Exploatarea zăcămintelor de minerale prin metoda subterană

Rocile din jurul sau incluse într-un zăcământ, care nu conțin deloc metal (mineral util) sau îl conțin, dar într-o cantitate insuficientă pentru prelucrarea industrială, se numesc roci reziduale.

Granița dintre minereu și mineralele nemetalice este convențională. Multe minerale care au fost utilizate în trecut imediat după extracție sunt în prezent prelucrate complet pentru a extrage toate componentele lor utile. Uneori, un mineral, cum ar fi calcarul, nu este prelucrat, alteori este utilizat ca materie primă chimică. Prin urmare, termenul „minereu” își pierde acum sensul inițial. Acesta se aplică, de asemenea, la multe minerale nemetalice. Vom folosi termenul „minereu” în acest sens în cele ce urmează.

Alegerea sistemului și a tehnologiei de exploatare este influențată în cea mai mare măsură de forma (morfologia), dimensiunea și condițiile de apariție a zăcământului. În ceea ce privește forma, corpurile de minereu pot fi subdivizate în trei grupe:

• izometrice, adică dezvoltate în mod egal în toate cele trei direcții în spațiu;
• în formă de pilon, adică alungit într-o singură direcție;
• de tip filon, adică alungite în două direcții.

Primul tip de corpuri de minereu de formă izometrică include tijele și cuiburile. Acestea au adesea o formă neregulată, dar toate cele trei dimensiuni în spațiu sunt mai mult sau mai puțin egale între ele. Tijele se deosebesc de cuiburi prin dimensiunea lor mare, măsurată în zeci și sute de metri. Un zăcământ tipic în formă de cuib este zăcământul de mercur Khaidarkan (Asia Centrală).

Multe zăcăminte de diamante indigene au formă de pilon. În Africa de Sud, conductele de diamant se întind pe mai mulți kilometri adâncime, cu dimensiuni transversale măsurate în sute de metri. În bazinul Krivoy Rog, corpurile de minereu cu o lungime care depășește grosimea de mai mult de șase ori sunt clasificate ca având formă de pilon.

Lenticelurile și lentilele sunt forme de tranziție de la primul la al treilea grup. Reprezentanții tipici ai acestui tip de corpuri de minereu sunt zăcămintele de cupru-cupru-cedan din Ural. Zăcământul lenticular de cupru-cupru-cupru de la Rio Tinto (Spania) este format din lentile cu o lungime cuprinsă între 300 și 1700 de metri și o grosime de până la 100-250 de metri.

Corpurile de minereu din cel de-al treilea grup — straturile și venele — sunt delimitate de planuri (suprafețe) mai mult sau mai puțin paralele și au grosimi care variază în limite relativ mici. Venele au adesea o formă neregulată și o grosime variabilă.

Depozitele de minereu din același grup, care se deosebesc de straturi prin forma și grosimea mai puțin susținute, se numesc stratificate.

Există și forme mai complexe ale corpurilor de minereu — în formă de șa, de dom etc.

În majoritatea cazurilor, un zăcământ este reprezentat de mai multe corpuri minerale. Aceste corpuri de minereu care apar împreună sunt separate unele de altele prin roci reziduale; uneori ele se intersectează, se unesc și se separă din nou. În acest caz, un corp de minereu este corpul de minereu principal, iar celelalte sunt ramurile sale.

Depozitele sunt adesea perturbate de falii, forfecări, îndoite, încrețite, fracturate și fragmentate, ceea ce face ca dezvoltarea lor să fie mai dificilă.

Cu cât forma zăcământului este mai neregulată, cu cât are mai multe falii tectonice, cu atât este mai dificil de dezvoltat, cu atât se pierde mai mult minereu.

În plus față de forma zăcământului, o caracteristică importantă este natura contactului acestuia cu rocile gazdă. În unele cazuri, contactul este ascuțit și corpul de minereu este clar separat de rocile gazdă. În alte cazuri, tranziția de la minereu la rocile reziduale este treptată, iar limitele mineralizării comerciale pot fi stabilite numai prin eșantionare. Dezvoltarea zăcămintelor cu contacte distincte este de obicei mai ușoară. Uneori, prezența mineralizării în rocile gazdă are, dimpotrivă, un efect favorabil asupra dezvoltării, deoarece minereul este contaminat de rocile purtătoare de minereu mai degrabă decât de rocile reziduale în timpul decapării.

În funcție de distribuția mineralelor de minereu, se face o distincție între: minereuri solide, care constau în minerale de minereu amestecate cu o anumită rocă și care au, de obicei, limite clare cu rocile gazdă; minereurile diseminate sunt fenocristuri relativ rare de minerale de minereu în roca de minereu, de obicei cu limite distincte cu rocile gazdă. Ambele tipuri de minereuri se găsesc în multe zăcăminte; de obicei, în partea centrală a corpului de minereu minereurile sunt continue, în timp ce la periferie sunt diseminate. În minele de plumb-zinc de la Leninogorsk, minereurile sulfuroase continue devin treptat mai sărace pe măsură ce se apropie de contactul cu partea suprapusă și se transformă în minereuri diseminate de hornblendă. La zăcământul de cupru Degtyarskoye, minereurile continue de cocs de cupru sau pirită se transformă în unele locuri în minereuri diseminate de plumb. Unele zăcăminte din Krivbass sunt reprezentate în partea lor centrală sau pe o latură de minereuri bogate continue, care sunt înlocuite treptat de minereuri diseminate în direcția laturii culcate și apoi de roci laterale slab tinifere.

Unul dintre principalii factori care determină alegerea sistemului este unghiul de înclinare. În funcție de unghiul de înclinare, zăcămintele sunt împărțite în zăcăminte orizontale și în declin, cu un unghi de înclinare cuprins între 0 și 25°; zăcăminte înclinate, cu un unghi de înclinare cuprins între 25 și 45°; și zăcăminte în declin accentuat, cu un unghi de înclinare mai mare de 45°. Această împărțire se datorează schimbărilor semnificative în condițiile de exploatare și utilizării diferitelor metode de exploatare și de livrare a minereului la diferite unghiuri de înclinare.

Grosimea corpului de minereu se măsoară ca distanță între laturile suspendate și cele culcate ale zăcământului. Dacă această distanță este măsurată de-a lungul unei linii normale, grosimea se numește grosime reală; dacă este măsurată vertical sau orizontal, grosimea se numește verticală și, respectiv, orizontală. Grosimea verticală este utilizată pentru corpurile de minereu cu înclinare ușoară, în timp ce grosimea orizontală este utilizată pentru corpurile de minereu cu înclinare abruptă.

