ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗ ΜΕΤΑΛΛΕΙΩΝ Ι

Transcript

1 ΕΚΜΕΤΑΛΛΕΥΣΗ ΜΕΤΑΛΛΕΙΩΝ Ι Φρεάτων. Καλιαµπάκος Επίκουρος Καθηγητής

2 Φρεάτων Τα φρέατα που κατασκευάζονται για την προσπέλαση ενός µεταλλείου έχουν διατοµή: ορθογώνια(α) κυκλική(β) και σε ορισµένες περιπτώσεις ελλειψοειδή(γ).

3 Φρεάτων Ηορθογώνια µορφή προσφέρει καλύτερη εκµετάλλευση της επιφάνειας της διατοµής σε σχέση µε την κυκλική αλλά τείνει να εγκαταλειφθεί λόγω δυσκολιών κατά την και της συµπεριφοράς από πλευράς ευστάθειας και απαιτήσεως υποστήριξης

4 Φρεάτων Πριν την εκκίνηση της ς του φρέατος και γενικότερα των προσπελαστικών έργων προηγείται εκτεταµένη έρευνα µε απώτερο σκοπό τον σχηµατισµό µιας το δυνατόν πληρέστερης εικόνας των συνθηκών και των ιδιαίτερων προβληµάτων που πιθανά θα προκύψουν κατά την πορεία των εργασιών.

5 ορύξεως φρέατος Πριν την έναρξη της ορύξεως του φρέατος είναι απαραίτητη η εκτέλεση ορισµένων προπαρασκευαστικών εργασιών: ειδικής γεωτρήσεως δειγµατοληψίας, για λήψη της γεωλογικής-πετρογραφικής εικόνας του εδάφους Χηµική ανάλυση του προερχόµενου από την γεώτρηση νερού, µε ιδιαίτερη προσοχή, του ανώτερου µέρους του φρέατος

6 ορύξεως φρέατος εδοµένου ότι στην επιφανειακή ζώνη επικρατούν συνήθως χαλαροί εδαφικοί σχηµατισµοί ή το πέτρωµα είναι αποσαθρωµένο, πρέπει να δίνεται ιδιαίτερη προσοχή στην υποστήριξή του αφού πρόκειται να εγκατασταθούν και βοηθητικές εγκαταστάσεις, όπως τα πέδιλα του ικριώµατος, το σύστηµα της ανέλκυσης κ.ά.

7 ορύξεως φρέατος Κατά την διάνοιξη ενός φρέατος υπεισέρχονται όλες οι φάσεις της µεταλλευτικής δραστηριότητας (διάτρηση, χρήση εκρηκτικών υλών, φόρτωση,, υποστήριξη, άντληση υδάτων, αερισµός κτλ.). Οι µέθοδοι που χρησιµοποιούνται για την διάνοιξη είναι κυρίως η «κλασική» µέθοδος (drill and blast) και η µε χρήση µηχανικών µέσων. Σε σπάνιες περιπτώσεις έχει αναφερθεί και η περίπτωση διάνοιξης φρέατος ως γεώτρηση µε κοπτικό άκρο µεγάλης διαµέτρου.

8 Κατά την µέθοδο της διακρίνονται οι εξής φάσεις οι οποίες επαναλαµβάνονται κυκλικά των διατρηµάτων Γόµωση των διατρηµάτων και πυροδότηση Αερισµός του µετώπου Αποκόµιση των προϊόντων της εξς της εκσκαφής Παράλληλα υπάρχει φωτισµός, πραγµατοποιείται άντληση των τυχόν υδάτων και γίνεται τοπογραφικός έλεγχος.

9 Φρεάτων

10 Φρεάτων

11 Χαρακτηριστικές κατόψεις και τοµές της εφαρµογής της µεθόδου (drill and blast) στην.

12 Τοποθέτηση διατρηµάτων στον πυθµένα φρέατος

13 Ηδιάτρηση πραγµατοποιείται µε αερόσφυρες ή ειδικά διατρητικά φορεία. Συνήθως εγκαθίσταται εντός του φρέατος ικρίωµα το οποίο διαχωρίζεται σε διάφορα επίπεδα, στα οποία εκτελούνται διαφορετικές και ανεξάρτητες εργασίες. Το κατώτερο επίπεδο διενεργεί την διάτρηση και αποκόµιση του εξορυσσόµενου πετρώµατος, ενώ στο ανώτερο τµήµα πραγµατοποιείται η τοποθέτηση της υποστήριξης και τελικής επένδυσης του φρέατος.

