9. Основные горные термины и понятия. Способы разработки. Параметры предприятий

Прежде чем знакомиться с основами горного производства и, в частности, со способами разработки, с параметрами горных предприятий необходимо рассмотреть некоторые общие понятия и термины, без знания которых дальнейшее изучение будет затруднено.

Горнодобывающие предприятия, в частности, подземные рудники- это предприятия, которые ведут разработку рудных месторождений – естественных скоплений в земной коре полезных ископаемых (руды).Руда– это природное минеральное вещество, которое при современном уровне техники экономически выгодно добывать из недр для использования его в народном хозяйстве (извлечения из него полезных компонентов). В качестве полезных компонентов руд могут быть как различные металлы (железо, хром, марганец, титан, алюминий, золото, медь, цинк, свинец, серебро, никель, кобальт, ванадий, вольфрам, молибден, уран и др.), так и неметаллы (апатиты, фосфориты, сера, гипс, барит, графит, плавиковый шпат, слюда, асбест и т.д.). Руда и полезные компоненты понятия экономические.

В отличие от руды пустая порода не содержит полезных компонентов или содержит их в степени недостаточной для эффективной добычи и использования в настоящее время. Со временем некоторые породы могут стать рудой, поскольку с течением времени в эксплуатацию вовлекаются все новые минералы и все более бедные полезными компонентами руды.

Качество и, соответственно, ценность руд определяется содержанием в них полезных компонентов и их свойствами извлекаться при переработке руд. По качеству делятся руды на богатые, бедные и забалансовые.

В процессе добычи руда перемешивается в некоторой степени с пустыми породами (разубоживается ими) и получается рудная масса – совместно выданные на поверхность руда и порода.

Горная масса– это выданные на поверхность рудная масса и порода (от проходки выработок). Успешность (эффективность) добычи руд во многом зависит не только от ценности руд, но и от особенностей месторождения, его параметров (мощности, длины и глубины распространения), формы (пластовой, пластообразной, столбообразной, штокообразной, жильной, гнездообразной, штокверковой), условий залегания (угла падения, угла склонения, горно-геологических нарушений, характера контактов руды и породы), экономико-географического расположения и т.п. факторов.

По мощности рудные месторождения делят на очень тонкие (менее 0,7 м), тонкие (0,7-2 м), средней мощности (2-5 м), мощные (5-15-20 м), очень мощные (более 20 м). По углу падения делят на горизонтальные и пологие (0-25-30⁰), наклонные (30-45⁰), крутопадающие (45-90⁰).

Руды и породы месторождений по крепости делят на 20 разновидностей по шкале проф. М.М. Протодьяконова, первая с прочностью на сжатие до 9806,65 кПа, последняя – 20-я – до 20х9806,65 кПа и более.

По устойчивости руды и породы делятся на: 1) очень неустойчивые (плывуны, сыпучие, рыхлые), совсем не допускающие обнажения кровли и боков выработки; 2) неустойчивые, допускающие небольшое обнажение, но требующие немедленного его закрепления; 3) средней устойчивости, допускающие обнажение на сравнительно большой (4-10 м²) площади, но при длительном обнажении требуют закрепления; 4) устойчивые, которые допускают обнажение кровли и боков на большой площади (100-200 м²) и нуждаются в поддержании только в отдельных местах; 5) очень устойчивые (обнажения до 1000 м²и более), которые могут стоять в течение многих лет без крепления. В горнорудной промышленности преобладают породы 3-5-й групп, в угольной – в основном 2-й, иногда 1-1. Устойчивостью, а также формой залежей, в основном и определяются различия в характере горных работ на рудниках и шахтах.

Рудник- это горное предприятие, осуществляющее разработку месторождения в пределах отведенного для него участка (горного отвода), состоящее из одной или нескольких производственных единиц – шахт, карьеров и поверхностных цехов. Шахта или карьер выполняют добычу на отдельных участках месторождения.

Основная часть полезных ископаемых (70 %) добывается в России рудниками с прогрессивным открытым способом(карьерами), когда месторождения вскрываются и разрабатываются по мере удаления налегающих так называемых вскрышных пород. Примерно 30 % общего объема руд и угля добываетсяподземным способом, когда к месторождению подводятся специальные выработки (стволы шахт, квершлаги, штреки и т.д.). Небольшой объем добычи осуществляется геотехнологическими способами (выщелачиванием, возгонкой, растворением, расправлением) через скважины (сера, уран, медь, бишофит, каменные соли и др.). В последнее время развивается подводная добыча со дна морей и океанов в шельфовой зоне. Но пока ее удельный вес очень мал.

В целом направление на преимущественное развитие открытых горных работ является в ряде случаев совершенно правильным, так как открытый способ имеет целый ряд неоспоримых преимуществ. Это прежде всего более высокий уровень производительности труда (в 4-6 раз больше, чем на подземном) и безопасности работ (травматизм тоже в 5-6 раз меньше, чем на подземном), а в ряде случаев более полное использование запасов месторождений. Открытый способ будет и дальше развиваться высокими темпами. В ближайшие 15-20 лет согласно прогнозу академика Н.В. Мельникова крупнейшие карьеры цветной металлургии достигнут годовой производительности 15-18 млн. м³по горной массе, а железорудные – 20-40 млн. т/год по руде.

Часть месторождения, предназначенная для разработки рудником или шахтой, называют соответственно рудничным ишахтным полем.В большинстве случаев рудничное поле по размерам равно всему месторождению. Если месторождения большие, то их делят на шахтные поля, определяя их основные размеры (длину и ширину). Часто одновременно с этим оптимизируют и производительность рудника (шахты). Таким образом обосновывают основные параметры рудника.

