Подземная разработка месторождений

Подземная разработка месторождений редкометальных и радиоактивных руд

ISBN 5-9293-0091-7	УДК: 622.272.(075).
Овсейчук В.А., Лизункин В.М.,	Пирогов Г.Г. Подземная разработка месторождений

редкометальных и радиоактивных руд: Учеб. пособие. – Чита: ЧитГУ, 2008 – В данном учебном пособии рассмотрены вопросы подземной разработки скальных

месторождений радиоактивных и редкометальных руд. Учебное пособие предназначено для студентов и магистрантов специальностей: 130404 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых» (направление 130400 «Горное дело), и может быть полезно для специалистов горного профиля.

1

	ОГЛАВЛЕНИЕ
	Введение
1.	Глава 1. ГОРНОТЕХНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РУД И
	РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
1.1.	Основные понятия и термины
1.2.	Промышленная характеристика руд
1.3.	Крепость и устойчивость руды и породы
1.4.	Характеристика рудных месторождений
1.5.	Отличительные особенности рудных месторождений
1.6.	Значение геологоразведки и предъявляемые к ней
	требования
1.7.	Пример горногеологической и горно-технической характеристики
	месторождений редких и радиоактивных руд
1.7.1.	Общая характеристика месторождений радиоактивных руд (на
	примере Стрельцовского рудного поля)
1.7. 2.	Горно-геологические признаки типизации рудных
	образований.
1.7.2.1.	Структурно-морфологические особенности рудных образований,
	элементы их залегания, размеры по падению и простиранию
1.7.2.2.	Cредняя мощность рудных тел, изменчивость рудных контуров,
	среднее содержание полезного компонента в рудах, доля запаса
	металла в руде
1.7.2.3.	Горнотехнические признаки типизации рудных образований
1.7.3.	Методика разведочных работ на месторождениях радиоактивных
	руд
1.7.3.1.	Методика геологической разведки месторождений скальных
	радиоактивных руд
1.7.3.2.	Методика эксплуатационной разведки месторождений скальных
	радиоактивных руд
2	Глава 2 ВСКРЫТИЕ И ПОДГОТОВКА РУДНЫХ
	МЕСТОРОЖДЕНИЙ
2.1.	Основные положения вскрытия месторождений
2.2.	Классификация способов вскрытия
2.4.	Требования к вскрытию месторождений
2.5.	Типы и назначение шахтных стволов
2.5.1.	Вертикальные шахтные стволы со скиповым и клетевым
	подъемами
2.5.2.	Наклонные стволы со скиповым и клетевым подъемом
2.5.3.	Наклонные шахтные стволы с конвейерным подъемом
2.5.4.	Наклонные шахтные стволы с подъемом самоходным
	безрельсовым оборудованием

2

2.5.5.	Наклонные шахтные стволы с вагонеточным (фуникулерным)
	подъемом, новые способы подъема
2.5.6.	Новые перспективные способы подъема:
2.5.7.	Число шахтных стволов
2.6.	Выбор схемы вскрытия месторождения
2.6.1.	Последовательность выбора оптимального
	варианта вскрытия
2.6.2.	Выбор способа вскрытия
2.6.3.	Расчет капитальных затрат
2.6.4.	Расчет эксплуатационных затрат
2.6.5.	Выбор способа вскрытия (пример)
2.6.6.	Сравнение вариантов при выборе способа вскрытия рудных
	месторождений
2.6.7.	Расположение стволов относительно рудного тела
2.6.8.	Выбор места заложения ствола (пример)
2.6.9.	Ступени вскрытия месторождения
2.6.10.	Глубина I очереди вскрытия, шаг вскрытия
2.6.11.	Групповое вскрытие шахтных полей
2.6.12.	Особенности вскрытия месторождений в
	гористой местности
2.6.13.	Околоствольные дворы
2.7.	Выбор способа подготовки месторождения
2.7.1.	Выбор схемы расположения подготовительных
	выработок
2.7.2.	Выбор схемы расположения откаточных
	выработок (пример)
2.7.3.	Определение удельного объема подготовительно-нарезных работ
	для блока (пример)
2.7.4.	Расположение восстающих, рудоспусков и порядок подготовки
2.7.5.	Подготовка участка, блока наклонными спиральными съездами
2.8.	Нарезные работы
2.9.	Объемы подготовительно-нарезных выработок
2.10.	Годовая производительность рудника
2.11.	Оценка производительности рудника5
3.	Глава 3. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И
	ВЕРТИКАЛЬНЫХ ГОРНЫХ ВЫРАБОТОК
3.1.	Проветривание тупиковых забоев
3.1.1.	Расчет параметров проветривания
3.2.	Проведение горизонтальных горных выработок форма и размеры
	поперечного сечения2
3.3.	Взрывная отбойка
3.4.	Выбор перфораторов
3.4.	Бурильные установки
3.5.	Выбор взрывчатых веществ (ВВ)