14 Η φόρτωση και των προϊόντων της, πραγµατοποιούνται µε ειδικές αρπάγες που φορτώνουν το πέτρωµα σε κάδους, οι οποίοι ανελκύονται στην συνέχεια στην επιφάνεια. Εναλλακτικά αυτή η εργασία µπορεί να πραγµατοποιηθεί από µικρό µηχανικό φορτωτή.

15 Πιο αναλυτικά, οι κυριότερες µηχανικές διατάξεις µε τις οποίες γίνεται η φόρτωση του κάδου είναι οι ακόλουθες: Αρπάγη αναρτηµένη σε συρµατόσχοινο και χειριζόµενη µε τη βοήθεια µικρού βαρούλκου τοποθετηµένου επί του φορείου, ώστε να µετακινείται οριζόντια σε επίπεδο ψηλότερα του πυθµένα κατά 5 έως 8 µέτρα. Σχ. 34

16 Μηχανικοί φορτωτές εργαζόµενοι στον πυθµένα του φρέατος. Σχ. 36

17 Ειδική αρπάγη, γνωστή ως Cactus grab Σχ. 37

18 Ηυποστήριξη του φρέατος µπορεί να πραγµατοποιηθεί µε χρήση ξύλινων πλαισίων, µεταλλικών πλαισίων και µε χρήση σκυροδέµατος. Η χρήση ξύλινων πλαισίων παρουσιάζει µειονεκτήµατα, όπως: Μικρότερη αντοχή Μικρότερο χρόνο ζωής Κίνδυνος πυρκαγιάς Αδυναµία εφαρµογής σε κυκλικές και ελλειψοειδής διατοµές Συνηθέστερα εφαρµόζεται η υποστήριξη µε µεταλλικά πλαίσια ή οπλισµένο σκυρόδεµα, το οποίο µπορεί να είναι σε προκατασκευασµένα πλαίσια ή να γίνεται επί τόπου έγχυση.

19 Αερισµός και φωτισµός Κατά την έναρξη της ορύξεως δεν απαιτείται η εγκατάσταση ανεµιστήρα για τον αερισµό του φρέατος. Καθώς συνεχίζεται η, απαιτείται η εγκατάσταση ανεµιστήρων, µέσω των οποίων εξασφαλίζεται η αποµάκρυνση των αερίων και των καπνών, που παράγονται από την αποσύνθεση των εκρηκτικών υλών. Η αποµάκρυνση αυτή, πρέπει να συντελείται εντός 10 έως 30 λεπτών. Σε πολλές περιπτώσεις, κρίνεται απαραίτητος ο αερισµός του φρέατος για µισή τουλάχιστον ώρα, µετά την πυροδότηση των διατρηµάτων. Ο καλός φωτισµός του φρέατος είναι µεγάλης σηµασίας για την επίτευξη ασφαλών συνθηκών εργασίας και υψηλών αποδόσεων

20 υδάτων Η παρουσία υδάτων στον πυθµένα του φρέατος δυσχεραίνει εξαιρετικά την εκτέλεση των εργασιών ς. Για µικρή σχετικά παροχή (µέχρι 5 m 3 \h), το νερό µπορεί να αποµακρυνθεί µε τον κάδο ανελκύσεως, ο οποίος γεµίζει µε την βοήθεια αεραντλιών, που λειτουργούν απ ευθείας στον πυθµένα. Για µεγαλύτερες παροχές απαιτείται η χρησιµοποίηση κατακόρυφων αντλιών, οι οποίες αναρτώνται από συρµατόσχοινο, ώστε να ανεβαίνουν κατά την πυροδότηση των διατρηµάτων. εδοµένου ότι το ύψος καταθλίψεως των κατακόρυφων αντλιών δεν υπερβαίνει συνήθως τα 250 µέτρα, είναι προφανές ότι για µεγαλύτερα βάθη η άντληση πρέπει να διεξάγεται σε βαθµίδες.