Într-un zăcământ în formă de cupolă, grosimea este cea mai mică dintre dimensiunile sale orizontale. Cea mai mare dimensiune orizontală se numește lungimea tijei. Uneori, capacitatea unei tije este considerată a fi dimensiunea sa verticală, iar capacitatea orizontală este denumită lățime. Aceasta din urmă este adecvată atunci când tija (câmpul) are dimensiuni orizontale semnificative și dimensiuni verticale relativ mici.

Grosimea corpurilor de minereu poate varia de-a lungul direcției și în funcție de adâncime, treptat sau brusc, regulat sau aleatoriu. Variabilitatea grosimii este caracteristică zăcămintelor de minereu. Modificările bruște ale grosimii fac mineritul mai dificil.

Pentru zăcămintele cu grosime neconstantă a corpului de minereu, sunt indicate limitele extreme ale fluctuațiilor sale, precum și grosimea medie pentru secțiunile individuale ale zăcământului.

Grosimea corpurilor de minereu poate fi împărțită în cinci grupe.

• Corpuri de minereu foarte subțiri, cu o grosime mai mică de 0,6 metri, în care mineritul este însoțit de dinamitarea rocilor gazdă. Normele de siguranță permit o lățime minimă de 0,6 metri și o înălțime minimă de 0,8 metri (în cazul unei așezări ușoare a corpurilor de minereu).
• Subțire — de la 0,6 la 2 metri grosime, la dezvoltarea acestor mine, acestea pot fi excavate fără dinamitarea rocilor gazdă, dar săpăturile pregătitoare orizontale necesită, în majoritatea cazurilor, dinamitare.
• Grosime medie — de la 2 la 5 metri. Limita superioară a grosimii corespunde lungimii maxime a celui mai simplu tip de elemente de fixare pentru săpăturile de degajare — distanțiere, contraforturi. Depozitele de grosime medie pot fi dezvoltate fără a submina rocile gazdă atât în timpul săpăturilor de degajare, cât și în timpul săpăturilor pregătitoare.
• Puternice — de la 5 la 20 de metri, în care, în cazul unei înclinări abrupte, săpătura de degajare poate fi efectuată de-a lungul direcției pe toată grosimea.
• Foarte gros — peste 20-25 de metri. Săpăturile de degajare în aceste corpuri de minereu se efectuează, de obicei, de-a lungul direcției.

De asemenea, adâncimea zăcământului determină în mare măsură alegerea metodei de dezvoltare. Adâncimea de apariție este indicată de la suprafață pe verticală până la limitele superioare și inferioare ale zăcământului. Distanța verticală sau de înclinare dintre limitele inferioare și superioare ale zăcământului determină adâncimea de distribuție a acestuia. Depozitele cu adâncimea de apariție mai mare de 800 de metri sunt considerate a fi adânc îngropate. La această adâncime încep manifestările specifice ale presiunii din rocă, care se exprimă prin tiruri și lovituri în rocă.

Suprafața de minereu a unui zăcământ este aria secțiunii sale orizontale.

Adâncimea de apariție și răspândirea zăcământului, suprafața minereului, lungimea de-a lungul direcției, precum și unghiul de înclinare, în diferite părți ale zăcământului, pot fi diferite. Prin urmare, nu este neobișnuit ca în secțiuni separate ale aceluiași zăcământ să fie utilizate sisteme de exploatare diferite.

Dintre toate proprietățile fizice și mecanice ale minereurilor și rocilor gazdă, rezistența și stabilitatea au cea mai mare influență asupra alegerii sistemului de dezvoltare și a tehnologiei miniere.

Duritatea rocilor, determinată de o combinație a mai multor proprietăți fizice și mecanice ale acestora (duritate, tenacitate, fracturare, stratificare, prezența incluziunilor străine și a intercalațiilor), influențează alegerea sistemului minier, a mașinilor și a uneltelor utilizate în minerit, productivitatea mașinilor miniere și productivitatea muncii minerilor, consumul de materiale și costul mineritului.

Pentru prima dată, clasificarea rocilor după „coeficientul de rezistență” a fost creată de celebrul om de știință rus Prof. M.M. Protodyakonov (senior). Acesta este încă utilizat pe scară largă în practica și literatura internă.

Indicatorii de stabilitate a rocilor, care ar permite determinarea valorii expunerii admisibile, nu au fost încă stabiliți. Prin urmare, la selectarea sistemului minier, a metodei de menținere a spațiului excavat și a zonei de expunere admisibilă, se utilizează caracteristicile aproximative ale rocilor în ceea ce privește stabilitatea lor.

Minereurile și rocile gazdă pot fi împărțite în următoarele cinci grupe în funcție de stabilitatea lor.

• Foarte instabile — nu permit nicio expunere a acoperișului și a laturilor excavației fără contravântuire și, de regulă, necesită utilizarea de contravântuiri prealabile. Astfel de roci (roci plutitoare, libere și friabile, saturate cu apă) sunt foarte rare în dezvoltarea depozitelor de minereu.
• Instabil — permite o suprafață mică de expunere a acoperișului, dar necesită o întreținere puternică după excavare.
• Stabilitate medie — permite o suprafață relativ mare de expunere a acoperișului, dar necesită întreținere dacă este expus pentru perioade lungi de timp.
• Stabilă — permite o expunere foarte semnificativă a acoperișului și a laturilor și necesită întreținere doar în unele locuri.
• Foarte stabile — permit o expunere uriașă atât a fundului, cât și a laturilor și pot rezista o perioadă lungă de timp fără a se prăbuși fără sprijin. Stâncile din această grupă se găsesc mai rar decât cele două grupe anterioare. Rocile din grupele a 3-a și a 4-a sunt cel mai frecvent întâlnite în timpul dezvoltării zăcămintelor de minereu.

Granulozitatea minereului sfărâmat (dimensiunea bucăților obținute în timpul decopertării) se caracterizează prin distribuția granulometrică a acestuia, adică raportul cantitativ al bucăților de diferite dimensiuni în masa totală de minereu sfărâmat. Dimensiunea bulgărilor de formă neregulată se exprimă de obicei ca dimensiune medie în trei direcții perpendiculare între ele.

