Комнатная и столбовая добыча

Комната и столб или столб и стойло — вариант грудной остановки . Это система добычи полезных ископаемых , в которой добытый материал извлекается в горизонтальной плоскости, создавая горизонтальные массивы комнат и колонн. Для этого «комнаты» с рудой выкапывают и оставляют «столбы» из нетронутого материала, поддерживающие кровлю – вскрышу . Расчет размера, формы и положения столбов — сложная процедура и область активных исследований. ^[1] Этот метод обычно используется для относительно ровно залегающих месторождений, например тех, которые следуют за определенным пластом . Комнатная и столбовая добыча может быть выгодной, поскольку снижает риск оседания поверхности по сравнению с другими методами подземной добычи. ^[2] Это также выгодно, поскольку его можно механизировать и он относительно прост. Однако, поскольку значительную часть руды придется оставить, извлечение и прибыль могут быть низкими. ^[1] Комнатная и столбовая добыча была одним из первых используемых методов. ^[3] хотя и со значительно большей рабочей силой.

Система помещений и колонн используется при добыче угля , гипса , ^[4] железо , ^[5] известняк , ^[6] и уран ^[7] руды, особенно если они обнаружены в виде манто или пластовых отложений, камня и заполнителей , талька , кальцинированной соды и поташа . ^[8] Он использовался во всем мире, начиная с Чешской Республики. ^[2] в Китай ^[9] в США. ^[4]

Процесс

Этап 1 — разведка и разработка

Планирование разработки камерных и столбовых шахт осуществляется во многом так же, как и другие методы добычи полезных ископаемых. ^[10] и начинается с установления права собственности на рудник. После этого необходимо проанализировать геологию рудника, поскольку от этого будут зависеть такие факторы, как срок службы рудника, производственные требования, а также стоимость разработки и обслуживания. ^[10]

Затем следует определить планировку шахты, поскольку необходимо учитывать такие факторы, как вентиляция, электроэнергия и транспортировка руды. ^[4]^[10] в анализе затрат. Из-за неоднородного характера месторождений полезных ископаемых, которые обычно разрабатываются камерно-столбовым способом, планировку шахт необходимо составлять очень тщательно. ^[10] Желательно сохранять размер и форму помещений и колонн одинаковыми, но некоторые шахты отклоняются от этой формулы из-за отсутствия планирования и характеристик месторождения. ^[4] Планировка шахты включает в себя размер помещений и столбов в шахтах, а также такие факторы, как количество и тип входов, высоту крыши, вентиляцию и последовательность разрезов. ^[10]

Схема шахты

Камерные и столбовые шахты разрабатываются на основе сетки, за исключением случаев, когда геологические особенности, такие как разломы, требуют изменения регулярной схемы. Размер столбов определяется расчетным путем. Несущая способность материала над и под добываемым материалом, а также грузоподъемность добытого материала определяют размер столба. ^[10]

Случайное расположение шахт затрудняет планирование вентиляции, а если столбы слишком малы, существует риск разрушения столба. На угольных шахтах обрывы столбов называются обжатиями, потому что крыша продавливается вниз, разрушая столбы. Как только один столб выходит из строя, вес соседних столбов увеличивается, и в результате возникает цепная реакция отказов столбов. Однажды начавшись, такие цепные реакции чрезвычайно трудно остановить, даже если они распространяются медленно. ^[11] Чтобы этого не произошло, шахту разделяют на участки или панели. ^[10] Столбы, известные как барьерные стойки, разделяют панели. Столбы барьера значительно больше, чем «панельные» столбы, и имеют такие размеры, чтобы позволить им поддерживать значительную часть панели и предотвращать прогрессирующее обрушение шахты в случае выхода из строя панельных столбов. ^[10]

2 этап — добыча полезных ископаемых

Традиционно процесс добычи состоит из трех этапов. Во-первых, месторождение «подрезается», когда в нижней части секции руды вырезается как можно более глубокая щель. Эта подрезка позволяет на более поздних стадиях создать управляемую кучу камня. Второй этап – буровзрывные работы секции. В результате образуется куча руды, которую загружают и вывозят из шахты — последний этап процесса добычи. ^[10] В более современных камерных и столбчатых шахтах используется более «непрерывный» метод, при котором используются машины для одновременного измельчения породы и перемещения ее на поверхность. ^[12]

Другие процессы, такие как засыпка , при которой выброшенные хвосты выгружаются в выработанные места, ^[9] можно использовать, но это не обязательно. Ретрит-майнинг (ниже) является примером такого процесса.

