Открытая разработка угольных и рудных месторождений
Покупка
Основная коллекция
Издательство:
Сибирский федеральный университет
Год издания: 2022
Кол-во страниц: 180
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Специалитет
ISBN: 978-5-7638-4480-1
Артикул: 814247.01.99
Приведена краткая характеристика сырьевой базы угольной и горнорудной промышленности России. Описаны основные производственные процессы и перспективные направления в совершенствовании техники и технологии открытой разработки угольных и рудных месторождений.
Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 21.05.04 «Горное дело», специализация 21.05.04.03 «Открытые горные работы».
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
Оглавление 1 Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Сибирский федеральный университет Д. В. Кузнецов, Ю. В. Ромашкин ОТКРЫТАЯ РАЗРАБОТКА УГОЛЬНЫХ И РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Учебное пособие Красноярск СФУ 2022
Оглавление
2
УДК 622.27(07)
ББК 33.22я73
К891
Р е ц е н з е н т ы:
С. И. Протасов, кандидат технических наук, профессор кафедры открытых
горных работ Кузбасского государственного технического университета;
Б. Л. Тальгамер, доктор технических наук, профессор, заведующий
кафедрой месторождений полезных ископаемых Иркутского национального
исследовательского технического университета
Кузнецов, Д. В.
К891 Открытая разработка угольных и рудных месторождений : учеб.
пособие / Д. В. Кузнецов, Ю. В. Ромашкин. – Красноярск : Сиб. фе-
дер. ун-т, 2022. – 180 с.
ISBN 978-5-7638-4480-1
Приведена краткая характеристика сырьевой базы угольной и горнорудной
промышленности России. Описаны основные производственные процессы
и перспективные направления в совершенствовании техники и технологии открытой
разработки угольных и рудных месторождений.
Предназначено для студентов, обучающихся по специальности 21.05.04
«Горное дело», специализация 21.05.04.03 «Открытые горные работы».
Электронный вариант издания см.:
http://catalog.sfu-kras.ru
УДК 622.27(07)
ББК 33.22я73
ISBN 978-5-7638-4480-1 © Сибирский федеральный
университет, 2022
Оглавление 3 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 6 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ РОССИИ ............................................................... 7 1.1. Сырьевая база и характеристика угольной промышленности ............ 7 1.2. Сырьевая база и характеристика горнорудной промышленности ............................................................. 9 1.2.1. Железные руды ............................................................................. 9 1.2.2. Алюминиевое сырье ................................................................... 10 1.2.3. Медь ............................................................................................. 11 1.2.4. Свинец .......................................................................................... 13 1.2.5. Цинк ............................................................................................. 14 1.2.6. Олово ............................................................................................ 15 1.2.7. Марганцевые руды ...................................................................... 16 1.2.8. Хромовые руды ........................................................................... 18 1.2.9. Никель .......................................................................................... 19 1.2.10. Кобальт ...................................................................................... 20 1.2.11. Молибден ................................................................................... 20 1.2.12. Тантал ......................................................................................... 22 1.2.13. Ванадий ...................................................................................... 23 1.2.14. Алмазы ....................................................................................... 23 1.2.15. Металлы платиновой группы .................................................. 24 1.2.16. Золото ......................................................................................... 25 1.2.17. Серебро ...................................................................................... 27 1.3. Анализ приоритетных проблем отрасли и сырьевой базы ................ 28 2. ОТКРЫТАЯ РАЗРАБОТКА УГОЛЬНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ........ 32 2.1. Отличительные признаки технологии и комплексной механизации горных работ на угольных разрезах ............................................................................ 32 2.2. Особенности производства буровзрывных работ на угольных разрезах ............................................................................ 32 2.2.1. Бурение угля и вскрышных пород ............................................ 32 2.2.2. Буровзрывная подготовка угольных уступов .......................... 33 2.2.3. Буровзрывные работы в зоне угольных пластов ..................... 34 2.2.4. Буровзрывные работы при перевалке вскрыши драглайнами ............................................................... 37
