Вскрытие и подготовка месторождений полезных ископаемых

Министерство образования и  науки России

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

 

«Сибирский государственный индустриальный университет»

 

Прокопьевский филиал

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка

 

 

 

к курсовому  проекту

по  дисциплине  «Вскрытие и подготовка месторождений полезных ископаемых»

 

 

 

Студент:    группы ВГП-08___                             Никитин Е.В.____

 

 

 

Руководитель: _____________________________Першаев А.Н._____

 

 

____________               ______________

(дата)                    (отметка о сдаче) 

 

 

 

 

Прокопьевск 2012

 

Содержание 

 

 

Введение	1
Основные параметры шахты.	2
Расчёт промышленных запасов.	3
Расчёт нагрузки на очистной забой.	4
Проектная мощность шахты.	5
Срок службы шахты.	7
Выбор способа вскрытия шахтного поля.	8
Выбор схемы подготовки шахтного поля.	9
Выбор системы разработки шахтного поля.	10
Расчет капитальных затрат на проведение горных выработок по вариантам.	12
Использованная литература.	15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

 

 

Угольная  промышленность является одной из крупнейших отраслей экономики России. Несмотря на то, что в связи с переходом  к рыночной экономике закрепился ряд убыточных шахт и сократилось число занятых в угольной отрасли. Шахты и разрезы остаются основными поставщиками сырья для металлургической, химической и топливно-энергетической отраслей хозяйства.

В результате чего возникает вопрос о минимизации  экономических и производственных затрат на добычу полезного ископаемого, сохраняя при этом высокую степень безопасности на предприятии. Вследствие того, что угольные пласты чаще всего залегают глубоко под землей, имеют различные мощности и углы падения фундаментальное значение для экономической стабильности и безопасности производства несет вскрытие и подготовка месторождения полезного ископаемого. При глубоком залегании пластов угля целесообразно произвести вскрытие и подготовку месторождения подземным способом.

 

Вскрытием шахтного поля называется обеспечение доступа с поверхности земли к месторождению (или его части) путём проведения горных выработок с целью создания условий для подготовки и отработки его запасов.  Главная цель вскрытия шахтного поля заключается в том, что создаётся транспортная связь между очистным забоем, местами основной добычи полезного ископаемого и пунктом приёма его на поверхности, в обеспечении условий для безопасного перемещения людей, а также комфортных и безопасных условий на рабочем месте.

 

Очистная выемка это комплекс работ по выемке полезного ископаемого из очистных забоев. Особенностью добычи полезных ископаемых является непрерывность перемещения рабочего места, которое обеспечивается систематическим воспроизводством фронта очистных забоев путём проведения подготовительных выработок.

 

Разработкой месторождения полезного  ископаемого называют совокупность работ по вскрытию, подготовке и очистной выемке полезного ископаемого. Период ведения очистных работ по добыче полезного ископаемого называют эксплуатацией шахтного поля.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Основные параметры шахты.

 

Каждому шахтному полю соответствуют определенные запасы полезного ископаемого. В зависимости  от мощности и условий залегания  угольного пласта, а так же качества угля различают балансовые и забалансовые запасы полезного ископаемого. Балансовыми называются такие запасы, разработка которых экономически целесообразна. Забалансовыми называют запасы, использовать которые в настоящее время экономически не целесообразно. Геологическими называют общее количество запасов полезного ископаемого месторождения или его части:

 

Геологические запасы шахтного поля определяются по формуле:

 

(1.1)

 

где  L – длина шахтного поля по простиранию, м.L=6600м;

H– наклонная глубина шахтного поля, м.;

Σm_i–суммарная мощность пластов, м.;

γ – объёмный вес угля (принимаем 1,5 т/м³);

Суммарная мощность пластов рассчитывается по формуле:

 

(1.2)

 

где:  m₁, m₂, m₃, m₄,…m_n – мощность пласта в свите соответственно, м;

 

 

 

Наклонная глубина  шахтного поля рассчитывается по следующей  формуле:

(1.3)

 

где Н_ш.п.– глубина горных работ, м. H_ш.п.=200м.;

Н_нанос.– глубина (мощность) наносов, м.H_нанос.=10м.;

α  – угол падения свиты пластов, град. α=10°;

Отсюда глубина  горных работ составит:

 

 

 

Таким образом, геологические запасы шахтного поля составят:

 

 

 

2. Расчёт промышленных запасов.

