Доступ к подземной руде может осуществляться через спуск (пандус), наклонный вертикальный ствол или штольню .
Отклонить портал
1. Планирование и подготовка
Планирование и подготовка являются важнейшими начальными шагами в процессе бурения керна. Этот этап включает проведение комплексной оценки участка и установление необходимой основы для успешного бурения. Ниже приведена разбивка ключевых аспектов:
А) Оценка места
Перед началом бурения проводится тщательная оценка участка для определения оптимальных мест бурения. Эта оценка включает оценку таких факторов, как тип материала, в котором будет производиться бурение, подземные условия, потенциальные препятствия (например, подземные коммуникации) и структурная целостность. Эта информация помогает определить подходящие области для бурения, которые минимизируют риски и обеспечивают точные результаты.
Б) Разрешения и разрешения
В зависимости от местоположения и правил, регулирующих участок, может потребоваться получение разрешений и разрешений перед началом буровых работ. Это подразумевает понимание и соблюдение местных правил, экологических норм и любых особых требований к бурению в определенных районах.
В) Соображения безопасности
Безопасность имеет первостепенное значение в любой буровой операции. На этапе планирования устанавливаются протоколы и меры безопасности для защиты персонала, оборудования и окружающей среды. Это включает оценку потенциальных опасностей, разработку планов реагирования на чрезвычайные ситуации и обеспечение наличия необходимого оборудования для обеспечения безопасности.
D) Оборудование и ресурсы
Планирование также включает определение оборудования и ресурсов, необходимых для операции по керновому бурению. Это включает выбор соответствующей буровой установки, буровых долот и принадлежностей на основе таких факторов, как буримый материал, желаемый диаметр керна и глубина бурения. Также учитываются адекватные ресурсы, такие как водоснабжение, буровой раствор и охлаждающие жидкости, для обеспечения бесперебойных операций бурения.
E) Хронология и логистика
Установление графика для проекта по керновому бурению имеет важное значение для эффективного управления проектом. Это включает в себя установление сроков, планирование оборудования и персонала, а также координацию с другими заинтересованными сторонами, участвующими в проекте. На этом этапе также планируется логистика, такая как транспортировка оборудования и материалов на площадку.
Тщательно планируя и готовясь к бурению керна, профессионалы могут снизить риски, обеспечить соблюдение правил и оптимизировать процесс бурения. Тщательная оценка участка, получение необходимых разрешений и рассмотрение мер безопасности и требований к оборудованию способствуют успешной и эффективной операции по бурению керна.
Склоны могут быть спиральным туннелем, который огибает либо фланг месторождения, либо окружает его. Склон начинается с коробчатого разреза , который является порталом на поверхность. В зависимости от объема вскрыши и качества коренной породы , в целях безопасности может потребоваться оцинкованная стальная водопропускная труба . Они также могут быть запущены в стену открытого карьера
Шахты — это вертикальные выработки, проложенные рядом с рудным телом. Шахты прокладываются для рудных тел, где транспортировка на поверхность на грузовике неэкономична. Транспортировка шахтой более экономична, чем транспортировка на грузовике на глубине, и шахта может иметь как спуск, так и пандус
Штольни — это горизонтальные выработки в склоне холма или горы. Штольни используются для горизонтальных или почти горизонтальных рудных тел, где нет необходимости в пандусе или шахте.
Спуски часто начинаются со стороны высокого борта карьера , когда рудное тело имеет достаточное для подземной добычи содержание, но коэффициент вскрыши стал слишком большим для поддержки методов открытой добычи. Их также часто строят и поддерживают в качестве аварийного безопасного доступа из подземных выработок и средства перемещения крупногабаритного оборудования в выработки.
Доступ к руде
Уровни выкапываются горизонтально от наклонного спуска или шахты для доступа к рудному телу. Затем выкапываются забои перпендикулярно (или почти перпендикулярно) уровню в руду.
Разработка и добыча полезных ископаемых
Подземная добыча полезных ископаемых подразделяется на два основных этапа: подготовительные работы и добычные работы.
