Каменная и столбовая добыча - Room and pillar mining

Комната и столб (вариант груди остановка ), это добыча полезных ископаемых Система, в которой добытый материал извлекается в горизонтальной плоскости, создавая горизонтальные массивы комнат и столбов. Для этого «комнаты» руда выкапываются, а «столбы» из нетронутого материала остаются для поддержки крыши перегружать. Расчет размера, формы и положения столбов - сложная процедура и область активных исследований.[1] Этот метод обычно используется для относительно плоских отложений, таких как те, которые следуют за определенным слой. Разработка помещений и колонн может быть выгодна, поскольку снижает риск выхода на поверхность. проседание по сравнению с другими методами подземной добычи.[2] Это также выгодно, потому что его можно механизировать и относительно просто. Однако, поскольку значительные объемы руды, возможно, придется оставить позади, извлечение и прибыль могут быть низкими.[1] Добыча помещений и столбов была одним из самых ранних методов, используемых[3] хотя и со значительно большей рабочей силой.

Система комнат и столбов используется в горной промышленности. каменный уголь, гипс,[4] утюг,[5] и уран[6] руды, особенно когда они манто или общие депозиты, камень и агрегаты, тальк, кальцинированной соды и поташ.[7] Он используется во всем мире из Чешской Республики.[2] в Китай[8] в США.[4]

Процесс

Этап 1 - разведка и разработка

Планирование разработки каменных и столбовых рудников работает во многом так же, как и другие методы добычи,[9] и начинается с установления права собственности на рудник. После этого необходимо проанализировать геологию рудника, так как от этого будут зависеть такие факторы, как срок службы рудника, производственные требования и стоимость разработки и обслуживания.[9]

Затем следует определить план шахты, так как необходимо учитывать такие факторы, как вентиляция, электроэнергия и транспортировка руды.[4][9] в анализе затрат. Из-за неоднородной природы залежей полезных ископаемых, которые обычно разрабатываются камерами и колоннами, расположение шахты должно быть составлено очень тщательно.[9] Желательно, чтобы размер и форма комнат и столбов были одинаковыми, но некоторые шахты отклонились от этой формулы из-за отсутствия планировки и характеристик месторождения.[4] План шахты включает в себя размер комнат и колонн в шахтах, но также включает такие факторы, как количество и тип входов, высоту крыши, вентиляцию и последовательность разрезов.[9]

План шахты

Генеральный план помещения и столба шахты

Каменные и столбовые шахты разрабатываются по сетке, за исключением геологических особенностей, таких как недостатки требуют изменения обычного шаблона. Размер столбов определяется расчетом. Несущая способность материала выше и ниже добываемого материала и емкость добытого материала будут определять размер столба.[9]

Случайное расположение шахты затрудняет планирование вентиляции, а если столбы слишком малы, существует риск их разрушения. В угольных шахтах разрушение опор называют сдавливанием, потому что крыша сдавливает опоры, разрушая опоры. Как только одна из опор выходит из строя, нагрузка на соседние опоры увеличивается, и в результате возникает цепная реакция отказов опор. Однажды начавшись, такие цепные реакции очень трудно остановить, даже если они распространяются медленно.[10] Чтобы этого не случилось, шахту разбивают на участки или панели.[9] Столбы, известные как барьерные столбы, разделяют панели. Стойки заграждения значительно больше, чем «панельные» столбы, и их размер позволяет им поддерживать значительную часть панели и предотвращать прогрессирующее обрушение шахты в случае выхода из строя панельных столбов.[9]

Этап 2 - майнинг

Традиционно процесс добычи состоит из трех этапов. Во-первых, месторождение представляет собой «подрезку», когда прорезь прорезается как можно глубже на дне участка руды. Это поднутрение позволяет на более поздних стадиях образовывать управляемую груду породы. Вторым этапом стали буровзрывные работы на участке. Это создает груду руды, которую загружают и вытаскивают из шахты - последний этап процесса добычи.[9] В более современных каменных и столбовых шахтах используется более «непрерывный» метод, при котором используется оборудование для одновременного измельчения породы и перемещения ее на поверхность.[11]

Другие процессы, такие как засыпка, где отброшено хвосты выгружаются в отработанные районы,[8] можно использовать, но не обязательно. Retreat Mining (ниже) является примером подобного процесса.

