Открытый способ разработки полезных ископаемых (стр. 1 из 2)
Открытый способ разработки полезных ископаемых
Введение
Железной рудой называются богатые железом минеральные образования, которые по минеральному и химическому составу, а также физическим свойствам на данном уровне развития металлургии позволяют получать из них рентабельно металл необходимого качества.
Из железных руд выплавляются чугуны (С2,5 - 4%), стали (С 1,7 - 0,2%) и железо (С 0,2-0,04%).
Для получения высококачественных (легированных) сталей обыкновенные стали переплавляются с добавлением марганца, хрома, ванадия, никеля, кобальта, молибдена, вольфрама, ниобия, и других элементов, придающих сталям вязкость, твердость, антикоррозийные и другие свойства.
В настоящее время черная металлургия осуществляет переработку железных руд по следующей схеме:
1) обогащение сырой руды с получением товарных концентратов, богатых железом и бедных вредными примесями;
2) агломерация концентратов в целях окускования и удаления вредных примесей (сера, мышьяка);
3) доменная плавка агломерата для получения литейных или передельных чугунов;
4) плавка передельных чугунов в мартеновских и бессемеровских печах или передел чугуна томасовским процессом с получением стали. При мартеновском способе производства стали добавляются богатая железом и очищенная от вредных примесей сырая руда, называемая мартеновской.
1. Общие сведения о железных рудах
Для качественной характеристики богатых руд важное значение имеют содержание и соотношение нерудных примесей - шлакообразующих компонентов, определяемых коэффициентом основности и кремневым модулем. Коэффициент основности (К. О) представляет отношения суммы окислов щелочных земель (кальция и магния) к сумме окислов кислых компонентов (кремния и алюминия). По величине этого коэффициента железные руды и их концентраты подразделяются на кислые, наиболее часто встречающиеся (К.О. <0,7), самофлюсующиеся (К. О.0,7-1,1) и основные (К.О. > 1,1). Лучшими из них являются самофлюсующиеся руды.
Вредными примесями являются сера, фосфор, мышьяк, олово, цинк, свинец. Содержание элементов в рудах, используемых без обогащения, по каждому компоненту не должно превышать, %: серы и фосфора 0,3, мышьяка 0,07, олова 0,08, цинка и свинца 0,1, меди 0,2.
По содержанию железа выделяют природно богатые и бедные (требующие обогащения) руды.
Месторождения железных руд (участки крупных месторождений для отработки самостоятельными предприятиями) по размерам и форме рудных тел, изменчивости их мощности, внутреннего строения и качества руд соответствуют первой, второй и третьей группам классификации. К первой группе относятся месторождения (участки) простого геологического строения с рудными телами, представленные крупными горизонтально или полого залегающими пластовыми залежами с устойчивыми мощностью или качеством руд (месторождения Керченского бассейна и другие осадочные месторождения).
Ко второй группе относятся месторождения (участки) сложного геологического строения с рудными телами, представленными:
а) крупными сложноскладчатыми или нарушенными разрывами пластовыми, пласто-линзообразными залежами относительно сложного строения с выдержанным качеством руд (например, залежи богатых руд КМА и Криворожского бассейна);
б) крупными и средними по размерам линзо,-штоко, - столбо - и трубообразными телами сложного строения или с невыдержанным качеством руд (например, Качканарское, Соколовское, Сарбайское и другие месторождения).
К третьей группе относятся месторождения (участки) очень сложного геологического строения с рудными телами, представленными мелкими и средними по размерам линзовидными залежами, жило-и столбообразными телами сложной формы с резко меняющимися - мощностью и качеством руд (например, Кодинская, Сухаринская, Орско-Халиловская и Тейская группы месторождений). [1, с. 192]
По строению руды подразделяются на массивные (плотные без трещин включений и слоистости руды), трещиноватые, слоистые и рыхлые.
По кусковатости отбитая руда классифицируется следующим образом:
мелочь - от рудной пыли до кусков с поперечными размерами 100 мм;
средней крупности - от 100 до 250-300 мм;
крупнокусковатая - от 250-300 до 500-600 мм;
очень крупная - более 500-600 мм.
По объемному весу руды делятся на тяжелые, с объемным весом более 3,5 тс/м3, средние, с объемным весом 2,5-3,5 тс/м3, и легкие, с объемным весом менее 2,5 тс/м3.
На разработку рудных месторождений существенное влияние оказывают также и такие свойства руд, как слеживаемость, окисляемость, возгораемость, самовозгораемость и влагоемкость. Влажность руды способствует ее слеживаемости, а в зимнее время - смерзанию.