Подготовительная добыча состоит из выемки грунта почти полностью в (неценной) пустой породе для получения доступа к рудному телу. Существует шесть этапов подготовительной добычи: удаление ранее взорванного материала (выемка породы), масштабирование (удаление любых нестабильных плит породы, свисающих с кровли и боковых стен, для защиты рабочих и оборудования от повреждений), установка опор и/или арматуры с использованием торкрет- бетона и т. д., бурение породы в забое, загрузка взрывчатых веществ и взрывчатых веществ. Чтобы начать добычу, первым шагом является создание пути для спуска. Путь определяется как «Спуск», как описано выше. Перед началом спуска требуется все предварительное планирование силовой установки, буровой установки, осушения, вентиляции и объектов для удаления породы. [2]
Добыча полезных ископаемых далее делится на два метода: длинная и короткая. Добыча короткими скважинами похожа на разработку, за исключением того, что она происходит в руде. Существует несколько различных методов добычи длинными скважинами. Обычно для добычи длинными скважинами требуется две выемки в руде на разных высотах под поверхностью (15 м – 30 м друг от друга). Скважины бурятся между двумя выемками и заряжаются взрывчаткой. Скважины взрываются, и руда извлекается из нижней выемки.
Вентиляция
Дверь для направления вентиляции в старой свинцовой шахте. Рудный бункер спереди не является частью вентиляции.
Одним из важнейших аспектов подземной добычи твердых пород является вентиляция . Вентиляция является основным методом очистки опасных газов и/или пыли, которые образуются в результате бурения и взрывных работ (например, кремнеземная пыль, NOx), дизельного оборудования (например, дизельные частицы, оксид углерода), или для защиты от газов, которые естественным образом выделяются из породы (например, радоновый газ). Вентиляция также используется для управления подземной температурой для рабочих. В глубоких, горячих шахтах вентиляция используется для охлаждения рабочего места; однако в очень холодных местах воздух нагревается до температуры чуть выше нуля, прежде чем он попадет в шахту. Вентиляционные подъемы обычно используются для переноса вентиляции с поверхности на рабочие места и могут быть модифицированы для использования в качестве аварийных путей эвакуации. Основными источниками тепла в подземных шахтах твердых пород являются температура нетронутой породы, машины, автоматическое сжатие и трещинная вода. Другими небольшими способствующими факторами являются тепло человеческого тела и взрывные работы.
Наземная поддержка
Для поддержания устойчивости вырытых отверстий требуются некоторые средства поддержки. Эта поддержка бывает двух видов: локальная поддержка и поддержка области.
Зона наземной поддержки
Для предотвращения крупных провалов грунта используется опора для земли. В задней части (потолке) и стенах сверлятся отверстия, а для удержания земли вместе устанавливается длинный стальной стержень (или анкерный болт ). Существует три категории анкерных болтов, различающихся по способу их сцепления с вмещающей породой. [3] Это:
Механические болты
Точечные анкерные болты (или болты-расширители) являются распространенным типом опоры грунта. Точечный анкерный болт представляет собой металлический стержень диаметром от 20 мм до 25 мм и длиной от 1 м до 4 м (размер определяется инженерным отделом шахты ). На конце болта имеется расширительная оболочка, которая вставляется в отверстие. Когда болт затягивается установочным буром, расширительная оболочка расширяется, а болт затягивается, удерживая породу вместе. Механические болты считаются временной опорой, поскольку их срок службы сокращается из-за коррозии, поскольку они не зацементированы . [3]
Болты с цементным раствором
Арматура, залитая смолой, используется в областях, где требуется большая поддержка, чем может дать точечный анкерный болт. Используемая арматура имеет такой же размер, как и точечный анкерный болт, но не имеет расширительной оболочки. После того, как отверстие для арматуры просверлено, в отверстие устанавливаются картриджи с полиэфирной смолой . Арматурный болт устанавливается после смолы и вращается установочным сверлом. Это открывает картридж со смолой и смешивает ее. После того, как смола затвердевает, вращающееся сверло затягивает арматурный болт, удерживающий скалу вместе. Арматура, залитая смолой, считается постоянной опорой для грунта со сроком службы 20–30 лет. [3]
Тросовые болты используются для связывания больших масс скальных пород в висячей стене и вокруг больших выработок. Тросовые болты намного больше стандартных скальных болтов и арматуры, обычно от 6 до 25 метров в длину. Тросовые болты замоноличиваются цементным раствором. [3]
Фрикционные болты
Стабилизатор трения (часто называемый обобщенной торговой маркой Split Set ) гораздо проще в установке, чем механические болты или залитые раствором болты. Болт забивается в просверленное отверстие, которое имеет меньший диаметр, чем болт. Давление болта на стену удерживает породу вместе. Стабилизаторы трения особенно подвержены коррозии и ржавчине от воды, если они не залиты раствором. После залития раствором трение увеличивается в 3–4 раза. [3]
Swellex похож на стабилизаторы трения, за исключением того, что диаметр болта меньше диаметра отверстия. Вода под высоким давлением впрыскивается в болт, чтобы расширить диаметр болта и скрепить породу. Как и стабилизатор трения, Swellex плохо защищен от коррозии и ржавчины. [3]
Местная наземная поддержка
Местная поддержка грунта используется для предотвращения падения мелких камней с задней части и ребер. Не все раскопки требуют местной поддержки грунта.