21 ορύξεως Η φρέατος εντός πετρωµάτων που εµφανίζουν αυξηµένη υδροφορία απαιτεί την εφαρµογή ειδικών µεθόδων. Ο συνδυασµός µεγάλων ποσοτήτων ύδατος και αστάθειας των πετρωµάτων δηµιουργεί µεγάλες δυσχέρειες κατά την. Οι ειδικές µέθοδοι ορύξεως διαιρούνται σε τρεις κατηγορίες: Μέθοδοι προστασίας του µετώπου από κατάρρευση του πετρώµατος Μέθοδοι προσωρινής ή οριστικής αποµονώσεως του ύδατος από το πέτρωµα στο οποίο θα ορυχθεί το φρέαρ Μέθοδοι ορύξεως του φρέατος θεωρούµενου ως γεώτρηση

22 Εκβάθυνση εν Κατά την προσπέλαση µεταλλευτικών κοιτασµάτων τα φρέατα που εξυπηρετούν την εκµετάλλευση σπάνια ορύσσονται µέχρι το τελικό τους βάθος. Συνήθως, ορύσσεται το τµήµα εκείνο του φρέατος το οποίο εξυπηρετεί έναν ή δύο ορόφους. Για να αποφευχθούν άσκοπες καθυστερήσεις η εκβάθυνση του φρέατος συνήθως αρχίζει καθώς αυτό βρίσκεται σε.

23 Εκβάθυνση εν Η εκβάθυνση λειτουργούντων είναι δυνατόν να επιτευχθεί είτε από πάνω προς τα κάτω, είτε από κάτω προς τα πάνω, είτε µε συνδυασµό των δύο τρόπων.

24 Εκτός από την κλασσική µέθοδο της, για την διάνοιξη χρησιµοποιούνται και µέθοδοι µηχανικής ς. Οι µέθοδοι αυτές εφαρµόζονται όταν η διατοµή του φρέατος είναι µικρή και το µήκος επίσης µικρό. Στις µεθόδους αυτές συµπεριλαµβάνονται η µέθοδος Alimak, η µέθοδος Jora Lift και η µέθοδος Raise Boring.

25 Raise Boring Η µέθοδος Raise Boring περιλαµβάνει δύο κύρια στάδια, κατά το πρώτο ανοίγεται γεώτρηση από το ανώτερο σηµείο όπου θα φτάσει το φρέαρ µέχρι το κατώτερο σηµείο. Ειδικό µηχάνηµα εγκαθίσταται στο ανώτερο τµήµα και τοποθετείται εντός της οπής της γεώτρησης ειδικό στέλεχος.

26 Raise Boring

27 Raise Boring Στο κάτω άκρο του στελέχους προσαρµόζεται κοπτική κεφαλή διαµέτρου αντίστοιχης µε την επιθυµητή διάµετρο του φρέατος Η ξεκινά µε φορά προς τα πάνω Το εξορυγµένο πέτρωµα συγκεντρώνεται στο δάπεδο της κατώτερης στοάς από όπου φορτώνεται και µεταφέρεται

28 Alimak Η µέθοδος ALIMAK πρωτοεµφανίστηκε το 1957 από την οµώνυµη εταιρία Εξ αιτίας της προσαρµοστικότητας, της ασφάλειας, της οικονοµίας και της ταχύτητας της έγινε η πιο διαδεδοµένη στον κόσµο Το εύρος του πεδίου εφαρµογής της περιλαµβάνει: µεταλλεία, υδροηλεκτρικά ενεργειακά έργα και διάνοιξης σηράγγων

29 Alimak Μπορεί να συρρικνώσει την κλιµακωτή αν του µεταλλεύµατος, µε την αφαίρεση κάποιων τµηµάτων του ανυψωτήρα. Μπορεί να χρησιµεύσει για τη διάνοιξη αερισµού, επικοινωνίας, κύριων στοών αλλά και για τη υλικού. Άλλη σηµαντική εφαρµογή της είναι η µεγέθυνση της διατοµής της στοάς, όπου η µέθοδος µπορεί να προσφέρει υψηλή αποτελεσµατικότητα, πιο άνετη εργασία και ασφάλεια.

30 Alimak Η γεώτρηση και το φόρτωµα γίνονται από την πλατφόρµα, κάτω από µία βαριά ασφαλή οροφή από ατσάλι. Ο αέρας και το νερό που χρειάζονται για τη γεώτρηση και τον αερισµό παρέχονται µέσω των σωλήνων της κατευθυντήριας ράγας.

31 Alimak Μετά το σκάψιµο και το φόρτωµα ο ανυψωτήρας οδηγείται κάτω στον χώρο στάθµευσης στον πυθµένα της ς. Κατά τη διάρκεια της έκρηξης η µηχανή είναι καλά προστατευµένη.

