Eksploatacja złoża kopaliny użytecznej polega na doborze najbardziej efektywnego i bezpiecznego systemu eksploatacji

1.System eksploatacji – systemami wybierania złoża nazywamy sposoby wybierania kopaliny użytecznej wraz z układem wyrobisk służących temu celowi z dostosowaniem prawidłowego przewietrzenia i sprawnego transportu urobku

2.System eksploatacji – sposób planowanego wybierania złoża za pomocą wyrobisk eksploatacyjnych o określonych wymiarach z ustalonym kierunkiem przesuwania się przodków eksploatacyjnych i ustalonym sposobem likwidacji przestrzeni poeksploatacyjnych

3.System eksploatacji – sposób pozyskiwania ze złoża kopaliny użytecznej kopalinę według określonego sposobu prowadzenia robót górniczych przystosowanego do charakteru złoża oraz warunków zalegania złoża tj. rodzaj złoża, grubość pokładu i jego nachylenie oraz rodzaj zagrożeń naturalnych

4.System eksploatacji – sposób wybierania kopaliny z uwzględnieniem parametrów eksploatacji w obrębie obszaru górniczego tj. kierunek, podział, nasilenie, porządek

kierunek eksploatacji – kierunek postępu eksploatacji prowadzonej w obrębie obszaru górniczego. Wyróżnia się:

-kierunek w osi poziomej – określany w odniesieniu do najbliżej leżących granic obszaru, to jest od granic lub do granic

-kierunek w osi pionowej – określany w odniesieniu do złoża wielopokładowego, eksploatacja z góry w dół lub odwrotnie

podział eksploatacji – gęstość podziału obszaru górniczego płaszczyznami poziomymi w osi pionowej. Stosuje się:

-eksploatację jednostopniową – obszar dzieli się tylko na poziomy wydobywcze

-eksploatację wielostopniową – obszar dzieli się na poziomy wydobywcze, a poziomy na piętra wydobywcze

nasilenie eksploatacji – to w przypadku złoża wielopokładowego liczba jednocześnie wybieranych pokładów

porządek eksploatacji – przebieg eksploatacji w poszczególnych pokładach przy złożach wielopokładowych. Rozróżnia się eksploatację: -kolejno – jeden pokład jest wybierany po drugim -równocześnie – wszystkie lub kilka pokładów są wybierane jednocześnie

Prowadzenie eksploatacji polega więc na wykonywaniu robót górniczych w celu pozyskiwania kopaliny użytecznej wytypowanym systemem wybierania, a następnie dostarczenie na powierzchnie urobku zawierającego kopalinę będącą przedmiotem eksploatacji

Eksploatacja w warunkach skrępowanych jest to wybieranie złoża kopaliny użytecznej w bardzo trudnych warunkach geologiczno-górniczych m.in. eksploatacje złoża uwięzionego w filarach ochronnych, oporowych, a czasami pomiędzy uskokami

Wyrobisko górnicze – pusta przestrzeń w górotworze powstająca po wykonaniu podstawowych czynności górniczych tj. urabianie, wybieranie urobku, wykonanie obudowy wyrobisk

Wyrobisko eksploatacyjne (wybierkowe) – wyrobisko przestrzenne powstałe wskutek wybierania kopaliny użytecznej jak również te wyrobiska korytarzowe, które umożliwiają masowe uzyskiwanie urobku

Straty eksploatacyjne – straty zasobów kopaliny użytecznej powstałe przy eksploatacji złoża i pozostały na zawsze w złożu jako niewybrane, bądź zostały utracone w trakcie urabiania i transportu

Zubożenie kopaliny – zubożenie odnosi się do rud metali i określa się je jako różnice między zawartością metalu w zasobach przemysłowych i w rudzie wydobytej w stosunku do zawartości składnika użytecznego (metalu) w zasobach przemysłowych

Czynniki wpływające na wybór systemu eksploatacyjnego

1.Dobór optymalnego systemu eksploatacji jest podstawowym zagadnieniem kopalni i powinien być dokonany na podstawie doświadczeń w eksploatacji złóż zalegających w podobnych warunkach geologiczno – górniczych.

