» » Горнотехнические условия рудных месторождений

Горнотехнические условия рудных месторождений

07.08.2016

Форма и размеры рудных тел. Залежи металлических руд чаще имеют неправильную форму, далекую от любой геометрической фигуры. Размеры залежей по простиранию и падению изменяются от нескольких десятков метров до сотен метров; отдельные залежи простираются на несколько километров. Запас одного рудного тела составляет от тысяч до миллионов тонн, иногда превышает миллиард тонн. Месторождения обычно представлены несколькими, иногда многими рудными телами, рассредоточенными на большой площади. Запас одного месторождения изменяется от сотен тысяч тонн до нескольких миллиардов тонн.
Месторождения марганцевых руд и калийных солей залегают в виде пластов правильной формы.
Основные элементы залегания — мощность и угол падения.
Мощность рудного тела (залежи, месторождения) — расстояние между контактами висячего и лежачего боков по нормали к контактам — изменяется в широком диапазоне — от нескольких сантиметров до 300—400 м, а иногда до километра и более. Различают рудные тела (на основе классификации норм технологического проектирования рудников, разработанных институтом Гипроруда);
- маломощные — мощностью до 5 м, в том числе тонкие — мощностью меньше 0,6—0,8 м, при выемке которых обязательно подрабатывают вмещающие породы;
- средней мощности — мощностью от 5 до 10—15 м, в которых располагают выемочные блоки длинной стороной по простиранию залежи (разработке по простиранию);
- мощные — мощностью более 10/15 м, при которой выемочные блоки располагают длинной стороной вкрест простирания (разработка вскрест простирания), в том числе весьма мощные — мощностью более 50—80 м, при которой в крутых залежах разделяют этаж на блоки не только по простиранию, но и вкрест простирания, а пологую залежь обычно разделяют на этажи.
Основной объем руд добывают из залежей средней мощности и мощных.
От мощности залежи существенно зависят выбор методов работ и их эффективность.
Угол падения залежей (измеряемый от горизонтальной плоскости) изменяется от 0 до 90°. По углу падения различают залежи:
- крутые — с углом падения более 45—50°; при этом разделяют залежь по падению на этажи; отбитая руда может скатываться по лежачему боку под действием собственного веса;
- наклонные — с углом падения от 20—25 до 45—50°, разрабатываемые также с разделением по падению на этажи, но отличающиеся тем, что наклон лежачего бока недостаточен для скатывания по нему руды под действием собственного веса;
- пологие — с углом падения до 20—25°, отличающиеся тем, что их разрабатывают без деления на этажи по падению, в том числе горизонтальные — с углом падения приблизительно до 3°, что делает возможным рельсовую откатку по почве залежи.
В России наиболее распространены залежи крутые, в них сосредоточено больше половины запасов руд. Значительная доля приходится на пологие залежи, меньшая — на наклонные.
Угол падения залежи также очень существен для разработки. Так, например, в крутых залежах можно по лежачему боку доставлять руду под действием силы тяжести, а в пологих залежах на лежачем боку может работать оборудование для отбойки и доставки руды, тогда как в наклонных залежах исключено или затруднено и то, и другое.
Горные породы, в том числе руды, в зависимости от крепости (сопротивления разрушению механическим воздействием и взрывом) подразделяются условно следующим образом:
- мягкие — с коэффициентом крепости по шкале проф, М. М. Протодьяконова до 3 (в мягких рудах широко применяют механическую отбойку. В случае взрывной отбойки бурят шпуры электросверлами);
средней крепости — с коэффициентом крепости от 4 до 9 (при буровзрывном способе отбойки расходы на бурение имеют подчиненное, значение);
- крепкие — с коэффициентом крепости от 10 и выше (в затратах по отбойке основная часть приходится на бурение), в том числе весьма крепкие — с коэффициентом крепости от 15 и выше (основная доля затрат по очистной выемке приходится на отбойку).
В крепких рудах отбойку применяют взрывную. Чем выше крепость, тем больше абсолютный и относительный объемы работ по отбойке, тем труднее решаются вопросы механизации и автоматизации работ по доставке и транспортированию руды в связи с наличием крупных кусков и абразивностью.