Оглавление 4 2.2.5. Разрушение скальных включений при разработке мягких и плотных пород ................................ 38 2.2.6. Оптимальный объем взрываемого блока ................................. 39 2.3. Особенности производства выемочно-погрузочных работ на угольных разрезах ............................................................................ 39 2.3.1. Выемочно-погрузочное оборудование ...................................... 39 2.3.2. Ведение работ широкими панелями .......................................... 40 2.3.3. Экскавация высокими уступами ................................................ 45 2.3.4. Схемы экскавации вскрышных пород высокими уступами без взрывной подготовки ....................... 45 2.3.5. Схемы экскавации вскрышных пород высокими уступами при взрывной подготовке ....................... 53 2.3.6. Схемы экскавации в зоне угольных пластов ............................ 58 2.3.7. Схемы проведения разрезных траншей .................................... 61 2.3.8. Схемы экскавации обводненных пород и пород, склонных к оползневым явлениям ............................ 64 2.3.9. Применение роторных экскаваторов......................................... 70 2.4. Транспортирование пород вскрыши и угля на разрезах ................... 74 2.4.1. Основные виды транспорта ....................................................... 74 2.4.2. Автомобильный транспорт ........................................................ 74 2.4.3. Железнодорожный транспорт .................................................... 75 2.4.4. Конвейерный транспорт ............................................................. 76 2.5. Характеристика отвальных работ на угольных разрезах .................. 76 2.6. Бестранспортные схемы экскавации вскрышных пород на угольных разрезах ............................................................................ 84 2.6.1. Параметры забоев драглайнов ................................................... 84 2.6.2. Простые схемы перевалки вскрышных пород ......................... 88 2.6.3. Усложненные схемы перевалки вскрышных пород ................ 93 2.7. Повышение устойчивости внутренних отвалов при перевалке вскрыши в выработанное пространство .................... 98 2.8. Особенности открытой разработки мульдообразных и многосвитовых залежей ................................................................... 99 3. ОТКРЫТАЯ РАЗРАБОТКА РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ............ 103 3.1. Отличительные особенности технологии и комплексной механизации горных работ на рудных карьерах ............................................................................. 103 3.2. Особенности буровзрывных работ на рудных карьерах ................. 104 3.2.1. Бурение руды и вскрышных пород ......................................... 104 3.2.2. Раздельное и совместное взрывание уступов рудных карьеров ........................................................ 104
Оглавление 5 3.2.3. Буровзрывные работы при формировании конечного контура карьера ..................................................... 108 3.3. Особенности производства выемочно-погрузочных работ на рудных карьерах, применение колесных погрузчиков .............. 111 3.4. Общая характеристика транспорта рудных карьеров ...................... 121 3.5. Отвалообразование на рудных карьерах, формирование отвалов из пород разной прочности ................................................................ 123 3.6. Особенности технологии горных работ на глубоких карьерах ...... 127 3.6.1. Вскрытие рабочих горизонтов при разработке наклонных и крутопадающих рудных залежей ........................................ 127 3.6.2. Системы разработки на карьерах с наклонными и крутопадающими рудными залежами ................................. 129 3.6.3. Рабочая зона карьера ................................................................. 131 3.6.4. Основные понятия о фронте горных работ ............................ 135 3.6.5. Особенности ведения горных работ на глубоких карьерах ............................................................... 