Podzemní těžba hard rocku - Underground hard-rock mining

3D diagram moderní hlubinného dolu s hřídelí přístupem

Podzemní těžba tvrdých hornin se týká různých technik podzemní těžby používaných k těžbě „tvrdých“ minerálů , obvykle těch, které obsahují kovy , jako je ruda obsahující zlato , stříbro , železo , měď , zinek , nikl , cín a olovo . Zahrnuje také stejné techniky jako při těžbě rud drahokamů , jako jsou diamanty a rubíny . Těžba měkkých hornin se vztahuje na těžbu měkčích minerálů, jako je sůl , uhlí a ropné písky .

Můj přístup

Podzemní přístup

Přístup k podzemní rudě lze dosáhnout pomocí klesání (rampy), šikmé svislé šachty nebo štoly .

Odmítnout portál
  • Poklesy mohou být spirálovým tunelem, který krouží buď bok ložiska, nebo krouží kolem vkladu. Pokles začíná krabicovým řezem , což je portál k povrchu. V závislosti na množství nadloží a kvalitě podloží může být z bezpečnostních důvodů vyžadována propust z pozinkované oceli . Mohou být také spuštěny do zdi otevřeného těženého dolu.
  • Šachty jsou svislé výkopy potopené v sousedství rudného tělesa. Šachty jsou zapuštěny pro rudná tělesa, kde přeprava na povrch pomocí nákladních vozidel není ekonomická. Nákladní doprava šachet je ekonomičtější než nákladní kamionová doprava v hloubce a důl může mít pokles i rampu.
  • Štoly jsou horizontální výkopy do kopce nebo hory. Štoly se používají pro horizontální nebo téměř horizontální rudná tělesa, kde není potřeba rampa nebo šachta.

Poklesy se často začínají ze strany vysoké stěny těženého lomu, když je rudné těleso placeného stupně dostačujícího k podpoře podzemní těžební operace, ale pásový poměr je příliš velký na to, aby podporoval metody těžby otevřeného odlitku. Často jsou také stavěny a udržovány jako nouzový bezpečnostní přístup z podzemních děl a prostředek pro přesun velkých zařízení do děl.

Rudný přístup

Úrovně jsou vyhloubeny vodorovně z úpadku nebo šachty pro přístup k rudnému tělu. Stopy jsou pak vyhloubeny kolmo (nebo téměř kolmo) na úroveň do rudy.

Vývojová těžba vs. těžba výroby

Existují dvě hlavní fáze podzemní těžby: vývojová těžba a těžba výroby.

Vývojová těžba se skládá z těžby téměř výhradně v (necenných) odpadních horninách, aby se získal přístup k orebodům. Ve vývojové těžbě je šest kroků: odstranění dříve otryskaného materiálu (vyklenutí), tvorba okují (odstranění všech nestabilních kamenných desek visících ze střechy a bočních stěn, aby se ochránili pracovníci a zařízení před poškozením), instalace podpory nebo výztuže pomocí stříkaného betonu atd. , vrtejte do skály, nakládejte výbušniny a trhaviny. Chcete -li zahájit těžbu, musíte nejprve sestoupit po cestě dolů. Cesta je definována jako „Odmítnout“, jak je popsáno výše. Před začátkem poklesu je nutné veškeré předběžné plánování elektrárny, uspořádání vrtů, odvodnění, větrání a zařízení pro odběr hnoje.

Produkční těžba se dále člení na dva způsoby, dlouhou díru a krátkou díru. Těžba krátkých děr je podobná vývojové těžbě, kromě toho, že se vyskytuje v rudě. Existuje několik různých metod těžby dlouhých děr. Těžba dlouhých děr obvykle vyžaduje dva výkopy v rudě v různých výškách pod povrchem (15 m - 30 m od sebe). Mezi dvěma výkopy jsou vyvrtány otvory a naloženy výbušninami. Díry jsou odstřeleny a ruda je odstraněna ze spodního výkopu.

Větrání

Dveře pro směrování větrání ve starém olověném dole. Zásobník rudy vpředu není součástí ventilace.