Отступление добычи

Отступление добычи часто является заключительным этапом разработки помещений и столбов. После того, как залежь исчерпана с помощью этого метода, первоначально оставленные столбы удаляются или «вытягиваются», отступая назад к входу в шахту. После того, как столбы сняты, крыша (или задняя часть) может обрушиться за местом добычи. Удаление столбов должно происходить в очень точном порядке, чтобы снизить риски для рабочих из-за высоких нагрузок на оставшиеся столбы из-за напряжений прилегания грунта обрушения.

Отступающий майнинг - особенно опасный вид майнинга. Согласно Управление по безопасности и охране здоровья в шахтах (MSHA), добыча с использованием колонн исторически является причиной 25% смертей в угольных шахтах в США, вызванных повреждениями кровли или стен, хотя на них приходится лишь 10% от угледобывающей промышленности.[12] Отходящая добыча не может использоваться в районах, где оседание недопустимо, что снижает рентабельность.[12]

Иногда отработка отработанных месторождений не используется, и вместо этого подземное пространство используется как складское или офисное помещение с контролируемым климатом.[13][14]

Этап 3 - обслуживание и восстановление

Многие шахты и шахты были заброшены на целых 100 лет.[5] Это резко увеличивает риск оседания без надлежащего ухода.[5] Однако техническое обслуживание происходит нечасто.[6]

Упоминание об «охране окружающей среды» часто упоминается горнодобывающими компаниями, но примеров того, как это делается, найти невозможно.[9]

История

Угольная шахта Мэриленда с 1850 г.

Каменная и столбовая добыча - один из старейших методов добычи. Ранние каменные и столбовые шахты разрабатывались более или менее случайным образом, при этом размеры столбов определялись эмпирически, а направления проходили в любом удобном направлении.[15]

Каменная и колонная добыча использовалась по всей Европе еще в 13 веке.[16] и США с конца 18 века. Он до сих пор используется на всей территории США,[11] но в некоторых частях Европы он замедлился или полностью прекратился.[16]

Добыча угля в Соединенных Штатах почти всегда велась по принципу комнаты и колонны, хотя изначально требовалось значительно больше рабочих рук.[9]
Каменная и столбовая добыча гипса использовалась в Айове с 1892 года и была выведена из употребления в 1927 году из-за низкого уровня извлечения и развития технологий, которые позволили открытая разработка более практично, безопасно и экономично.[4]

Современное использование

Современные комнатные и столбовые мины могут быть немногочисленными и редкими. Это связано со многими факторами, в том числе с опасностями для горняков, связанными с проседанием, увеличением использования других методов с большей механизацией и снижением стоимости открытых горных работ.

Преимущества

Каменная и столбовая отработка особо не зависит от глубины залежи. На особо больших глубинах разработка камер и колонн может быть более рентабельной по сравнению с открытой добычей из-за того, что значительно меньше перегружать нужно удалить.[8] Это означает, что сегодня каменная и колонковая добыча в основном используется для разработки небольших и глубоких залежей с высоким содержанием золота.

Недостатки

Из-за того, что в некоторых случаях уровень восстановления составляет всего 40%,[4] Каменная и столбовая добыча не может конкурировать с точки зрения прибыльности со многими современными, более механизированными видами добычи, такими как длинный забой или же открытая разработка.

Заброшенные шахты имеют тенденцию разрушаться. В отдаленных районах обвалы могут быть опасны для дикой природы,[17] но оседание заброшенных шахт может быть опасным для инфраструктуры выше и поблизости.[5][16]