3

3.6.	Средства взрывания (СВ)
3.7.	Заряжание взрывчатыми веществами
3.8.	Выбор зарядной машины
3.9.	Расчет параметров7 БВР
3.10.	Доставка и погрузка
3.11.	Крепление проходческих и очистных забоев
3.11.1.	Выбор типа материала крепи по параметру устойчивости Пу
3.11.2.	Виды крепи11
3.12.	Управление горным давлением
3.13.	Расчет продолжительности проходческого цикла
	(горизонтальные выработки)
3.14.	Проведение вертикальных горных выработок
3.14.1.	Восстающие, рудоспуски
3.14.2.	Стволы
3.14.3.	Расчет16 БВР
3.14.4.	Крепление ствола
3.14.5.	Углубка вертикального ствола
3.14.6.	Расчет продолжительности проходческого цикла
	(вертикальные выработки)
4.	Глава 4. КЛАССИФИКАЦИЯ И ПОРЯДОК ИЗУЧЕНИЯ
	СИСТЕМ	ПОДЗЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ
4.1.	Принципы построения классификации систем разработки рудных
	месторождений
4.2.	Основные классификации систем подземной разработки
4.3.	Порядок изучения систем разработки
4.3.1.	Условия применения систем разработки
4.3.2.	Конструктивная	и технико-организационная
	характеристика системы и ее видоизменений
4.3.3.	Сравнительная технико-экономическая характеристика системы
	разработки
4.4.	Выбор системы разработки
4.4.1.	Методика выбора систем подземной разработки рудных
	месторождений
4.4.2.	Последовательность выбора системы разработки методом
	исключений
4.4.3.	Упрощенный учет инвестиционных вложений
4.4.4.	Учет затрат на геолого-разведочные работы
4.4.5.	Технико-экономическое обоснование выбора системы разработки
4.4.6.	Обоснование параметров систем разработки
4.4.7.	Последовательность выбора подготовительно-нарезных
	выработок
4.5.	Последовательность расчета очистных работ
4.6.	Последовательность расчета параметров системы разработки
4.7.	Извлечение полезных ископаемых