145 3.6.6. Традиционные виды транспорта глубоких карьеров ............ 147 3.6.7. Циклично-поточная технология .............................................. 149 3.6.8. Перегрузочные пункты при циклично-поточной технологии ...................................... 151 3.6.9. Вскрытие рабочих горизонтов глубоких карьеров крутонаклонными траншеями при циклично-поточной технологии ...................................... 156 3.6.10. Вскрытие рабочих горизонтов глубоких карьеров подземными выработками при циклично-поточной технологии .................................... 158 3.6.11. Работа карьера с временной консервацией отдельных участков рабочей зоны ....................................... 161 3.6.12. Формирование и разнос временно нерабочих бортов карьера ................................... 164 3.7. Разработка нагорных месторождений ............................................... 167 3.7.1. Классификация нагорных месторождений ............................ 167 3.7.2. Порядок разработки карьерных полей нагорных месторождений ....................................................... 169 3.7.3. Вскрытие рабочих горизонтов нагорных карьеров ............... 172 3.7.4. Особенности выполнения основных технологических процессов на нагорных карьерах. Элементы системы разработки ............................................... 176 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................... 178 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК .......................................................... 179
Введение 6 ВВЕДЕНИЕ В настоящее время Россия является одним из мировых лидеров по запасам углей, железных руд, никеля, золота и многих других сырьевых ресурсов. Мощная минерально-сырьевая база обеспечивает хорошие условия для успешного функционирования горнодобывающей промышленности. Однако при добыче минерального сырья расходуют невозобновляемый ресурс – запасы полезных ископаемых в недрах, а устойчивая работа добывающих отраслей промышленности возможна лишь тогда, когда при непрерывном развитии минерально-сырьевой базы разработка угольных и рудных месторождений будет представлять комплекс взаимосвязанных организационно-технологических процессов горного производства, основанных на использовании самого совершенного горнотранспортного оборудования. Все это в совокупности должно обеспечить такой уровень добычи полезных ископаемых, который позволит полностью удовлетворить внутренние потребности в минеральном сырье [1]. В данном учебном пособии изложены теоретические материалы по дисциплине «Открытая разработка угольных и рудных месторождений». Приведена краткая характеристика сырьевой базы угольной и горнорудной промышленности России. Представлены особенности основных производственных процессов, технологии и комплексной механизации открытых горных работ на угольных и рудных месторождениях.
1.1. Сырьевая база и характеристика угольной промышленности 7 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ГОРНОДОБЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ РОССИИ 1.1. Сырьевая база и характеристика угольной промышленности Россия обладает мощной сырьевой базой углей. В ее недрах сосредоточена треть ресурсов угля и пятая часть мировых запасов угля – около 193,3 млрд т (по данным на 2016 год) [1]. При этом более половины российских запасов (порядка 101,2 млрд т) составляют бурые угли. Из-за высокой влажности угли имеют повышенную способность к самовозгоранию и не обеспечивают возможность транспортирования на дальние расстояния. Запасы каменного угля в стране составляют 85,3 млрд т (в том числе 39,8 млрд т коксующегося). Каменные угли имеют высокую теплотворную способность и меньший выход летучих по сравнению с бурыми углями. Запасы антрацита в России относительно невелики и составляют 6,8 млрд т. Антрациты обладают высокой теплотворной способностью и малым выходом летучих. В пределах Российской Федерации расположено 22 угольных бассейна и 129 отдельных месторождения. Добычу угля ведут в семи федеральных округах в 25 субъектах Российской Федерации [1]. В настоящее время из угледобывающих регионов самым мощным поставщиком угля является Кузнецкий бассейн. Наиболее перспективными по запасам и качеству угля, состоянию инфраструктуры и горнотехническим возможностям являются, помимо предприятий Кузбасса, также разрезы Канско-Ачинского бассейна, Восточной Сибири и Дальнего Востока, дальнейшее развитие которых позволит обеспечить основной прирост добычи угля в отрасли. С точки зрения наращивания производственного потенциала наиболее перспективны районы Восточной Сибири и Дальнего Востока (рис. 1.1). В 2019 году объем добычи угля составил порядка 440 млн т (рис. 1.2).
