ВСКРЫТИЕ ВЕРТИКАЛЬНЫМИ СТВОЛАМИ

Данный способ является основным способом вскрытия рудных месторождений.

Вертикальные стволы, как правило, имеют сечение круглой формы диаметром в свету от 4 до 8 м и более, причем ГОСТ рекомендует, чтобы этот диаметр был кратен 0,5 м. Крепление таких стволов обычно бетонное (рис. 4.8, а), но в сложных горно-геологических условиях может быть комбинированным: бетоном и тюбингами. При проходке стволов комбайнами допускается только тюбинговое крепление. На шахтах с небольшим сроком службы (10–15 лет) могут применяться стволы прямоугольного сечения с креплением деревом (рис. 4.8, б). Возможна эллиптическая форма сечения ствола с бетонным креплением для размещения в нем крупногабаритной клети.

Рис. 4.8. Сечение вертикального ствола с бетонным (а) и деревянным (б) креплением: 1 – крепь; 2 – расстрелы; 3 – трубно-кабельное отделение; 4 – лестничное отделение; 5 – проводники; 6 – подъемное отделение; 7 – подъемные сосуды

В настоящее время глубина стволов достигает 2,5 км и более. Однако вследствие конструктивных особенностей подъемных установок выдача руды на поверхность возможна только с глубины 1200–1600 м, поэтому глубина главных стволов обычно ограничивается этими величинами. За рубежом применяются установки системы Блэра, позволяющие поднимать добытое полезное ископаемое в скипах грузоподъемностью 10–15 т с глубин 2–2,5 км.

Подъем руды в вертикальных стволах может осуществляться в клетях или в скипах. За рубежом имеется опыт использования специальных конвейерных установок большой производительности для подъема полезного ископаемого в вертикальных стволах.

При клетьевом подъеме выдача руды производится в вагонетках, которые на поверхности разгружаются и вновь спускаются в рудник. На откаточном горизонте, с которого осуществляется подъем руды, периодически формируются составы из порожних вагонеток.

При клетьевом подъеме существенно упрощается выдача многосортной руды (разгрузка вагонеток с определенным сортом руды производится в соответствующий бункер), но производительность подъема низкая из-за продолжительности обмена вагонеток в клетях и их небольшой емкости (до 4 – 4,5 м3). Обычно в стволе размещаются две клети (для увеличения производительности клетьевого подъема применяют двухэтажные клети).

При разработке горизонтальных и пологопадающих залежей, когда выдача руды производится с одного горизонта, спуск и подъем клетей осуществляется одной подъемной установкой. При этом клеть с порожней вагонеткой является противовесом груженой (так называемый зависимый подъем, рис. 4.9, а).

Рис. 4.9. Сечение вертикального ствола с двумя клетями с зависимым (а) и независимым (б) подъемом

При разработке крутопадающих и наклонных месторождений, когда выдача руды осуществляется одновременно с нескольких горизонтов, применяется независимый подъем клетей, при котором каждая клеть имеет свой противовес и свою подъемную машину (рис. 4.9, б).

Преимуществом клетьевого подъема руды является простота схемы околоствольных дворов (требуются только отдельные выработки для размещения груженых и порожних вагонеток), что значительно сокращает объем горно-капитальных работ и уменьшает затраты на строительство рудника. Кроме того, клетьевой подъем позволяет осуществлять выдачу на поверхность рудной массы любой крупности, а саму клеть использовать как для выполнения главной функции (выдача руды), так и для осуществления вспомогательных функций (спуск и подъем людей и оборудования, подъем породы, спуск материалов и т. п.).

Недостатком клетьевого подъема является трудоемкость обмена вагонеток.

Рис. 4.10. Комплекс выработок для загрузки скипов: 1 – скиповой ствол; 2 – приемный рудный бункер; 3 – дозаторная; 4 – загрузочное устройство; 5 – породный бункер; 6 – породный опрокидыватель; 7 – трубопровод для отсоса пыли; 8 – рудный опрокидыватель; 9 – ходовое отделение

При скиповом подъеме выдача руды на поверхность производится
в скипах грузоподъемностью от 4 до 50 т. Производительность скипового подъема значительно выше, чем клетьевого (в 5–7 раз при одинаковых размерах сечения стволов), но схемы околоствольных дворов значительно сложнее (рис. 4.10), так как необходимы отдельная выработка для опрокидывателя, приемные бункеры, камеры дозаторов и т. д., а при скважинной отбойке – камеры подземного дробления руды (в скипы можно загружать куски крупностью не более 300–400 мм). Для уменьшения числа пунктов загрузки скипов их размещают не на каждом горизонте, а через два или три, перепуская руду с верхних горизонтов по капитальным рудоспускам (рис. 4.11).

Рис. 4.11. Схема вскрытия вертикальным стволом со скиповым подъемом и капитальным рудоспуском: 1 – главный ствол; 2 – главные квершлаги; 3 – капитальный рудоспуск; 4 – пункт загрузки скипов; 5 – вентиляционный квершлаг

Главные стволы при скиповом подъеме руды могут быть скипо-клетьевыми (рис. 4.12), а при большой производительности рудника (свыше 5 млн т) – только скиповыми (рис. 4.13).

   
Рис. 4.12. Сечение скипо-клетьевого ствола Рис. 4.13. Сечение скипового ствола

Существенным недостатком скипового подъема является запыление воздуха при загрузке и разгрузке скипов. В связи с этим на силикозоопасных шахтах рядом с главным стволом проходят вспомогательный ствол
с клетьевым подъемом для спуска и подъема людей и подачи свежего воздуха (рис. 4.14).

Рис. 4.14. План откаточного горизонта при вскрытии мощного крутопадающего месторождения: 1 – клетьевой ствол; 2 – скипо-клетьевой ствол; 3 – камера опрокидывателя; 4 – вспомогательный ствол для выдачи породы; 5 – вентиляционный ствол

Скиповой способ подъема руды по вертикальным стволам существенно усложняется при добыче нескольких ее сортов, так как для выдачи каждого сорта необходимы отдельные скиповые подъемы, что приводит к увеличению числа стволов. При клетьевом подъеме вагонетки с разными сортами руды поднимаются по одному стволу и разгружаются в разные бункеры. Однако клетьевой подъем малопроизводителен, поэтому его рекомендуется использовать при производственной мощности рудника до 600 тыс. т/год и глубине разработки до 600 м. Применение скипового подъема в таких условиях должно быть экономически обосновано.

Примером схемы вскрытия крупного рудника вертикальными стволами является схема вскрытия Октябрьского рудника (см. рис. 4.7).