Типичными пластообразными рудными телами представлено большинство месторождений Криворожского железорудного бассейна.
2. Системы подземной разработки с открытым очистным пространством
Системы разработки с открытым очистным пространством являются наиболее распространенными, так как могут применяться в разнообразных условиях залегания месторождений с любым углом падения и при любой мощности. Ценность руд и характер распределения в ней полезных компонентов также могут быть различными. Однако непременным условием успешного применения этих систем является наличие устойчивых руд и вмещающих пород.
Рассмотрим некоторые системы разработки этого класса. Система со сплошной выемкой по простиранию применяется при разработке пологих и наклонных рудных залежей мощностью 1-3 м и углом падения 20-25° с устойчивыми рудами и вмещающими породами.
Подготовительные работы начинают с проведения откаточного штрека 1 (рис.1) и отрезного восстающего 8.
Очистные работы начинают с проходки от отрезного восстающего передовой выработки 12, которая сбивается (соединяется) с откаточным штреком рудоспусками 4. Вдоль наклонного отрезного восстающего бурят горизонтальные шпуры, после взрыва которых восстающий расширяется и создается сплошной забой; отбойку руды ведут взрыванием зарядов в шпурах 10. Доставку руды до рудоспусков производят с помощью скреперов 11 с лебедками, установленными в специальных камерах 2, образованных из откаточного штрека.
Поддержание выработанного пространства осуществляют нерегулярным оставлением опорных целиков 6, а также по мере надобности дополнительно с помощью стоек 7 и костров 5.
Рисунок 1 - Система разработки со сплошной выемкой по простиранию
Выемка опорных 6 и околоштрековых 3 целиков может производиться после отработки этажа. В процессе разработки месторождения следует постоянно осуществлять наблюдение за состоянием опорных целиков.
Проветривание блока производится следующим образом. Свежая струя воздуха по откаточному штреку через один из рудоспусков поступает в сплошной забой, омывает его и выходит на вентиляционный штрек 9 и далее к вентиляционному стволу шахты.
Камерно-столбовая система применяется при разработке горизонтальных, пологих и наклонных рудных залежей с устойчивыми рудами и вмещающими породами. Вместе с тем камерно-столбовая система может успешно применяться только при разработке месторождений мощностью от 3-4 до 30-40 м. И еще одно отличие камерно-столбовой системы - систематическое чередование выемочных камер и разделяющих их целиков (столбов) и наличие заранее пройденных панельных штреков.
На практике применяется много различных вариантов камерно-столбовой системы разработки. Отбойку руды производят с помощью шпуров и глубоких скважин.
Доставку отбитой руды осуществляют скреперами, конвейерами, автосамосвалами, а в некоторых случаях при наклонном залегании и энергией взрыва. Погрузку руды в автосамосвалы выполняют с использованием экскаваторов и различных погрузчиков. Мощное погрузочно-транспортное оборудование обеспечивает высокую производительность забоев.
Потери руды в целиках при камерно-столбовой системе составляют от 15 до 50%. Поэтому ее целесообразно применять для разработки малоценных полезных ископаемых.
На рис.2 показан вариант камерно-столбовой системы разработки с потолкоуступным забоем и скреперной доставкой руды. Подготовительные работы в данном варианте заключаются в проведении панельного штрека и подсечной выработки шириной 3-5 м на всю длину камеры. Подсечную выработку с помощью буровзрывных работ расширяют на ширину камеры (15-20 м). Таким образом создается сплошная подсечка, которая служит компенсационным пространством при отбойке руды, так как объем, занимаемый раздробленной рудой, всегда больше объема, занимаемого ею в рудном массиве.
После образования подсечки производят потолкоуступную отбойку руды с помощью шпуровых или скважинных зарядов.
На границах камеры в процессе отработки оформляют столбовые целики.
Камерно-столбовые системы разработки отличаются повышенной опасностью ведения работ в камере под обнаженной кровлей. Поэтому в процессе разработки необходим систематический контроль за кровлей, своевременная ее оборка, а иногда и крепление штанговой крепью с защитной сеткой. Требуют тщательного контроля и столбовые целики. При необходимости их упрочняют с помощью, например, стальных канатов.
Рисунок 2 - Система разработки с камерно-столбовой выемкой:
1 - панельный штрек; 2 - подсечная выработка; 3 - столбовой целик; 4 - камера; 5 - скрепер; 6 - откаточный штрек; 7 - шпуры; 8 - рудоспуск
На рис.3 показана система разработки с подэтажной выемкой - система подэтажных штреков. Наиболее благоприятными условиями для ее применения является крутое залегание рудного тела мощностью от 1 до 30 м с устойчивыми вмещающими породами.