Jedním z nejdůležitějších aspektů podzemní těžby tvrdých hornin je větrání . Větrání je primární metodou čištění nebezpečných plynů a/nebo prachu, které vznikají při vrtání a tryskání (např. Křemičitý prach, NOx), naftových zařízeních (např. Částice nafty, oxid uhelnatý) nebo k ochraně před plyny, které jsou přirozeně vycházející ze skály (např. radonový plyn). Větrání se také používá k řízení podzemních teplot pro pracovníky. V hlubokých horkých dolech se k chlazení pracoviště používá ventilace; ve velmi chladných místech se však vzduch zahřeje těsně nad bod mrazu, než vstoupí do dolu. Větrání se obvykle používá k přenosu větrání z povrchu na pracoviště a může být upraveno pro použití jako nouzové únikové cesty. Primárními zdroji tepla v podzemních dolech na tvrdé horniny jsou teplota panenské horniny, strojní zařízení, automatická komprese a puklinová voda. Dalšími malými přispívajícími faktory jsou teplo a tryskání lidského těla.

Pozemní podpora

Aby byla zachována stabilita vytěžených otvorů, jsou zapotřebí určité podpůrné prostředky. Tato podpora má dvě formy; místní a oblastní podpora.

Plošná pozemní podpora

Plošná pozemní podpora se používá k prevenci závažných zemních poruch. Otvory jsou vyvrtány do zad (stropu) a stěn a je instalována dlouhá ocelová tyč (nebo skalní šroub ), která drží zemi pohromadě. Existují tři kategorie skalních čepů, rozlišené podle toho, jak se zapojují do hostitelské skály. Oni jsou:

Mechanické šrouby

  • Bodové kotevní šrouby (nebo šrouby expanzního pláště) jsou běžným stylem pozemní pozemní podpory. Bodový kotevní šroub je kovová tyč o průměru 20 mm - 25 mm a délce 1 m - 4 m (velikost určuje inženýrské oddělení dolu ). Na konci šroubu je rozpínací skořepina, která je zasunuta do otvoru. Když je šroub utažen instalačním vrtákem, expanzní skořepina se roztahuje a šroub utahuje a drží skálu pohromadě. Mechanické šrouby jsou považovány za dočasnou oporu, protože jejich životnost je snížena korozí, protože nejsou spárovány .

Spárované šrouby

  • Pryskyřičná injektážní výztuž se používá v oblastech, které vyžadují větší podporu, než může poskytnout bodový kotevní šroub. Použitá výztuž má podobnou velikost jako bodový kotevní šroub, ale nemá expanzní skořepinu. Jakmile je otvor pro výztuž vyvrtán, jsou do otvoru nainstalovány kazety z polyesterové pryskyřice . Výztužný šroub se instaluje po pryskyřici a roztočí se instalačním vrtákem. Tím se pryskyřičná kazeta otevře a promíchá. Jakmile pryskyřice ztvrdne, rotující vrták utáhne šroub výztuže, který drží skálu pohromadě. Pryskyřičná injektážní výztuž je považována za trvalou pozemní podporu se životností 20–30 let.
  • Kabelové šrouby se používají k vázání velkých hmot hornin v závěsné zdi a kolem velkých výkopů. Kabelové šrouby jsou mnohem větší než standardní skalní šrouby a výztuž, obvykle mezi 10–25 metry dlouhé. Kabelové šrouby jsou spárovány cementovou spárovací hmotou.

Třecí šrouby

  • Stabilizátor tření (často nazývaný zobecněnou ochrannou známkou Split Set ) se instaluje mnohem snadněji než mechanické šrouby nebo injektované šrouby. Šroub je zatloukán do vyvrtaného otvoru, který má menší průměr než šroub. Tlak ze šroubu na zdi drží skálu pohromadě. Stabilizátory tření jsou zvláště náchylné ke korozi a rzi z vody, pokud nejsou spárovány. Po spárování se tření zvyšuje 3-4krát.
  • Swellex je podobný stabilizátorům tření, kromě toho, že průměr šroubu je menší než průměr otvoru. Do šroubu se vstřikuje vysokotlaká voda, aby se rozšířil průměr šroubu a držel skálu pohromadě. Stejně jako třecí stabilizátor je i swellex špatně chráněn před korozí a rzí.