Сварная проволочная сетка представляет собой металлический экран с отверстиями размером 10 см x 10 см (4 дюйма). Сетка крепится к спинкам и стенам с помощью болтов-стабилизаторов трения, точечных анкерных болтов или арматуры, залитой смолой.
Торкрет-бетон — это армированный фиброй напыляемый бетон, который покрывает заднюю часть и ребра, предотвращая падение мелких камней. Толщина торкрет-бетона может составлять от 50 мм до 100 мм.
Латексные мембраны можно наносить на спинки и ребра аналогично торкрет-бетону, но в меньших количествах.
Выемка и отход против выемки и заполнения
Выемка и отступление
Подземное обрушение. Просадка пород достигает поверхности в подземной шахте Риджуэй.
Используя этот метод, планируется извлекать породу из забоев без заполнения пустот; это позволяет боковым породам обрушиться в извлеченный забой после того, как вся руда будет извлечена. Затем забой герметизируется для предотвращения доступа.
Выемка и заполнение
В случаях, когда необходимо добывать большие объемы рудных тел на большой глубине или когда оставлять целики руды неэкономично, открытый забой заполняется закладкой, которая может представлять собой смесь цемента и камня, смесь цемента и песка или смесь цемента и хвостов . Этот метод популярен, поскольку засыпанные забои обеспечивают поддержку для соседних забоев, позволяя полностью извлекать экономические ресурсы.
Методы
Принципиальная схема выемки и засыпки горных пород
Выбранный метод добычи определяется размером, формой, ориентацией и типом рудного тела, которое будет добываться. Рудное тело может быть узкой жилой, такой как золотая шахта в Витватерсранде, рудное тело может быть массивным, как шахта Олимпик-Дэм в Южной Австралии или шахта Кадия-Риджуэй в Новом Южном Уэльсе . Ширина или размер рудного тела определяются сортом, а также распределением руды. Падение рудного тела также оказывает влияние на метод добычи , например, узкое горизонтальное жильное рудное тело будет добываться камерно-столбовым или длинным забоем, тогда как вертикальное узкое жильное рудное тело будет добываться открытым способом или методом выемки и заполнения. Необходимо дополнительно рассмотреть прочность руды, а также окружающую породу. Рудное тело, находящееся в прочной самонесущей породе, может добываться открытым способом, а рудное тело, находящееся в бедной породе, может нуждаться в разработке методом выемки и заполнения, при котором пустоты непрерывно заполняются по мере извлечения руды.
Избирательные методы добычи
Добыча методом выемки и заполнения представляет собой метод добычи короткими скважинами, используемый в крутопадающих или нерегулярных рудных зонах, в частности, там, где висячий бок ограничивает использование методов добычи длинными скважинами. Руда добывается горизонтальными или слегка наклонными пластами, а затем заполняется пустой породой, песком или хвостами . Любой вариант заполнения может быть зацементирован связующими веществами для придания связности матрице или оставлен не зацементированным. Добыча методом выемки и заполнения является дорогостоящим, но селективным методом, с преимуществами низкой потери руды и разубоживания. [4]
Метод выемки и заполнения аналогичен методу выемки и заполнения, за исключением того, что он применяется в рудных зонах, которые шире, чем позволяет разрабатывать метод выемки. В этом случае первый штрек разрабатывается в руде и засыпается с использованием консолидированной засыпки. Второй штрек проходит рядом с первым штреком. Это продолжается до тех пор, пока рудная зона не будет выработана на всю ширину, после чего начинается второй штрек поверх первого.