В зависимости от устойчивости (способности выдерживать обнажения) горные породы подразделяются на:
- неустойчивые, требующие прочного поддержания вслед за выемкой, в том числе очень неустойчивые (плывуны, сыпучие породы, насыщенные водой и т. п.) — совсем не допускают обнажения кровли и боков выработок;
- малоустойчивые — обрушаются при пролете обнажения приблизительно более 3 м;
- средней устойчивости — допускают обнажение кровли на сравнительно большей площади (с пролетом до 8 м), но при длительном обнажении (более нескольких недель) требуют поддержания;
- устойчивые — допускают очень значительное обнажение (с пролетом 10 м и более), нуждаются в поддержании только в отдельных местах или не нуждаются вообще (очень устойчивые).
В большинстве случаев устойчивыми являются крепкие руды, однако трещиноватость может заметно снизить их устойчивость; вместе с тем мягкие, но монолитные калийные руды обладают средней устойчивостью.
Трещиноватость руды и вмещающих пород встречается самая различная — отдельные трещины, сплошная сеть редких (через 1—2 м и более) или густых (например, через 0,1—0,3 м) трещин, выдержанных по направлению или имеющих различную направленность. Трещины бывают открытые или закрытые, свободные или заминерализованные.
Трещиноватость имеет существенное, подчас решающее значение и для устойчивости руды и вмещающих пород, о чем сказано выше, и для дробимости руд при отбойке. Так, густая сеть трещин часто способствует хорошему взрывному дроблению руды, тогда как редкие трещины увеличивают выход негабаритных кусков, Прочность массива на растяжение может снижаться из-за трещиноватости в десятки раз.
Слеживаемость руд. Часть руд обладает этим свойством в отбитом состоянии частицы увлажненной руды в навале слипаются между собой, образуя как бы массив. Способствует этому и статическое давление массы налегающих пород, и динамическое давление ударами массы падающих пород. Слипаются частицы мелкие, так как они обладают наибольшей относительной (на единицу массы) поверхностью. Соответственно более склонны к слеживанию руды мягкие или с мягкими прослойками, при отбойке которых получается значительный процент мелких фракций. Особенно усиливает слеживаемость содержание в рудах коалина, серицита и т. п.
Критерием количественной оценки слеживаемости можно считать начальное сопротивление сдвигу (хотя измерения этой величины выполнимы лишь в специальных исследованиях). Склонностью к слеживанию обладает отбитая руда (порода) с начальным сопротивлением сдвигу от 0,2—0,4 даН/см2 и более. При сопротивлении около 0,8 даН/см2 отбитая руда теряет сыпучие свойства и как бы превращается в массив. Это состояние в неподвижном навале руды достигается через 2—3 дня, если начальное сопротивление сдвигу составляло 0,2—0,4 даН/см2.
Слеживаемость руд исключает или резко ограничивает применение методов работ, связанных со скапливанием в выработанном пространстве больших количеств отбитой руды, а также с перепуском руды под действием силы тяжести по вертикальным и крутонаклонным выработкам.
Возгораемость руд. Некоторые руды при длительном пребывании в отбитом состоянии окисляются по поверхности частиц, разогреваются и воспламеняются. Одни руды разогреваются за месяцы и годы, а другие — буквально за несколько дней, причем загореться могут даже целики, если они растрескались. Способствует возгоранию доступ воздуха, а также контакт с разрушенной деревянной крепью (гидролиз древесины вызывает повышение температуры до 200 °C).
Возгораемость свойственная рудам с повышенным содержанием серы (10—50%, в зависимости от минералогического состава руд).
Возгорающиеся руды нельзя разрабатывать такими методами, при которых в выработанном пространстве остаются навсегда (теряются) значительные количества отбитой руды, а при особенно высокой возгораемости недопустимы вообще скопления отбитой руды в очистном пространстве даже на небольшое время.
Обводненность руд. Наряду с практически сухими рудами, встречаются и значительно обводненные. В последнем случае в рудах могут быть изолированные полости, заполненные водой, как например, в оруденелых плотных известняках, пли трещины, связанные с водоносным горизонтом, или поры, насыщенные водой.