2.Właściwy system eksploatacji musi zapewnić maksymalne bezpieczeństwo pracy raz uzyskanie efektywności produkcji przy najmniejszych stratach efektywności produkcji przy najmniejszych stratach eksploatacyjnych i zubożenia kopaliny.

3.System eksploatacji powinien spełniać następujące warunki techniczno – ekonomiczne:

a)dobre i bezpieczne warunki pracy dla załogi górniczej i stosownych maszyn

zapewnieniu dobrej wentylacji na stanowiskach pracy i dobrych warunków klimatycznych, zabezpieczać załogę przed skutkami ciśnienia górotworu oraz zabezpieczać przed szkodliwymi gazami i pożarami.

b)minimalną ilość robót przygotowawczych

ponieważ ilość urobku kopaliny użytkowej i wydajność pracy jest znacznie mniejsza niż z przodków eksploatacyjnych.

c)maksymalną koncentrację robót

to takie prowadzenie wybierania złoża, dzięki któremu kopalnia uzyskuje maksymalne wydobycie z jak największej liczby przodków eksploatacyjnych pozwala uzyskać wysoką wydajność pracy poprzez zastosowanie pełnej mechanizacji podstawowych czynności górniczych (urabianie, ładowanie i odstawa urobku, obudowa wyrobiska). Prawidłowo dobrany system powinien zapewnić wysoką koncentrację i maksymalną wydajność, a przez to zapewnić uzyskanie niskiego poziomu kosztów jednostkowych.

d)pełną mechanizacją podstawowych czynności górniczych (urabianie, wyrabianie obudowa)

Każdy system eksploatacji musi zapewnić łatwą i niezawodną dostawę materiałów do wykonywania podstawowych czynności górniczych

e)minima straty eksploatacji i minimalne zubożanie kopaliny

Wysokość strat eksploatacyjnych i zubożenie kopaliny zależy od rodzaju systemu eksploatacji i sposobu wykonywania wyrobiska eksploatacyjnego. Korzystniejsze jest stosowanie systemów, które umożliwiają czyste wybieranie złoża i z bardzo małymi stratami eksploatacyjnymi.

f) łatwe dostarczanie świeżego prądu powietrza i odprowadzenie zużytego

g)łatwą dostawę niezbędnych materiałów górniczych

h)niskie koszty eksploatacji

4.Spełnienie powyższych wymagań jest uzależnione od warunków geologiczno – górniczych i one ostatecznie decydują o optymalnym doborze systemu eksploatacji. Do tych warunków należą:

a)głębokość zalegania złoża

W eksploatacji podziemnej ze wzrostem głębokości wzrasta temperatura skał, a zatem i temp. dostarczanego powietrza do kopalni. Wzrasta także ciśnienie skał i możliwość występowania zagrożenia z tytułu gwałtownych przejawów ciśnienia w postaci tąpnięcia.

b)rodzaj skal stropowych

W zależności od rodzaju skał występujących w stropie system wybierania musi być tak dobrany, aby przeciwdziałał ciśnieniu górotworu przez dopasowanie jak najlepszego sposobu likwidacji przestrzeni poeksploatacyjnej.

c)grubość i nachylenie złoża

Przy doborze systemu należy uwzględnić grubość i nachylenia złoża. Ogólnie stosuje się zasadę, że złoża cienkie i o średniej grubości wybiera się na całą grubość długimi przodkami. Złoża grube wybiera się na warstwy. Najkorzystniejsze warunki eksploatacyjne występują w złożach poziomych lub prawie poziomych o nachyleniu do 5 stopni. Ze wzrostem kąta nachylenia wzrastają trudności i koszty wybierania. Gdy nachylenie pokładu jest duże, występuje zjawisko samostaczania się urobku prowadzące do zagrożenia uderzeniem brył węglowych. Gdy nachylenie przekracza 15 stopni nie mona używać maszyn o nadwoziu oponowym.