32 Alimak Ένας ψεκαστήρας νερού και ένας αέρα στο πάνω µέρος της κατευθυντήριας ράγας καθαρίζει τη στοά από τα αέρια της έκρηξης. Το κάτω µέρος της ράγας προστατεύεται από έναν βαρύ δίσκο, ο οποίος φέρει ψεκαστήρες νερού και αέρα για τον αερισµό.

33 Alimak Το ξεσκάρωµα του µετώπου και των τοίχων γίνεται κάτω από την προστασία της ασφαλούς οροφής.

34 εντός του φρέατος Το φρέαρ ως κύριο προσπελαστικό έργο εξυπηρετεί µια σειρά από λειτουργίες που σχετίζονται µε το µεταλλείο, για το σκοπό αυτό εγκαθίστανται διάφορες διατάξεις. Οι διατάξεις αυτές είναι: Ανεµιστήρες, τοποθετούνται στην επιφάνεια και παρέχουν τον απαραίτητο αέρα στα επίπεδα της εκµετάλλευσης Σύστηµα ανέλκυσης, τοποθετείται στην επιφάνεια και χρησιµοποιείται για την διακίνηση των εργαζοµένων, των υλικών και των προϊόντων της εξς µε τη βοήθεια ειδικών κλωβών (skip)

35 εντός του φρέατος Το φρέαρ ως κύριο προσπελαστικό έργο εξυπηρετεί µια σειρά από λειτουργίες που σχετίζονται µε το µεταλλείο, για το σκοπό αυτό εγκαθίστανται διάφορες διατάξεις. Οι διατάξεις αυτές είναι: εξαµενή συγκέντρωσης των υδάτων, συνήθως βρίσκεται στον πυθµένα του φρέατος και συγκεντρώνει τα υπόγεια νερά καθώς και τα νερά από τις διάφορες εργασίες της εκµετάλλευσης Θάλαµος εγκατάστασης του υποσταθµού του ηλεκτρικού ρεύµατος, τοποθετείται στον πυθµένα του φρέατος Αποθήκη µεταλλεύµατος, τοποθετείται στον πυθµένα του φρέατος και εξυπηρετεί την προσωρινή αποθήκευση του µεταλλεύµατος για την ανέλκυση του στην επιφάνεια

36 συστήµατος στοών Για την εξυπηρέτηση της ς της εκµεταλλεύσεως είναι απαραίτητη η ανάπτυξη ενός συστήµατος εκσκαφών περιµετρικά του πυθµένα του κυρίου φρέατος. Το σύστηµα αυτό: συνδέει το φρέαρ µε τις οδούς ς των εξορυσσοµένων προϊόντων και εξαερισµού των υπογείων εργασιών αποτελεί σταθµό αφίξεως και παραλαβής όλων των φορτίων, εξοπλισµού και προσωπικού φιλοξενεί εκσκαφές, πρωταρχικής σηµασίας, όπως το αντλιοστάσιο, οι δεξαµενές συλλογής των υδάτων, ο υποσταθµός του ηλεκτρικού ρεύµατος κ.λ.π.

37 συστήµατος στοών Η διάταξη των στοών στους ορόφους ανελκύσεως ή τον πυθµένα του φρέατος περιλαµβάνει τα εξής βασικά τµήµατα: Τον κλάδο των φορτωµένων βαγονιών, ο οποίος αποτελείται από στοά ή στοές στις οποίες φθάνουν τα βαγόνια προκειµένου είτε να ανελκυθούν είτε να αποκενωθούν σε υπόγεια αποθήκη µεταλλεύµατος Τον κλάδο των κενών βαγονιών Παρακαµπτήριες στοές, µέσω των οποίων επιτυγχάνεται η σύνδεση των δύο παραπάνω κλάδων και εξασφαλίζεται η εκτέλεση των απαραίτητων ελιγµών των µηχανών έλξεων

38

39 ορύξεως φρέατος Κατά την µέθοδο της διακρίνονται οι εξής φάσεις οι οποίες επαναλαµβάνονται κυκλικά:

