Введение

Методы добычи, используемые для извлечения твердых минералов и драгоценных камней

Подземная добыча твердых пород относится к различным подземным методам добычи, используемым для извлечения "твердых" минералов, обычно содержащих металлы, таких как руды, содержащие золото, серебро, железо, медь, цинк, никель, олово и свинец. Также применяются те же методы, что и для извлечения руд драгоценных камней, таких как алмазы и рубины. Добыча мягких пород подразумевает извлечение более мягких минералов, таких как соль, уголь и нефтяные пески.

Подъезд к подземке

Доступ к подземной руде можно получить через наклонный штрек (рампу), наклонный вертикальный ствол или аддит.

1. Планирование и подготовка

Планирование и подготовка — важнейшие начальные этапы процесса алмазного бурения. На этом этапе проводится всесторонняя оценка площадки и создается необходимая основа для успешной буровой операции. Ниже приводится описание ключевых аспектов:

A) Оценка площадки

Перед началом бурения проводится тщательная оценка участка для определения оптимальных точек бурения. Эта оценка включает в себя изучение таких факторов, как тип материала, подлежащего бурению, геологические условия, потенциальные препятствия (например, подземные коммуникации) и несущая способность грунта. Эта информация позволяет выявить подходящие участки для бурения, которые минимизируют риски и обеспечивают достоверные результаты.

B) Разрешения и разрешения

В зависимости от местоположения и нормативных актов, регулирующих участок, может потребоваться получение разрешений и согласований перед началом буровых работ. Это предполагает понимание и соблюдение местных правил, экологических требований и любых специальных условий для бурения в определенных районах.

В) Относительно безопасности

Безопасность является первостепенной задачей при любых буровых работах. На этапе планирования разрабатываются протоколы и меры безопасности для защиты персонала, оборудования и окружающей среды. Это включает в себя оценку потенциальных рисков, разработку планов действий в чрезвычайных ситуациях и обеспечение доступности необходимого оборудования для обеспечения безопасности.

D) Оборудование и ресурсы

Планирование также включает в себя определение оборудования и ресурсов, необходимых для проведения кернового бурения. Это подразумевает выбор подходящей буровой установки, буровых коронок и вспомогательного оборудования, исходя из таких факторов, как материал, подлежащий бурению, требуемый диаметр керна и глубина бурения. Также учитываются достаточные ресурсы, такие как водоснабжение, буровой раствор и охлаждающие жидкости, для обеспечения бесперебойной работы бурения.

E) Временная линия и логистика

Для эффективного управления проектом необходимо установить график проекта кернового бурения. Это включает в себя определение 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 керновому бурению, специалисты могут снизить риски, обеспечить соответствие нормативным требованиям и оптимизировать процесс бурения. Тщательная оценка площадки, получение необходимых разрешений и учет мер безопасности и требований к оборудованию способствуют успешной и эффективной операции кернового бурения. Уклоны могут представлять собой спиральный туннель, который огибает либо боковую часть месторождения, либо охватывает его по периметру. Уклон начинается с выемки, которая является порталом на поверхность. В зависимости от количества вскрышных пород и качества коренных пород, для обеспечения безопасности может потребоваться оцинкованный стальной водоотводный канал. Они также могут начинаться в стенке открытой горной выработки.

Шахты – это вертикальные выработки, проходятся вблизи рудного тела. Шахты используются для рудных тел, когда вывоз руды на поверхность грузовиками является неэкономичным. Вывоз руды по шахте экономически выгоднее, чем грузовой вывоз на большой глубине, и шахта может иметь как уклон, так и пандус.

Адиты – это горизонтальные выработки, проходящие в бок холма или горы. Адиты используются для горизонтальных или почти горизонтальных рудных тел, когда нет необходимости в пандусе или шахте. Уклоны часто начинаются со стороны борта карьера, когда руда имеет достаточно высокую пробу, чтобы поддерживать подземные горные работы, но вскрышное отношение становится слишком большим для поддержания открытых горных методов. Они также часто строятся и поддерживаются в качестве аварийного безопасного доступа из подземных выработок и средства для перемещения крупногабаритного оборудования к выработкам.