Există diferite gradații ale grosimii. Cea mai simplă și mai convenabilă este următoarea gradație.

Fine de minereu — de la praful de minereu până la bucăți cu dimensiuni transversale de 100 mm. La exploatarea zăcămintelor filoniene, minereul este uneori sortat și se extrag din el deșeuri; în acest caz, o gradație specială — fine nesortate cu dimensiuni ale bucăților mai mici de 50 mm.

• Minereu grosier mediu — de la 100 la 300 mm.
• Minereu grosier în bulgări — de la 300 la 600 mm.
• Minereu cu bulgări foarte grosieri — peste 600 mm.

Granulația minereului la decopertare depinde, pe de o parte, de proprietățile fizice și mecanice ale minereului din masiv, în special de structura acestuia, și, pe de altă parte, de metoda de decopertare aplicată, de diametrul găurilor de explozie și al forajelor, de amplasarea acestora, de tipul de exploziv, de metoda de dinamitare etc. Granulația minereului la decopertare depinde, pe de o parte, de proprietățile fizice și mecanice ale minereului din masiv, în special de structura acestuia.

O bucată de minereu condiționată este o bucată de minereu cu dimensiunea maximă admisibilă care poate fi extrasă din blocul exploatat pentru a fi încărcată în recipientele de pompare. În exploatarea subterană a zăcămintelor de minereu, aceasta variază în medie de la 300 la 600 mm și uneori ajunge la 1000 mm.

Dimensiunea blocului condiționat are o mare influență asupra alegerii echipamentelor pentru toate procesele de producție de extracție, livrare, încărcare și transport.

Bucățile de minereu care depășesc dimensiunea condiționată sunt denumite în mod obișnuit supradimensionate.

Numărul ponderat de bucăți supradimensionate din masa totală de minereu desprins, exprimat ca procent, este denumit randament supradimensionat.

Zăcămintele de minereu, comparativ cu zăcămintele de cărbune, prezintă o serie de particularități care decurg din originea lor geologică. Acestea afectează semnificativ conținutul și soluțiile tehnologice în dezvoltarea zăcământului de minereu.

Principalele caracteristici sunt:

• rezistența ridicată și abrazivitatea minereurilor, dintre care majoritatea au un factor de rezistență de 8-12, iar minereurile mai puternice — 15-20. Acest lucru necesită utilizarea decapării explozive asociate cu forarea și încărcarea sondelor și puțurilor în operațiunile subterane în majoritatea cazurilor;
• diversitatea dimensiunilor și variabilitatea elementelor de apariție a corpurilor de minereu, care afectează în mod semnificativ adoptarea soluțiilor tehnologice, a schemelor de decopertare și pregătire, precum și alegerea sistemelor de dezvoltare;
• variabilitatea conținutului de componente utile și a compoziției mineralogice a minereurilor în volumul zăcământului, ceea ce impune calcularea unei medii a calității masei de minereu provenind din diferite blocuri
• distructibilitatea mai redusă a minereului sfărâmat atunci când acesta este deplasat prin gravitație de-a lungul toboganelor de minereu până la 100 de metri și mai mult. Acest lucru are un impact asupra particularităților de decopertare a zăcământului și de pregătire a blocurilor;
• informații mai puțin fiabile cu privire la condițiile miniere și geologice și la procesele tehnologice, ceea ce face dificilă controlarea punerii lor în aplicare
• o gamă largă de stabilitate a minereurilor și a rocilor gazdă, care predetermină o varietate de soluții tehnologice
• capacitatea unor minereuri de a se coagula și de ardere spontană, ceea ce limitează aplicarea sistemelor de dezvoltare cu magazinul de minereuri sparte;
• valoarea ridicată a majorității minereurilor, ceea ce determină cerințe mai stricte față de exhaustivitatea și calitatea extracției minerale
• absența emisiilor de metan la majoritatea minelor, ceea ce permite utilizarea focului deschis și a echipamentelor normale în condiții subterane.

Etapele de dezvoltare a zăcămintelor de minereu

Decaparea constă în săpături care deschid accesul la zăcământ sau la o parte a acestuia de la suprafața pământului.

Pregătirea (sau lucrările pregătitoare) constă în efectuarea lucrărilor miniere — galerii, urcătoare, orte etc., prin care partea deschisă a zăcământului este împărțită în secțiuni separate de excavare — podețe, blocuri, panouri, piloni.

Zona minieră, la rândul său, este împărțită prin lucrări pregătitoare și de defrișare în părți separate: subetaje, straturi, benzi, tăieturi, cornișe, camere, stâlpi interetaje, intercameră, interpanou etc.

Săpătura de degajare este un proces tehnologic de extragere a minereului din zona de excavare și de întreținere a lucrărilor de degajare și a spațiului de degajare format în acest proces. În timpul procesului de excavare de defrișare, spațiul de defrișare poate rămâne deschis, adică liber, umplut cu minereu sfărâmat, stocuri sau roci prăbușite, sau susținut de contravântuiri.

Dezvoltarea sistematică și eficientă a unui zăcământ este posibilă cu condiția ca deschiderea, pregătirea și excavarea de curățare să fie strict coordonate în timp și spațiu și ca mina (puțul) să fie prevăzută cu rezerve suficiente de minereuri deschise, pregătite și gata de excavare.

Rezervele de minereuri decopertate sunt rezervele de minereuri din zăcământul dezvoltat sau dintr-o parte a acestuia, care se află deasupra orizontului de decopertare a acestora prin lucrări de decopertare (puțuri de mină, caverne, galerii).

Rezervele de minereu pregătite sunt rezervele de minereu din zonele excavate, în care au fost finalizate lucrările pregătitoare prevăzute de sistemul de dezvoltare adoptat.

Rezervele de minereu gata de excavare sunt rezervele de minereu din zonele miniere pregătite în care butașii necesari pentru excavarea de curățare au fost complet penetrați.

Disponibilitatea unor cantități suficiente de rezerve de minereu care au fost descoperite, pregătite și pregătite pentru extracție este esențială pentru a:

• pe măsură ce unele zone miniere ale zăcământului sunt exploatate, să se dezvolte la timp și în mod sistematic extracția minereului în alte zone, în cantitatea și calitatea stabilite prin proiect;
• de a dispune de zone miniere de rezervă în cazul încetării temporare a lucrărilor de decopertare și pregătire sau al necesității de a crește dimensiunea extracției peste cantitatea stabilită prin plan
• să aibă o rezervă de timp pentru explorarea operațională și drenarea părților din zăcământ care urmează să fie puse în exploatare.