 

Не все  пласты целесообразно разрабатывать в настоящее время. Пласты мощностью менее 0,7м относят к забалансовымзапасам и они не учитываются при подсчете балансовых запасов шахтного поля:

(2.4)

где – суммарная мощность балансовых пластов (пластов мощностью более 0,7м), м.;

 

 

Часть балансовых запасов, которая может быть выдана на поверхность при  разработке месторождения, называется промышленными запасами[1]:

(2.5)

 

где Z_потерь – суммарные потери угля в пределах шахтного поля, т.;

(2.6)

 

где Zэкс. – эксплуатационные потери угля, т.;

Zоб – общие потери угля в пределах шахтного поля. (Общие потери угля складываются из потерь запасов в охранных целиках и потерь у геологических нарушений. Данный проект не рассматривает вскрытие и подготовку шахтного поля в условиях нарушености пластов. Поэтому общие потери угля равняются потерям запасов в охранных целиках независимо от способа разработки месторождения), т;

 

Потери запасов в охранных целиках:

(2.7)

 

где – потери запасов в охранных целиках, т.;

 

 

Эксплуатационные  потери угля:

(2.8)

 

где – коэффициент эксплуатационных потерь,0,08;

 

Суммарные потери:

 

 

Промышленные запасы угля:

 

 

 

 

 

3. Расчёт нагрузки на очистной  забой.

 

Для расчёта  нагрузки на очистной забой сначала  выбирают систему разработки для  первого отрабатываемого пласта по углу падения и его мощности (.

Учитывая  горно-геологические условия строения шахтного поля и опыт работы других шахт в аналогичных условиях при отработке пологих пластов средней мощности, принимаем систему разработки - длинные столбы по простиранию. По мощности первого отрабатываемого пласта (m=2) выбираем тип механизированного комплекса.

Мехкомплекс КМ  142:

Тип крепи	М 142
Длина в поставке	150 м
Комбайн	РКУП 25, 1КШЭ
Конвейер	СП 301

 

Месячная  нагрузка на очистные забои определяется по формуле:

(3.9)

где n – количество рабочих дней в месяц, n=25;

А_сут. – суточная нагрузка на очистной забой, т/сут.;

N_заб. – количество забоев.

Суточную  нагрузку выбирают в зависимости  от принимаемогомехкомплекса:

Для КМ 142   А_сут = от 2000 до 2400 т/сут.

Принимаем А_сут =2200 т/сут., тогда месячная нагрузка на очистной забой будет равна:

 

 

Пласты свиты  отрабатывают в нисходящим, восходящем или смешанном порядке.

При нисходяшищем порядке выемку пластов начинают с верхнего пласта свиты. При этом происходит надработка нижележащего пласта.

При восходящем порядке первым отрабатывают нижний пласт свиты. При этом происходит подработка вышележащего пласта.

При смешанном  порядке первым отрабатывают один из средних пластов свиты.

Условие подготовки записывают так:

 

где  М_n- мощность междупластья, м;

m_n- мощность пласта, м;

М₁=10 ≥ 6*2;

10 ≥ 12;

Условие не соблюдается, значит, в данном курсовом проекте принимаем нисходящий порядок  отработки пластов.

 

4. Проектная мощность  шахты.

 

Проектная мощность шахты – сложная технолого-экономическая  категория, характеризующая способность  основных фондов и организационных  структур к выпуску определённого  объёма полезного ископаемого в  единицу времени и отражающая меру удовлетворения потребностей в  угле конкретной шахты, степень целесообразности концентрации работ и прогрессивности  проектных решений. Для определения  проектной мощности шахты разработано  множество методов: статистических, эвристических, аналитических. Однако,достаточной надёжностью и достоверностью они не обладают. Поэтому на этапе пред проектных работ, а также в учебном процессе используются упрощённые методы, устанавливающие зависимость проектной мощности только от основных влияющих факторов.

 

(4.13)

 

где  k_пл. – коэффициент, учитывающий влияние числа угольных пластов в шахтном поле (n_пл.), и принятых к одновременной разработке (n_пл.о.р.):

(4.14)

 

где n_пл. – количество всех пластов в шахтном поле, n_пл=5;

n_пл.о.р.– количество одновременно отрабатываемых угольных пластов, n_пл.о.р=1;

 

 

k_ноз. – коэффициент, учитывающий влияние нагрузки на очистной забой на уровень проектной мощности шахты:

 

(4.15)

 

где  ψ– коэффициент, отражающий степень влияния средней нагрузки на одиночный забой на годовую мощность шахты, учитывающий вместе с тем особенности угольных бассейнов: для Кузбасса ψ= 0,0016;

А_о.з.м. – месячная нагрузка на забой_;

m_ср. – средняя мощность пластов в шахтном поле,m_ср.=2,8 м.;

m_pi. – мощность i-го пласта, принятого к разработке,m_pi=2,0м.;

Z_пром. – промышленные запасы, ;

m_о. – мощность всех пластов, принятых к одновременной разработке, m_о.= 2,0м.;

 –  мощность всех рабочих пластов в шахтном поле,=14м.