Отступление добычи полезных ископаемых

Отступающая добыча часто является заключительным этапом камерной и столбовой добычи. После того, как месторождение истощено с помощью этого метода, столбы, которые изначально остались позади, удаляются или «вытягиваются», отступая обратно к входу в шахту. После удаления столбов крыша (или задняя часть) может обрушиться за зоной добычи полезных ископаемых. Удаление столбов должно происходить в очень точном порядке, чтобы снизить риски для рабочих из-за высоких напряжений, оказываемых на оставшиеся столбы опорными напряжениями обрушивающегося грунта.

Отступающая добыча полезных ископаемых является особенно опасной формой добычи полезных ископаемых. По данным Управления по безопасности и гигиене шахт (MSHA), добыча полезных ископаемых исторически была причиной 25% смертей в угольных шахтах США, вызванных обрушениями кровли или стен, хотя на них приходится лишь 10% угольной промышленности. ^[13] Отступающая добыча не может использоваться в районах, где просадка недопустима, что снижает рентабельность. ^[13]

Иногда добыча полезных ископаемых не используется, а подземное пространство вместо этого перепрофилируется под склад с контролируемым климатом или офисное помещение. ^[14]^[15]

Этап 3 — техническое обслуживание и восстановление

Многие камерные и столбовые шахты заброшены уже более 100 лет. ^[5] Это резко увеличивает риск проседания, если его не поддерживать должным образом. ^[5] однако техническое обслуживание проводится не часто. ^[7]

История

Комнатная и столбовая добыча — один из старейших методов добычи полезных ископаемых. Ранние камерные и столбовые мины разрабатывались более или менее случайным образом: размеры столбов определялись эмпирически, а курс двигался в любом удобном направлении. ^[16]

Комнатная и столбовая добыча использовалась по всей Европе еще в 13 веке. ^[17] и США с конца 18 века. Он до сих пор используется на всей территории США. ^[12] но в некоторых частях Европы он замедлился или полностью остановился. ^[17]

Добыча угля в Соединенных Штатах почти всегда осуществлялась по камерно-столбовой схеме, хотя первоначально в ней задействовано значительно больше рабочей силы. ^[10]

Комнатная и столбовая добыча гипса использовалась в Айове с 1892 года и была прекращена в 1927 году из-за низкой добычи и разработки технологий, которые сделали добычу открытым способом более практичной, безопасной и экономически эффективной. ^[4] Совсем недавно, в 1961 году, в США открылась шахта «Гипс Сперри» недалеко от Медиаполиса, штат Айова . комнаты одинаковой ширины на гипсовом слое толщиной около 10 футов (3,0 м). ^[18]

Многие соляные шахты используют планировку помещений и столбов. Соляная шахта Сифто в Годерихе, Онтарио , крупнейшая в мире, была открыта в 1959 году. Она вскрывает соляной пласт толщиной 30 метров (98 футов) на глубине 533 метра (1749 футов) под поверхностью, в основном под озером Гурон . ^[19] Соляная шахта Каргилл на глубине 1700 футов (520 м) ниже поверхности, в основном под озером Эри в Кливленде, штат Огайо , аналогична. ^[20]

Современное использование

Современные комнатные и столбовые мины могут быть немногочисленны и редки. Это связано со многими факторами, в том числе с опасностью для горняков, связанной с проседанием, увеличением использования других методов с большей механизацией и снижением стоимости открытых горных работ. ^{[ нужна ссылка ]}