Доступ к руде

Уровни прокладываются горизонтально от наклонного штрека или ствола для доступа к рудному телу. Затем выемочные камеры (стопы) разрабатываются перпендикулярно (или почти перпендикулярно) уровню в руде.

Разработка горнодобывающей промышленности против добычи полезных ископаемых

Существует две основные фазы подземной добычи: проходка и добыча. Проходка состоит из выемок, выполняемых преимущественно в пустой (нерудной) породе для обеспечения доступа к рудному телу. Проходка включает шесть этапов: удаление ранее взрытого материала (выборка породы), крепление (удаление неустойчивых обломков породы с кровли и боковых стенок для защиты рабочих и оборудования от повреждений), установка крепи и/или усиление с использованием торкрета и т.п., бурение забоя, зарядка взрывчатых веществ и взрыв. Для начала добычи первым шагом является создание спуска. Этот спуск называется "наклонным штреком", как описано выше. Перед началом проходки наклонного штрека необходимо провести всестороннее планирование энергоснабжения, схемы бурения, водоотлива, вентиляции и системы выемки породы. Добыча подразделяется на два метода: длинноствольная и короткоствольная. Короткоствольная добыча аналогична проходке, за исключением того, что она ведется в руде. Существует несколько различных методов длинноствольной добычи. Как правило, для длинноствольной добычи требуется два выработанных пространства в руде на разных уровнях ниже поверхности (на расстоянии 15–30 м друг от друга). Между этими пространствами бурятся скважины, которые заряжаются взрывчатыми веществами. Скважины взрываются, и руда извлекается из нижнего выработанного пространства.

Вентиляция

Одним из самых важных аспектов подземной разработки твёрдых пород является вентиляция. Вентиляция – основной способ удаления опасных газов и/или пыли, образующихся при буровзрывных работах (например, кварцевой пыли, NOx), от дизельного оборудования (например, дизельных частиц, угарного газа) или для защиты от газов, естественно выделяющихся из горных пород (например, радона). Вентиляция также используется для регулирования температуры в подземных выработках для обеспечения комфортных условий труда. В глубоких и жарких шахтах вентиляция применяется для охлаждения рабочих мест, однако в очень холодных районах воздух подогревается до температуры немного выше нуля перед подачей в шахту. Вентиляционные стволы обычно используются для подачи воздуха с поверхности в рабочие зоны и могут быть адаптированы для использования в качестве аварийных путей эвакуации. Основными источниками тепла в подземных рудниках твёрдых пород являются температура первичных горных пород, оборудование, адиабатическое сжатие и трещинные воды. К другим незначительным факторам относятся тепло человеческого тела и взрывы.

Наземная поддержка

Для поддержания устойчивости выработок требуется некоторая система крепления. Эта система крепления бывает двух видов: локальное крепление и крепление по площади.

Полевая поддержка

Наземная поддержка площадки используется для предотвращения крупных обрушений грунта. В потолок и стены бурят скважины, в которые устанавливают длинный стальной стержень (или анкер) для скрепления грунта. Существует три категории анкеров, различающихся способом их закрепления в породе. Это:

