Этапы разработки рудных месторождений

Подземная разработка рудных месторождений включает несколько стадий:
• вскрытие,
• подготовку,
• очистную выемку,
• консервацию рудника.

Вскрытие – проведение горных выработок, обеспечивающих доступ к месторождению с поверхности.
При вскрытии месторождений проводят подземные горные выработки, которые служат для транспортирования и подъема полезного ископаемого и породы, спуска материалов и оборудования, перемещения людей, проветривания, осушения, водоотлива, прокладки кабелей и трубопроводов и т. д. Вскрывающие выработки проводят за счет ассигнований на капитальное строительство, чаще всего силами специализированных шахтостроительных организаций.
Вскрывающими выработками являются: стволы, штольни, квершлаги, выработки и камеры околоствольных дворов, включая приствольные бункера и рудоперепуски, камеры подземных дробилок и пр.

Подготовка – проведение выработок после вскрытия месторождения с целью создания условий для начала и последующего осуществления очистной выемки.
Подготовка рудных месторождений включает в себя проведение горизонтов и подготовку внутри блоков т.е. нарезку последних. При подготовке месторождений производят разделение вскрытой части месторождения с помощью подготовительных выработок (штреки полевой и рудный, орт, восстающий, рудоспуск, уклон) на выемочные участки: этажи и очистные блоки в крутых и наклонных месторождениях и панели, а иногда и блоки – в пологих и горизонтальных месторождениях.

Очистная выемка – комплекс работ по извлечению полезного ископаемого в забоях. Очистная выемка является целью разработки месторождения.
Вскрытие, подготовка и очистная выемка осуществляются последовательно только в начале эксплуатации месторождения, при строительстве подземного рудника. Обычно, в процессе эксплуатации горного предприятия, все три стадии выполняются одновременно, но на различных участках месторождения. Параллельно с очистной выемкой, осуществляемой на одних участках месторождения, ведется подготовка других и вскрытие третьих.
Работы по вскрытию, подготовке и очистной выемке строго взаимосвязаны, поскольку для обеспечения стабильной и ритмичной добычи рудника по мере отработки определенной части запасов соответствующие им запасы в другом месте рудника должны быть нарезаны и подготовлены к выемке взамен отработанных, а к моменту окончания подготовки какого-либо участка должен быть вскрыт новый участок, где может быть создан достаточный фронт подготовительно-нарезных работ для рабочих, перешедших на этот участок с уже подготовленного.
Разработка месторождения состоит из нескольких периодов.

• Вначале осуществляют строительство поверхностного комплекса.
• Далее последовательно ведут вскрытие и подготовку месторождения.
• Затем начинают очистную выемку, и предприятие наращивает годовую производительность до установленной проектом величины.
• Далее длительный период горное предприятие работает с проектной производительностью.
• После исчерпания запасов наступает период затухания горных работ и ликвидации предприятия, консервация рудника.

Каждое месторождение отрабатывают по частям. Для этого при крутом и наклонном падении залежи его разделяют по вертикали на этажи, а при пологом и горизонтальном залегании – по площади на панели.
В свою очередь этаж может быть разделен по вертикали на несколько подэтажей. Высота этажа на рудниках изменяется от 30 – 40 до 100 – 150 м и более (наиболее часто этажи имеют высоту 50 – 75 м). Запасы руды в этаже измеряют, как правило, миллионами и даже десятками миллионов тонн. Поэтому этажи делят по простиранию (а при весьма мощных залежах – и по мощности) на выемочные блоки – часть этажа, в которой осуществляют все процессы очистной выемки. Выемочные блоки обладают самостоятельной системой проветривания.

Панели имеют форму прямоугольника с длиной сторон до нескольких сотен метров. Запасы руды в панели могут достигать нескольких сотен тонн и даже 2 – 3 млн. т.
Большое значение имеет порядок отработки месторождения. Месторождения отрабатывают в большинстве случаев сверху вниз по падению. Это позволяет быстрее и дешевле вскрыть их верхние части и ускорить начало добычи.

