III) охватывает нижнюю 1/3 камеры и включает зону закладки (IV), расположенную в самой нижней части камеры.

Слои (ступени) на рис. 1.2 пронумерованы арабскими цифрами 1-11. Русские буквы на этом же рисунке означают: В – вода, Р – раствор, Н – нерастворитель.

Способ послойной выемки получил наибольшее распространение и в настоящее время является основным при эксплуатации рассолодобычных скважин. При этом способе извлечение составляет более 20 %, производительность скважины достигает 70—100 м7ч и появляется возможность отрабатывать залежи соли с содержанием до 30 % нерастворимых включений и управлять процессом формирования камер. Глубина разработки колеблется от 200—300 до 1800 м.

Метод послойной выемки применяют в странах СНГ (Усольско-Сибирский, Яр-Бишкадакский, Приереванский рас-солопромыслы), в Болгарии (Мировское месторождение), в Румынии (месторождения Окта-Мурем, Окнеле-Марь, Тыриу-Окиа), в США. Недостатком способа является получение растворов слабой концентрации в период размыва вруба.

Отработка камер подземного растворения осуществляется в два этапа: подготовительный и эксплуатационный.

На подготовительном этапе создается начальная поверхность растворения соли путем размыва горизонтальной полости небольшой высоты — гидровруба, обеспечивающей получение промышленной производительности камеры по кондиционному рассолу. Продолжительность этого периода составляет 360—540 сут. Размыв полости производят ступенями. Число ступеней и высота каждой из них определяются горно-геологическими условиями месторождения, качественной характеристикой соли и заданным временем размыва.

При зашламовании нижней части рассолозаборной колонны применяют реверсивный режим работы скважины: прямоток меняют на противоток и наоборот.

На эксплуатационном этапе осуществляется добыча полезного ископаемого. Ее начинают после образования камеры заданной вместимости и формы и выхода рассола концентрацией 305 г/л. При этом прекращают подачу воды, выпускают нерастворитель и приподнимают технологические колонны. Башмаки устанавливают на уровне кровли очередного слоя, а положение рассолоподъемной колонны определяют высотой зоны закладки камеры нерастворимыми включениями. После этого скважину вновь заполняют нерастворителем и процесс возобновляют.

Высоту эксплуатационной ступени определяют по формуле

(2.1)

где V— объем соли в слое, м ;

R — радиус камеры, м; обычно R = 100÷120 м .

Производительность скважины определяется из выражения

(2.2)

Время отработки слоя определяется по формуле

(2.3)

где ω — скорость растворения боковых стенок камеры, м/сут; принимается
ω = 0,01÷0,22 м/сут.

В подготовительный период образуется большое количество слабых растворов концентрацией до 200 г/л. Для их утилизации или захоронения используют глубокие подземные водоносные горизонты, а также применяют для законтурного заводнения при разработке нефтяных залежей с поддержанием пластового давления.

В зависимости от порядка отработки соляных месторождений и способа управления горным давлением различают системы камерного батарейного и сплошного растворения.

При системе камерного растворения отработка залежи ведется камерами через индивидуальные или взаимодействующие скважины, между которыми оставляются целики, исключающие возможные деформации поверхности.

При камерной разработке залежи индивидуальными скважинами возможны три варианта размещения камер, приведенные на рис. 1.3.

При разработке пластов простого строения используется система с размещением камер в пределах всей разрабатываемой толщи полезного ископаемого (рис. 1.3, а).

При разработке пластов сложного строения или сближенных пластов используется камерно-этажная система с соосным размещением камер в пределах мощности каждой пачки или кондиционного пласта (рис. 1.3, б).

При разработке мощных соляных залежей, куполов и месторождений сложной формы залегания используется камерно-этажная система с несоосным размещением камер по мощности залежи (рис. 1.3, в).

При камерной разработке залежи взаимодействующими скважинами отработка ведется сдвоенными скважинами. При этой системе на подготовительном этапе скважины размываются индивидуально, а на эксплуатационном, после сбойки взаимодействующих скважин размывом или гидроразрывом, — совместно. При этом скважины используются поочередно: то как водоподающая, то как рассолозаборная. Этот способ с 1960-х годов применяется на Яр-Бишкадакском рассолопромысле, однако не нашел широкого распространения из-за сложности поддержания уровня нерастворителя на заданной глубине.

К батарейной системе относится схема поэтажной отработки камер через взаимодействующие скважины, приведенная на рис. 1.4. Вначале отработка камер ведется через индивидуальные скважины, а затем, после сбойки, новые камеры подключаются к объемам действующих камер. Камера первого этапа 1 с помощью канала-сбойки 2 соединяется с камерой, отрабатываемой у подключенной скважины 3. Вода В подается в скважину второго этапа, а раствор Р отбирается из скважины первого этапа. Нерастворитель Н подается в обе скважины одновременно.

Этот способ активно внедряется в промышленность, так как позволяет отрабатывать запасы, оставляемые в междукамерных целиках через группы взаимодействующих скважин, благодаря чему повышается извлечение полезного ископаемого. Между камерами, образуемыми группой скважин, все же оставляются целики для предотвращения сдвижения поверхности.

При системе сплошного растворения участок месторождения вскрывается группой скважин, которые соединяются между собой у подошвы залежи гидроразрывом или гидроврубом для образования единого искусственного рассольного горизонта. Отработка залежи ведется подачей воды в водоприемные скважины, расположенные со стороны восстания пласта, и отбором рассола из рассолозаборных скважин, расположенных со стороны падения.

Рис. 1.3. Варианты размещения камер при подземном растворении солей:

а – размещение в пределах всей разрабатываемой толщи; б – соосное размещение в пределах каждой пачки залежи; в – несоосное размещение по мощности залежи

Рис. 1.4. Батарейная система при поэтапной отработке камер через взаимодействующие скважины:

В – вода; Р – раствор; Н – нерастворитель

При отработке свиты пластов или пластов сложного строения подача воды осуществляется первоначально в нижний пласт или пачку.

Вовлечение в отработку верхних пластов происходит при естественном обрушении пропластков несолевых пород, разделяющих продуктивные пласты. Если это обрушение не происходит, проводят перфорацию обсадных колонн водоприемных скважин.

Обычно сплошная система применяется при отработке маломощных залежей, так как при этом происходит деформация (просадка) земной поверхности. По этой причине этот способ имеет ограниченное распространение и используется только на Новокарфагенском рассолопромысле.

Для интенсификации процесса растворения используются горно-технические и физико-химические методы. К горнотехническим методам относятся: принудительное обрушение слоев, рыхление полезного ископаемого в массиве, гидравлический разрыв пласта и т.п. К физико-химическим методам относятся: добавка реагентов, использование новых видов рабочих агентов, воздействие физических полей, использование поверхностно и химически активных веществ и др.