4

4.8.	Определение размеров основных элементов систем разработки
4.9.	Системы разработки, наиболее часто применяемые при разработке
	руд редких и радиоактивных металлов (на примере
	месторождений Стрельцовского рудного поля)
4.9.1.	Выбор системы разработки скальных радиоактивных руд
4.9.1.1.	Методика оценки вариантов производства природного урана
4.9.2.	Определение областей применения наиболее эффективных
	вариантов производства природного урана
4.10.	Характеристика наиболее применимых систем разработки руд
	редких и радиоактивных металлов
4.10.1.	Система разработки подэтажными штреками
	Общие сведения
4.10.1.1.	Типичный вариант системы разработки подэтажными
	штреками
4.10.1.2.	Варианты системы разработки подэтажными штреками
4.10.1.3.	Основные производственные операции при очистной выемке
4.10.1.4.	Размеры элементов системы подэтажных штреков и
	отдельные детали подготовки
4.10.1.5.	Способы выемки междукамерных и междуэтажных целиков
4.10.1.6.	Выемка междукамерных целиков
4.10.1.7.	Ликвидация пустот, образующихся после выемки руды
4.11.	Системы разработки с магазинированием руды в очистном
	пространстве (класс II)
4.11.1.	Общие сведения о системах и условиях их применения
4.11.2.	Основные системы с магазинированием руды
4.11.2.1.	Системы с потолкоуступной шпуровой отбойкой
4.11.2.2.	Подготовительные работы и размеры основных элементов
	системы
4.11.2.3.	Очистная выемка
4.11.3.	Система разработки урановых руд блоковым
	магазинированием с последующим подземным выщелачиванием
4.12.	Системы разработки с закладкой очистного
	пространства (класс III)
4.12.1.	Горизонтальные восходящие слои с закладкой
4.12.2.	Наклонные (под углом 30-40°) восходящие слои с
	закладкой
4.12.3.	Нисходящая слоевая выемка с твердеющей закладкой
4.12.4.	Применение нисходящей слоевой выемки с твердеющей закладкой
	при разработке урановых руд
4.12.5.	Проведение закладочных работ при применении нисходящей слоевой
	выемки
5.	Глава 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ОЧИСТНОЙ
	ВЫЕМКИ
5.1.	КЛАССИФИКАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ
	ПОДЗЕМНЫХ ГОРНЫХ РАБОТ (по В.Р. Именитову1)

5

5.1.1.	Основные технологические процессы
5.1.2.	Вспомогательные технологические процессы
5.2.	Основные технологические процессы
5.2.1.	Отбойка руды
5.2.1.1.	Шпуровая отбойка
5.2.1.2.	Скважинная отбойка
5.2.1.3.	Минная отбойка
5.3.	Выбор бурового оборудования
5.3.1.	Расчет шпуровой отбойки
5.3.2.	Расчет основных показателей паспорта БВР
5.4.	Расчет скважинной отбойки
	(на компенсационное пространство)
5.4.1.	Особенности отбойки пучковыми скважинами
5.5.	Особенности отбойки в зажатой среде
5.6.	Особенности отбойки с учетом НДС
5.7.	Отбойка параллельными комплектами сближенных скважин
5.8.	Расчет технико-экономических показателей БВР
5.9.	Выбор зарядной машины
5.10.	Интервал замедления электродетонаторов
5.11.	Сейсмобезопасные расстояния и допустимая масса заряда ВВ
5.12.	Распространение сейсмовзрывных колебаний
5.13.	Особенность контурного взрывания
5.14.	Расчет сейсмобезопасных параметров БВР
5.15.	Механическая и электрофизическая отбойка
5.15.1.	Механическая отбойка
5.15.2.	Электрофизическая отбойка
5.16.	Доставка и погрузка руды
5.16.1.	Выбор погрузочных машин
5.16.2.	Доставка руды силой взрыва
5.16.3.	Оптимизация длины доставки
5.17.	Выпуск руды
5.18.	Производительность оборудования
5.18.1.	Бурение шпуров
5.18.2.	Бурение скважин
5.18.3.	Заряжание шпуров и скважин
5.18.4.	Расход ВВ при вторичном дроблении негабарита
3.18.5.	Производительность доставки
5.19.	Поддержание очистного пространства
5.19.1.	Поддержание целиками
5.19.2.	Поддержание крепью
5.19.3.	Поддержание магазинированием
5.19.4.	Поддержание закладкой
5.20.	Закладка выработанного пространства
5.20.1.	Пневматическая закладка