Механические болты

Ключевые анкерные болты (или болты с расширительной гильзой) являются распространенным типом крепления горных выработок. Анкерный болт представляет собой металлический стержень диаметром от 20 до 25 мм и длиной от 1 до 4 м (размер определяется инженерно-технической службой шахты). На конце болта находится расширительная гильза, которая вставляется в скважину. При затяжке болта с помощью установки для крепления, расширительная гильза расширяется, обеспечивая надежную фиксацию болта и скрепление горных пород. Механические анкерные болты считаются временной крепью, так как их срок службы снижается из-за коррозии, поскольку они не заливаются цементным раствором. Метод выемки с отбойкой и заполнением аналогичен камерно-столбовому методу, за исключением того, что он применяется в рудных телах, ширина которых превышает возможности проходки выработок. В этом случае сначала прорабатывается первая выработка в руде, которая затем засыпается уплотненным заполнителем. Вторая выработка прорабатывается рядом с первой. Этот процесс продолжается до полной выемки рудного тела по ширине, после чего начинается второй этап выемки над первым. Добыча с обрушением (shrinkage stoping) – это метод выемки с использованием коротких скважин, подходящий для крутопадающих рудных тел. Этот метод аналогичен камерно-столбовому, за исключением того, что после взрывных работ обрушенная руда остается в камере для поддержания окружающих пород и в качестве рабочей площадки. Из камеры удаляется только необходимое количество руды для бурения и взрывных работ следующего слоя. Камера полностью освобождается после выемки всей руды. Хотя этот метод отличается высокой селективностью и позволяет снизить содержание пустой породы, поскольку большая часть руды остается в камере до завершения добычи, возврат капитальных вложений происходит с задержкой. Бурение, а затем взрыв горизонтальных слоев рудного тела с подрывом. Руда, полученная при взрывке, извлекается поэтапно. Извлечение производится со дна выработанного участка. Окончательная очистка руды производится с помощью дистанционно управляемых погрузочно-доставочных машин (LHD). В системах камерно-столбовой добычи часто используется система первичных и вторичных камер, где первичные камеры разрабатываются на первом этапе, а затем заполняются цементированным заполнителем для обеспечения устойчивости стенок при взрывных работах в последующих камерах. Боковые выработки разрабатываются в заранее определенной последовательности после затвердевания заполнителя.

Методы массовой добычи

Блочное обрушение используется для разработки массивных круто падающих рудных тел (обычно низкого качества) с высокой выветриваемостью. Под рудным телом прокладывается подрабочий горизонт с выходом на транспорт, а между верхом транспортного горизонта и подошвой подрабочего горизонта вырабатываются "колодцы откатки". Колодки откатки служат местом для падения обрушающейся породы. Рудное тело бурится и взрывается над подрабочим горизонтом, а руда извлекается через транспортный выход. Благодаря выветриваемости рудного тела, руда над первым взрывом обрушается и падает в колодцы откатки. По мере извлечения руды из колодцев откатки рудное тело продолжает обрушаться, обеспечивая постоянный поток руды. В тех случаях, когда обрушение продолжается, поверхность земли может провалиться, образуя воронку, как, например, на молибденовых рудниках Climax и Henderson в Колорадо. Такая конфигурация является одной из нескольких, к которым горняки применяют термин "глория". Рудные тела, которые не обрушаются легко, иногда предварительно подготавливаются с помощью гидроразрыва, взрывных работ или их комбинации. Гидроразрыв применяется для подготовки прочных пород кровли над длинными забоями угольных шахт, а также для инициирования обрушения как в угольных, так и в твердых рудных шахтах. Камерно-столбчатая система разработки: Камерно-столбчатая система разработки обычно применяется в пластах рудных тел с небольшим или отсутствующим углом наклона. Столбы оставляются на месте в регулярном порядке, а камеры вынимаются. На многих шахтах, работающих камерно-столбчатой системой, столбы вынимаются, начиная с наиболее удаленной точки от штрека, что позволяет кровле обрушиться и заполнить выработанное пространство. Это обеспечивает более высокую степень извлечения, поскольку в столбах остается меньше руды.

