Камерно-столбовая или столбовая выемка — это разновидность отбойки . Это система добычи , в которой добываемый материал извлекается по горизонтальной плоскости, создавая горизонтальные ряды камер и столбов. Для этого выкапываются «комнаты» руды , в то время как «столбы» нетронутого материала оставляются для поддержки кровли — вскрыши . Расчет размера, формы и положения столбов — сложная процедура и область активных исследований. [1] Этот метод обычно используется для относительно ровно залегающих месторождений, таких как те, которые следуют за определенным пластом . Камерно-столбовая выемка может быть выгодной, поскольку она снижает риск проседания поверхности по сравнению с другими методами подземной добычи. [2] Она также выгодна, поскольку ее можно механизировать, и она относительно проста. Однако, поскольку значительные части руды, возможно, придется оставить, извлечение и прибыль могут быть низкими. [1] Камерно-столбовая выемка была одним из самых ранних методов, [3] хотя и со значительно большей рабочей силой.
Система камер и столбов используется при добыче угля , гипса , [4] железной [ 5] известняковой [6] и урановой [7] руды, особенно когда она встречается в виде манто или пластовых отложений, камня и заполнителей , талька , кальцинированной соды и поташа . [8] Она используется по всему миру от Чешской Республики [2] до Китая [9] и США. [4]
Планирование разработки шахт с камерно-столбовой системой добычи во многом похоже на другие методы добычи [10] и начинается с установления права собственности на шахту. После этого необходимо проанализировать геологию шахты, поскольку это определит такие факторы, как срок службы шахты, производственные требования и стоимость разработки и обслуживания. [10]
Далее следует определить план шахты, поскольку такие факторы, как вентиляция, электроэнергия и транспортировка руды должны быть учтены [4] [10] при анализе затрат. Из-за неоднородной природы месторождений полезных ископаемых, которые обычно добываются камерно-столбовым способом, план шахты должен быть нанесен на карту очень тщательно. [10] Желательно сохранять размер и форму камер и столбов постоянными, но некоторые шахты отклонились от этой формулы из-за отсутствия планирования и характеристик месторождения. [4] План шахты включает размер камер и столбов в шахтах, но также включает такие факторы, как количество и тип входов, высота крыши, вентиляция и последовательность разрезов. [10]
Шахты камерно-столбового типа разрабатываются на основе сетки, за исключением случаев, когда геологические особенности, такие как разломы, требуют изменения регулярной схемы. Размер столбов определяется расчетом. Несущая способность материала выше и ниже добываемого материала и мощность добываемого материала определяют размер столба. [10]
Случайная планировка шахты затрудняет планирование вентиляции, а если столбы слишком малы, существует риск обрушения столба. В угольных шахтах обрушения столбов известны как выдавливания, потому что крыша сдавливает столбы, сдавливая их. Как только один столб выходит из строя, вес соседних столбов увеличивается, и в результате возникает цепная реакция обрушений столбов. После начала такие цепные реакции бывает крайне сложно остановить, даже если они распространяются медленно. [11] Чтобы этого не произошло, шахта делится на участки или панели. [10] Столбы, известные как барьерные столбы, разделяют панели. Барьерные столбы значительно больше «панельных» столбов и имеют такой размер, чтобы они могли поддерживать значительную часть панели и предотвращать постепенное обрушение шахты в случае обрушения панельных столбов. [10]
Традиционно процесс добычи состоит из трех этапов. Во-первых, месторождение «подрезается», где вырезается щель как можно глубже вдоль дна разреза руды. Эта подрезка позволяет получить управляемую кучу породы на более поздних стадиях. Вторым этапом является бурение и взрывные работы разреза. Это создает кучу руды, которая загружается и вывозится из шахты — заключительный этап процесса добычи. [10] Более современные шахты с камерами и столбами используют более «непрерывный» метод, который использует машины для одновременного измельчения породы и перемещения ее на поверхность. [12]
Другие процессы, такие как засыпка , когда отброшенные хвосты выгружаются в выработанные зоны, [9] могут использоваться, но не являются обязательными. Откатная добыча (ниже) является примером такого процесса.