Particularități ale decopertării zăcămintelor de minereu

Principalele lucrări de decopertare sunt puțul de mină și galeria.

În plus față de lucrările principale, pentru decopertare se utilizează puțuri auxiliare: puțuri auxiliare, care servesc la ventilație și acces suplimentar la suprafață; căi de acces care leagă puțurile principale și auxiliare cu zăcământul. În plus, pentru deschiderea orizonturilor subiacente și a secțiunilor separate ale corpului de minereu, se utilizează puțuri oarbe, puțuri de capital și pante.

Lucrările principale de decopertare sunt utilizate pentru transportul mineralului la suprafață, pentru ventilație, deplasarea persoanelor, livrarea de materiale, echipamente și în alte scopuri.

Datorită caracterului exigent al deschiderii și duratei sale lungi de viață, alegerea corectă a formei, dimensiunilor secțiunii transversale și metodei de ancorare este foarte importantă.

La alegerea formei secțiunii transversale și a metodei de ancorare, este necesar să se pornească de la costurile minime de excavare și ancorare a excavației și de la costurile de reparare a ancorării acesteia pentru întreaga perioadă de existență a acesteia.

Dimensiunile excavației trebuie să fie suficiente pentru funcționarea normală a transportului, sigure și convenabile pentru circulația persoanelor, livrarea de materiale și echipamente, precum și pentru a asigura trecerea cantității necesare de aer.

Gropile pot avea formă boltită, trapezoidală, mai rar dreptunghiulară, și sunt așezate cu o pantă de 0,001-0,008 spre gură. Lungimea gropilor ajunge la câțiva kilometri. De exemplu, lungimea galeriei Mizur de la mina Sadonsky este de peste 4 kilometri; zăcământul de cupru de la mina Nashenle Tannel (SUA) a fost deschis printr-o galerie de 7 300 m lungime.

Deschiderea unei galerii are o serie de avantaje față de un puț de mină. Costul de scufundare și securizare a 1 metru de galerie este de 5-7 ori mai mic (în funcție de debitul de apă), iar viteza de scufundare este de 3-5 ori mai mare. Transportul minereului este mult mai ieftin și de la blocurile miniere la concentrator se poate face fără supraîncărcarea minereului. Circulația persoanelor și a mărfurilor este mai sigură. Costul de deshidratare este mult mai mic, deoarece apa curge prin gravitație și nu este necesară nicio instalație de deshidratare. Costul instalațiilor de suprafață de la gura galeriei este considerabil mai mic, deoarece nu este nevoie de construirea unui corp de conducere, a unei clădiri deasupra minei și a unei mașini de ridicare. Repararea suportului fosei este mai ușoară.

Puțurile de mină au secțiuni dreptunghiulare și circulare, rareori eliptice. În majoritatea minelor noi, sunt preferate puțurile circulare. Dimensiunea secțiunii transversale a puțului depinde de scopul acestuia. Puțurile de capital servesc simultan pentru ridicarea minereurilor și a rocilor, ridicarea și coborârea oamenilor, coborârea materialelor de fixare, ventilație. De asemenea, acestea adăpostesc conducte de apă și aer, precum și cabluri electrice.

Lucrările principale de decopertare pot trece

• prin zăcământ;
• prin roca reziduală, din partea culcată sau suspendată sau din flancuri;
• prin rocă sterilă și minereu, traversând corpul de minereu.

Următoarele metode de decopertare pot fi diferențiate în funcție de tipul lucrărilor miniere principale utilizate:

• fântână;
• puț vertical;
• puț înclinat;
• metodă combinată.

Primele trei metode pot fi grupate într-un grup de metode simple de decopertare:

Metode simple. Decapare prin arbore vertical (în câmp, pe partea culcată, pe partea suspendată și pe flancuri); decapare prin arbore înclinat (în câmp, pe partea culcată și pe flancuri); decapare prin puț (în câmp, pe partea culcată, pe partea suspendată).

Metode combinate. Puț vertical de la suprafață cu trecere în puț orb vertical; puț vertical de la suprafață cu trecere în puț înclinat; puț înclinat de la suprafață cu trecere în puț orb înclinat; dolină cu trecere în puț orb vertical; dolină cu trecere în puț orb înclinat.

Puțurile auxiliare servesc în principal pentru ventilație și ca o ieșire suplimentară la suprafață, care este dictată de condițiile de siguranță. În plus, acestea sunt uneori utilizate pentru coborârea și ridicarea persoanelor, materialelor, echipamentelor, pentru ridicarea deșeurilor de rocă (sau minereuri), pentru accelerarea pregătirii câmpului minier și a podețelor.

Amplasarea reciprocă a puțurilor principale și auxiliare este determinată de schema de ventilație adoptată.

În schema de ventilație centrală, atât arborele principal, cât și cele auxiliare sunt amplasate în centrul câmpului minier sau în apropierea centrului, la o distanță de cel puțin 30 m unul de celălalt (fig. 6.31)

În schema de ventilație diagonală, arborele principal este amplasat în centrul câmpului minat, iar arborii auxiliari — pe flancuri. Un loc aparte îl ocupă o variantă a schemei de ventilație diagonală, când puțurile principal și auxiliar sunt amplasate pe flancuri diferite. Amplasarea centrală a lucrărilor principale și auxiliare prezintă o serie de avantaje semnificative: un număr minim de puțuri auxiliare și de instalații de suprafață; posibilitatea de a lăsa un pilon de protecție comun la ambele puțuri, dacă acestea sunt amplasate în partea suspendată; ușurința conectării puțurilor principale și auxiliare, care permite accelerarea începerii lucrărilor de curățare.

În același timp, aranjamentul central are multe dezavantaje. Principalele dezavantaje sunt următoarele: traseul jetului de ventilație se prelungește, ca urmare depresiunea ventilatorului crește cu 30-40% în comparație cu dispunerea diagonală; sunt posibile scurgeri de aer prin spațiul excavat („curenți scurți”) în timpul excavării care se apropie; condițiile în care oamenii pot ajunge la suprafață în caz de accident sunt mai complicate. Amplasarea centrală a puțurilor este utilizată mult mai rar decât cea diagonală la deschiderea zăcămintelor de minereu.