Удаление руды

В шахтах, использующих резиноходную технику для выемки крупной руды, руда (или "выбой") удаляется из камеры (называемой "отработанной" или "забойной") с помощью шарнирно-сочлененных самоходных машин (называемых боггерами или LHD – Load, Haul, Dump). Данное оборудование может приводиться в действие дизельными двигателями или электродвигателями и внешне напоминает низкопрофильный фронтальный погрузчик. Электрические LHD используют кабельные линии, которые являются гибкими и могут удлиняться или убираться на катушку. Затем руда загружается в самосвал для транспортировки на поверхность (в шахтах небольшой глубины). В более глубоких шахтах руда сбрасывается в рудной колодец (вертикальная или почти вертикальная выработка), где она падает на собирающий горизонт. На собирающем горизонте руда может подвергаться первичному дроблению с помощью щековой или конусной дробилки, либо с помощью дробилки-скалокола. Далее руда перемещается конвейерами, самосвалами или, реже, поездами к стволу для подъема на поверхность в ковшах или скипах и выгрузки в бункеры под надземным комплексом для транспортировки на обогатительную фабрику. В некоторых случаях подземная первичная дробилка подает руду на наклонный конвейер, который по наклонному стволу доставляет ее непосредственно на поверхность. Руда подается вниз по рудным колодцам, а горнодобывающая техника получает доступ к рудному телу через уклоновый штрек от поверхности.

Самые глубокие шахты

Самые глубокие рудники в мире - это золотые рудники Мпоненг и Таутона (Западные глубокие уровни) в регионе Витвотерсранд в Южной Африке, которые в настоящее время работают на глубинах, превышающих [значение отсутствует в оригинале]. Самый глубокий неактивный рудник в Азии - Колар в регионе Карнатака в Индии. Закрытый в 2001 году, основной ствол достигал глубины 10560 футов (3219 м). В этом регионе также наблюдаются самые суровые условия для разработки твердых пород, с температурой воздуха до [значение отсутствует в оригинале]. Однако, массивные холодильные установки используются для снижения температуры до [значение отсутствует в оригинале]. Самая глубокая неактивная шахта по добыче твердых пород в Северной Америке - рудник Эмпайр в Грасс-Вэлли, Калифорния. Закрытый в 1956 году, основной ствол достигал наклонной глубины 11007 футов (3355 м). Общая длина всех стволов составляет [значение отсутствует в оригинале]. Самый глубокий действующий рудник по добыче твердых пород в Северной Америке - рудник Кидд в Канаде, где добывают цинк и медь в городе Тимминс, провинция Онтарио. На максимальной глубине 9889 футов (3014 м) этот рудник является самым глубоким рудником цветных металлов в мире, а его небольшая высота над уровнем моря означает, что дно рудника является самой глубокой доступной континентальной точкой на Земле. Считается, что ствол Пенна шахты ЛаРонд (шахта №3) является самым глубоким подъемным стволом в Западном полушарии. Новый ствол №4 заканчивается на глубине [значение отсутствует в оригинале]. Расширение рудника ЛаРонд было завершено в июне 2016 года на глубине [значение отсутствует в оригинале], что является самой глубокой системой камер и выемок в мире. Самый глубокий действующий рудник в Евразии и Азии - Скалистый рудник компании «Норникель», расположенный в Талнахе. В сентябре 2018 года он достиг глубины [значение отсутствует в оригинале] ниже поверхности. Самый глубокий рудник в Европе - 16-й ствол урановых рудников в Прибраме, Чехия, на глубине [значение отсутствует в оригинале]. Самые глубокие рудники по добыче твердых пород в Австралии - это медно-цинковые и свинцовые рудники в Маунт-Айзе, Квинсленд, на глубине [значение отсутствует в оригинале]. Самые глубокие рудники платины и палладия в мире расположены на Меренском рифе в Южной Африке, с запасами 203 миллиона тройских унций и в настоящее время разрабатываются на глубине около [значение отсутствует в оригинале]. Самая глубокая скважина - Кольская сверхглубокая скважина в Мурманской области, Россия. На глубине [значение отсутствует в оригинале] она является самой глубокой искусственной крайней точкой Земли.