Преимущества

Комнатная и столбовая добыча особо не зависит от глубины залежи. На особенно больших глубинах камерная и столбчатая добыча может быть более рентабельной по сравнению с открытой добычей, поскольку значительно меньше вскрышных пород . требуется удалить ^[9] Это означает, что сегодня камерная и столбовая добыча в основном используется для богатых, но небольших и глубоких месторождений. ^{[ нужна ссылка ]}

Недостатки

Из-за того, что в некоторых случаях уровень восстановления составляет всего 40%, ^[4] Комнатная и столбовая добыча не может конкурировать по рентабельности со многими современными, более механизированными видами добычи, такими как лавная или открытая добыча . ^{[ нужна ссылка ]}

Заброшенные шахты имеют тенденцию обрушиваться. В отдаленных районах обвалы могут быть опасны для дикой природы. ^[21] однако оседание заброшенных шахт может быть опасным для инфраструктуры наверху и поблизости. ^[5]^[17] Значительное количество угля осталось на столбах в качестве опоры крыши.

См. также

Ссылки

Примечание

^ Перейти обратно: ^а ^б Ким, Чон-Гван; Али, Махрус AM; Ян, Хён Сик (27 октября 2018 г.). «Надежное проектирование опорной конструкции для безопасного камерно-столбового метода разработки». Геотехническая и геологическая инженерия . 37 (3): 1931–1942. дои : 10.1007/s10706-018-0734-1 . ISSN 1573-1529 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Худечек, В.; Шансер, Дж.; Зубичек, В.; Голасовский, Дж. (январь 2017 г.). «Опыт внедрения камерно-столбового метода разработки в компании OKD, as, Чехия». Журнал горной науки . 53 (1): 99–108. дои : 10.1134/s1062739117011908 . hdl : 10084/124488 . ISSN 1062-7391 .
^ Кройл, Флойд Д.; Колер, Джеффри Л.; Бизе, Кристофер Дж. (ноябрь 1987 г.). «Максимальный спрос и факторы спроса в подземной добыче угля». Транзакции IEEE для промышленных приложений . ИА-23 (6): 1105–1111. дои : 10.1109/tia.1987.4505039 . ISSN 0093-9994 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Маршалл, Лоуренс Г. (1959). Методы добычи и затраты, месторождения гипса в Айове . Горное бюро. OCLC 680481821 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Гргич, Драган; Оман, Франсуаза; Ходжа, Дашнор (октябрь 2003 г.). «Кратко- и долгосрочная реологическая модель для понимания обрушений железных рудников в Лотарингии, Франция». Компьютеры и геотехника . 30 (7): 557–570. дои : 10.1016/S0266-352X(03)00074-0 .
^ Проектирование столбов и пролетов крыши в каменных шахтах , CDC
^ Перейти обратно: ^а ^б Пол, Майкл и др. «Затопление шахт и управление водными ресурсами на подземных урановых рудниках через два десятилетия после вывода из эксплуатации». Учеб. Конференция ИМВА . 2013.
^ Хамрин, Ганс (1986). Руководство по методам и применению подземных горных работ . Стокгольм, Швеция: Атлас Копко.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Чжоу, Нань; Ли, Мэн; Чжан, Цзисюн; Гао, Руй (29 ноября 2016 г.). «Метод засыпки проезжей части для предотвращения геологических опасностей, вызванных камерными и столбовыми горными работами: пример угольной шахты Чансин, Китай» . Природные опасности и науки о системе Земли . 16 (12): 2473–2484. doi : 10.5194/nhess-16-2473-2016 . ISSN 1684-9981 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж Бизе, Кристофер Дж. Современная добыча угля в Америке: методы и применение . ISBN 9780873353953 . OCLC 900441678 .
^ С. О. Андрос, Добыча угля в Иллинойсе, Исследования угольной промышленности Иллинойса, Бюллетень 13, Том II, № 1 , Университет Иллинойса, сентябрь 1915 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ООО «Санрайз Комир». «Комнатная и столбчатая добыча: современная добыча угля в лучшем виде» . Восход Уголь .
^ Перейти обратно: ^а ^б Сингх, Раджендра; Мандал, ПК; Сингх, АК; Кумар, Ракеш; Синха, Амаленду (май 2011 г.). «Добыча угольного столба под глубоким укрытием: с особым упором на угольные месторождения Индии». Международный журнал угольной геологии . 86 (2–3): 276–288. дои : 10.1016/j.coal.2011.03.003 . ISSN 0166-5162 .
^ «Подземелье Спрингфилда» . Проверено 23 мая 2019 г.
^ «Луисвиллское метро» . Проверено 23 мая 2019 г.
^ К. М. Янг, Процент добычи битуминозного угля с особым упором на условия Иллинойса, Бюллетень инженерной экспериментальной станции № 100 , Университет Иллинойса, стр. 130.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с «Проседание из-за заброшенной добычи на угольном месторождении Южного Уэльса, Великобритания: причины, механизмы и оценка экологического риска». Международный журнал механики горных пород, горных наук и геомеханики . 29 (3): А202. Май 1992 г. doi : 10.1016/0148-9062(92)94157-m . ISSN 0148-9062 .
↑ Дэнни Дэвис, «Правда о правительстве США», опубликовано в трех частях в Mediapolis News , 28 января — 11 февраля 2010 г., заархивировано в Интернете как единый документ .
↑ Эми Патаки, Ричард Лаутенс, Соль у источника: день в шахте на озере Гурон, The Toronto Star , пятница, 15 августа 2014 г.
^ Лаура Джонсон, Соляная шахта Каргилл: другой мир под озером Эри, Rock the Lake , 1 декабря 2017 г.; Расположение помещений и колонн наиболее наглядно видно на карте шахты, показанной на Рисунке 3 из 17.
^ Солнце, Он; Чжан, Цинь; Чжао, Чаоин; Ян, Чэншэн; Сунь, Цифа; Чен, Вейран (2017). «Мониторинг оседания земель в южной части нижней равнины Ляохэ, Китай, с помощью многопутевой методики PS-InSAR» . Дистанционное зондирование окружающей среды . 188 : 73–84. дои : 10.1016/j.rse.2016.10.037 . ISSN 0034-4257 .