40 ορύξεως 1) ι εµπήξεως πασσαλοσανίδων 2) ι εµπήξεως σιδηρόφυλλων ειδικής µορφής 3) ια προκατασκευής της επένδυσης του φρέατος και προωθήσεως της εντός του πετρώµατος 4) ι εφαρµογής πιέσεων επί των παρειών του φρέατος µε τη βοήθεια πεπιεσµένου αέρα

41 ορύξεως

42 ορύξεως

43 ορύξεως

44 ορύξεως 1) ι υποβιβασµού της στάθµης του υδροφόρου ορίζοντα 2) ι εκτελέσεως στεγανοποιητικών ενέσεων 3) ι διοχετεύσεως χηµικών διαλυµάτων 4) ια καταψύξεως του πετρώµατος και του περιεχοµένου ύδατος

45 ορύξεως Στην περίπτωση που συναντηθούν υδροφόρα στρώµατα ή η διάνοιξη πραγµατοποιείται εντός υδροφόρου ορίζοντα, πιθανά να µην επαρκεί η άντληση των υδάτων από τον πυθµένα του φρέατος. Θα πρέπει να διανοιχτούν γεωτρήσεις περιµετρικά της εκσκαφής, οι οποίες θα αντλούν το νερό υποβιβάζοντας την στάθµη του υδροφόρου ορίζοντα ώστε η εκσκαφή να πραγµατοποιείται εντός στεγνού πετρώµατος. σχ. 46

46 ορύξεως Αν συναντηθούν πετρώµατα µε έντονη τεκτονική καταπόνηση τότε εκτελείται η µέθοδος των τσιµεντενέσεων: Πραγµατοποιούνται γεωτρήσεις µικρής διαµέτρου ακτινικά του φρέατος µέσα από τις οποίες διοχετεύεται ένα αραιό µίγµα τσιµέντου νερού Το τσιµεντένεµα επιτυγχάνει την σύνδεση των τεµαχίων του πετρώµατος αυξάνοντας την αντοχή του σχηµατισµού Παράλληλα στεγανοποιεί την περιοχή περιορίζοντας τις εισροές υδάτων.

47 ορύξεως γεωτρήσεων: α) από την επιφάνεια, β) υπόγεια

48 ορύξεως ιάταξη δέσµης γεωτρήσεων

49 ορύξεως Στόµιο στεγανοποίησης γεωτρήσεως

50 ορύξεως

51 ορύξεως ιάταξη γεωτρήσεων προς διοχέτευση ψυκτικού διαλύµατος

52 ορύξεως Σωληνώσεις γεωτρήσεων

53 ορύξεως Ψυκτικό συγκρότηµα

54 ορύξεως 1) Honigmann 2) Ρώσικες µέθοδοι

55 ορύξεως Honigmann

56 ορύξεως Ρώσικες µέθοδοι

57 Κατερχόµενη Εκβάθυνση µε κατερχόµενη έχουµε µε τους παρακάτω τρόπους: 1. Με χρήση προστατευτικού στύλου, ο οποίος καλύπτει το µεγαλύτερο µέρος της διατοµής του φρέατος, ενώ η επικοινωνία του λειτουργούντος φρέατος γίνεται µε το υπόλοιπο τµήµα της διατοµής. 2. Με κατασκευή ανθεκτικού και στεγανού διαχωρίσµατος, αντί του στύλου της περίπτωσης Με στύλο προστασίας, χωρίς να υπάρχει επικοινωνία µεταξύ των δύο τµηµάτων του φρέατος. Σε αυτή την περίπτωση η προσπέλαση προς το στόµιο του υπό εκβάθυνση τµήµατος διενεργείται µε χρήση µικρού φρέατος και στοάς.

58 Κατερχόµενη

61 Ανερχόµενη Εκβάθυνση µε ανερχόµενη έχουµε µε τους παρακάτω τρόπους: 1. καθοδηγητικής εκσκαφής, µικρής διατοµής, και στη συνέχεια διεύρυνση της (από πάνω προς τα κάτω) µέχρι την τελική διατοµή του φρέατος. 2. Με απ ευθείας της τελικής διατοµής κατά την µέθοδο του συµπτυσόµενου µετώπου και στη συνέχεια εκτέλεση της οριστικής υποστήριξης. 3. Με απ ευθείας της τελικής διατοµής και εκτέλεση της οριστικής υποστηρίξεως συγχρόνως µε την προχώρηση του µετώπου.

62 Ανερχόµενη Εκβάθυνση φρέατος που λειτουργεί ήδη, µε ανερχόµενη.