Комната и столб или столб и стойло — вариант грудной остановки . Это система добычи полезных ископаемых , в которой добытый материал извлекается в горизонтальной плоскости, создавая горизонтальные массивы комнат и колонн. Для этого выкапывают «комнаты» с рудой и оставляют «столбы» из нетронутого материала, поддерживающие кровлю – вскрышу . Расчет размера, формы и положения столбов — сложная процедура и область активных исследований. [1] Этот метод обычно используется для относительно ровно залегающих месторождений, например тех, которые следуют за определенным пластом . Комнатная и столбовая добыча может быть выгодной, поскольку снижает риск оседания поверхности по сравнению с другими методами подземной добычи. [2] Это также выгодно, поскольку его можно механизировать и он относительно прост. Однако, поскольку значительную часть руды придется оставить, извлечение и прибыль могут быть низкими. [1] Комнатная и столбовая добыча была одним из самых ранних методов, [3] хотя и требовала значительно большего количества рабочей силы.
Система комнат и столбов используется при добыче угля , гипса , [4] железа , [5] известняка , [6] и урана [7] руд, особенно когда они встречаются в виде манто или пластовых отложений, камня и заполнителей , талька , кальцинированной соды . и поташ . [8] Он использовался во всем мире, от Чехии [2] до Китая [9] и США. [4]
Планирование разработки камерных и столбовых шахт осуществляется во многом так же, как и другие методы добычи полезных ископаемых, [10] и начинается с установления права собственности на шахту. После этого необходимо проанализировать геологию рудника, поскольку от этого будут зависеть такие факторы, как срок службы рудника, производственные требования, а также стоимость разработки и обслуживания. [10]
Затем следует определить планировку шахты, поскольку при анализе затрат необходимо учитывать такие факторы, как вентиляция, электроэнергия и транспортировка руды [4] [10] . Из-за неоднородного характера месторождений полезных ископаемых, которые обычно разрабатываются камерно-столбовым способом, планировку шахт необходимо составлять очень тщательно. [10] Желательно сохранять размер и форму помещений и колонн одинаковыми, но некоторые шахты отклонились от этой формулы из-за отсутствия планирования и характеристик месторождения. [4] Планировка шахты включает в себя размер помещений и столбов в шахтах, а также такие факторы, как количество и тип входов, высоту крыши, вентиляцию и последовательность разрезов. [10]
Камерные и столбовые шахты разрабатываются на основе сетки, за исключением случаев, когда геологические особенности, такие как разломы, требуют изменения регулярной схемы. Размер столбов определяется расчетным путем. Несущая способность материала над и под добываемым материалом, а также грузоподъемность добытого материала определяют размер столба. [10]
Случайное расположение шахт затрудняет планирование вентиляции, а если столбы слишком малы, существует риск разрушения столба. На угольных шахтах обрывы столбов называются обжатиями, потому что крыша продавливается вниз, разрушая столбы. Как только один столб выходит из строя, вес соседних столбов увеличивается, и в результате возникает цепная реакция отказов столбов. Однажды начавшись, такие цепные реакции чрезвычайно трудно остановить, даже если они распространяются медленно. [11] Чтобы этого не произошло, шахта разделена на участки или панели. [10] Столбы, известные как барьерные стойки, разделяют панели. Столбы барьера значительно больше, чем «панельные» столбы, и имеют такие размеры, чтобы позволить им поддерживать значительную часть панели и предотвращать прогрессирующее обрушение шахты в случае выхода из строя панельных столбов. [10]
Традиционно процесс добычи состоит из трех этапов. Во-первых, месторождение «подрезается», когда в нижней части секции руды вырезается как можно более глубокая щель. Эта подрезка позволяет на более поздних стадиях создать управляемую кучу камня. Второй этап – буровзрывные работы секции. В результате образуется куча руды, которую загружают и вывозят из шахты — последний этап процесса добычи. [10] В более современных камерных и столбовых шахтах используется более «непрерывный» метод, при котором используются машины для одновременного измельчения породы и перемещения ее на поверхность. [12]
Другие процессы, такие как засыпка , при которой выброшенные хвосты выгружаются в выработанные участки [9] , могут использоваться, но не являются обязательными. Ретрит-майнинг (ниже) является примером такого процесса.