6

5.20.2.	Гидравлическая закладка
5.20.3.	Инъекционная закладка
5.20.4.	Твердеющая закладка
5.20.4.1.	Транспортировка твердеющей закладки в самотечном режиме
5.20.4.2.	Транспортировка твердеющей закладки в
	самотечно-пневматическом режиме
5.20.4.3.	Контроль прочности закладочного массива
6.	Глава 6. ПОЛНОТА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РУДНИКОМ НЕДР
6.1.	Классификация потерь руды по месту их образования
6.2.	Классификация разубоживания
6.2.1.	Методы определения фактических показателей извлечения руды
6.3.	Нормирование показателей извлечения руды
6.4.	Основные мероприятия по снижению потерь и разубоживания
6.5.	Нормирование потерь и разубоживания при разработке руд
	радиоактивных металлов
6.5.1.	Разубоживание при добыче радиоактивных руд
6.5.1.1.	Разубоживание при нисходящей слоевой выемке с закладкой
	выработанного пространства твердеющей смесью
6.5.1.2.	Разубоживание при отработке запасов подэтажными штреками
6.5.1.3.	Разубоживание при отработке запасов подземным
	выщелачиванием
6.5.2.	Потери при добыче радиоактивных руд
6.5.2.1.	Потери при нисходящей слоевой выемке с закладкой
	выработанного пространства твердеющей смесью
4.2.3.	Потери при отработке запасов подземным выщелачиванием
7.	Глава 7. ПРОГНОЗИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-
	ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ ГОРНОГО МАССИВА
7.1.	Факторы, определяющие напряженное состояние пород вокруг
	выработок
7.2.	Прогнозирование палеонапряжений в вулканических кальдерах и
	динамика разрушения горных пород

7

ПРЕДИСЛОВИЕ

В XX в. значительно выросли объемы и темпы освоения недр. Использование горных технологий и технических средств все в большей степени влияет на социальноэкономические и экологические условия жизни общества. В нашей стране недра - важнейшая часть национального природного богатства. Горное дело -область воздействия человека на литосферу. Важнейшей составной частью горного дела являются горные науки, изучающие фундаментальные и частные закономерности преобразования недр. Ученые и специалисты-горняки осознают, что в новом веке уже нельзя только бесконечно извлекать из недр матушки-Земли полезные ископаемые, оставляя огромных размеров котлованы, терриконы и отвалы пустых пород, ядовитые озера хвостохранилищ, брошенные подземные полости и провалы земной поверхности. Необходимо бережно брать из недр полезные ископаемые с помощью щадящих технологий, учитывающих последствия крупномасштабного и интенсивного изменения недр.

Предлагаемая книга является учебным пособием, развивающим новую философию освоения и сохранения недр Земли. В начале XXI в. подземным способом отрабатывают магматогенно-метасоматические месторождения руд цветных, редких и радиоактивных металлов с применением следующих систем разработки: камерных с открытым очистным пространством, с обрушением руды и породы, с твердеющей закладкой камер и слоев. Месторождения этих руд являются сложноструктурными, генетически связанными с разломами. Авторы рассматривает не только принципы определения геомеханических параметров систем разработки, но на основе опыта работы на урановых и редкометальных месторождениях прогнозируют последствия извлечения руды и предлагает нестандартные решения но использованию подземного пространства, приводят методики расчета напряженно-деформированного состояния нарушенного массива, несущей способности подземных полостей и искусственных массивов, служащих опорными строительными конструкциями в блоках.

Учебное пособие представляет несомненный интерес для специалистов, ученых и производственников, преподавателей, аспирантов, магистров и студентов горных вузов.

Главной задачей настоящего учебного пособия является ознакомление студентов (бакалавров, специалистов и магистрантов) специальности 130404 «Подземная разработка месторождений полезных ископаемых», с особенностями разработки скальных месторождений редкометальных и радиоактивных руд - геологическое обеспечение, вскрытие и подготовка, технология проведения выработок и очистной выемки, и их технико-экономическая оценка.

8

ВВЕДЕНИЕ

Настоящее учебное пособие написано по результатам многолетних научных изысканий авторов - преподавателей горной технологии добычи руды, но представлено в таком виде, чтобы оно было интересно не только небольшой группе специалистов-геомехаников, но и могла быть использована студентами и горными инженерами для решения собственных задач.