Контроль за уровнем нерастворителя в камере при подземном растворении осуществляется регулярно одним из известных методов: манометрическим, подбашмачным, радиоактивным и др.

Параметры подземных камер определяются расчетным путем и ежегодными гидролокационными съемками.

Камеры подземного растворения отличаются высокой устойчивостью, поэтому их используют для подземного хранения нефтепродуктов и сжиженных газов, а также захоронения токсичных отходов производства.

Способ подземного растворения солей получил широкое распространение в мировой горно-добывающей промышленности. Основная часть добычи каменной соли для содовой, хлорной, пищевой и других отраслей промышленности обеспечивается именно этим способом благодаря относительной простоте организации добычи и высоким экономическим показателям. Так, производительность труда при подземном растворении в 4 раза выше, а удельные капитальные затраты в 7 раз ниже, чем при шахтном способе добычи.

В настоящее время подземным растворением добывают около 30 млн т каменной соли в Болгарии, Румынии, Польше, Австрии, Великобритании.

Особенно эффективны рассолопромыслы как сырьевые базы содовых и химических производств. По рентабельности они предпочтительнее, чем цехи по растворению привозной соли, добытой не только подземным способом, но и открытым способом в солевых озерах. Важнейшими факторами, которые влияют на технико-экономические показатели рассолодобычи, являются следующие: горно-технические условия; источник водоснабжения; мощность предприятия; расстояние транспортировки; численность персонала; качество рассолов.

Для условий Яр-Бишкадакского месторождения характерны следующие показатели:

♦ мощность промысла 16000 тыс. м 3 /год;

♦ расстояние транспортирования — 25 км;

♦ численность трудящихся — 260;

♦ себестоимость рассола (в ценах до 01.01.91 г.) — 0,117 руб/м 3 .

Метод подземного растворения применяется для разработки месторождений бишофита с целью получения хлормагниевых рассолов, которые применяют для: приготовления буровых растворов, образования пленки на сыпучих материалах с целью предотвращения их распыления, ускорения твердения бетона, затвердения магнезиального цемента, тушения лесных пожаров с воздуха, пропитки древесины, использования в качестве минеральной подкормки для скота, в медицине для лечения хронических заболеваний опорно-двигательного аппарата.

С 1976 г. на Светлоярском участке Волгоградского месторождения бишофита ведутся работы по добыче рассола с глубины 1761 м. Мощность пласта составляла 52 м и включала 96 % бишофита (МgС1₂ -6Н₂0). Рассол получался прямой и обратной промывкой пресной водой через скважину диаметром 114 мм с торпедированием массива. Концентрация получаемого хлормагниевого рассола составляла 430 г/л. Вместе с бишофитом в раствор переходили все примеси в виде макро- и микроэлементов (МgВг, СаSO₄, NаС1, КС1, МgSО₄). В качестве растворителя бишофита могут использоваться насыщенные хлорнатриевые рассолы и стоки от действующих производств.

Подземное растворение может использоваться при разработке борсолевых руд. Основным потребителем бора является атомная промышленность, так как он является хорошим поглотителем протонов. Обычно борсолевые руды находятся в галитовом растворимом водой массиве. Борные минералы легко растворяются кислотами. К борсолевым рудам относятся: лангбейнит — полигалитовая руда (галит — 49,5 %, полигалит 33,6 %, сильвин — 5,5 %, калиборит 4,1 %, магнезит — 0,97 %) и карналлит-кизеритовая руда (галит — 47,6 %, ангидрит — 1,7 %, полигалит — 1,9 %, кизерит — 14,1 %, сильвин — 0,45 %, борацит — 3,22 %, преображенскит— 1,9 %).

Были проведены экспериментальные работы по извлечению бора из руд, предварительно разрушенных взрывом и залитых раствором, представляющим собой насыщенный раствор хлористого натрия, подкисленный до 5 % серной кислотой. Было установлено, что в течение 15 сут содержание оксида бора В2О3 в рудах составляло 0,12—0,2 условных единиц при высокой степени извлечения в раствор. При этом процесс выщелачивания оксида бора происходил без растворения пород, вмещающих рудное тело.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Увлечёшься девушкой-вырастут хвосты, займёшься учебой-вырастут рога 9403 — | 7461 — или читать все.

источник

В профессиональной речи горняков также используется вариант ударения: ру́дник.

1. система подземных сооружений для добывания полезных ископаемых; горнопромышленное предприятие, осуществляющее это добывание ◆ Отсюда проходил я холмистую страну, изобильную железными рудниками . В. И. Григорович, «Очерк путешествия по Европейской Турции», 1848 г. (цитата из Национального корпуса русского языка, см. Список литературы) ◆ И, разумеется, Альмаден… богатейший рудник ртути, настоящее чудо природы среди мертвых холмов северного склону Сьерры-Морены… Иван Фролов, «Андалузит», 1952 г. // «Огонёк», № 5 (цитата из Национального корпуса русского языка, см. Список литературы)
2. истор.мн. ч. : о таком предприятии как месте каторжных работ ◆ Благоговейно пошел убийца в бездонные Нерчинские рудники , как пример божьего правосудия и до пределов гроба. Н. А. Полевой, «Мешок с золотом», 1829 г. (цитата из Национального корпуса русского языка, см. Список литературы) ◆ На медном руднике затопили все шахты и освободили колодников, а приказчиков перебили. Д. Н. Мамин-Сибиряк, «Охонины брови», 1892 г. (цитата из Национального корпуса русского языка, см. Список литературы)

Суффиксное производное от существительного руда, далее от праслав. *rudа, от кот. в числе прочего произошли: ст.-слав. роуда (μέταλλον; Супр.), русск. руда, укр. руда́ «руда; кровь», белор. руда́ «грязь, кровь», болг. руда́ «руда», сербохорв. ру́да — то же, словенск. rúdа — то же, чешск., словацк., польск. rudа «руда», в.-луж., н.-луж. rudа «железняк, красная земля». Родственно лит. raũdas «буланый», raudà «плотва», rùdas «бурый», латышск. raũds «красный, рыжеватый, коричневый», rauda «плотва, дикая утка», др.-инд. rṓhitas, ж. rṓhinī «красный, рыжеватый», авест. raoiđita- «рыжеватый», лат. rūfus «красный», ruber — то же, греч. ἐρεύθω «краснею», ἐρυθρός «красный», готск. rauþs — то же, ирл. rúad — то же. Знач. «кровь» объясняется как средство табуизирования слова кровь.

источник

3 СВЕДЕНИЯ О СПОСОБАХ РАЗРАБОТКИ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ

3.1 Способы разработки месторождений полезных ископаемых

Полезными ископаемыми называют природные минеральные образования органического или неорганического происхождения, которые могут быть использованы человеком с достаточным экономическим эффектом. Под добычей полезных ископаемых понимают извлечение их из земной коры или гидросферы. В более узком смысле под этим термином понимают количество полезного ископаемого, добываемого в единицу времени.