Shrinkage stoping — это метод добычи с короткими скважинами, который подходит для крутопадающих рудных тел. Этот метод похож на добычу методом cut and fill, за исключением того, что после взрывания отбитая руда остается в забое, где она используется для поддержки окружающей породы и в качестве платформы для работы. Из забоя извлекается только достаточное количество руды, чтобы обеспечить бурение и взрыв следующего слоя. Забой опорожняется, когда вся руда будет взорвана. Хотя он очень избирателен и обеспечивает низкое разубоживание, поскольку большая часть руды остается в забое до завершения добычи, имеет место отсроченная окупаемость капиталовложений. [4]
VRM / VCR : Вертикальная отступающая добыча (VRM), также известная как вертикальная отступающая выработка кратера (VCR), представляет собой метод, при котором шахта делится на вертикальные зоны [ требуется уточнение ] глубиной около 50 метров с использованием открытой выемки, снизу вверх. Длинные скважины большого диаметра бурятся вертикально в рудное тело сверху с использованием буров в скважине (ITH) [5] [ требуется уточнение ] , а затем взрывом горизонтальных слоев рудного тела в подсечку. Руда взрывается при извлечении, взятом поэтапно. Это извлечение выполняется из нижней части разработанного участка. Последняя очистка руды выполняется с помощью дистанционно управляемых LHD-машин. Система первичных и вторичных забоев часто используется при добыче VCR, где первичные забои разрабатываются на первом этапе, а затем засыпаются цементированной засыпкой, чтобы обеспечить поддержку стенок для взрыва последующих забоев. Боковые камеры будут разрабатываться в заранее запланированной последовательности после затвердевания засыпки. [6]
[7]
Массовые методы добычи
Блоковое обрушение используется для добычи массивных крутопадающих рудных тел (обычно низкого качества) с высокой рыхлостью . Под рудным телом прокладывается подсечка с доступом для транспортировки, при этом «колпак» выкапывается между верхней частью уровня транспортировки и нижней частью подсечки. Колпак служит местом падения обрушающейся породы. Рудное тело бурится и взрывается над подсечкой, а руда удаляется через доступ для транспортировки. Из-за рыхлости рудного тела руда над первым взрывом обрушается и падает в колпак. По мере удаления руды из колпак рудное тело обрушается, обеспечивая постоянный поток руды. [4] Если обрушение прекращается, а удаление руды из колпак продолжается, может образоваться большая пустота, что может привести к внезапному и массивному обрушению и потенциально катастрофическому порыву ветра по всей шахте. [8] [ нужен лучший источник ] Там, где обрушение продолжается, поверхность земли может провалиться в поверхностную впадину, такую как на молибденовых рудниках Climax и Henderson в Колорадо . Такая конфигурация является одной из нескольких, к которым шахтеры применяют термин «glory hole».
Рудные тела, которые не обрушаются легко, иногда предварительно обрабатываются с помощью гидроразрыва , взрывных работ или комбинации обоих методов. Гидроразрыв применялся для предварительной обработки прочной породы кровли над панелями угольных длинных забоев и для индуцирования обрушения как в угольных, так и в скальных шахтах.
Камерно-столбовая добыча : Камерно-столбовая добыча обычно ведется в плоских или пологопадающих пластовых рудных телах. Столбы оставляются на месте в регулярном порядке, пока камеры выкапываются. Во многих рудниках камерно-столбовой добычи столбы вынимаются, начиная с самой дальней точки от доступа к забою, позволяя кровле обрушиться и заполнить забой. Это обеспечивает большую добычу, поскольку в столбах остается меньше руды.
Подъемное обрушение : это метод, разработанный для рудных тел с большим углом наклона на глубине, где региональные напряжения высоки. При подъемном обрушении скальные массивы разгружаются путем создания щелей, параллельных падению рудного тела. [10] Это новый метод, разрабатываемый LKAB в северной Швеции . [11]
В более мелких шахтах руда затем сбрасывается в грузовик для вывоза на поверхность. В более глубоких шахтах руда сбрасывается вниз по рудоспуску (вертикальная или почти вертикальная выработка), где она падает на уровень сбора. На уровне сбора она может пройти первичное дробление щековой или конусной дробилкой или камнедробилкой . Затем руда перемещается конвейерными лентами , грузовиками или иногда поездами к стволу , чтобы быть поднятой на поверхность в ковшах или скипах и опорожненной в бункеры под надводным копром для транспортировки на мельницу.
В некоторых случаях подземная первичная дробилка питает наклонную конвейерную ленту, которая доставляет руду через наклонный ствол прямо на поверхность. Руда подается вниз по рудоспускам, а горнодобывающее оборудование получает доступ к рудному телу через спуск с поверхности.