În locul unui puț auxiliar pe unul dintre flancuri, în minele de mică adâncime și cu productivitate scăzută, se utilizează uneori puțuri de ventilație echipate cu o scară.

Atunci când se exploatează filoni subțiri la adâncimi mici, gropile de ventilație sunt amplasate în mai multe locuri de-a lungul traiectoriei filonului și le conectează cu galeriile etajelor superioare. Etajele inferioare sunt ventilate prin scări ascendente.

În cazul unei capacități de producție semnificative a minei sau al prezenței mai multor corpuri de minereu în câmpul minier, uneori se utilizează mai multe puțuri auxiliare cu scopuri diferite: pentru coborârea și ridicarea persoanelor, coborârea materialului de umplutură și livrarea de steril din lucrările pregătitoare, precum și coborârea materialelor.

Lungimea mare a câmpului de mine în minele foarte mari face necesară împărțirea fiecărei aripi a câmpului de mine în două secțiuni pentru ventilație.

În cazul unei astfel de ventilații secționale, puțurile auxiliare sunt amplasate pe flancurile câmpului și în golurile dintre flancuri și puțurile principale.

Deschiderea galeriei

Decaparea prin galerii are o serie de avantaje serioase față de alte metode de decapare, astfel încât, atunci când terenul și condițiile zăcământului o permit, această metodă de decapare este preferată.

În raport cu zăcământul de minereu, galeria este situată de-a lungul sau de-a latul zăcământului sau în diagonală față de linia de atac.

În cazul exploatării zăcămintelor cu putere mică de-a lungul traiectoriei, galeria este condusă de-a lungul minereului; în cazul zăcămintelor cu putere mare, galeria este de obicei situată paralel cu corpul minereului de-a lungul rocilor reziduale și este condusă de la galerie la zăcământ prin querslags (sau ortho-tracks).

Amplasarea galeriei în partea suspendată sau culcată a zăcământului, atunci când se execută decopertarea în direcție transversală, este determinată de poziția corpului de minereu în raport cu panta muntelui.

De regulă, zăcământul de deasupra nivelului galeriei este exploatat în mai multe niveluri, astfel încât sunt posibile două variante de decopertare.

În primul caz, fiecare etaj este deschis prin galerii independente (Fig. 6.32), care sunt utilizate pentru ventilație, livrarea de materiale, livrarea de steril și deplasarea lucrătorilor. Minereul de la etajele superioare este transferat în aditul inferior (capital) prin pasaje de minereu. În al doilea caz, se trece printr-o singură galerie inferioară. Această opțiune este utilizată atunci când, din cauza condițiilor de apariție a stratului de minereu la fiecare etaj, ar trebui să se treacă prin rocă sterilă prin galerii foarte lungi. Etajele suprapuse de deasupra galeriei sunt deschise de un puț capital ascendent sau orb cu compartimente de ventilație și de deplasare, precum și de un ascensor cu cușcă pentru transportul persoanelor, materialelor și echipamentelor. Pentru ocolirea minereului, se construiesc, de obicei, mai multe rezervoare de minereu.

Gurile puțurilor trebuie să fie amplasate în locuri care să nu fie inundate de apele de izvor și de ploaie. Dimensiunea terenului din fața gurii de canal ar trebui să permită amplasarea instalațiilor de suprafață necesare; ar trebui să existe drumuri de acces convenabile la teren. Această din urmă condiție nu este întotdeauna posibilă în zonele muntoase, iar minereul este adesea transportat de la sondă cu ajutorul telefericelor sau al transportoarelor.

Decaparea prin puțuri verticale

Atunci când se deschide un zăcământ cu înclinare abruptă printr-un puț vertical, puțul principal, precum și puțurile auxiliare din flanc, sunt situate în spatele zonei de forfecare a rocilor (figurile 6.33, 6.34). La fiecare orizont de la arborele principal până la zăcământ există căi de rulare și galerii de-a lungul corpului de minereu până la arborii auxiliari.

Această metodă de decopertare este cea mai comună în industria minieră. Majoritatea zăcămintelor de minereu de fier din Krivoy Rog, Urali, zăcăminte de minereuri neferoase și de metale rare sunt deschise prin puțuri verticale penetrate în partea culcată.

Decaparea printr-un arbore vertical pătruns în peretele lateral suspendat este utilizată mult mai rar, deoarece lungimea totală a surpărilor este mai mare decât cea a deschiderilor din peretele lateral culcat. În plus, târâtoarele de sus sunt cele mai lungi; acest lucru crește costurile inițiale de capital și durata decapării. Prin urmare, se utilizează numai în cazuri speciale, atunci când rocile din latura culcată sunt foarte purtătoare de apă sau instabile, când este imposibilă sau nefavorabilă așezarea puțului în latura culcată din cauza condițiilor de relief sau a suprafeței construite.

De exemplu, la deschiderea zăcământului de titanomagnetită Kusinskoye, puțul a fost amplasat în peretele lateral suspendat din cauza prezenței calcarelor carstice saturate cu apă în rocile din peretele lateral suspendat.

Decaparea prin puțuri înclinate

Atunci când un zăcământ este deschis printr-un puț înclinat pătruns în roca de bază, paralel cu zăcământul, de la puțul minier la corpul minereului, lungimea spațiilor de târâre, în special la orizonturile inferioare, este mult mai mică decât în cazul deschiderii unui puț vertical. Diferența de lungime a galeriilor de târâre este cu atât mai vizibilă cu cât unghiul de înclinare al corpului de minereu este mai mic. În acest caz, puțurile auxiliare de pe flancurile zăcământului pot fi înclinate sau verticale.

Decaparea cu puț înclinat în versantul suprapus a fost utilizată pe scară largă la minele de bauxită din Urali de Nord.

În cazul decapării cu arbori înclinați prin zăcământ, nu există supraînălțări, iar costul de scufundare a arborelui este parțial recuperat prin minereul extras. Cu toate acestea, pe lângă dezavantajele inerente oricărui arbore înclinat, în acest caz este necesar să se lase un pilon de protecție pe ambele părți ale arborelui. Lățimea acestui pilon crește cu adâncimea.

Pătrunderea cu arbore înclinat într-un zăcământ poate fi adecvată numai în cazul declivităților subțiri, slab explorate și al venelor înclinate cu adâncimi de răspândire mici. În cazuri foarte rare (mina Erington, Canada), puțurile înclinate sunt plasate în peretele suspendat al zăcământului.