Существуют следующие способы добычи полезных ископаемых:

· со дна водоемов (озер, морей и океанов);

Добычу полезных ископаемых осуществляют горные предприятия.

Горное предприятие — самостоятельная производственная единица, осуществляющая разведку, добычу и обогащение полезных ископаемых. Горное предприятие, осуществляющее добычу и первичное обогащение полезных ископаемых, называется горнодобывающим. Существуют следующие виды горнодобывающих предприятий: шахта, рудник, карьер (разрез), прииск, промысел.

Шахта — горное предприятие, предназначенное для добычи полезных ископаемых подземным способом.

Рудник — горное предприятие, служащее в основном для подземной добычи руд, горнохимического сырья и строительных материалов. Этим понятием иногда пользуются для обозначения нескольких шахт (карьеров), объединенных в единую административнохозяйственную единицу с централизованным хозяйством.

Карьер — горное предприятие, осуществляющее добычу полезных ископаемых открытым способом. Разрез — карьер по добыче угля.

Прииск — горное предприятие по добыче россыпных месторождений драгоценных металлов (золотой прииск).

Промысел — горное предприятие по добыче жидких и газообразных полезных ископаемых (нефтяной промысел).

Разработкой месторождения называют комплекс работ по :

Эти работы являются стадиями разработки месторождения. Вскрытие и подготовка осуществляются посредством проведения выработок. Забои проводимых выработок называют подготовительными. Выемку (добычу) полезного ископаемого ведут в очистных забоях, применяя при этом различные способы его разрушения. Это в равной мере справедливо для твердых полезных ископаемых как при подземных, так и открытых горных работах.

Подземная добыча связана с необходимостью проведения сети подземных горных выработок, по которым добытое полезное ископаемое транспортируют на поверхность (рис. 3.1). При добыче ископаемых углей наиболее распространен механический способ разрушения, при добыче руд — взрывной.

Рисунок 3.1 — Схема угольной шахты:
I, 2, 12— вертикальные выработки; 3, 4, 5, 10, 11—горизонтальные выработки;
6, 7, 8, 9 — наклонные выработки; 13 — насосная камера; 14 — очистной забой

Добытый уголь транспортируют по горным выработкам скребковыми или ленточными конвейерами, в вагонетках электровозами или лебедками, а также под действием собственного веса по желобам или трубам. На отдельных шахтах применяют гидротранспорт, при котором перемещение угля в потоке воды осуществляется по трубам или желобам. Для транспортировки руды на рудниках в пределах добычных блоков применяют скреперную доставку или виброустановки , а по горизонтальным выработкам—локомотивную откатку. Транспортирование полезного ископаемого и пустой породы до шахтного ствола организует служба внутришахтного транспорта.

На поверхность полезное ископаемое и пустую породу поднимают в специальных подъемных устройствах (сосудах) — скипах или клетях. Клети оборудуют под заезд в них шахтных вагонеток. В клетях также осуществляют спуск и подъем людей, оборудования и материалов. Комплекс подъемных машин и оборудования называют шахтным подъемом.

Выданное на поверхность полезное ископаемое размещают на складах и осуществляют отгрузку его потребителям или на обогатительную фабрику.

Для нормального функционирования шахты необходимо осуществлять:

· снабжение горных выработок свежим воздухом. Процесс обеспечения горных выработок и рабочих мест воздухом называется вентиляцией. Поступающая в шахту поток воздуха называется свежей струёй. Свежий воздух при движении по горным выработкам загрязняется выделяющимися газами и пылью. Поток такого воздуха называется исходящей струёй. Контроль за состоянием вентиляции шахты и техники безопасности осуществляет участок вентиляции и техники безопасности;

· удаление поступающей в горные выработки и накапливающейся в водосборнике воды. Система сбора и удаления поступающей в горные выработки воды называется водоотливом. При большой обводненности месторождения осуществляют его осушение;

· снабжение работающих машин и различных установок электро и пневмоэнергией (сжатым воздухом);

· кондиционирование поступающего в шахту воздуха. Этот процесс осуществляют в глубоких шахтах и рудниках, где температура рудничной атмосферы за счет тепла, выделяющегося из горных пород, обусловливает дискомфортность труда;

· подачу в шахту в зимнее время в районах с суровым климатом подогретого в калориферах воздуха;

· мероприятия по предупреждению газодинамических явлений (внезапных выбросов угля и газа и горных ударов) и эндогенных пожаров;

· ликвидацию последствий аварий в тех случаях, когда не удалось их предотвратить. Эти работы выполняют подразделения специальной военизированной горноспасательной части (ВГСЧ);

· контроль за состоянием недр, движением запасов и правильностью ведения горных работ. Его осуществляет маркшейдерская служба. В ее задачи входит ведение горнографической документации;

· контроль за соблюдением правил безопасного ведения горных работ. Его осуществляет горнотехническая инспекция (ГТИ);

· восстановление участков земли, подвергшихся влиянию горных работ. Эти работы называются рекультивацией. Их осуществляют как шахты, так и разрезы.

Поверхность современных шахт и рудников представляет собой комплекс зданий и сооружений, обычно сгруппированных в блоки. На поверхности располагаются здания подъемных машин, копры (конструкции для установки шкивов под канаты клетей и скипов и разгрузки последних), эстакады, помещения электроподстанции, механических мастерских, компрессорной, административнобытового комбината. На поверхности размещаются материальные склады различного назначения.

Для повышения качества добытого полезного ископаемого осуществляют его обогащение. С этой целью строят обогатительную фабрику как для одной, так и группы шахт.

При открытом способе добычи все горные работы проводят в открытых горных выработках непосредственно с земной поверхности (рис. 3.2).

Рисунок 3.2 — Схема открытой разработки месторождения:
1 — экскаватор; 2 — автосамосвал; 3 — бульдозер; 4 — буровой станок; 5 — рабочие горизонты;
6 — взорванная масса; 7 — залежь полезного ископаемого; 8 — скважины;
9 — въездная траншея; 10 — отвал пустых пород

В зависимости от условий залегания извлекают не только полезное ископаемое, но и пустые породы в значительных объемах. Эти породы называют вскрышными породами или вскрышей.

Основными производственными процессами при открытых горных работах являются:

· подготовка горных пород к выемке;

· перемещение карьерных грузов (авт о- или железнодорожный транспорт, а также конвейерная доставка);

· отвалообразование вскрышных пород;

· складирование полезного ископаемого.

Основные достоинства открытых горных работ заключаются в следующем:

· возможность обеспечения высокого уровня комплексной механизации и автоматизации, что обусловливает более высокую производительность труда и меньшие затраты на добычу;

· более безопасные и комфортные условия труда;

· меньшие удельные капитальные затраты на строительство предприятия;

· возможность более полного извлечения полезного ископаемого.