1. Общие сведения о горнодобывающей промышленности России 8 Рис. 1.1. Основные угольные бассейны Российской Федерации и доля в запасах Рис. 1.2. Динамика объемов добычи угля в России (по способам добычи)
1.2. Сырьевая база и характеристика горнорудной промышленности 9 Масштабы запасов и качественные характеристики углей позволят России уже в краткосрочной перспективе увеличить долю в мировом производстве. В то же время около трети запасов угля не соответствует мировым стандартам по зольности и содержанию серы и имеет сложные условия разработки. Кроме того, основные российские угледобывающие центры расположены на значительном удалении как от отечественных потребителей, так и от портов, что ослабляет внутренний спрос на уголь и осложняет развитие внешних поставок [1]. 1.2. Сырьевая база и характеристика горнорудной промышленности 1.2.1. Железные руды Россия занимает второе место в мире по запасам железной руды, уступая только Бразилии. Запасы достигают около 110 млрд т, ресурсы наиболее достоверной категории P1 оценены в 95,4 млрд т. При этом качество железорудного сырья в России заметно ниже, чем в других странах, обладающих значительными запасами этого сырья: Бразилии, Австралии и Индии [ 1]. Основные месторождения железных руд в России с распределением запасов и прогнозных ресурсов приведены на схеме (рис. 1.3). Рис. 1.3. Основные месторождения железных руд в России с распределением запасов и прогнозных ресурсов
1. Общие сведения о горнодобывающей промышленности России 10 Основу российской железорудной базы составляют железистые кварциты (около 70 % запасов железных руд России). С ними связано высококачественное сырье, не требующее обогащения, – богатые гематит- сидерит-мартитовые руды с содержанием железа более 50 % по качеству сопоставимы с сырьем лучших мировых месторождений. Запасы богатых гематит-сидерит-мартитовых руд Курской магнитной аномалии составляют около 29 млрд т, но из-за сложных условий залегания только шестая их часть может быть вовлечена в разработку. Остальные запасы железистых кварцитов – руды среднего качества с содержанием железа 40 % – требуют обогащения [1]. 1.2.2. Алюминиевое сырье Россия имеет крупные запасы традиционного алюминиевого сырья – бокситов, – которые достигают до 1,1 млрд т. Однако из-за невысокого качества руд и глубокого их залегания только около половины имеющихся запасов (около 526 млн т) активно разрабатывают или готовят к разработке. Прогнозные ресурсы бокситов в России незначительны и локализованы в районах уже разрабатываемых месторождений, поэтому перспективы прироста сырьевой базы бокситов в стране ограниченны [1]. География основных месторождений бокситов в России с распределением запасов и прогнозных ресурсов проиллюстрирована на схеме (рис. 1.4). Рис. 1.4. Основные месторождения алюминиевого сырья в России с распределением запасов и прогнозных ресурсов
1.2. Сырьевая база и характеристика горнорудной промышленности 11 Наилучшие по качеству бокситы разведаны в Северо-Уральском бокситоносном районе (СУБР) в Свердловской области, где сосредоточена почти треть российских запасов. Это осадочные бемит-диаспоровые бокситы, залегающие в карбонатных толщах. Руды высокого качества сосредоточены на месторождениях Северо-Уральского бокситоносного района (СУБР): крупном Черемховском и средних по масштабам Красная Шапочка, Кальинском и Ново-Кальинском. Вместе с тем потенциал наращивания российской сырьевой базы невелик и сосредоточен только на Урале и в Республике Коми. Государственным балансом запасов Российской Федерации учтено всего 57 месторождений бокситов; из них 18 – только с забалансовыми запасами [ 1]. Фактический объем добычи бокситов в 2014 году составил 6,056 млн т [1]. Невысокое качество российских бокситов стимулирует добычу альтернативного сырья – нефелиновых руд. Россия – единственная страна, где для производства алюминия используют уртиты – богатые нефелиновые руды. Качественные нефелиновые руды (уртиты, берешиты, тералито- сиениты) с содержанием Al2O3 