Corpurile de minereu cu strat ușor și orizontal la adâncimi mici sunt deschise prin puțuri de extracție a minereului cu transportoare înclinate în combinație cu puțuri verticale auxiliare sau puțuri de ventilație (Fig. 6.35).

Metode combinate de decopertare

Esența metodelor combinate de decopertare este că diferite părți ale câmpului sunt decopertate prin lucrări diferite. O astfel de decopertare este oportună, în special, în cazurile în care lungimea câmpului de-a lungul pantei este mare, iar ascensiunea printr-un puț foarte lung nu asigură productivitatea specificată. Decaparea combinată este, de asemenea, caracteristică zăcămintelor din zonele muntoase, care se extind sub nivelul galeriei. În acest caz, se utilizează un puț orb pentru decopertare, situat sub fântână.

Corpurile de minereu cu pantă abruptă pot fi deschise prin puțuri verticale combinate cu o ieșire înclinată pentru echipamente autopropulsate (fig. 6.36).

Zonele de mineralizare apropiate și zăcămintele separate, care diferă semnificativ în ceea ce privește calitatea minereului sau compoziția componentei utile, pot fi și, uneori, este necesar din punct de vedere tehnic să fie deschise simultan și dezvoltate dintr-o singură rețea într-un câmp minier cu formarea mai multor fluxuri de minereu (fig. 6.37).

Lucrări în apropierea peretelui

Un set de lucrări subterane situate în apropierea puțului minier este denumit lucrări aproape de perete.

Șantierul din apropierea puțului este format din excavațiile ramurii de marfă, unde vagoanele sunt descărcate în buncărul subteran sau încărcate în cușcă; excavațiile ramurii goale, utilizate pentru colectarea vagoanelor goale; excavațiile care leagă ramurile de marfă și goale; o serie de camere: casa pompelor, substația electrică, concasorul subteran, depozitul de locomotive electrice, colectoarele de apă, dispeceratul etc. Șantierul din puț se diferențiază în funcție de metoda de ridicare a minereurilor.

În funcție de metoda de ridicare a minereului în puț, se disting șantierele aproape de puț cu săritură, cu cușcă și cu săritură cu cușcă. Șantierele aproape de perete pot fi fără ieșire și circulare, precum și unilaterale și bilaterale (fig. 6.38).

Pentru minele cu o capacitate de producție anuală mică, este caracteristic șantierul near-wall cu cușcă fără ieșire, cu o singură latură, în care ramurile de marfă și goale sunt concentrate într-o singură lucrare. Acest triaj de puț, având un volum minim, nu poate asigura o productivitate ridicată din cauza complexității schimbului de vagoane goale și încărcate.

În majoritatea cazurilor, pe fiecare etaj sunt amenajate triaje aproape de puț cu un set complet de lucrări. Acest lucru creează condiții favorabile pentru transportul subteran al minereului, livrarea de materiale și echipamente, ventilație și pregătire, în special pentru zăcămintele cu rezerve mari de minereu pe etaj.

Cu toate acestea, în unele cazuri, în special atunci când rezervele de minereu dintr-un etaj sunt mici, iar capacitatea anuală de producție a minei este semnificativă (ceea ce este posibil în mineritul modern intensiv), este nepotrivit din punct de vedere economic și foarte dificil din punct de vedere tehnic să se treacă prin lucrări aproape de foraj și prin surpări lungi pe fiecare etaj. În acest caz, căile de acces de la puț la corpul minereului nu se realizează pe fiecare etaj, ci prin două sau trei etaje (rareori mai mult), adică se folosesc căile de acces în grup. În acest caz, legătura dintre puț și lucrările de pompare de la etaj se realizează prin lucrări verticale și înclinate, care asigură coborârea (sau, mai rar, urcarea) minereului până la principalele lucrări de pompare, circulația persoanelor, livrarea materialelor și echipamentelor și ventilația.

Decaparea unui zăcământ cu cădere abruptă printr-un puț vertical cu un orizont de concentrare este prezentată în Fig. 6.39. 6.39. Decaparea prin orizonturi de concentrare reduce semnificativ costul lucrărilor miniere și de capital și permite intensificarea dezvoltării zăcământului. Prezența depozitelor de minereu în înălțimile de ocolire are un efect pozitiv asupra operațiunilor de transport și ridicare.

Dezavantajele includ: necesitatea de a scufunda și de a dota lucrări suplimentare (coloane ascendente, tobogane de minereu etc.) pentru a lega lucrările de pompare din podea de galeriile de capital sau de acoperiș, costuri semnificative de întreținere a toboganelor de minereu, costuri suplimentare de manipulare a minereului și (uneori) de pompare a minereului, de livrare a materialelor și echipamentelor, de complicare a coborârii și ascensiunii lucrătorilor, de complicare a pregătirii, de complicare a ventilației.

Alegerea locației puțului

Alegerea amplasamentului puțului se face luând în considerare următorii factori principali: siguranța; comoditatea amplasării gurii puțului și a instalațiilor de suprafață; costurile transportului subteran și de suprafață al minereurilor și rocilor, livrarea materialelor la locul de muncă, ventilarea lucrărilor subterane; timpul petrecut pentru deplasarea persoanelor din subteran la locul de muncă; precum și factorii locali: amplasarea concentratorului sau a uzinei, prezența diferitelor structuri, drumuri etc. la suprafață.

Siguranța construcției puțurilor este determinată de două elemente principale:

• amplasarea în afara zonei de posibilă perturbare a masei stâncoase (forfecarea rocilor);
• prezența și alegerea corectă a dimensiunii pilonului de protecție.

Șantierele miniere și golurile create după extracția mineralelor sunt umplute în timp sau imediat de prăbușirea rocilor, provocând deformarea și prăbușirea masei stâncoase de deasupra zăcământului. Acest proces se numește forfecare a rocilor. De obicei, forfecarea cauzează prăbușirea ușoară a suprafeței terenului, fără a-i rupe continuitatea, sau bruscă, cu deplasări și cedări semnificative.

În zona de forfecare a rocilor, se disting mai multe zone, care sunt prezentate în Fig. 6.40. Partea din suprafața Pământului care a fost supusă forfecării se numește vale de forfecare. Limitele unei văi de forfecare includ zone ale suprafeței Pământului cu o valoare a subsidenței de 10 mm sau mai mult.