[:1-1] Перейти обратно: ^а ^б Ким, Чон-Гван; Али, Махрус AM; Ян, Хён Сик (27 октября 2018 г.). «Надежное проектирование опорной конструкции для безопасного камерно-столбового метода разработки». Геотехническая и геологическая инженерия . 37 (3): 1931–1942. дои : 10.1007/s10706-018-0734-1 . ISSN 1573-1529 .

[:02-2] Перейти обратно: ^а ^б Худечек, В.; Шансер, Дж.; Зубичек, В.; Голасовский, Дж. (январь 2017 г.). «Опыт внедрения камерно-столбового метода разработки в компании OKD, as, Чехия». Журнал горной науки . 53 (1): 99–108. дои : 10.1134/s1062739117011908 . hdl : 10084/124488 . ISSN 1062-7391 .

[:7-3] Кройл, Флойд Д.; Колер, Джеффри Л.; Бизе, Кристофер Дж. (ноябрь 1987 г.). «Максимальный спрос и факторы спроса в подземной добыче угля». Транзакции IEEE для промышленных приложений . ИА-23 (6): 1105–1111. дои : 10.1109/tia.1987.4505039 . ISSN 0093-9994 .

[:3-4] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж Маршалл, Лоуренс Г. (1959). Методы добычи и затраты, месторождения гипса в Айове . Горное бюро. OCLC 680481821 .

[:0-5] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Гргич, Драган; Оман, Франсуаза; Ходжа, Дашнор (октябрь 2003 г.). «Кратко- и долгосрочная реологическая модель для понимания обрушений железных рудников в Лотарингии, Франция». Компьютеры и геотехника . 30 (7): 557–570. дои : 10.1016/S0266-352X(03)00074-0 .