· некоторая зависимость от климатических условий;

· необходимость отчуждения значительных площадей земли;

· нарушения водного баланса недр.

Добычу полезных ископаемых со дна озер, морей, океанов (золото, олово, платина, минералы, содержащие титан, цирконий и др.) осуществляют в основном в пределах континентального шельфа и ложа мирового океана. Добыча осуществляется земснарядами, черпаковыми элеваторами и грейферными грузчиками через водную толщу, а также через горные выработки, проводимые с земной поверхности. Средняя глубина подводной разработки в России 30 м.

Геотехнические способы разработки основаны на бурении скважин с поверхности или из горных выработок, изменении физического или химического состояния полезного ископаемого в недрах и извлечении его по скважинам на поверхность. Перевод твердых полезных ископаемых в транспортабельное состояние осуществляют механическим разрушением, плавлением, растворением, химической и бактериально -химической обработкой. Наиболее распространены:

· подземная газификация углей;

· подземное растворение солей;

· бактериально -химическое выщелачивание меди и др.

Объемы применения геотехнических способов разработки пока невелики.

Скважинная добыча широко применяется для извлечения жидких и газообразных полезных ископаемых (нефть и природный газ). Под разработкой нефтяного месторождения понимают осуществление процесса перемещения жидкости и газа в пластах к эксплуатационным скважинам. Управление процессом движения жидкостей и газа достигается размещением на месторождении нефтяных, нагнетательных и контрольных скважин, количеством и порядком ввода их в эксплуатацию, режимом работы скважин и балансом пластовой энергии.

Процесс добычи нефти включает:

· движение нефти по пласту к забою скважины за счет разности давлений в пласте и у скважины;

· движение нефти от забоя скважины до устья на поверхности;

· сбор нефти, газа и воды на поверхности и их разделение.

Разработка газового месторождения включает:

· подготовку газов к транспортированию потребителям.

Особенность добычи газа из недр заключается в том, что весь путь газа от пласта до потребителя герметизирован.

Вопросы для самоподготовки

1. Какие существуют способы добычи полезных ископаемых?

2. Какие существуют виды горнодобывающих предприятий?

3. Назовите основные стадии разработки месторождений.

4. В чем сущность и содержание подземной добычи полезных ископаемых?

5. Какие работы и мероприятия необходимо осуществлять для нормального функционирования шахты?

6. В чем сущность открытого способа добычи полезных ископаемых?

7. Назовите основные производственные процессы при открытых горных работах.

8. Какие достоинства и недостатки открытых горных работ?

9. В чем сущность добычи полезных ископаемых со дна водоемов?

10. На чем основаны геотехнические способы разработки?

11. Для чего применяется скважинная добыча?

12. Какие процессы выполняются при добыче нефти и разработке газовых месторождений?

источник

1. Характеристика способов разработки месторождений

2. Бактериальное выщелачивание металлов

3. Переработка промышленной воды

ДОБЫЧА ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ — процессы извлечения твёрдых, жидких и газообразных полезных ископаемых из недр Земли с помощью технических средств. Исчисление добытых полезных ископаемых ведётся в абсолютных цифрах полученного из месторождения полезных ископаемых с учётом потерь (т.н. товарный продукт) и в пересчёте на полезный компонент (металл или оксид). Последнее делает сопоставимыми данные по добыче конкретного полезного ископаемого из различных месторождений (т. е, учитывает % содержания ценного компонента в полезных ископаемых).

Добыча полезных ископаемых насчитывает многотысячелетнюю историю. Процесс добычи полезных ископаемых состоит в извлечении ценного компонента в относительно чистом виде (например, нефть, природный газ, каменный уголь, каменная соль, драгоценные камни и др.) или в виде горной массы (например, руды металлов), которая в дальнейшем подвергается переработке.

На суше добыча полезных ископаемых ведётся шахтами, карьерами и буровыми скважинами; в морских акваториях — буровыми скважинами, драгами и специальными автономными подводными аппаратами, которые осуществляют сбор конкреций со дна.

1. Характеристика способов разработки месторождений

В зависимости от условий залегания месторождений и мощности залежей их разработку осуществляют открытым, подземным и комбинированным способами.

При открытом способе разработки полезное ископаемое добывают из недр при использовании открытых горных выработок, которые примыкают непосредственно к земной поверхности и имеют незамкнутый контур поперечного сечения (в отличие от подземных горных выработок). Добыча полезных ископаемых открытым способом осуществляется карьерами, представляющими собой совокупность горных выработок, предназначенных для разработки месторождений. Под термином «карьер» понимают также и горное предприятие, ведущее добычу полезного ископаемого открытым способом. Горные предприятия, разрабатывающие открытым способом месторождения угля, называют разрезами, а россыпи — приисками.

При подземном способе разработки полезное ископаемое добывают из недр посредством сооружения специальных подземных выработок. Добыча подземным способом осуществляется шахтой — самостоятельной производственной единицей, входящей в состав горного предприятия. Традиционно шахтой называется предприятие по подземной добыче каменного угля или горючих сланцев, в России существуют шахты для подземной добычи тяжёлой нефти (Ярега). При добыче подземным способом руды шахту называют рудни́к (в шахтёрских регионах распространено произношение с ударением на первый слог — ру́дник).

Шахта включает наземные сооружения:

копры (копер — надземное сооружение шахтного ствола, служит частью подъёмной установки),

главные вентиляторные установки,

совокупность подземных горных выработок, предназначенных для разработки месторождения в пределах шахтного поля – (шахтное поле — месторождение или его часть, отведенная для разработки одной шахтой).

Шахта — механизированное и автоматизированное предприятие, оснащенное производительными машинами и механизмами для добычи и транспортировки полезного ископаемого, проведения горных выработок, водоотлива и вентиляции. Срок службы шахт, отрабатывающих мощные месторождения, достигает 50-70 лет и более. Глубина отдельных шахт по добыче золота и алмазов достигает 4 километров.

В равнинной местности чаще всего вскрытие производится вертикальными стволами, реже — наклонными, от которых на разных горизонтах (этажах) проводятся квершлаги до встречи с залежью ископаемого. Квершлаг (нем. Querschlag) — горизонтальная, реже наклонная, подземная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность и пройденная по вмещающим породам в крест простирания пласта полезного ископаемого. Квершлаг предназначается для вскрытия полезного ископаемого, транспортирования грузов (самоходным, рельсовым или конвейерным транспортом), а также для передвижения людей, вентиляции, стока воды и т. д. В гористой местности основные вскрывающие выработки — штольни. Штольня (от нем. Stollen — столб) — горизонтальная или наклонная горная выработка, имеющая выход на земную поверхность и обычно предназначенная для добычи полезных ископаемых или обслуживания горных работ. Является основной вскрывающей выработкой при разработке месторождений в районах с гористым рельефом. Иногда неосведомленные люди ствол или штольню называют собственно шахтой.

