Способы вскрытия и вскрывающие выработки

Вскрытием называется проходка выработок, открывающих доступ с поверхности к месторождению и обеспечивающих возможность проходки подготовительных выработок. При разработке рудных и пластовых месторождений вскрывающие выработки являются капитальными, так как они рассчитаны на длительный срок существования. В случае же разработки россыпей вскрывающие выработки не всегда являются капитальными. Весьма часто при разработке многолетнемерзлых россыпей срок существования добычного объекта (шахты) 1—2 года. При этом вскрывающие выработки проходятся и оборудуются за счет эксплуатационных затрат. В случае же разработки талых россыпей значительных размеров при длительной эксплуатации шахт этот термин может быть применен.

Существуют четыре способа вскрытия, различающиеся между собой по типу вскрывающей выработки (табл. 12.2). Три из них (вскрытие наклонным и вертикальным стволами, а также вскрытие штольней) широко применяются на практике, а четвертый (вскрытие траншеей) в настоящее время практически не применяется, так как для неглубоких россыпей значительно эффективнее открытая разработка.

Вскрытие наклонным стволом применяется в основном при разработке многолетнемерзлых россыпей. Проходка и поддержание наклонной выработки в устойчивых породах не представляют трудностей, а ее эксплуатация достаточно проста. Наклонным стволом можно вскрывать россыпи при различных размерах шахтных полей. Подготовительные выработки в этом случае проходятся по пласту или же в породах плотика. Угол наклона ствола зависит от вида подъема, который выбирается в зависимости от производительности шахты. Размеры поперечного сечения наклонного ствола приведены в табл. 12.3. В случае большой производительности эти размеры должны проверяться расчетом и при необходимости пересматриваться. Достоинствами вскрытия наклонным стволом являются простота организации и безопасность работ по проходке, возможность механизации всех трудоемких процессов (бурение, уборка и выдача породы), меньшая трудоемкость крепления (по сравнению с креплением вертикального ствола), возможность использования одного типа оборудования для подъема по стволу и отвалу.

Таблица 12.2

Таблица 12.3

К недостаткам вскрытия наклонным стволом следует отнести значительный объем работ по его проходке, который при равной глубине в 2—5 раз (в зависимости от угла наклона) превышает объем работ по проходке вертикального ствола. Кроме того, крепление и поддержание наклонного ствола в малоустойчивых породах значительно сложнее и дороже. Поэтому при разработке талых россыпей вскрытие наклонными стволами применяется редко. Например, в условиях, когда наклонный ствол может оказаться короче вертикального или же когда он полностью или частично может быть пройден в более устойчивых породах.

Вскрытие вертикальным стволом применяется в основном при разработке талых россыпей и только в отдельных случаях при разработке мерзлых россыпей. Так, на приисках Якутии применяется вскрытие вертикальным стволом (с двухскиповым подъемом) при площади поперечного сечения 6 м. Достоинствами вскрытия вертикальным стволом являются меньшие объемы проходческих работ и длина ствола. Поэтому вскрытие вертикальным стволом целесообразно применять в малоустойчивых рыхлых породах. К недостаткам этого способа вскрытия следует отнести отсутствие высокопроизводительных средств механизации работ по проходке ствола с небольшими поперечными размерами, что предопределяет малую скорость проходки, большие затраты, сложность обеспечения безопасности работ, необходимость иметь во время эксплуатации громоздкий копер и дополнительные устройства для отвалообразования.

Различают следующие варианты вскрытия вертикальным стволом в зависимости от места заложения стволов, их числа, наличия дополнительных выработок вскрытия.

     1. Вскрытие вертикальным стволом, пройденным в пределах разрабатываемого участка россыпи. В этом случае стремятся закладывать ствол в месте с наиболее низкими отметками плотика (на линии тальвега). С точки зрения дальнейшей эксплуатации такой вариант обеспечивает минимальные затраты на водоотлив и на доставку песков, которая производится под уклон. Однако проходка ствола, как правило, затруднена, так как должна производиться с постоянным водоотливом.

     2. Вскрытие вертикальным стволом, пройденным за пределами россыпи. В этом случае часто возрастает объем проходческих работ и появляется необходимость проведения дополнительных вскрывающих выработок (квершлагов), соединяющих околоствольные выработки с россыпью. Достоинством этого варианта является возможность проведения вскрывающей выработки в наиболее благоприятных условиях (например, в более устойчивых породах).

3. Вскрытие вертикальным стволом в комбинации со штольней, которая является основной вскрывающей выработкой, а вертикальный ствол, как правило, слепой (не имеющий непосредственного выхода на дневную поверхность) служит вспомогательной выработкой. Целесообразность вскрытия мерзлой россыпи вертикальным стволом может появиться в том случае, когда в покрывающих породах есть включения таликов или сушенцов и проходка наклонного ствола затруднена.

При вскрытии штольней возможны два варианта.

1. Вскрытие россыпи, залегающей на террасе или под увалом, когда обеспечивается минимальная длина штольни.

2. Вскрытие долинной россыпи. При этом основная подготовительная выработка может являться как бы продолжением штольни. Главный недостаток данного варианта — значительная длина штольни, которая одновременно может служить и водоотливной выработкой. При разработке талых россыпей понятия «вскрытие штольней по простиранию» и «вкрест простирания» широко распространены. При разработке мерзлых россыпей расположение штольни относительно россыпи не имеет принципиального значения. Здесь чаще принято разделять вскрытие штольней с поверхности и из разреза.

Возможны комбинированные способы вскрытия (например, вскрытие штольней и слепым стволом, вскрытие штольней и сбойками).

Вскрытие штольней применяется сравнительно редко. Для него необходим соответствующий рельеф поверхности. При разработке многолетнемерзлых россыпей иногда применяется вскрытие штольней из разреза, например, когда россыпь в основном отработана открытым способом, а часть ее уходит под склон долины. Прибортовые участки такой россыпи отрабатывать открытым способом становится невыгодно. Вскрытие штольней таких участков часто оказывается наиболее экономичным.

Если условия залегания россыпи допускают применение различных способов вскрытия, то необходимо выполнить технико-экономические расчеты для выбора оптимального способа вскрытия. Для сравнения экономичности различных способов вскрытия необходимо определить затраты на проходку, крепление и оборудование вскрывающей выработки Q_п.в, затраты на строительство копра, околошахтных сооружений, осушительные работы на поверхности, доставку и монтаж механизмов на поверхности Q_с.к и затраты q_п.cна подъем и складирование 1 м³ песков. Удельные затраты (руб.), характеризующие экономичность способа вскрытия, определятся по формуле

где V_доб - объем песков, который будет добыт на данном шахтном поле, м³.

При сравнении способов вскрытия необходимо также сопоставить количество добываемого полезного ископаемого (возможны различные потери песков в целиках), время, необходимое для вскрытия, интенсивность развития подготовительных работ, способы водоотлива, наиболее рациональное использование вскрывающих выработок при эксплуатации, размещение на поверхности горнотехнических сооружений, отвалов песков, хвостов промывки, безопасность работ по вскрытию.