Místní pozemní podpora

Místní zemní opora slouží k zabránění padání menších skal ze zad a žeber. Ne všechny výkopy vyžadují místní pozemní podporu.

  • Svařovaná drátěná síť je kovová clona s otvory 10 cm x 10 cm (4 palce). Síť je držena vzadu pomocí bodových kotevních šroubů nebo pryskyřičné injektované výztuže.
  • Shotcrete je vláknem vyztužený sprej na beton, který pokrývá záda a žebra a zabraňuje pádu menších kamenů. Tloušťka stříkaného betonu může být mezi 50 mm - 100 mm.
  • Latexové membrány lze nastříkat na záda a žebra podobně jako stříkaný beton, ale v menším množství.

Zastavte se a ustupte vs. sklopte a naplňte

Zastavte se a ustupte

Sub-Level Caving Subsidence se dostává na povrch v podzemním dole Ridgeway.

Pomocí této metody se plánuje těžba k těžbě horniny ze zastávek bez vyplnění dutin; to umožňuje stěnovým skalám, aby se po odstranění veškeré rudy propadly do vytěženého svahu. Stope je pak utěsněn, aby se zabránilo přístupu.

Zastavte a naplňte

Tam, kde jsou velké hromadné rudní tělesa se těží ve velkých hloubkách, nebo tam, kde odstupující pilíře rudy je neekonomické, otevřený výrub je vyplněn zásypu, což může být cement a skalní směs cementu a písku směsi nebo cementu a hlušiny směs . Tato metoda je populární, protože znovu naplněné zastávky poskytují podporu pro sousední zastávky a umožňují celkovou těžbu ekonomických zdrojů.

Metody

Schematický diagram těžby řezů a výplní

Vybraná metoda těžby je dána velikostí, tvarem, orientací a typem těžby orebody. Orebody mohou být úzké žíly, jako je zlatý důl ve Witwatersrandu, orebody mohou být masivní podobné dolu Olympic Dam , Jižní Austrálie nebo dolu Cadia-Ridgeway , Nový Jižní Wales . Šířka nebo velikost orebody je dána jakostí a distribucí rudy. Dip z orebody má také vliv na hornickým způsobem například bude úzký horizontální žíly orebody těžen místnosti a pilíře nebo metodou stěnového zatímco svislý úzký žíla orebody se těží otevřeného poddolovaném nebo střihu a způsobu naplnění. Je třeba dále zvážit pevnost rudy a okolní horniny. Orebody hostované v silné samonosné hornině mohou být těženy otevřenou zastavovací metodou a orebody hostované v chudé hornině mohou být vytěženy metodou cut and fill, kde se prázdnota průběžně vyplňuje při odstraňování rudy.

Selektivní metody těžby

  • Cut and fill mining je metoda těžby s krátkými dírami používaná v prudkých ponorech nebo nepravidelných rudních zónách, zejména tam, kde závěsná zeď omezuje používání metod s dlouhými otvory. Ruda se těží ve vodorovných nebo mírně skloněných plátcích a poté se plní odpadní horninou, pískem nebo hlušinou . Buď možnost výplně může být konsolidována betonem nebo ponechána nekonsolidovaná . Těžba řezané a plněné hmoty je nákladná, ale selektivní metoda s výhodami nízké ztráty a ředění rudy.
  • Drift and fill je podobný jako cut and fill, kromě toho, že se používá v rudných zónách, které jsou širší, než umožňuje způsob driftování. V tomto případě je první unášení vyvinuto v rudě a je zasypáno konsolidovanou výplní. Druhý drift je poháněn v sousedství prvního driftu. To pokračuje, dokud není rudná zóna vytěžena na celou šířku, a poté je zahájen druhý řez na vrcholu prvního řezu.
  • Zastavení smršťování je metoda těžby s krátkými otvory, která je vhodná pro strmé ponoření orebodies. Tato metoda je podobná těžbě vytěžené a zaplněné, s tou výjimkou, že po odstřelu je rozbitá ruda ponechána ve svahu, kde slouží k podepření okolní horniny a jako platforma, ze které se pracuje. Ze stope je odebráno jen tolik rudy, aby bylo možné vrtat a tryskat další plátek. Stope se vyprázdní, když je odstřelena veškerá ruda. Ačkoli je velmi selektivní a umožňuje nízké zředění, protože většina rudy zůstává ve stope, dokud není těžba dokončena, dochází ke zpožděné návratnosti kapitálových investic.
  • VRM / VCR : Vertikální ústupová těžba (VRM), také známá jako Vertikální kráterový ústup (VCR), je metoda, kdy je důl rozdělen na svislé zóny s hloubkou asi 50 metrů pomocí otevřené těžby zdola nahoru. Dlouhé otvory s velkým průměrem se vyvrtávají svisle do rudného tělesa shora pomocí vrtaček do děr (ITH) a poté tryskáním horizontálních řezů rudného tělesa do podříznutí. Ruda odstřelovala při načítání ve fázi. Toto vyhledávání se provádí ze spodní části vyvinuté sekce. Poslední čištění rudy se provádí pomocí dálkově ovládaných strojů LHD. Při těžbě VCR se často používá systém primárních a sekundárních zarážek, kde se v první fázi těží primární zarážky a poté se zasypávají cementovou výplní, aby poskytly oporu stěny pro tryskání po sobě jdoucích zastavení. Po ztuhnutí výplně budou boční komory těžit v předem naplánovaném pořadí.