Смотрите также

Рекомендации

Примечание

  1. ^ а б Ким, Чон-Гван; Али, Махрус А. М .; Ян, Хён-Сик (27.10.2018). «Надежная конструкция устройства колонн для безопасного метода горных работ по принципу« комната и колонна »». Геотехническая и геологическая инженерия. 37 (3): 1931–1942. Дои:10.1007 / s10706-018-0734-1. ISSN  1573-1529.
  2. ^ а б Худечек, В .; Šancer, J .; Зубичек, В .; Голасовский, Дж. (Январь 2017 г.). «Опыт внедрения метода каменной и столбовой добычи в компании OKD, a.s., Чешская Республика». Журнал горной науки. 53 (1): 99–108. Дои:10.1134 / s1062739117011908. HDL:10084/124488. ISSN  1062-7391.
  3. ^ Croyle, Floyd D .; Kohler, Jeffrey L .; Бисе, Кристофер Дж. (Ноябрь 1987 г.). «Максимальные факторы спроса и предложения в подземной добыче угля». IEEE Transactions по отраслевым приложениям. IA-23 (6): 1105–1111. Дои:10.1109 / tia.1987.4505039. ISSN  0093-9994.
  4. ^ а б c d е ж Маршалл, Лоуренс Г. (1959). Методы и затраты на добычу, месторождения гипса Айова. Бюро шахт. OCLC  680481821.
  5. ^ а б c d Гргич, Драган; Хоманд, Франсуаза; Ходжа, Дашнор (октябрь 2003 г.). «Краткосрочная и долгосрочная реологическая модель для понимания обрушения железных рудников в Лотарингии, Франция». Компьютеры и геотехника. 30 (7): 557–570. Дои:10.1016 / S0266-352X (03) 00074-0.
  6. ^ а б Пол, Майкл и др. «Затопление шахт и управление водными ресурсами на подземных урановых рудниках через два десятилетия после вывода из эксплуатации». Proc. IMWA конференция. 2013.
  7. ^ Хамрин, Ханс (1986). Руководство по методам и применению подземных горных работ. Стокгольм, Швеция: Atlas Copco.
  8. ^ а б c Чжоу, Нан; Ли, Мэн; Чжан, Цзисюн; Гао, Руи (2016-11-29). «Метод засыпки проезжей части для предотвращения геологических опасностей, вызванных каменной и колонной выработкой: пример из угольной шахты Чансин, Китай». Опасные природные явления и науки о Земле. 16 (12): 2473–2484. Дои:10.5194 / nhess-16-2473-2016. ISSN  1684-9981.
  9. ^ а б c d е ж грамм час я j k Бисе, Кристофер Дж. Современная американская угледобыча: методы и применение. ISBN  9780873353953. OCLC  900441678.
  10. ^ С. О. Андрос, Добыча угля в Иллинойсе, Исследования угольной промышленности штата Иллинойс, Бюллетень 13, Том II, № 1, Университет Иллинойса, сентябрь 1915 г.
  11. ^ а б ООО «Санрайз Уголь». «Каменная и столбчатая добыча: современная угледобыча в лучшем виде». Санрайз Уголь.
  12. ^ а б Сингх, Раджендра; Mandal, P.K .; Сингх, A.K .; Кумар, Ракеш; Синха, Амаленду (май 2011 г.). «Добыча угольного столба в глубоком укрытии: с особым акцентом на угольные месторождения Индии». Международный журнал угольной геологии. 86 (2–3): 276–288. Дои:10.1016 / j.coal.2011.03.003. ISSN  0166-5162.
  13. ^ "Спрингфилдское метро". Получено 23 мая 2019.
  14. ^ "Подземелье Луисвилля". Получено 23 мая 2019.
  15. ^ К. М. Янг, Процент извлечения битуминозного угля с особым учетом условий штата Иллинойс, Бюллетень Инженерной Опытной Станции № 100, Университет Иллинойса, стр. 130.
  16. ^ а б c «Оседание из-за заброшенных горных работ на угольном месторождении Южного Уэльса, Великобритания: причины, механизмы и оценка экологического риска». Международный журнал механики горных пород, горных наук и геомеханики Аннотация. 29 (3): A202. Май 1992 г. Дои:10.1016 / 0148-9062 (92) 94157-м. ISSN  0148-9062.
  17. ^ Солнце, Он; Чжан, Цинь; Чжао, Чаоин; Ян, Чэншэн; Солнце, Кифа; Чен, Вейран (2017). «Мониторинг проседания земли в южной части нижней равнины Ляохэ, Китай, с помощью многоколейной техники PS-InSAR». Дистанционное зондирование окружающей среды. 188: 73–84. Дои:10.1016 / j.rse.2016.10.037. ISSN  0034-4257.