Рис. 1. Угольная шахта в разрезе: 1 — штреки; 2 — угольный пласт; 3 — бремсберг; 4 — ходки; 5 — надшахтные здания стволов; 6 — административно-бытовой комбинат; 7 — склад; 8 — угольный склад; 9 — террикон.

Штрек — горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность, лежащая в горизонтальной плоскости и проходящая по простиранию рудного тела, служащая для проветривания и транспортировки.

Горная выработка — искусственная полость, сделанная в недрах земли или на поверхности.

Бремсберг (нем. Bremsberg, от Bremse — тормоз и Berg — гора), подземная наклонная горная выработка, не имеющая непосредственного выхода на земную поверхность и служащая для спуска полезного ископаемого в вагонетках или конвейерами с вышележащего на нижележащий горизонт. Синоним Б. — термин «спуск».

Открытый способ разработки отличается, прежде всего, большой возможностью в применении мощной техники для отбойки, погрузки и транспортирования горной массы, что позволяет обеспечить высокую производительность труда и низкую себестоимость добычи полезного ископаемого. Важное значение имеет и более полное извлечение при этом способе полезного ископаемого, а также лучшие по сравнению с подземным способом санитарно-гигиенические условия труда для горнорабочих. Все это способствует во все расширяющихся масштабах использовать открытый способ разработки месторождений. Основным препятствием для его повсеместного применения является большая глубина залегания рудных тел от поверхности или малая их мощность, при которой доступ к полезному ископаемому может быть обеспечен только после удаления большого количества вмещающих пород. Основные недостатки открытого способа разработки сводятся в основном к необходимости выемки, перемещения и складирования в отвалы больших объемов пустых пород, для размещения которых требуются значительные площади, что приводит в отдельных районах к потерям плодородных земель. В карьерах большой глубины создаются трудности в удалении газов и пыли после взрывных работ, что ухудшает санитарно-гигиенические условия труда горнорабочих и загрязняет окружающую среду. Существующие инженерные методы газо- и пылеподавления при производстве массовых взрывов на карьерах пока отличаются малой эффективностью. Определенное влияние на эффективность открытой разработки оказывают климатические и атмосферные условия. Следует, однако, указать, что отмеченные достоинства открытого способа разработки во многих случаях преобладают над недостатками, что определяет его перспективность.

Подземным способом разрабатывают месторождения различных полезных ископаемых на разных глубинах: от 15 — 20 м при разработке россыпей длиной до 3 — 4 км при разработке золоторудных залежей. Большая толща пород, покрывающих месторождения, сложный рельеф земной поверхности, суровые климатические условия — вот те основные факторы, которые являются решающими при выборе подземного способа разработки. При этом способе разработки имеются технические возможности для значительного уменьшения выбросов газов и пыли в окружающую среду. Кроме того, объемы перемещаемых пустых пород незначительны по сравнению с открытым способом разработки, что требует небольших площадей для их размещения. Во многих случаях подземная разработка позволяет полностью сохранить поверхность. К недостаткам подземного способа разработки следует отнести большую, чем при открытом способе, опасность работ, меньшую возможность для применения мощной высокопроизводительной техники, более низкие показатели извлечения.

При комбинированном способе разработки верхняя часть месторождения отрабатывается открытым способом, а нижняя — подземным. Комбинированный способ применяют при разработке, как правило, мощных крутых глубоко залегающих месторождений, перекрытых сравнительно небольшой толщей наносов. Так как этот способ включает открытую и подземную разработку, то ему присущи их достоинства и недостатки. Стремясь использовать основные преимущества открытого способа разработки и устранить его недостатки, связанные прежде всего с транспортированием вскрышных пород, в определенных условиях его сочетают с подземной откаткой. Выбор способа разработки, как правило, производят методом технико-экономического сравнения производственных расходов по открытому и подземному способам и предпочтение отдают тому, при котором обеспечивается минимальная стоимость добычи (или концентрата). Иногда выбор способа разработки решается без каких-либо расчетов ввиду явного преимущества одного из этих способов.

Подавляющее число месторождений твёрдых полезных ископаемых разрабатывается с помощью шахт и карьеров, а также буровых скважин, путём искусственного перевода ряда твёрдых полезных ископаемых в подвижное (жидкое, газообразное) состояние (самородная сера, фосфаты, каменная соль, уголь и др.). На карьерах добывается около 90% бурых и 20% каменных углей, 70% руд металлов, 95% нерудных строительных материалов. Жидкие и газообразные полезные ископаемые (нефть, рассолы, подземные воды, природный газ) добываются с помощью буровых скважин, ряд нефтяных месторождений разрабатывается с помощью шахт, для выемки нефтенасыщенных песков («тяжёлых» нефтей) используют разработку открытым способом. На ряде месторождений применяется комбинация способов добычи (открытого и шахтного, шахтного и скважинного). Выбор способа добычи полезных ископаемых определяется главным образом горно-геологическими условиями залегания полезных ископаемых, экономическими расчётами. По величине истинных мощностей угольные пласты подразделяются на следующие категории: весьма тонкие (h 15 м).

Ежегодные объёмы добычи твёрдых полезных ископаемых в мире составляют около 20 млрд. т (в т.ч. неметаллических полезных ископаемых — 13 млрд. т), нефти — около 3 млрд. т, газообразных — 1,5 трлн. м3. Масштабы добычи полезных ископаемых возрастают по мере развития промышленного производства, технического прогресса и роста народонаселения. Из всего количества полезных ископаемых, извлечённых из земных недр за всю историю человеческой цивилизации, преобладающий их объём добыт в 20 веке (1901-80), в т.ч. нефти 99,5%, угля 90%, железных руд 87%, медных руд свыше 80%, золота 70%. Рост добычи полезных ископаемых обеспечивается за счёт открытия новых месторождений, вовлечения в эксплуатацию месторождений глубокого залегания, разработки руд с низкими содержаниями полезного компонента.

Важный резерв увеличения объёмов потребления промышленностью минеральных ресурсов — совершенствование технологий переработки полезных ископаемых, внедрения малоотходных и безотходных технологий с утилизацией всех компонентов добытой горной массы.

Наибольшие объёмы добычи полезных ископаемых приходятся на машинные (в ряде случаев автоматизированные) системы, возрастает значение наиболее прогрессивных физико-химических и биологических методов, позволяющих избирательно извлекать металлы из месторождений непосредственно в массивах горных пород, без существенного нарушения их сплошности (например, бактериальное выщелачивание). Добыча полезных ископаемых — энергоёмкий процесс. Основные источники энергии — электрическое, жидкое топливо, взрывчатые вещества. Потребление энергии при открытой разработке полезных ископаемых в 10-30 раз меньше, чем при шахтной.