Отступающая добыча часто является заключительным этапом камерной и столбовой добычи. После того, как месторождение истощено с помощью этого метода, столбы, которые изначально остались позади, удаляются или «вытягиваются», отступая обратно к входу в шахту. После того, как столбы будут удалены, крыша (или задняя часть) может обрушиться за зоной добычи полезных ископаемых. Удаление столбов должно происходить в очень точном порядке, чтобы снизить риски для рабочих из-за высоких напряжений, оказываемых на оставшиеся столбы опорными напряжениями обрушивающегося грунта.
Отступающая добыча полезных ископаемых является особенно опасной формой добычи полезных ископаемых. По данным Управления по безопасности и гигиене горных работ (MSHA), добыча полезных ископаемых исторически была причиной 25% смертей в угольных шахтах США, вызванных обрушениями кровли или стен, хотя на них приходится лишь 10% угольной промышленности. [13] Отступающая добыча не может использоваться в районах, где просадка недопустима, что снижает рентабельность. [13]
Иногда добыча полезных ископаемых не используется, а подземное пространство вместо этого перепрофилируется под склад с контролируемым климатом или офисное помещение. [14] [15]
Многие камерные и столбовые шахты заброшены уже более 100 лет. [5] Это резко увеличивает риск проседания, если его не обслуживать должным образом, [5] однако техническое обслуживание проводится нечасто. [7]
Комнатная и столбовая добыча — один из старейших методов добычи полезных ископаемых. Ранние камерные и столбовые мины разрабатывались более или менее случайным образом, при этом размеры столбов определялись эмпирически, а курс двигался в любом удобном направлении. [16]
Комнатная и столбовая добыча использовалась по всей Европе еще в 13 веке, [17] и в Соединенных Штатах с конца 18 века. Он все еще используется на всей территории США, [12] но в некоторых частях Европы его скорость замедлилась или полностью прекратилась. [17]
Добыча угля в Соединенных Штатах почти всегда осуществлялась по камерно-столбовой схеме, хотя первоначально в ней задействовано значительно больше рабочей силы. [10]
Комнатная и столбовая добыча гипса использовалась в Айове с 1892 года и была прекращена в 1927 году из-за низкой добычи и разработки технологий, которые сделали добычу открытым способом более практичной, безопасной и экономически эффективной. [4] Совсем недавно, в 1961 году, в США открылась шахта «Гипсовый Сперри» недалеко от Медиаполиса, штат Айова. сторона, разделяющая комнаты одинаковой ширины на гипсовой подушке толщиной около 10 футов (3,0 м). [18]
Многие соляные шахты используют планировку помещений и столбов. Соляная шахта Сифто в Годерихе, Онтарио , крупнейшая в мире, была открыта в 1959 году. Она вскрывает соляной пласт толщиной 30 метров (98 футов) на глубине 533 метра (1749 футов) под поверхностью, в основном под озером Гурон . [19] Соляная шахта Каргилл на глубине 1700 футов (520 м) под поверхностью, в основном под озером Эри в Кливленде, штат Огайо, аналогична. [20]
Современные комнатные и столбовые мины могут быть немногочисленны и редки. Это связано со многими факторами, в том числе с опасностью для горняков, связанной с проседанием, увеличением использования других методов с большей механизацией и снижением стоимости открытых горных работ. [ нужна цитата ]
Комнатная и столбовая добыча особо не зависит от глубины залежи. На особенно больших глубинах камерная и столбчатая добыча может быть более рентабельной по сравнению с открытой добычей, поскольку требуется удалить значительно меньше вскрышных пород . [9] Это означает, что сегодня камерная и столбчатая добыча в основном используется для добычи богатых, но небольших и глубоких месторождений. [ нужна цитата ]
Из-за того, что в некоторых случаях коэффициент извлечения составляет всего 40%, [4] камерная и столбовая добыча не может конкурировать по рентабельности со многими современными, более механизированными видами горных работ, такими как длинные или открытые разработки . [ нужна цитата ]
Заброшенные шахты имеют тенденцию обрушиваться. В отдаленных районах обвалы могут быть опасны для дикой природы, [21] но оседание заброшенных шахт может быть опасным для инфраструктуры над ними и поблизости. [5] [17] Значительное количество угля осталось на столбах в качестве опоры крыши.
Примечание