На основе каких же принципов их оптимизируют?

Основной принцип: как размеры шахтного поля, если они могут быть изменены, так и производительность рудника, которая при одних и тех же запасах руды может быть изменена в значительной степени, должны обеспечивать безопасность и наиболее экономичные условия отработки месторождения или его части.

С производительностью рудника и экономичностью обычно непосредственно связан еще один важный параметр – срок отработки месторождения.

Под экономичностью отработки месторождения часто подразумевают разные вещи, в зависимости от выбранного критерия оптимизации.

До недавнего времени за критерий оптимизации принимали себестоимость добычи 1 т рудной массы. И обосновывали размеры шахтного поля на основе следующих рассуждений. С одной стороны, увеличение размеров шахтного поля (точно так же, как и увеличение производительности рудника) позволяет уменьшить капитальные затраты на проходку основных выработок и строительство разного рода сооружений у стволов шахт и около ствольных выработок, а следовательно, и амортизационные отчисления. Правда, если годовая производительность увеличивается при неизменных запасах, то амортизация растет.

С другой стороны, по мере увеличения размеров шахтного поля (производительности рудника) увеличиваются затраты на транспорт (растет расстояние доставки), расходы на поддержание и ремонт выработок, на проветривание (растет мощность вентиляторов и сложность схем проветривания). Сравнивания несколько вариантов размеров шахтного поля и производительности рудника), находили оптимальный вариант. За него принимали тот, при котором общая сумма тех и других затрат на 1 т добычи или 1 т запасов была минимальной. Задачу решали аналитическим методом.

Сейчас в качестве критерия эффективности принимают приведенные затраты С+Е_н^.К_уд, решают методом вариантов. Размеры рудничных полей обычно составляют 2-3 км, достигая на крупных рудниках 4-5 км, а на шахте Яковлевской – 5-6 км. На угольных шахтах размеры полей также изменяются от 1,5 до 3-4 км.

Интересен вопрос определения нижней границы отработки месторождения. У нас в стране глубина разработки рудных месторождений сейчас достигает в основном от 400 м до 700-800 м, редко 900, и еще реже более 1000 м. Пока, например, в Кривом Роге считается нижней границей глубина 1500 м, но ставится задача вскрытия горизонтов до уровня 2500 м. А в ряде зарубежных странах добычу руды ведут на глубине до 2500-3000 м. На золотом руднике «Колар» в Индии разработку ведут на глубине 3000 м, а в Южной Африке на золото-урановых рудниках «Битватерсранда» глубина достигла уже более 3500 м (до 3800 м) и ставится задача отработки этих месторождений до глубины 4500 м.

Конечно условия труда на этих рудниках на такой глубине очень тяжелые. Не случайно продолжительность жизни рабочих – негров на этих рудниках самая низкая – она не достигает и 30 лет.

В угольной промышленности Советского Союза средняя глубина шах составляет около 500 м, но имеется значительное число шахт глубиной 700 м, а некоторые шахты Донбасса достигли глубины более 1000 м. Среднее годовое понижение горных работ на угольных шахтах составляет 10, в Донбассе 15 м. Среднее годовое понижение на железорудных шахтах и подземных рудниках цветной металлургии составляет 20-30 м, иногда достигая 50 м/год и более (на некоторых редкометальных рудниках). На железорудных шахтах Кривбасса годовое понижение горных работ в основном изменяется по разным шахтам в пределах от 15 до 25 м/год, лишь на одной шахте им. Орджоникидзе достигнуто понижение в 29,3 м/год.

В угольной промышленности действуют шахты мощностью от 0,5 до 5 млн. т/год, в среднем около 1,8-2 млн. т/год. Шахта «Распадская» должна достичь мощности 7 млн. т/год.

В железорудной промышленности средняя мощность шахт составляет 1,5-2 млн. т/год, а карьеров – более 9 млн. т/год.

Строящиеся в настоящее время подземные рудники должны достичь мощности: шахта «Северопесчанская» и шахта «Западный Каражал» 5 млн. т/год, рудник Первомайский 12 млн. т/год, Южный Сарбай 8 млн., Соколовский 7 млн., а шахта Яковлевкая 20 млн. т/год. Несколько меньше мощности рудников и карьеров цветной металлургии.

В горно-химической промышленности шахты имеют мощность в среднем около 3 млн. т/год, а карьеры – 5,2 млн. т/год.

В связи с постоянным снижением содержания металлов в руде увеличиваются масштабы месторождений, в результате освоения которых наметилась вполне четкая тенденция к увеличению мощности рудников и дальнейшей концентрации горных работ. Так, например, в железорудной промышленности, если в 1970 году было всего 6 шахт производительностью более 3 млн. т, то в 1980 году их число увеличится до 10, а к 2000 году составит более 15. Если в 1970 году только одна шахта (Гигант-глубокая) в Кривом Роге имела мощность по сырой руде 6,5 млн. т/год, то в 1980 году число таких шахт достигает 5-6, а к 2000 году оно увеличится до 10-12. Средняя мощность железорудных карьеров увеличилась с 4,7 млн. т/год в 1970 году до 9,1 млн. т/год в 1975 году, а к 1990 году она будет равна 14,4 млн. т/год, т.е. увеличится за 20 лет более чем втрое. Аналогичная тенденция имеет место и на рудниках цветной металлургии, где за 10 лет добыча на крупных и весьма крупных рудниках увеличится в 1,5 раза.