Жидкие полезные ископаемые, и природный газ извлекают из земных недр с помощью скважин, по трубам. Этим же способом удается добыть часть каменной соли и серы. Соль предварительно растворяют под землей, накачивая в скважину воду, а серу расплавляют горячим паром. Иногда даже некоторые цветные металлы (литий, медь) извлекают из-под земли с водой. Легчайший металл литий, например, добывают из минеральных вод, в которых растворены его соединения. На Дегтярском руднике на Урале из подземных вод осаждают медь. Она растворилась в воде благодаря особым бактериям, превратившим нерастворимые соединения меди с серой в растворимую сернокислую медь — медный купорос. Еще в прошлом веке великий русский химик Менделеев выдвинул идею извлечения из-под земли по скважинам каменного угля, превращенного предварительно в горючий газ. Многолетние опыты, проведенные в советское время в угольных бассейнах, доказали, что в принципе это возможно. Германий считают выгодным добывать из золы тепловых электростанций. Этот сверхрассеянный металл был когда-то собран из почвы растениями, превратившимися потом в каменный уголь. Из года в год добыча полезных ископаемых растет. Особенно быстро развивается сейчас добыча открытым способом и добыча с помощью скважин. Сейчас человечество извлекает за год из недр Земли более 1 млрд. т железной руды, более 2 млрд. т нефти, более 2,5 млрд. т угля, миллиарды тонн строительных материалов и других полезных ископаемых.

БУРОВАЯ СКВАЖИНА — горная выработка преимущественно круглого сечения (диаметр 59-1000 мм), образуемая в результате бурения.

Буровые скважины разделяют на мелкие — глубиной до 2000 м (из них подавляющее большинство — до нескольких сотен метров), средние — до 4500 метров, глубокие — до 6000 метров, сверхглубокие — свыше 6000 метров. В буровых скважинах выделяют устье, ствол и дно (забой). По положению оси ствола и конфигурации буровые скважины разделяют на вертикальные, горизонтальные, наклонные; неразветвлённые, разветвлённые; одиночные и кустовые.

Рис. 5. Конструкция разработочной скважины:

источник

ПОДЗЕМНАЯ РАЗРАБОТКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ полезных ископаемых, шахтная разработка месторождений (а. underground mining; н. Untertagebergbau, unterirdischer Abbau von Lagerstatten, Bergbau unter Tage; ф. exploitation souterraine des gisements; и. explotacion subterranea de yacimientos, beneficio subterraneo de depositos), — добыча полезных ископаемых в недрах Земли без нарушения дневной поверхности путём проведения системы подземных горных выработок. В процессе подземной переработки месторождений выделяются 3 стадии: вскрытие, подготовка и очистная выемка. Основные горные выработки подземной переработки месторождений: шахтные стволы, квершлаги и штольни, открывающие доступ с поверхности ко всему месторождению полезных ископаемых или его части и обеспечивающие возможность проведения подготовительных выработок и очистной выемки в запланированных объёмах; штреки, уклоны, бремсберги, восстающие, орты, которыми вскрытая часть месторождения разделяется на обособленные выемочные участки (этажи, блоки, панели, камеры, столбы), предусмотренные принятым способом подготовки и системой разработки; подэтажные и слоевые выработки, выработки буровые, погрузочно-доставочные, подсечки, вентиляционные, отрезные восстающие и другие, обеспечивающие выемку полезных ископаемых.

Как в CCCP, так и за рубежом, несмотря на общее возрастание доли открытого способа разработки (см. Открытая разработка месторождений), роль подземной добычи в обеспечении основных полезных ископаемых остаётся значительной. Этому способствуют достижения 2-й половины 20 века в области технологии, механизации горных работ, общее повышение эффективности подземной разработки месторождений, а также необходимость восстановления и рекультивации территорий, нарушенных открытыми горными работами. В условиях ограниченного прироста запасов минерального сырья вблизи земной поверхности темпы освоения разрабатываемых месторождений подземным способом непрерывно растут. В 80-е гг. годовое понижение горных работ составляет от 10 до 40 м, а интенсивность выемки пологих месторождений почти удвоилась. В CCCP и за рубежом на некоторых шахтах глубина горных работ понизилась до 800-1000 м и более (табл. 1).

В перспективе можно ожидать существенного возрастания объёмов подземной добычи полезных ископаемых, повышение эффективности которой связано с решением таких крупных научно-технических проблем, как наиболее полное и комплексное использование минерально-сырьевой базы, коренное усовершенствование технологии и способов механизации, в т.ч. завершение механизации вспомогательных производственных процессов, разработка и внедрение автоматизированных систем управления технологическими процессами и горными предприятиями, внедрение в горное производство дистанционного управления добычными машинами и робототехники.

Предприятия по подземной переработке месторождений действуют практически на всей территории страны. При этом основные районы подземной переработки месторождений угля — Донецкий, Кузнецкий, Карагандинский, Печорский, Подмосковный, Львовско-Волынский, Кизеловский бассейны; железной руды — Криворожский бассейны Урал (Богословское и Высокогорское рудоуправления), Сибирь («Шерегешский», «Абаканский», «Казский», «Таштагольский» рудники), KMA (Коробковское месторождение), Казахстан (Западный Каражал); марганцевой руды — Украина (Никопольское, Большое Токмакское месторождения), Грузия (Чиатурское месторождение); руд цветных металлов — Урал (Гайский комбинат, рудник «СУБР»), Казахстан (Джезказганское, Зыряновское. Иртышское и др. месторождения), Кавказ (Тырныаузское, Кафанское, Урупское месторождения) и др. За рубежом объектами подземной разработки являются месторождения полезных ископаемых с весьма разнообразными условиями (по форме и элементам) залегания полезных толщ, а также физико-механическими свойствами полезных ископаемых и вмещающих горных пород. Подземным способом разрабатываются месторождения железной руды в Швеции (Кирунавара, Мальмбергет, Гренгесберг), Канаде (Маклауд-Уэй-уэй), Франции (рудники бассейны Лотарингии); медных руд в США (Сан-Маньюэл), Канаде Джеко (Геко), Чили (Эль-Теньенте, Эль-Сальвадор); полиметаллических руд в Австралии (рудники «Брокен-Хилл», «Маунт-Айза»), США (Бюик, Флетчер, Вайбернем), Канаде (Салливан, Брансуик N 12, Кидд-Крик), Швеции (рудники «Булиден», «Лайсвалль-Бельвиксберг»); молибденовых руд в США (Клаймакс); вольфрамовых руд в KHP, США, Боливии; урановых руд в Канаде (Денисон, Нью-Квирк); алмазов в ЮАР (Премьер, Весселтон).