[6] Проектирование столбов и пролетов крыши в каменных шахтах , CDC

[:5-7] Перейти обратно: ^а ^б Пол, Майкл и др. «Затопление шахт и управление водными ресурсами на подземных урановых рудниках через два десятилетия после вывода из эксплуатации». Учеб. Конференция ИМВА . 2013.

[8] Хамрин, Ганс (1986). Руководство по методам и применению подземных горных работ . Стокгольм, Швеция: Атлас Копко.

[:52-9] Перейти обратно: ^а ^б ^с Чжоу, Нань; Ли, Мэн; Чжан, Цзисюн; Гао, Руй (29 ноября 2016 г.). «Метод засыпки проезжей части для предотвращения геологических опасностей, вызванных камерными и столбовыми горными работами: пример угольной шахты Чансин, Китай» . Природные опасности и науки о системе Земли . 16 (12): 2473–2484. doi : 10.5194/nhess-16-2473-2016 . ISSN 1684-9981 .

[:2-10] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я ^дж Бизе, Кристофер Дж. Современная добыча угля в Америке: методы и применение . ISBN 9780873353953 . OCLC 900441678 .

[11] С. О. Андрос, Добыча угля в Иллинойсе, Исследования угольной промышленности Иллинойса, Бюллетень 13, Том II, № 1 , Университет Иллинойса, сентябрь 1915 г.

[:8-12] Перейти обратно: ^а ^б ООО «Санрайз Комир». «Комнатная и столбчатая добыча: современная добыча угля в лучшем виде» . Восход Уголь .

[:4-13] Перейти обратно: ^а ^б Сингх, Раджендра; Мандал, ПК; Сингх, АК; Кумар, Ракеш; Синха, Амаленду (май 2011 г.). «Добыча угольного столба под глубоким укрытием: с особым упором на угольные месторождения Индии». Международный журнал угольной геологии . 86 (2–3): 276–288. дои : 10.1016/j.coal.2011.03.003 . ISSN 0166-5162 .

[14] «Подземелье Спрингфилда» . Проверено 23 мая 2019 г.

[15] «Луисвиллское метро» . Проверено 23 мая 2019 г.

[16] К. М. Янг, Процент добычи битуминозного угля с особым упором на условия Иллинойса, Бюллетень инженерной экспериментальной станции № 100 , Университет Иллинойса, стр. 130.

[:6-17] Перейти обратно: ^а ^б ^с «Проседание из-за заброшенной добычи на угольном месторождении Южного Уэльса, Великобритания: причины, механизмы и оценка экологического риска». Международный журнал механики горных пород, горных наук и геомеханики . 29 (3): А202. Май 1992 г. doi : 10.1016/0148-9062(92)94157-m . ISSN 0148-9062 .

[18] Дэнни Дэвис, «Правда о правительстве США», опубликовано в трех частях в Mediapolis News , 28 января — 11 февраля 2010 г., заархивировано в Интернете как единый документ .

[19] Эми Патаки, Ричард Лаутенс, Соль у источника: день в шахте на озере Гурон, The Toronto Star , пятница, 15 августа 2014 г.

[20] Лаура Джонсон, Соляная шахта Каргилл: другой мир под озером Эри, Rock the Lake , 1 декабря 2017 г.; Расположение помещений и колонн наиболее наглядно видно на карте шахты, показанной на Рисунке 3 из 17.

[21] Солнце, Он; Чжан, Цинь; Чжао, Чаоин; Ян, Чэншэн; Сунь, Цифа; Чен, Вейран (2017). «Мониторинг оседания земель в южной части нижней равнины Ляохэ, Китай, с помощью многопутевой методики PS-InSAR» . Дистанционное зондирование окружающей среды . 188 : 73–84. дои : 10.1016/j.rse.2016.10.037 . ISSN 0034-4257 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]

[21]