 

 

 

k_ш. - коэффициент, учитывающий влияние глубины разработки и угла падения угольных пластов:

 

(4.16)

 

где  Н_в.г. – глубина верхней границы шахтного поля, м.;

Н_н.г. – глубина нижней границы шахтного поля, м.;

 

 

 

Проектная мощность шахты равна:

 

 

 

 

 

Принимается проектная мощность шахты равная =2400тыс.т/год.

 

 

5.Срок  службы шахты.

 

 

Срок службы шахты определяется в абсолютном понимании для нового строительства и объединения шахт и включает период отработки всех запасов в границах горного отвода шахты. В остальных случаях развития шахтного фонда следует говорить о продолжительности отработки горизонта, геологического участка, пласта или группы пластов, блоков, панелей, выемочных полей, соответственно той части шахтного поля, на которую распространяется воспроизводство запасов.

 

Общий срок службы (Т_СЛ.) исчисляется от момента сдачи в эксплуатацию до полной отработки запасов, и складывается из периодов:

-период освоения  проектной мощности – Т_ОСВ.(3 года)

-период стабильной  эксплуатации – Т_СТ. 

-период угасания  добычи – Т_УГ.(на 10–15% меньше Т_ОСВ. ≈2,7 года)  

 

 

(5.17)

 

 

(5.18)

 

 

 

 

 

Тогда срок службы шахты равен:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Выбор способа вскрытия  шахтного поля.

 

Вскрытием шахтногополя называется обеспечение доступа с поверхности земли к месторождению (или его части) путём проведения горных выработок с целью создания условий для подготовки и отработки его запасов.  Различают вертикальные и горизонтальные вскрытия. Вертикальное вскрытие – это обеспечение доступа с поверхности к разрабатываемому горизонту, горизонтальное – собственно вскрытие угольных пластов приделах горизонта.

Способом  вскрытия  называется проведение системы  вскрывающих выработок в шахтном  поле  относительно элементов залегания  пластов, и функциональное назначение этих выработок.

Горные выработки, используемые для вскрытия шахтных  полей, делятся на:

1) главные – проводимые с поверхности земли (вертикальные стволы, наклонные стволы, горизонтальные штольни).

2) вспомогательные – не имеющие непосредственного выхода на земную поверхность и служащие для вскрытия пласта или свиты пластов от главных вскрывающих выработок (горизонтальные – квершлаги; наклонные – квершлаги и скаты; вертикальные – гезенки и слепые стволы).

Главные вскрывающие  выработки могут располагаться  относительно элементов залегания  пластов самым различным образом. На их направление и расположение влияют рельеф местности, глубина залегания  пластов, их мощность и угол падения, а так же свойства вмещающих пород.

Выбор направления  вспомогательных вскрывающих выработок  определяется конкретными горно-геологическими условиями (числом вскрываемых пластов, углом их падения и величиной  междупластья). По размерам запасов, вскрываемых  с помощью вспомогательных выработок, а соответственно и сроку их отработки, все вспомогательные выработки  делятся на:

• капитальные – служат в течение всего срока отработки запасов шахтного поля;
• погоризонтные - служат в течение срока отработки запасов горизонта;
• этажные - служат в течение срока отработки запасов этажа.

Схемой вскрытия называют пространственное расположения вскрывающих выработок относительно элементов шахтного поля. По количеству вскрываемых горизонтов схемы вскрытия делят на одногоризонтные и многоризонтные, в зависимости от взаимного расположение главных вскрывающих выработок – центрально – сдвоенными, центрально-отнесенными, фланговыми, отнесенными или сенционными (блоковыми) стволами.

Таким образам, способ вскрытия дает представления  о том, каким выработками (чем) вскрывается  месторождение, а схема- где эти  выработки расположены.