Обводненность снижает устойчивость породного массива, требует специальных мер по дренажу во избежание больших или даже катастрофических водопритоков в забоях,
Ценность руды определяется содержанием в ней полезных компонентов и ценностью этих компонентов, а также примесей, улучшающих или, наоборот, ухудшающих показатели переработки рудной массы. Содержание в руде железа изменяется приблизительно от 28—35 до 55—65 %, содержание цветных металлов от 0,4 до 15 % и более, редких металлов измеряется десятыми и сотыми долями процента (тысячными и десятитысячными долями), благородных металлов — граммами на одну тонну (г/т), т. е. миллионными долями, алмазов — стомиллионными долями; калийные руды содержат до 30—45 % сильвина и галенита, серные — до 25—30 % серы, фосфорные — от 4—8 до 20—30 % фосфорита.
Большинство руд цветных, редких и благородных металлов содержат по нескольку (до 30 и более) полезных компонентов.
Суммарная ценность полезных компонентов в 1 т руды изменяется от нескольких рублей до нескольких сотен рублей.
В зависимости от ценности принято подразделять руды на бедные, рядовые и богатые, а иногда только на бедные и богатые. Единого количественного критерия для такого деления нет; в каждой отрасли горнорудной промышленности и в каждом горнорудном бассейне складываются свои определения в зависимости от диапазона, в котором изменяется содержание полезных компонентов в рудах данной отрасли или бассейна, и от того, как это содержание влияет на технологию добычи и переработки руд. Так, в Криворожском железорудном бассейне принято считать богатыми руды, которые с рудника поступают прямо на металлургический завод, минуя стадию обогащения (содержание железа в них более 46%), а бедными — руды с более низким содержанием железа, которые подлежат обогащению. Причем богатые железные руды имеют меньшую ценность, чем многие рядовые руды цветных металлов.
В цветной металлургии принято считать бедными такие руды, добыча которых может быть выгодной лишь при дешевых методах работ. Руды рядовой ценности — такие, при которых дешевые и дорогие методы работ конкурентоспособны, и выбор между ними требует экономического обосновании. Богатые руды цветных металлов заведомо оправдывают применение дорогих методов работ, если это повышает степень извлечения запаса из недр. При таком подходе весьма ориентировочно можно относить к рядовым руды, в которых суммарная ценность полезных компонентов составляет 10—50 руб/т; меньшей ценностью обладают бедные руды, большей — богатые.
Как видно из изложенного, от ценности руды зависит выбор методов добычи.
Свойства вмещающих пород. Вмещающие породы обладают таким же, как и руда, разнообразием физико-механических свойств. Что касается содержания в них полезных компонентов, то иногда оно практически равно нулю и контакт рудного тела с ними вполне отчетливый. Ho во многих месторождениях содержание металла в руде убывает постепенно («расплывчатый» контакт, «ореол»), и рудные тела имеют лишь условные границы, определяемые опробованием и соответствующие принятому на данный период бортовому (т. е. минимально допустимому по границам рудных тел) содержанию полезного компонента.
При отчетливых контактах более жесткие требования предъявляются к точности контуров отбойки и чистоте выемки без засорения руды вмещающими породами.
Другие особенности месторождений. Многие месторождения имеют над собой мощную (до нескольких сотен метров) толщу обводненных наносов, в том числе и месторождения калийных руд, увлажнение которых недопустимо.
Глубина разработки изменяется в настоящее время от десятков метров приблизительно до 3,8 км в мировой практике, а на рудниках России — до 1,5 км.
Отечественная горнорудная промышленность пока что располагала достаточной минерально-сырьевой базой на относительно небольших глубинах. Горные работы постепенно понижаются в пределах от 10—15 до 20—25 м/год в различных горнорудных районах. Начиная с глубины 400—600 м, значительно затрудняется поддержание выработок и ограничивается применение методов добычи, связанных с оставлением пустот или обрушением пород,
Общие особенности условий. Таким образом, рудные месторождения чрезвычайно разнообразны по горно-геологическим условиям, причем основные характеристики — такие, как мощность залежи, угол падения, крепость пород, трещиноватость и т. п. — могут существенно изменяться в пределах даже какого-то участка одного месторождения.
Соответственно разнообразны техника и технология горных работ; для подавляющего большинства рудников стереотипные решения возможны лишь по отдельным элементам работ, но никак ни по всему их комплексу; исключается возможность ограничиться каким-то одним, общим для всех рудников главным направлением технического развития (например, совершенствованием комбайновой выемки с конвейерным транспортом руды, которая вполне подходит для пластов мягких руд, но вряд ли приемлема в обозримом будущем для мощных залежей крепких руд).