Stâncile se deplasează de-a lungul unor suprafețe curbilinii, dar pentru construcții grafice acestea sunt luate ca planuri care formează unghiuri cu planul orizontal: unghiul limită γ0, unghiul de forfecare γ’ și unghiul de ruptură γ” (prăbușire). Unghiul limită limitează întreaga zonă de forfecare a rocilor; planul de fractură trece prin cele mai exterioare fisuri externe ale suprafeței terestre; unghiul de forfecare definește zona de forfecare periculoasă pentru structurile miniere de suprafață și subterane.

Dacă grosimea zăcământului care urmează să fie exploatat este mică sau mineritul este efectuat la adâncimi mari, atunci rocile de suprafață nu vor fi deplasate. Adâncimea de exploatare la care exploatarea unui zăcământ mineral nu provoacă deplasarea la suprafață se numește adâncime de siguranță. Raportul dintre adâncimea minimă de siguranță și capacitatea zăcământului se numește factor de siguranță.

Factorul de siguranță depinde de proprietățile fizice și mecanice ale rocilor și este aproximativ egal cu: la exploatarea zăcămintelor fără umplutură 200, cu umplutură complet uscată 80, cu umplutură umedă 30.

Valoarea unghiurilor de forfecare depinde de proprietățile fizice și mecanice ale rocilor, de stratificare, de capacitatea portantă de apă a terenului, de unghiul de înclinare, de adâncimea de dezvoltare și variază foarte mult. În cazul structurilor de roci nestratificate, aceste unghiuri sunt cuprinse între 45-70°, iar în cazul rocilor stratificate între 30-65°.

Structurile de suprafață și deschiderile pot fi protejate de forfecarea rocilor prin amplasarea lor în afara limitelor de forfecare sau prin lăsarea de piloni de protecție a minereurilor sub acestea (figurile 6.41 și 6.42). Deoarece unghiurile reale de forfecare pot fi mai mici decât cele proiectate, din motive de siguranță, se obișnuiește amplasarea structurilor de suprafață și a exploatărilor în carieră deschisă la 30-60 de metri, uneori până la 120 de metri, de limita zonei de forfecare de la suprafață.

În zonele cu relief muntos, puțul minier (galeria) trebuie amplasat astfel încât acesta și instalațiile care îl deservesc să nu fie afectate de căderi de pietre, alunecări de teren, avalanșe și să nu fie inundate în timpul topirii rapide a zăpezii și a ploilor abundente.

În conformitate cu condițiile de funcționare minimă a transportului subteran, puțul ar trebui să fie amplasat într-un plan perpendicular pe direcție și care împarte rezervele întregului zăcământ în părți egale sau aproape egale.

Odată cu schimbarea amplasamentului puțului, se modifică și timpul de deplasare al persoanelor de-a lungul lucrărilor de pompare până la locul de muncă. Distanța medie de deplasare a tuturor lucrătorilor odată cu schimbarea amplasamentului puțului minier se va modifica aproximativ în același mod ca și funcționarea transportului subteran. Prin urmare, amplasarea puțului, care este optimă din punct de vedere al transportului, îndeplinește simultan condițiile optime pentru deplasarea lucrătorilor de-a lungul lucrărilor din orizontul principal. Același lucru este valabil și pentru costurile de livrare a materialelor de-a lungul săpăturilor de pompare.

Relația dintre poziția puțului și costurile de ventilație nu este constantă, dar calculele arată că locația puțului, care corespunde celor mai mici costuri de ventilație, coincide aproximativ cu soluția găsită din condiția de funcționare optimă a transportului subteran.

Factorii locali, cum ar fi proprietățile fizice și mecanice ale rocilor traversate de puț, topografia suprafeței, amplasarea concentratorului etc. sunt esențiali și uneori decisivi în alegerea amplasamentului gurii puțului.

Puțul ar trebui să evite traversarea rocilor plutitoare, acvifere sau perturbate, care sunt foarte dificil de penetrat și necesită un sprijin consolidat.

Relieful de suprafață trebuie să asigure o amplasare convenabilă a instalațiilor de suprafață și a magazinelor și depozitelor auxiliare. Amplasarea puțului trebuie să fie convenabilă pentru accesul feroviar. Drumul către locul de prelucrare a minereului trebuie să fie cel mai scurt, ușor de construit și ieftin în exploatare. Uneori, este oportun să se schimbe locația planificată a puțului doar pentru că costul de construcție a unei căi ferate pentru transportul minereurilor la suprafață și exploatarea ulterioară a acesteia este ridicat.

Alegerea opțiunii de decopertare și a amplasării lucrărilor de deschidere se face pe baza comparării tehnice și economice a opțiunilor posibile, în următoarea ordine.

1. Se stabilesc opțiunile de decopertare comparabile și fezabile din punct de vedere tehnic.

Pentru zăcămintele formate dintr-un singur corp de minereu, numărul acestor opțiuni este de obicei mic. Atunci când se selectează o metodă de decopertare pentru mai multe corpuri de minereu, numărul de opțiuni acceptabile din punct de vedere tehnic crește. În acest caz, sunt posibile decopertarea independentă a fiecărui corp de minereu (Fig. 6.43, a, b) și decopertarea comună cu o față de decopertare comună (Fig. 6.43, c).

2. Pentru compararea tehnică și economică a opțiunilor, sunt identificate costurile de capital și costurile de exploatare în funcție de decaparea elementelor individuale. În același timp, costurile și cheltuielile care sunt identice sau foarte apropiate ca valoare pentru variantele comparate, precum și toate costurile minore nu sunt luate în considerare și nu sunt incluse în suma finală. 2. Toate costurile și cheltuielile care trebuie luate în considerare sunt determinate pentru aceeași perioadă de timp; cea mai convenabilă este durata de viață completă a minei.

3. Uneori, subopțiunile sunt identificate în prealabil pentru opțiuni individuale, comparate între ele, iar cea mai bună este inclusă în comparația generală a opțiunilor.

4. Costurile și cheltuielile pe elemente individuale calculate pentru fiecare opțiune sunt rezumate într-un tabel general.

5. Se acceptă că inexactitatea posibilă a calculelor economice pentru opțiuni este între 5 și 10 %. Prin urmare, dacă costurile și cheltuielile totale ale unei opțiuni le depășesc pe cele ale unei alte opțiuni cu cel mult 5-10 %, dar în același timp această (prima) opțiune are avantaje tehnice semnificative, aceasta este favorizată.