22–28 % разведаны в южных районах Сибири: в Красноярском крае, Кемеровской области и Республике Тыва. Самые богатые – уртитовые руды разрабатываемого Кия-Шалтырского месторождения в Кемеровской области; они содержат 27,78 % Al2O3 и поступают для переработки в глинозем без обогащения. Йолит-уртитовые руды Баянкольского месторождения в Республике Тыва также высокого качества (среднее содержание Al2O3 – 26,5 %), но труднодоступность месторождения препятствует его освоению. Тералитсиенитовые руды Горячегорского месторождения в Красноярском крае в среднем содержат 22,5 % Al2O3. Три этих объекта включают около четверти российских запасов нефелиновых руд. Остальные запасы – это бедные руды апатит-нефелиновых месторождений Хибинской группы в Мурманской области. По данным на 2015 год, государственным балансом запасов учтено 16 месторождений нефелиновых руд, из них четыре с забалансовыми запасами. Геологоразведочные работы на данные руды в стране почти не ведут, в результате добычи разведанные запасы постоянно сокращаются. В 2014 году в России добыто 28,99 млн т нефелиновых руд [1]. 1.2.3. Медь Россия обладает значительной сырьевой базой меди, превышающей 90 млн т, а прогнозные ресурсы наиболее достоверной категории P1 оцениваются в 12,2 млн т [1].
1. Общие сведения о горнодобывающей промышленности России 12 Основу российской минерально-сырьевой базы меди составляют месторождения сульфидного медно-никелевого, стратиформного и колчеданного геолого-промышленного типов, что отличает ее от мировой. Но доля запасов меди, связаннных с медно-порфировыми объектами, в России ежегодно растет. В Норильском рудном районе, на севере Красноярского края, находятся два крупнейших в мире сульфидных медно-никелевых объекта: Октябрьское и Талнахское месторождения, – вместе заключающие более трети российских запасов металла. Руды их рядовые. Еще один уникальный по масштабу объект – это Удоканское месторождение медистых песчаников в Забайкалье, содержащее около 19,95 млн т меди (около 22 % российских запасов). По содержанию меди (в среднем 1,56 %) его руды также являются рядовыми. Основные месторождения меди в России с распределением запасов и прогнозных ресурсов приведены на схеме (рис. 1.5). Рис. 1.5. Основные месторождения меди в России с распределением запасов и прогнозных ресурсов При этом доля России в структуре мировой добычи меди невелика – всего около 5 %. В 2014 году в России добыто из недр 878,1 тыс. т меди, а с учетом добычи на техногенных месторождениях – 887 тыс. т [1]. Государственным балансом запасов Российской Федерации учтено всего 164 коренных месторождения меди, в том числе 95 собственно медных и 69 комплексных медьсодержащих; на 12 из них подсчитаны только
1.2. Сырьевая база и характеристика горнорудной промышленности 13 забалансовые запасы. Кроме того, на государственном балансе запасов стоят шесть техногенных месторождений, расположенных в Мурманской, Свердловской областях и Красноярском крае; их суммарные запасы категорий С1 и С2 составляют 73,5 тыс. т меди [1]. 1.2.4. Свинец Сырьевая база свинца в Российской Федерации заключает около 7 % его мировых ресурсов [1]. Свинец сосредоточен преимущественно в рудах комплексных полиметаллических месторождений, содержащих, кроме него, такие полезные компоненты, как цинк, медь, серебро, золото и др. Основные месторождения свинца в России с распределением запасов и прогнозных ресурсов проиллюстрированы на схеме (рис. 1.6). Рис. 1.6. Основные месторождения свинца в России с распределением запасов и прогнозных ресурсов Около половины запасов свинца, учитываемых государственным балансом Российской Федерации, заключено в богатых рудах, содержащих более 4 % свинца, около 80 % богатых руд сосредоточено в главном месторождении свинца страны – Горевском, расположенном в Красноярском крае. Месторождение относится к геолого-промышленному типу колчеданно- полиметаллических месторождений, залегающих в терригенных породах докембрия. Среднее содержание свинца в его разведанных запасах