Самые глубокие шахты
Самые глубокие шахты в мире — это золотые рудники Мпоненг и ТауТона (Западные глубокие уровни) в регионе Витватерсранд в Южной Африке, которые в настоящее время работают на глубине, превышающей 3900 м (12 800 футов). [13]
Самая глубокая недействующая шахта в Азии — Колар в регионе Карнатака в Индии. Закрытая в 2001 году, главная шахта достигла глубины 10 560 футов (3 220 м). Этот регион также является местом самых суровых условий для добычи твердых пород, с температурой воздуха до 45 °C (113 °F). Однако для снижения температуры до примерно 28 °C (82 °F) используются огромные холодильные установки.
Самая глубокая недействующая шахта по добыче твёрдых пород в Северной Америке — шахта Empire в Грасс-Вэлли, Калифорния. Закрыта в 1956 году, основная шахта достигла глубины наклона 11 007 футов (3 355 м). Общая длина всех шахт составляет 367 миль (591 км).
Самая глубокая действующая шахта по добыче твёрдых пород в Северной Америке — шахта Кидд в Канаде, где добывают цинк и медь в Тимминсе , Онтарио . При максимальной глубине 9889 футов (3014 м) эта шахта является самой глубокой шахтой по добыче цветных металлов в мире, а её низкая высота поверхности означает, что дно шахты является самой глубокой доступной неморской точкой на Земле. [14] [15]
Шахта Пенна (шахта №3) компании LaRonde считается самой глубокой шахтой с одним подъемом в Западном полушарии. Новая шахта №4 достигает дна на глубине 2840 м (9320 футов). Расширение шахты LaRonde было завершено в июне 2016 года на глубине 3008 м (9869 футов), что является самой глубокой открытой выработкой в мире. [16]
Самая глубокая действующая шахта в Евразии и Азии — рудник «Скалистый» компании «Норникель» , расположенный в Талнахе . В сентябре 2018 года он достиг глубины 2056 м (6745 футов) под поверхностью. [17]
Самая глубокая шахта в Европе — 16-я шахта урановых рудников в Пршибраме , Чешская Республика , глубиной 1838 м (6030 футов). [18]
^ Бразилия, М. "Проектирование наклонных выработок в подземных шахтах с использованием оптимизации ограниченного пути" (PDF) . math.uwaterloo.ca . Архивировано из оригинала (PDF) 2010-11-24 . Получено 19 июня 2023 .
^ abcdef Пухакка, Тулла (1997). Справочник по подземному бурению и погрузке . Финляндия: Tamrock Corporation. С. 153–170.
^ abc Puhakka, Tulla (1997). Справочник по подземному бурению и погрузке . Финляндия: Tamrock Corporation. С. 98–130.
^ "Vale Inco's Creighton mine: Digging deep by the day". Точка зрения (3): 2. 2008. Архивировано из оригинала 2015-06-21. Вертикальная отступающая добыча (VRM) была введена в середине 1980-х годов для замены метода выемки и заполнения. Метод щелевой выемки, модифицированный VRM, был введен в конце 1990-х годов и заменил добычу VRM.
^ Fowler, JCW; Hebblewhite, BK (2003). "Mining publication" (PDF) . Новый Южный Уэльс. Архивировано (PDF) из оригинала 2006-09-20 . Получено 30-05-2007 .
^ Sjöberg, J., F. Perman, D. Lope Álvarez, BM. Stöckel, K. Mäkitaavola, E. Storvall и T. Lavoie. «Глубокая подуровневая пещерная добыча и влияние на поверхность», в: Deep Mining 2017: Eighth International Conference on Deep and High Stress Mining (Перт, 28–30 марта 2018 г.). Wesseloo, J. (ред.), стр. 357–372. Перт: Австралийский центр геомеханики, Перт, ISBN 978-0-9924810-6-3, 2017.
^ Ладиниг, Тобиас; Вагнер, Хорст; Карлссон, Виммер; Гриниенко, Михаил (2022). «Поднятие обрушения - гибридный метод добычи, решающий текущие проблемы разработки глубоких пещер». BHM Berg- und Hüttenmännische Monatshefte . 167 : 177–186.
^ «LKAB utvecklar ny brytningsmethod – это лучший метод поднять обрушение до» . СВТ (на шведском языке). 08.06.2021 . Проверено 21 июня 2024 г.
^ "TauTona, Anglo Gold, Южная Африка". 2009. Архивировано из оригинала 2019-05-12 . Получено 2009-05-01 .
^ Годкин, Дэвид (1 февраля 2014 г.). «Быть в безопасности — это не случайность». Canadian Mining Journal . Архивировано из оригинала 19 июля 2019 г. Получено 19 февраля 2020 г.
