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).