Важнейшие системы подземной разработки рудных месторождений

Геотехнологический способ заключается в переводе твердого полезного ископаемого в жидкое или газообразное путем подземного сжигания, расплавления, выщелачивания или механического разрушения с переводом в пульпу (смесь твердой и жидкой фазы) и последующей откачки полученного материала по скважинам на поверхность. Преимущества способа заключаются в возможности промышленного использования бедных руд глубоко залегающих месторождений, а также в безопасных условиях и относительной экологической чистоте добычи. Геотехнологические способы широко применяют для добычи самородной серы, радиоактивного сырья, иногда меди и других полезных ископаемых.

Дражный способ применяется для добычи рыхлых полезных ископаемых со дна рек, озер, морей и океанов. Существуют разнообразные конструкции плавучих драг, предназначенные для добычи с разных глубин. Наиболее распространенные драги и земснаряды позволяют добывать полезные ископаемые из водных бассейнов глубиной до 50 м. Специальные морские драги способны добывать полезные ископаемые с глубины 1-5 км. При дражном способе добычи полезное ископаемое извлекается в виде пульпы (в смеси с водой) и сразу же обогащается с получением концентрата, т.е. драга совмещает в себе операции добычи и обогащения руды. Для применения дражного способа необходимо иметь водоем достаточной глубины.

Гидравлический способ используется в основном для добычи россыпей в маловодных и сухих долинах и ложбинах. Он заключается в разрушении рыхлой руды (песков) сильной струей воды. Получаемая пульпа засасывается земснарядом и поступает на обогатительную установку. Необходимым условием является наличие источника достаточного количества воды для устойчивой работы гидромонитора.

Как следует из сказанного, выбор геотехнологического, дражного или гидравлического способа добычи определяется условиями залегания, видом полезного ископаемого и гидрогеологическими условиями.

Выбор же открытого и подземного или комбинированного способа добычи заключается в расчете нижней границы (глубины) карьера, в основе расчета которой лежит предельный коэффициент вскрыши.

Существует несколько видов коэффициента вскрыши, из них для оценки представляют интерес средний, контурный и предельный. Средний коэффициент вскрыши - это отношение объема пустой породы к объему руды в контуре карьера: K_в = V_п/V_р (рис.40). Контурный коэффициент вскрыши равен отношению приращения объема пустой породы к приращению объема руды при углубке карьера на величину DH, т.е. K_вк = DV_п/Dv_р.

При переходе к пределу (DН ® 0) контурный коэффициент вскрыши является производным от среднего коэффициента вскрыши по глубине. Коэффициенты вскрыши измеряются в кубических метрах на кубический метр, но от объемных соотношений можно перейти к массовым, если учесть плотность руды и пустых пород, тогда коэффициенты вскрыши можно выразить в тоннах на тонну или кубических метрах на тонну.

Предельный коэффициент вскрыши K_пред носит экономический характер и определяется расчетом из условия равенства себестоимостей открытой и подземной добычи: Q_откр = Q_подз (что выполняется на дне карьера), - или из условия равенства себестоимости продукции и ее цены (при отсутствии подземной добычи): Q_к = Ц_к. В частности, из первого условия вытекает формула

где Q_р - себестоимость добычи руды открытым способом без учета затрат на вскрышу; Q_подз - себестоимость подземной добычи; Q_п – себестоимость добычи пустой породы.

При углубке карьера K_вк обычно вначале убывает, а потом неизбежно начинает расти. Предельная глубина карьера Н определяется из условия K_вк = K_пред (рис.41, а), далее нужно переходить на подземную добычу. Глубину карьера находят путем повариантного расчета значений K_вк при углубке карьера на высоту уступов до тех пор, пока он не сравняется с K_пред, который на практике колеблется от 10 до 14 м³/м³. Может быть и такая ситуация, когда при любой глубине карьера K_вк > K_пред (рис.41, б), откуда следует, что открытая добыча руды на месторождении невыгодна.

6.5. Производительность

горно-рудного предприятия

После выбора способа и системы разработки месторождения переходят к определению производительности горно-рудного предприятия по руде, по горной массе и по продукции.

Наиболее существенной является производительность по руде (синонимы – сырая руда, рудная масса), она определяет масштабы горно-рудного предприятия и большинство его технико-экономических показателей. Существуют три способа задания производительности: по техническим возможностям, по оптимальным экономическим показателям и по потребности.

Технические возможности зависят от способа и системы разработки месторождения, иногда от технических средств добычи. В свою очередь, способ и система добычи определяются, как было показано выше, условиями залегания полезного ископаемого, устойчивостью руд и вмещающих пород, гидрогеологическими и другими условиями. Для расчета производительности по руде чаще всего применяется формула, предложенная М.И.Агошковым:

(18)

где S - горизонтальная площадь эксплуатируемой части месторождения (или точнее - площадь рудного тела на горизонтальном срезе участка эксплуатации); H - годовое понижение горных работ; r - плотность руды; п - потери; р - разубоживание руды при добыче (см. табл.24).

Горизонтальная площадь эксплуатируемой части месторождения измеряется на погоризонтных планах. На мелких месторождениях она охватывает всю его площадь, на крупных - часть площади (30-70 %). Годовое понижение горных работ обычно колеблется от 5 до 30 м. При открытой разработке годовое понижение зависит от площади карьера S:

При подземной разработке годовое понижение зависит от площади горизонтального сечения рудных тел S¢:

Полученное значение H¢ нужно умножить на два поправочных коэффициента, учитывающих угол падения и мощность рудного тела (табл.26).

Таблица 26