Согласно новым идеологии и методологии горных наук (по К.Н. Трубецкому, Н.П. Лаверову, Ю.Н. Малышеву) недра Земли не могут быть сведены лишь к тем полезным ископаемым, которые необходимы в настоящее время, недра - это ценность, в некоторых отношениях не имеющая стоимостного выражения. До настоящего времени технологии разработки месторождений не предусматривают дальнейшее, повторное использование преобразованных недр в новом качестве, например, подземного сооружения - завода, атомной электростанции, обогатительной фабрики, хранилища, могильника бытовых, химических и радиационных отходов, чана-пер-колятора для выщелачивания металла из забалансовых руд. Новая оценка технологий разработки месторождений, включающих в себя не только освоение, но и сохранение недр, потребует дополнительные знания о горном массиве, особое значение приобретает прогноз (не только в техническом, но и в социальноэкономическом плане) последствий извлечения руды.

В настоящей работе уделено особое внимание рассмотрению элементов оценки технологий освоения месторождений в гсомеханическом аспекте применительно к самым сложным в отработке и самым многочисленным месторождениям - магматогеннометасомагичсской генетической группы, образовавшимся результате магматических и постмагматических процессов. В качестве примеров использования нового взгляда на технологию разработки месторождений приведены данные о преобразовании наиболее многочисленных систем разработки (по данным Д.Р. Каплунова) - с открытым очистным пространством, твердеющей закладкой и обрушением руды и пород.

Извлечение из недр цветных, благородных, редких, радиоактивных и рассеянных металлов по большей части осуществляется на месторождениях магматогеннометасоматической генетической группы, например, на гидротермальных. Это наиболее многочисленная группа месторождений, отличающихся тем, что оруденение формировалось в зонах разгрузки при резком падении температуры и давления, при движении гидротермальных растворов по зонам трещиноватости и диффузии в породах. Поэтому добыча руды производится в весьма сложных горно-геологических условиях, особенно на больших глубинах.

Тяжелые условия формирования месторождений с зонами разгрузки и избыточного горного давления, различно ориентированными трещинами и разломами, часто «незалеченными», приводят к необходимости заблаговременно оценить степень нарушенности массива, выбрать наиболее эффективную систему разработки (а может быть, наоборот, изменить характеристики массива, для того чтобы применить в разных блоках унифицированную, наилучшую систему разработки), разработать мероприятия по поддержанию очистного пространства, погашению пустот, локализации сдвижений, снижению опорного горного давления, предусмотреть вторичное использование преобразованных недр.

9

Рациональное использование ресурсов недр невозможно без взаимоувязки и выбора различных технологических мероприятий. Обоснование же этих мероприятий необходимо производить на базе геомеханических проработок последствий извлечения руд, а принятие решений должно основываться на информационных данных, полученных с использованием компьютерных технологий.

Совместное рассмотрение вопросов подземной разработки скальных месторождений редкометальных и радиоактивных руд вызвано тем, что по своей сложности эти месторождения представлены сложными и весьма сложными рудными образованиями, относящиеся по классификации к III и IV группам. Такие рудные месторождения представлены изменчивыми как по простиранию, так и по падению рудными телами, со сложными контурами, раздувами и пережимами, резкой изменчивостью содержаний полезных ископаемых, сложной морфологией, т.е. характеризуются непостоянством горногеологических и горно-технических параметров. Эти месторождения требуют особого подбора систем разработки, с помощью которых можно наиболее полно и эффективно извлекать из недр ценные полезные компоненты, представленные большим разнообразием редких элементов: литий, тантал, ниобий, цезий, бериллий, олово, вольфрам, молибден, сурьма, висмут т др.; радиоактивные – уран. Главной особенностью систем разработки, применяемых при добыче редкометальных и радиоактивных руд, являются низкие показатели потерь при добыче и переработке.

Учебное пособие состоит из введения и семи глав.
Первая глава посвящена горнотехнической характеристике	руд	и рудных
месторождений. Во второй главе рассмотрены вопросы вскрытия	и	подготовки

рудных месторождений. В третьей главе дана технология проведения горизонтальных и вертикальных горных выработок. В четвертой главе рассмотрены вопросы классификации и порядок изучения систем разработки месторождений полезных ископаемых. Пятая глава посвящена технологическим процессам очистной выемки. В шестой главе дается оценка полноты использования недр и в седьмой главе кратко изложены вопросы прогнозирования напряженно-деформированного состояния горного массива.

10