Для конкретных горно-геологических условиях выбирается рациональный вариант вскрытия шахтного поля, представляющий какую-либо предпочтительную совокупность названых схем и способов вскрытия (например, одно или многогоризонтоне вскрытие вертикальными или наклонными стволами с капитальным, погоризонтными или слепым столами при центральном, отнесенном, фланговом .

7. Выбор схемы подготовки  шахтного поля.

В зависимости  от горно-геологических условий  разрабатываемого месторождения, в  соответствии с нормами технологического проектирования угольных шахт, выбирается один из известных способов подготовки шахтного поля:

этажный –  для крутых и крутонаклонных пластов;

панельный – для наклонных и пологих;

погоризонтный – для весьма пологих;

комбинированный – для пластов с переменным характером залегания.

При этажной  подготовке наклонных и крутонаклонных пластов горизонт по восстанию или падению делят на этажи с наклонной высотой 200–500м. На крутых пластах вертикальную высоту этажа принимают равной  100–120м.

Панельную подготовку обычно применяют на пологих, иногда на наклонных пластах. В этом случае наклонную высоту горизонта принимают  равной наклонной высоте панели, обычно 1000–1200м.

Горизонт  по простиранию делят на панели размером по простиранию 2–3км. Этот размер при проектировании уточняют таким образом, чтобы в границах поля по простиранию разместилось целое число панелей одинаковых размеров. По восстанию панель делят на ярусы, наклонную высоту которых устанавливают в зависимости от мощности и угла падения пласта.

Для данных условий, т.е. для пологого падения пластов, довольно большого междупластья принимается панельный способ подготовки шахтного поля.

8. Выбор системы разработки

Система разработки выбирается в соответствии с главными геологическими и горно-техническими условиями. Так при наклонных и пологих пластах мощностью до 5м. рекомендуется применять систему разработки длинными столбами по простиранию, а на пластах с углом падения до 10 градусов – длинными столбами по падению (восстанию).

Размеры выемочных полей и очистного  забоя.

Для действующих  шахт, отрабатывающие пологие и наклонные  пласты, рекомендуемая длина выемочного поля находится в пределах от 800 до 1500м., крыша панели – от 800 до 1500м. Для проектируемых шахт и новых  горизонтов длину выемочного поля следует принимать не менее 1500м.

 

 

9. Расчет капитальных затрат на  проведение горных выработок  по вариантам.

 

Для того чтобы  способ вскрытия и схема подготовки шахтного поля имели  минимальные  затраты, целесообразно рассмотреть  несколько вариантов, один из которых  будет наиболее выгодный. Суть метода заключается в том, что для решения любой задачи выбирается несколько наиболее вероятных, безопасных и пригодных для использования вариантов, разрабатываются для них проектные решения, обосновываются общие для всех критерии цели, по этим критериям определяется экономическая эффективность каждого варианта и осуществляется выбор из их числа наиболее эффективного.

Важнейшими  правилами и условиями успешного  применения метода вариантов являются следующие. Прежде всего – правильный выбор вариантов для сравнения, который должен основываться на глубоком анализе условий задачи и горно-геологических условий месторождения. Второе важнейшее условие – это выбирать наиболее полно отвечающие условию и характеру задачи критерии оценки, а так же состав объемов горных работ и строительно-монтажных работ и затрат на их выполнение. Важно также иметь в виду, что чем больше число вариантов, тем выше точность, поэтому число вариантов должно быть достаточно большим, но не чрезмерно из-за роста трудоемкости расчетов. Точность и сопоставимость исходных данных должна обеспечивать необходимую достоверность результатов. Варианты должны оцениваться и сопоставляться по абсолютной и относительной величине критерия сравнения.

Исходя из данных нам горно-геологических  условий,   возможные  способы вскрытия - вертикальными стволами, наклонными стволами, или комбинированным способом (главный ствол – вертикальный, вспомогательный ствол – наклонный) схема подготовки - этажная.Порядок отработки пластов нисходящий.