Подземная переработка месторождений известна ещё в глубокой древности (см. Горное дело). До Октябрьской революции 1917 подземная переработка месторождений в России была развита относительно слабо. Подземным способом добывали уголь в Донбассе, железную руду в Кривом Роге, руды меди, серебра и золота на Урале, полиметаллические руды на Алтае и в Казахстане. Бурение, отбойка и откатка производились вручную, подъём полезных ископаемых — при помощи конной тяги или в некоторых случаях с помощью парового привода. Месторождения разрабатывали небольшими шахтами и рудниками, принадлежавшими частным владельцам и иностранным акционерным обществам. После победы Октябрьской революции в развитии подземной переработки месторождений выделяются 4 основных этапа. Восстановительный период (1921-28) Советского государства стал для горнорудной и угольной отраслей промышленности одним из сложнейших этапов. Стволы шахт и рудников были большей частью затоплены, копры разрушены. Механизмы, имевшиеся в небольшом количестве, на этих предприятиях были изношены, не хватало квалифицированных рабочих. Однако, несмотря на огромные трудности, задача восстановления горной промышленности была решена. К концу восстановительного периода добыча угля в CCCP уже была выше на 22%, а добыча железных руд составила 70% соответствующего уровня 1913.

С начала периода индустриализации (1929-32) развернулась эксплуатация Тальбесского месторождения железных руд в Западной Сибири и Керченского месторождения в Крыму. Коренной реконструкции были подвергнуты рудники Кривого Рога и Урала. В эксплуатацию были введены новые месторождения марганцевой руды на Урале и в Западной Сибири. Были построены рудники по добыче медной руды на Урале и в Казахстане, «Ачисайский» полиметаллический рудник, «Тихвинский» бокситовый рудник, «Балейский» золотой рудник, рудники редких металлов. В 1933-38 была создана советская никелевая промышленность. На комбинате «Североникель» началась выплавка никеля из руд медно-никелевого месторождения Мончетундры. В 1938-39 в цветной металлургии были введены в строй новые крупные рудники, поставляющие сырьё для Южно-Уральского никелевого и Уральского алюминиевого заводов. В число действующих предприятий вошли Медногорский завод и «Блявинский» медный рудник. В эти годы построен вольфрам-молибденовый комбинат в Тырныаузе и другие предприятия по производству цветных, редких и драгоценных металлов. В годы довоенных пятилеток были достигнуты большие успехи в развитии угольной промышленности. Благодаря строительству новых шахт и коренной реконструкции существующего фонда на основе механизации и электрификации добыча угля подземным способом в CCCP в 1940 возросла по сравнению с 1928 в 4,53 раза. В угольной промышленности в 1940 зарубка и отбойка были механизированы на 94,8%, доставка в очистных забоях — на 90,4%, откатка (по грузообороту) — на 75,2%, погрузка в вагоны — на 86,5%. В горнорудной промышленности было почти полностью ликвидировано ручное бурение, осуществлена механизация погрузочных работ, подземной и поверхностной откатки, водоотлива, подъёма.

Вскоре после начала Великой Отечественной войны 1941-45 фашистами была временно захвачена территория Советской Украины, Кавказа — места сосредоточения значительной части общесоюзной добычи угля, железной, марганцевой, вольфрамовой руд. Однако созданные в годы довоенных пятилеток металлургическая и горнорудная базы на востоке страны (Урал, Сибирь) позволили обеспечить нужды фронта и тыла в продукции этих отраслей промышленности. Для бесперебойного снабжения металлургических заводов Востока железных рудой были расширены эксплуатационные работы на «Бакальском», «Гороблагодатском» и других рудниках. С пуском «Таштагольского» и «Одрабашского» рудников усилилось снабжение местной железной рудой Кузнецкого металлургического комбината. В военный период добыча марганцевых руд на востоке страны увеличилась в 3 раза. Значительные успехи были достигнуты в добыче руд для производства алюминия, никеля, олова, магния, молибдена. В послевоенный период восстановления народного хозяйства продолжалось дальнейшее ускоренное развитие подземной переработки месторождений за счёт достижений научно-технического прогресса.

На современном этапе развития отрасли, начавшемся в 50-х гг., на горнорудных и угольных предприятиях страны механизированы все основные процессы подземных горных работ: бурение, отбойка, доставка, подземная откатка, подъём и другие процессы (подробнее см. в ст. Шахта). В 60-х гг. произошли существенные сдвиги в основном процессе добычи угля, в очистной его выемке на пологих и наклонных пластах, составляющих 83% всех разрабатываемых пластов. Широкозахватные комбайны стали вытесняться более производительными — узкозахватными комбайнами и стругами, действующими в комплексе с механизированными крепями. Коренные изменения произошли и в технике подземных работ в горнорудной промышленности. На рудных шахтах с 50-х гг. стало применяться самоходное оборудование на бурении, заряжании скважин, погрузке, доставке горной массы и на вспомогательных процессах, что открыло возможность комплексной механизации подземных горных работ.

В изменениях, которые претерпевали системы подземной переработки месторождений, отражалось многообразие месторождений полезных ископаемых, средств и способов ведения горных работ. К концу 80-х гг. насчитывается свыше 200 основных систем и множество их вариантов с присущими им особенностями. Системы разработки отличаются одна от другой: видом и расположением подготовительных и нарезных выработок в массиве горных пород; направлением подвигания фронта очистной выемки относительно элементов залегания полезных ископаемых; состоянием образующегося в процессе выемки очистного пространства; построением и формой очистного забоя; количеством стадий очистной выемки; способами отбойки и доставки полезных ископаемых при очистной выемке. Опубликовано свыше 60 классификаций систем подземной переработки месторождений, работой над которыми занимались видные учёные в области горной науки Б. И. Бокий, А. М. Терпигорев, Л. Д. Шевяков, М. И. Агошков и др.

Основную классификацию систем подземной переработки месторождений можно разделить на 3 группы: системы подземной разработки угольных месторождений; системы подземной разработки рудных месторождений; общие классификации систем подземной переработки месторождений твёрдых полезных ископаемых (практического применения не получили). Наиболее распространённой в CCCP, несмотря на определённые недостатки, является отраслевая классификация систем подземной разработки каменноугольных месторождений Л. Д. Шевякова, основанная на признаке расположения подготовительных выработок и предложенная в 1933.

Отраслевая классификация Л. Д. Шевякова (с дополнениями): системы разработки без разделения на слои: сплошные — по простиранию, по восстанию (падению); столбовые — длинными столбами, короткими столбами, длинными столбами по восстанию (падению), щитовая; камерная; комбинированные — камерно-столбовая, парными штреками, сплошная с элементами столбовой, столбовая с элементами сплошной. Системы разработки с разделением на слои: горизонтальными слоями; наклонными слоями; поперечно-наклонными слоями; диагональными слоями; комбинированная с гибким перекрытием.