Metody hromadné těžby

  • Bloková jeskyně se používá k těžbě masivních strmě klesajících orebodies (typicky nízkých stupňů) s vysokou drobivostí . Pod orebody je veden podřez s přístupem k přepravě, přičemž mezi horní částí úrovně přepravy a spodní částí podkopu jsou vyhloubeny „táhla“. Ojnice slouží jako místo, kde mohou padající kameny spadnout. Orebody se vyvrtají a odstřelí nad podkopem a ruda se odstraní přístupem k přepravě. Kvůli drobivosti orebody ruda nad prvními výbuchovými jeskyněmi padá do táhel. Jak je ruda odstraňována z táhel, jeskyně orebody dovnitř poskytují stálý proud rudy. Pokud se zával zastaví a pokračuje odstraňování rudy z táhel, může se vytvořit velká prázdnota, což má za následek možnost náhlého a masivního kolapsu a potenciálně katastrofického větru v celém dole. Tam, kde zával pokračuje, se povrch země může zhroutit do povrchové deprese, jako jsou ty v molybdenových dolech Climax a Henderson v Coloradu . Taková konfigurace je jednou z několika, na které horníci používají termín „sláva díra“.

Orebody, které se neukládají snadno, jsou někdy podmíněny hydraulickým štěpením , tryskáním nebo kombinací obou. Hydraulické štěpení bylo aplikováno na předběžnou úpravu silné střešní horniny na panely s dlouhými stěnami z uhlí a na vyvolání závalů v uhelných i tvrdých skalních dolech.

  • Těžba v místnostech a pilířích  : Těžba v místnostech a pilířích se běžně provádí v plochých nebo jemně ponořených ložiskových rudních tělech. Sloupy jsou ponechány na místě v pravidelném vzoru, zatímco pokoje jsou vytěženy. V mnoha pokojových a pilířových dolech jsou pilíře vytaženy počínaje nejvzdálenějším bodem od svahu, takže střecha se může zhroutit a zasypat. To umožňuje větší obnovu, protože v pilířích zůstane méně rudy.

Odstranění rudy

V dolech, které používají k hrubému odstraňování rudy zařízení unavené gumou , se ruda (nebo „bahno“) odstraní ze svahu (označovaného jako „vycpané“ nebo „zapadlé“) pomocí středových kloubových vozidel (označovaných jako boggers nebo LHD ( Nakládka, odvoz, skládka) ). Tato zařízení mohou pracovat s dieselovými motory nebo elektromotory a připomínají nízkoprofilový čelní nakladač . LHD ovládané elektřinou využívají vlečné kabely, které jsou flexibilní a lze je prodloužit nebo zasunout na cívku.