1 вариант

Шахтное поле вскрываем вертикальными стволами ( не менее двух) в породах лежачего бока свиты, при такой расположенности пластов отсутствуют потери полезного ископаемого в предохранительных целиках, а сами стволы не подвергаются деформациям под влиянием очистных работ. Главный ствол оборудуют скиповыми подъёмами. Второй ствол оборудуют клетьевыми подъёмами. Транспортный горизонт включает в себя околоствольный двор и главный квершлаг. Подсчет капитальных затрат на проведение вскрывающих выработок приведен в таблице №1

2 вариант

Вскрывается главным и вспомогательным наклонными стволами. Стволы расположены в лежачем боку свиты. При таком способе вскрытия наклонный ствол подвергается деформации под влиянием очистных работ, что требует дополнительных затрат на поддержание выработки. Подсчет капитальных затрат на проведение вскрывающих выработок приведен в таблице №2

 

3 вариант

Отличается  от предыдущих тем, что главный и  вспомогательный стволы наклонные. Стволы расположены в центре шахтного поля.При таком способе вскрытия увеличиваются потери полезного ископаемого в предохранительных целиках и наклонный ствол подвергается деформации под влиянием очистных работ, что требует дополнительных затрат на поддержание выработки. Но сокращается длина капитальных горных выработок. Подсчет капитальных затрат на проведение вскрывающих выработок приведен в таблице №3

 Вертикальные  и наклонные стволы следует  проводить ниже откаточного горизонта  на 5м, для расположения зумпфа. Тогда длина вертикального ствола  равна 205м. А длина наклонного ствола рассчитывается по формуле:

 

(5.19)

 

 где Н_р. – глубина ведения горных работ, Н_р.=200м;

β – угол заложения наклонного ствола, β=15°;

 

 

 

Длина главного квершлага при проведении наклонных  стволов равна 3035м, при проведении вертикальных стволов – 3370м.

Сравнивая затраты  на проведение выработок, вариант с  наименьшими капитальными затратами  будет выглядеть следующим образом.

Расчет  капитальных затрат на проведение выработок  в сводных таблицах (1), (2) и (3).

Себестоимость прохождения 1 м вертикальной выработки сечением 28,3 м², с учетом заработной платы, расходов на материалы, амортизацию оборудования  и монтажом металлического каркаса = 283019 руб/м;

Себестоимость проходки 1 м горизонтальной выработки вместе с зачислением зар.платы проходческой бригаде, амортизацией оборудования, укладкой рельсового пути и снабжением необходимыми материалами составляет:  42 215 руб/м для выработки сечением 15,5м²;

Себестоимость прохождения 1 м наклонной выработки сечением 23,8 м², с учетом заработной платы, расходов на материалы, амортизацию оборудования  и монтажом металлического каркаса = 169811руб/м;

 

 

 

 

 

Вариант 1       Таблица 1

 

Выработки	S св. М2	Крепь выработки	Объем проведения, м.	Стоимость руб.	Затраты руб.
Главный вертикальный ствол	28,3	бетон	205	283019	58018895
Вспомогательный вертикальный ствол	28,3	бетон	205	283019	58018895
Главный квершлаг	15,5	метал	3370	42215	142264550
Всего					258302340

 

Вариант 2         Таблица 3

 

Выработки	S св. М2	Крепь выработки	Объем проведения, м.	Стоимость руб.	Затраты руб.
Главный наклонный ствол	23,8	бетон	777	84905	65971185
Вспомогательный наклонный ствол	23,8	бетон	777	84905	65971185
Главный квершлаг	15,5	метал	3035	42215	128122525
Всего					260064895

 

Вариант 3         Таблица 3

 

Выработки	S св. М2	Крепь выработки	Объем проведения, м.	Стоимость руб.	Затраты руб.
Главный наклонный ствол	23,8	бетон	777	84905	65971185
Вспомогательный наклонный ствол	23,8	бетон	777	84905	65971185
Главный квершлаг	15,5	метал	2322	42215	98023230
Всего					229965600

 

В результате полученных данных видно, что объём  проведения капитальных выработок, а значит и капитальные затраты  по второму и первому варианту превышают затраты для третьего варианта. При этом необходимо также учесть, что транспортирование горной массы по наклонному стволу дешевле чем по вертикальному. Таким образом, вскрытие и подготовка шахтного поля будет производиться по третьему варианту.

 

Список литературы

 

1. Килячков А.П. Технологии горного производства. – М.: Недра, 1985.-304 с.
2. Бурчаков А.С. Технологии подземной разработки пластов месторождений полезных ископаемых. - М.: Недра, 1983.- 487 с.
3. Бурчаков А.С., Гринько Н.К., Черняк И.Л. Процессы подземных горных работ. – М.: Недра, 1982. – 423 с.
4. Способы вскрытия, подготовки и системы разработки шахтных полей. Под общейй1 редакцией Братченко Б.Ф. – М.: Недра, 1985. – 495 с.
5. Бурчаков А.С., Жежелевский Ю.А., Ярунин С.А. Технология и механизация подземной разработки пластов месторождений– М.: Недра, 1989. – 431 с.