В области систем разработки основные задачи, решаемые в угольной промышленности CCCP: дальнейшая концентрация и интенсификация горных работ за счёт применения систем разработки длинными столбами (табл. 2), особенно тех её вариантов, которые обеспечивают постоянство длины лавы, обособленное проветривание мест выделения метана; рациональное размещение подготовительных выработок в толще пород и пласта; прогнозирование геологических нарушений для обеспечения стабильной работы комплексов очистных и очистных агрегатов; создание новых вариантов систем разработки и высокопроизводительных средств комплексной механизации, обеспечивающих выемку угля без присутствия рабочих в очистном забое (см. Безлюдная выемка); создание новых и усовершенствование существующих систем разработки мощных (особенно крутопадающих) пластов с закладкой выработанного пространства, преимущественно гидравлической; ведение горных работ на глубоких горизонтах с предварительной дегазацией пластов; управление массивом горных пород с поверхности до начала ведения горных работ с целью исключения внезапных выбросов угля и газа, горных ударов и пр.; внедрение мероприятий по обеспечению комфортных и безопасных условий работы.

Исключительное разнообразие геологических условий, а также физические свойств горных пород обусловливает наличие заметно большего, чем на угольных месторождениях, числа систем подземной разработки рудных месторождений. Из значительного числа (свыше 20) классификаций систем разработки рудных месторождений в середине 80-х гг. сохранили ограниченное значение и в той или иной мере используются лишь 2-3. Все остальные не выдержали проверки практикой. Наибольшее признание получила классификация систем подземной разработки рудных месторождений М. И. Агошкова, созданная в 1949. Современная интерпретация данной классификации представлена в табл. 3.

В общей добыче руды подземным способом наибольший объём приходится на системы разработки с открытым очистным пространством (табл. 4).

Объём мировой подземной добычи руды (кроме CCCP) по системам разработки распределяется (1984, %) следующим образом: системы разработки с открытым очистным пространством (46,8), в т.ч. камерно-столбовая система разработки (37,7), система подэтажных штреков (62,3); системы разработки с закладкой (23,8); системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород (29,4), в т.ч. подэтажное обрушение с торцовым выпуском руды (39,4), этажное принудительное обрушение и этажное самообрушение (60,6).

Совершенствование существующих систем подземной разработки рудных месторождений заключается в их упрощении и увеличении параметров: высоты этажа и подэтажа, сечения выработок, ширины камер. Идёт оно также по пути внедрения высокопроизводительного самоходного оборудования, основными достоинствами которого являются эффективность и гибкость практически при любой системе разработки. При этом возможно увеличение параметров блоков. Например, в слоевых системах с закладкой применение самоходной техники привело к увеличению длины блока до 80 м и более. В результате в 2-2,5 раза снижен объём подготовительно-нарезных работ по сравнению с вариантом со скреперной доставкой. Для систем разработки с открытым выработанным пространством и систем с обрушением вмещающих пород характерным стало расположение восстающих на больших расстояниях друг от друга. При слоевых системах потребовалось создание резервных ёмкостей — рудоспусков, появилась подэтажная подготовка блоков и отдельных залежей. На всех рудниках, применяющих самоходное оборудование, значительно повысилась производительность выемочных участков. Производственная мощность рудника обеспечивается меньшим числом действующих очистных забоев и добычных участков. В 80-е гг. на многих рудниках CCCP стала широко использоваться вибрационная техника, которая позволила упростить конструкцию и уменьшить объёмы проходческих работ в днищах блоков, за счёт чего сократилось время подготовки блоков к очистной выемке, значительно увеличилась безопасность работ и повысилась производительность труда на выпуске руды.

Строительство подземного горного предприятия ведётся на основе проекта и в соответствии с графиками (в основном сетевыми), которые отражают последовательность выполнения и взаимоувязку отдельных видов работ, а также технологическая связь между ними. Укрупнённый комплексный сетевой график определяет продолжительность основных этапов строительства (организационно-технические мероприятия по подготовке к строительству, подготовительные и основные периоды строительства), последовательность и сроки строительства отдельных объектов, срок поставки технологического и вспомогательного оборудования, срок освоения подземным горным предприятием проектной мощности. В период основного строительства ведутся горно-капитальные работы по сооружению стволов, других вскрывающих и подготовительных горных выработок (см. Вскрытие месторождения), возводятся промышленные здания, обогатительные фабрики и др. (см. Технологический комплекс поверхности шахты), подготавливается первый горизонт (или два первых), обеспечивается возможность развития добычи полезных ископаемых на полную проектную мощность.

Основные производственные (технологические) этапы подземной разработки вскрытого месторождения полезных ископаемых или его части — подготовка горных пород к выемке (см. Подготовка шахтного поля), отделение горных пород (или полезных ископаемых) от массива и выдача их на транспортные выработки (см. Очистные работы), транспортирование горной массы на поверхность шахты (см. Шахтный транспорт), первичную переработку горной массы (см. Обогащение полезных ископаемых), размещение пустых пород в выработанном пространстве или в отвалах (см. Породный отвал). Кроме основных технологических процессов, на шахтах выполняются вспомогательные работы. Все производственные процессы объединяются в единую технологическую схему горнодобывающего предприятия. Продолжительность подземной переработки месторождений, а также и срок службы подземного предприятия зависят от минимальной обеспеченности запасами, выявленными в результате детальной разведки, при соблюдении их необходимых соотношений по категориям. В зависимости от вида добываемых полезных ископаемых и производственной мощности подземных горных предприятий установлены минимальные сроки их существования: шахты чёрной металлургии — 20-25 лет; крупные ГОКи — не менее 40 лет; крупные предприятия по добыче алюминиевого сырья, медной, свинцово-цинковой и никелевой руд — 30-40 лет; крупные предприятия по добыче руд и производству концентратов вольфрама, молибдена, олова, а также ртути — 20-30 лет; золоторудные предприятия — 15-20 лет; небольшие предприятия, эксплуатирующие богатые месторождения руд некоторых металлов, золота и ценных видов неметаллического сырья — 5-10 лет. Более конкретные сроки минимальной обеспеченности разведанными запасами горнодобывающих предприятий устанавливаются технико-экономическим расчётом. Прекращение подземной переработки месторождений и ликвидация подземного горного предприятия производится, как правило, только после полной отработки или списания балансовых запасов месторождения и при отсутствии перспектив их прироста.

Эффективность подземной переработки месторождений оценивается системой технико-экономических показателей — общих (прибыль, рентабельность, ценность и качество основных и сопутствующих компонентов) и специфических (см. Себестоимость продукции, Капитальные вложения, Производительность труда, интенсивность Годового понижения работ, способ вскрытия и др.).

При подземной разработке месторождений основное внимание уделяется безопасности ведения работ, для чего в обязательном порядке разрабатываются организационные и технические мероприятия, способствующие созданию безопасных условий труда и ликвидации случаев травматизма (см. Безопасность труда).

Перспективы подземной переработки месторождений связаны с оптимизацией параметров горных работ и оборудования, применением техники непрерывного действия, комплексным использованием добытой горной массы, переходом на большие глубины, широким использованием автоматизированных систем и методов управления, созданием малоотходных и ресурсосберегающих технологий.

источник