Ruda je poté vyhozena do nákladního vozu, který má být vytažen na povrch (v mělčích dolech). V hlubších dolech je ruda vyhozena dolů rudním průsmykem (svisle nebo blízko svislého výkopu), kde padá na úroveň sběru. Na úrovni sběru může přijímat primární drcení pomocí čelistního nebo kuželového drtiče nebo prostřednictvím rozbíječe kamenů . Ruda se poté pohybuje pomocí dopravních pásů , nákladních automobilů nebo příležitostně vlaků na šachtu, aby byla v kbelících nebo přeskocích zvednuta na povrch a vyprázdněna do popelnic pod povrchovým hlavovým rámem pro transport do mlýna.

V některých případech podzemní primární drtič přivádí šikmý dopravní pás, který dodává rudu šikmým hřídelem přímo na povrch. Ruda je vedena dolů rudními průchody, přičemž těžební zařízení přistupuje k tělese rudy poklesem z povrchu.

Nejhlubší doly

  • Nejhlubšími doly na světě jsou zlaté doly Mponeng a TauTona (Western Deep Levels) v oblasti Witwatersrand v Jižní Africe , které v současné době pracují v hloubkách přesahujících 3 900 m (12 800 ft).
  • Nejhlubší neaktivní důl v Asii je Kolar v indické oblasti Karnataka . Uzavřená v roce 2001, hlavní šachta dosáhla hloubky 10 560 stop (3220 m).
  • Tato oblast je také místem nejtvrdších podmínek pro těžbu tvrdých hornin s teplotami vzduchu až 45 ° C (113 ° F). Masivní chladicí zařízení se však používají ke snížení teploty na přibližně 28 ° C (82 ° F).
  • Nejhlubší neaktivní těžký skalní důl v Severní Americe je důl Empire v kalifornském Grass Valley. Uzavřený v roce 1956 hlavní hřídel dosáhl hloubky sklonu 11,007 ft (3355 m). Celková délka všech šachet je 367 mil (591 km).
  • Nejhlubším aktivním hard rockovým dolem v Severní Americe je Kidd Mine v Kanadě , který těží zinek a měď v Timmins , Ontario . V maximální hloubce 3014 m je tento důl nejhlubším základním kovovým dolem na světě a jeho nízká povrchová výška znamená, že dno dolu je nejhlubším přístupným nemořským bodem na Zemi.
  • LaRondeova šachta Penna (šachta č. 3) je považována za nejhlubší šachtu s jednoduchým výtahem na západní polokouli. Nová šachta č. 4 je na dně ve výšce 2 840 m (9320 stop). Expanze dolu LaRonde byla dokončena v červnu 2016 v hloubce 3 008 m (9 869 ft), nejhlubších otevřených zastávek s dlouhými dírami na světě.
  • Nejhlubším aktivním dolem v Eurasii a v Asii je Skalisty Mine of Nornickel , který se nachází v Talnakhu . V září 2018 dosahuje hloubky 2056 m (6745 ft) pod povrchem.
  • Nejhlubší důl v Evropě je 16. šachta uranových dolů v Příbrami v České republice na 1838 m (6 030 stop).
  • Nejhlubší skalních doly v Austrálii , jsou měď a zinek vedou doly v Mount Isa , Queensland na 1800 m (5900 ft).
  • Nejhlubší doly s platinou a palladiem na světě jsou na Merenského útesu v Jižní Africe se zdrojem 203 milionů trojských uncí , v současné době zpracovávané do hloubky přibližně 2200 m (7200 ft).
  • Nejhlubším vrtem je Kola Superdeep Borehole v Murmanské oblasti v Rusku . Na 12 262 m (40 230 ft) je nejhlubším umělým extrémním bodem Země .

Viz také

Reference

Další čtení

  • Brown, Ronald C. Hard-Rock Miners: The InterMountain West, 1860-1920 (2000)
  • de la Vergne, Jacku. Hard Rock Miner's Handbook (2003) Tempe/North Bay: McIntosh Engineering. s. 2. ISBN  0-9687006-1-6 .
  • McElfish Jr., James M. Hard Rock Mining: Státní přístupy k ochraně životního prostředí (1996)
  • Wyman, Marku. Hard Rock Epic: Western Miners and the Industrial Revolution, 1860-1910 (1989)