Отступающая добыча часто является заключительным этапом камерно-столбовой добычи. После того, как месторождение было исчерпано с использованием этого метода, столбы, которые были оставлены изначально, удаляются или «вытягиваются», отступая назад к входу в шахту. После удаления столбов кровля (или задняя часть) может обрушиться позади зоны добычи. Удаление столбов должно происходить в очень точном порядке, чтобы снизить риски для рабочих из-за высоких напряжений, оказываемых на оставшиеся столбы упорными напряжениями обрушающейся почвы.
Отступающая добыча является особенно опасной формой добычи. По данным Управления по безопасности и охране труда в горнодобывающей промышленности (MSHA), столбовая добыча исторически была ответственна за 25% смертей в американской угольной промышленности, вызванных обрушением кровли или стен, хотя она составляет всего 10% угольной промышленности. [13] Отступающая добыча не может использоваться в районах, где просадка недопустима, что снижает прибыльность. [13]
Иногда откатная добыча не используется, а подземное пространство перепрофилируется под хранилище с контролируемым климатом или офисное помещение. [14] [15]
Многие шахты камерно-столбового типа заброшены уже более 100 лет назад. [5] Это резко увеличивает риск проседания, если не проводить надлежащее обслуживание, [5] однако обслуживание проводится нечасто. [7]
Камерно-столбовая разработка является одним из старейших методов добычи полезных ископаемых. Ранние камерно-столбовые разработки разрабатывались более или менее случайным образом, размеры столбов определялись эмпирически, а забои проводились в любом удобном направлении. [16]
Камерно-столбовая добыча применялась по всей Европе еще в 13 веке, [17] а в Соединенных Штатах — с конца 18 века. Она все еще применяется по всей территории США, [12] но замедлилась или полностью прекратилась в некоторых частях Европы. [17]
Добыча угля в Соединенных Штатах почти всегда велась по камерно-столбовой схеме, хотя изначально для этого требовалось значительно больше рабочей силы. [10]
Камерно-столбовая добыча гипса использовалась в Айове с 1892 года и была прекращена в 1927 году из-за низкого извлечения и разработки технологий, которые сделали поверхностную добычу более практичной, безопасной и экономически эффективной. [4] Совсем недавно, в 1961 году, открылась шахта United States Gypsum Sperry недалеко от Медиаполиса, штат Айова . Эта камерно-столбовая шахта, расположенная на глубине 620 футов (190 м) под поверхностью, имеет квадратные столбы 37 футов (11 м) на стороне, разделяющей камеры одинаковой ширины в гипсовом пласте толщиной около 10 футов (3,0 м). [18]
Многие соляные шахты используют камерно-столбовую планировку. Соляная шахта Sifto в Годериче, Онтарио , крупнейшая в мире, была открыта в 1959 году. Она разрабатывает соляной пласт толщиной 30 метров (98 футов) на расстоянии 533 метров (1749 футов) от поверхности, в основном под озером Гурон . [19] Соляная шахта Cargill на глубине 1700 футов (520 м) от поверхности, в основном под озером Эри в Кливленде, штат Огайо, похожа. [20]
Современные шахты с камерами и столбами могут быть немногочисленны и разбросаны. Это обусловлено многими факторами, включая опасности для шахтеров, связанные с просадкой, растущее использование других методов с большей механизацией и снижение стоимости открытой добычи. [ необходима цитата ]
Камерно-столбовая добыча не особенно зависит от глубины месторождения. На особенно больших глубинах камерно-столбовая добыча может быть более рентабельной по сравнению с открытой добычей из-за того, что требуется удалить значительно меньше вскрышных пород . [9] Это означает, что сегодня камерно-столбовая добыча в основном используется для высокосортных, но небольших, глубоких месторождений. [ требуется ссылка ]
Из-за низкой скорости извлечения, составляющей в некоторых случаях всего 40%, [4] камерно-столбовая разработка не может конкурировать по рентабельности со многими современными, более механизированными типами добычи, такими как добыча длинными забоями или открытым способом . [ требуется ссылка ]
Заброшенные шахты имеют тенденцию к обрушению. В отдаленных районах обрушения могут быть опасны для дикой природы, [21] но просадка заброшенных шахт может быть опасной для инфраструктуры выше и поблизости. [5] [17] Значительное количество угля остается на столбах в качестве опоры крыши.
Примечание