При этажной разработке выемочные блоки в пределах этажа отрабатывают, как правило, подряд в наступающем (от центра к флангам) или отступающем (от флангов к центру) порядке, если качество руды более или менее постоянно. При наступающем порядке отработки можно ускорить начало очистной выемки в этаже, так как вскрывающие горные выработки обычно расположены вблизи центра залежи. Однако при этом выработки откаточного горизонта необходимо поддерживать и ремонтировать в течение всего срока отработки этажа, а это бывает зачастую очень сложно и дорого, так как они проведены рядом с отработанными блоками и могут быть повреждены при очистной выемке. При отступающем порядке разработки необходим более длительный период для подготовки к очистной выемке в этаже. Но в этом случае выработки откаточного горизонта в нетронутом массиве и затраты на их поддержание меньше, чем при наступающем порядке отработки. Выработки, расположенные под отработанными блоками, можно не поддерживать.

При резком колебании качества руды применяют более дорогой и менее производительный выборочный порядок выемки, т. е. набирают плановые объемы добычи по руднику из разных блоков или панелей с различным содержанием полезных компонентов в руде. Для этого приходится вести добычу одновременно на нескольких этажах.

В настоящее время выделяют четыре основных способа разработки рудных месторождений:
• открытый;
• подземный;
• комбинированный;
• специальные способы.

Наиболее распространенным способом добычи металлургического сырья является открытая разработка рудных месторождений, посредством которой из недр извлекается более 2/3 всех полезных ископаемых. Это относительно дешевый способ разработки, позволяющий применять мощное и высокопроизводительное оборудование. Однако при проведении открытых работ на многие десятилетия из хозяйственного оборота изымаются огромные площади сельскохозяйственных и лесных угодий. Для доступа к месторождению с поверхности приходится вынимать, перемещать и складировать в отвалы пустые породы, объем которых в несколько раз превышает объем добываемого полезного ископаемого.

Второй по значению способ разработки месторождений – подземный, на долю которого приходится около 20% добычи железа, до 45 % добычи меди, до 70% цинка, до 75 % олова и свинца, 100 % вольфрама. Затраты на добычу руды при подземной разработке месторождений выше, чем при открытой, но она ведется на месторождениях, которые экономически нецелесообразно или технически невозможно разрабатывать открытым способом. В связи с постепенным истощением легкодоступных неглубоко залегающих запасов металлических руд увеличивается глубина разработок, что определяет растущее значение подземной добычи. Тенденция увеличения глубины разработок прослеживается во всем мире. В Канаде добычу руд, содержащих золото, медь, никель ведут на глубинах 1800 – 2600 м; в США извлечение меди и золота – на глубинах 1700 – 3000 м; в Индии золото извлекают с глубины в 3500 м; в Южно-Африканской Республике действует самый глубокий в мире рудник, работы ведутся на глубине более 4000м. Подземная разработка в ряде случаев позволяет полностью сохранить земную поверхность, что обеспечивает значительное преимущество перед открытыми горными работами.

Из специальных способов разработки месторождений руд черных и цветных металлов наибольшее распространение получила дражная разработка россыпных месторождений – золотоносных или оловоносных песков. Ведется эксплуатация морских месторождений железомарганцевых конкреций и кимберлитовых месторождений, расположенных на морских шельфах, со специальных судов. На ряде месторождений извлечение цветных металлов, золота, урана осуществляют посредством выщелачивания. Способ выщелачивания руд на месте их залегания многие специалисты считают весьма перспективным.
Однако в ближайшем будущем основными способами разработки руд черных и цветных металлов будут открытый и подземный. Запасы железных руд сосредоточены в Кривбассе, Курской магнитной аномалии (КМА), на Урале, юге Кемеровской области; запасы марганцевых руд – на месторождениях Никополь-Марганецкого и Чиатурского бассейнов. На Урале, в Красноярском крае, Забайкалье, Восточной Сибири и на Дальнем Востоке залегают руды цветных металлов.

За последние десятилетия в технологии подземной разработки рудных месторождений произошли коренные изменения: резко возросла степень механизация основных и вспомогательных производственных процессов, получило широкое распространение использование искусственных твердеющих смесей для заполнения выработанного пространства, разработаны новые технологии и материалы поддержания горных выработок. Всё это в совокупности с применением низкозатратных высокопроизводительных систем разработки, таких как системы с самообрушением, позволяет повысить извлечение руды из недр и обеспечить безопасность горных работ, особенно на больших глубинах. Вследствие этого уже сейчас на многих подземных рудниках достигнута много миллионная годовая производительность при высоких показателях извлечения.