Diagrama de flux a minei

O mină subterană este un sistem de producție complex și ramificat. Tehnologia de dezvoltare a minei necesită un număr mare de procese de producție care sunt strâns interconectate. Aceste procese pot fi împărțite în procese principale și auxiliare.

Principalele procese de producție includ:

• efectuarea săpăturilor miniere care asigură accesul la minereu și extracția acestuia;
• decopertarea minereului, adică separarea minereului de masiv și zdrobirea acestuia în bucăți;
• livrarea minereului — deplasarea minereului sfărâmat în cadrul blocului sau panoului minier;
• concasarea secundară a bucăților excesiv de mari (oversize); aceasta este utilizată în majoritatea cazurilor, dar poate să nu fie necesară pentru concasarea minereurilor fine;
• întreținerea spațiului de curățare;
• transportul subteran și ridicarea minereurilor și a deșeurilor la suprafață, stocarea și expedierea către clienți.

Decaparea, livrarea minereului, concasarea secundară a minereului supradimensionat și întreținerea carierei deschise sunt procesele care susțin în mod colectiv extracția minereului și sunt denumite operațiuni miniere (sau miniere).

Procesele auxiliare de producție sunt concepute pentru a asigura desfășurarea eficientă și sigură a proceselor principale. Acestea includ:

• deshidratarea (pomparea apei la suprafață);
• ventilarea (aerisirea) lucrărilor subterane;
• alimentarea cu energie electrică și iluminatul;
• transportul de materiale, echipamente și persoane;
• lucrări de instalare și demontare;
• lucrări de reparații.

Minereurile extractive de metale feroase și neferoase sunt materii prime care, cu rare excepții (de exemplu, pepitele), nu pot fi utilizate direct în industrie. Prin urmare, materiile prime din minereuri sunt supuse unor prelucrări suplimentare, și anume îmbogățirea și prelucrarea metalurgică.

Îmbogățirea este separarea componentelor utile din minereu și separarea acestora de impuritățile inutile și dăunătoare. Ca urmare a îmbogățirii, se obțin concentrate al căror conținut de metale este mult mai mare decât în minereul inițial (uneori de sute de ori mai mare pentru metalele neferoase).

Concentratele sunt trimise pentru prelucrare metalurgică și din ele se produc metale. Din minereurile bogate, cum ar fi minereurile de fier, cu un conținut de fier mai mare de 50-55%, se poate obține metal direct din prelucrarea metalurgică a minereului brut, ocolind etapa de îmbogățire.

Rezumând cele de mai sus, este posibil să se prezinte totalitatea principalelor procese de producție ale exploatării și prelucrării subterane a minereurilor metalice sub forma unei scheme tehnologice, care reflectă succesiunea de execuție și interrelaționarea acestor procese, adică tehnologia lucrărilor, care reflectă și relația dintre aceste sau acele procese de producție și o anumită etapă de dezvoltare a zăcământului (fig. 6.44).

Pregătirea zăcămintelor de minereu

Pregătirea constă în efectuarea de lucrări miniere pentru a împărți zonele descoperite ale zăcământului în blocuri și panouri de curățare și pentru a asigura excavarea de curățare.

Lucrările miniere pregătitoare sunt galerii de rulare (de transport) și de ventilare și șenile, orteze, înălțători de blocuri cu diferite destinații, guri de scurgere a minereurilor din blocuri sau panouri, rampe înclinate pentru deplasarea utilajelor autopropulsate între orizonturi.

Scopul lucrărilor miniere pregătitoare este următorul

• delimitarea (selectarea) unui etaj, câmp minier, blocuri sau panouri;
• crearea unei conexiuni a unui bloc (panou) cu rețeaua generală de transport rutier;
• Asigurarea unei ventilații eficiente a locurilor de muncă;
• asigurarea accesului liber la fronturi și a ieșirii de urgență din acestea, aprovizionarea fronturilor cu echipamente, materiale, energie și livrarea foarte productivă a minereurilor extrase din acestea.

În funcție de amplasarea lucrărilor de pregătire, se pot distinge trei metode de pregătire:

• minereul (săpăturile sunt efectuate de-a lungul minereului);
• de câmp (săpăturile se fac prin rocile reziduale);
• combinată, care combină caracteristicile pregătirii minereului și ale câmpului.

Pregătirea minereului este utilizată în dezvoltarea zăcămintelor abrupte cu grosime redusă, a zăcămintelor groase cu orice înclinare, a zăcămintelor plane și orizontale de apariție susținută cu minereu transportat pe sol.

Pregătirea minereului are următoarele avantaje: explorarea suplimentară a rezervelor de minereu, costuri mai mici de excavare datorită realizării subproduselor extrase din minereu, volum total mai mic al săpăturilor pregătitoare, deoarece acestea sunt întotdeauna efectuate suficient de aproape de blocurile de curățare.

Printre dezavantajele pregătirii minereurilor se numără: menținerea lucrărilor pregătitoare în zona de influență a lucrărilor de curățare (de exemplu, în apropierea lor se efectuează explozii), ceea ce necesită costuri mai mari pentru conservarea lor; lăsarea în jurul minereurilor a lucrărilor pregătitoare a pilonilor de împrejmuire, care nu sunt lucrați deloc sau sunt extrași cu pierderi mari de minereu.

Pregătirea câmpului este utilizată în principal pentru extracția minereurilor cu prăbușirea rocilor supraiacente și, uneori, pentru zăcămintele filoniene.

Avantajele acestei pregătiri sunt amplasarea lucrărilor pregătitoare la distanță de exploatările miniere și, prin urmare, o mai bună conservare a acestora; pierderi mai mici de minereu în piloni; alinierea mai simplă a lucrărilor, care asigură o deplasare relativ rapidă a transportului.

Dezavantajele pregătirii pe teren includ un volum total mai mare de pregătire din cauza prezenței lucrărilor de apropiere de corpul de minereu; costuri mai mari ale săpăturilor din cauza lipsei extracției asociate de minereu și agravarea problemelor de mediu.

Pregătirea combinată este cea mai frecventă în dezvoltarea minelor datorită flexibilității sale în comparație cu pregătirea minereului și a câmpului. Ea combină avantajele și dezavantajele acestora (figura 6.45).