d)zaburzenia geologiczne

Wybierając system eksploatacji należy także uwzględnić zaburzenia w postaci uskoków i fałd. Zaburzenie w zaleganiu pokładów w postaci uskoków mają wpływ na ciśnienie, a więc na zachowanie się skał stropowych oraz na warunki mechanizacji procesu wybierania. Istotne znaczenie ma zachowanie się odsłoniętego stropu mają płaszczyzny uławicenia i łapności. Przy stropach skłonnych do obwałów czoło frontu eksploatacyjnego prowadzi się pod kątem 15 do 25 stopni w stosunku do biegu płaszczyzn łupności.

e)struktura skał złoża

W związku z istnieniem warstw wodonośnych nad wybieranym złożem w doborze systemu eksploatacji należy uwzględnić sposób likwidacji przestrzeni poeksploatacyjnej, polegający na ochronie stropu przed zawaleniem i stosowanie szczelnej podsadzki.

f)skłonność złoża do pożarów

Przy doborze systemu wybierania szczególnie pokładu węgla należy uwzględnić skłonność do powstawanie pożarów i wybierać systemy, które zmniejszają ryzyko powstawania pożarów.

g)gazonośność, głównie metanośność

Kierunki wybierania

- wpływ na wybieranie złóż i wielkość strat przy eksploatacji podziemnej ma kolejność wybierania pokładów. Przy eksploatacji złóż wielopokładowych, pokłady należy wybierać w kolejności z góry w dół.

h)ochrona powierzchni

Struktura skał złoża m.in. na zwięzłość skał ma wpływ na dobór sposobu urabiania skały słabsze, mniej zwięzłe możemy urabiać mechanicznie metodą ługowania i skrawania oraz strugania. Skały zwięzłe należy urabiać metodą ogniową za pomocą środków strzałowych.

KLASYFIKACJA SYSTEMÓW EKSPLOATACJI

Do wybierania złoża kopaliny użytecznej przystępuje się po wykonaniu robót udostępniających obejmujących wyrobiska szybowe i korytarzowe oraz robót przygotowawczych obejmujących wyrobiska korytarzowe wykonywane w złożu i mające na celu przygotowanie układu- systemu wyrobisk eksploatacyjnych służących do wybierania złoża.

Wybieranie kopaliny użytecznej ze złoża przeprowadza się w pewien określony sposób, który nazywany jest systemem eksploatacji. Systemy eksploatacji złóż kopalin użytecznych w metodzie podziemnej dzielą się na różne rodzaje w zależności od przyjętego kryterium podziału. Do najważniejszych kryteriów podziału systemów eksploatacji należą:

- rodzaj wyrobiska eksploatacyjnego,

- sposób kierowania pracą skał stropowych,

- kierunek wybierania złoża,

- grubość złoża.

Ze względu na rodzaj wyrobiska eksploatacyjnego stosuje się systemy ubierkowe, zabierkowe, komorowe i blokowe.

Systemy ubierkowe są to systemy ścianowe, filarowo- ubierkowe i ubierkowe pasami. Systemy te charakteryzują się tym, że czoło przodka eksploatacyjnego przesuwa się zgodnie z postępem frontu wybierania.

Ubierka- jest to przodek ścianowy o dł. Do 50m i wysokości wybieranego pokładu.

Ściana- ścianą nazywa się przodek o dł. Powyżej .

System filarowo- ubierkowy- to system, gdzie złoże lub pokład podzielony jest na kilka filarów o różnej dł. I szerokości do 50m. Gdy długość filarów jest znaczna to system nazywany jest ubierkowy pasami.

Systemy te charakteryzują się tym że przestrzeń wybraną likwiduje się natychmiast za postępem przodka oraz tym, że pozwalają na czyste wybierania złoża ( z minimalnymi stratami eksploatacyjnymi Se+ 5%) i małą przestrzenią roboczą.

Zasadniczymi elementami decydującymi o zaliczeniu systemu do grupy systemów ubierkowych są:

- długość frontu,

- sposób likwidacji przestrzeni poeksploatacyjnej,

- wielkość przestrzeni roboczej i strat eksploatacyjnych.

Systemy ścianowe stosuje się do wybierania złóż foremnych w postaci pokładów regularnie zalegających i słabo zaburzonych tektonicznie. Zaletami systemów ścianowych są:

- mała ilość robót przygotowawczych,

- mała strefa przestrzeni roboczej,

- niskie straty eksploatacyjne,

- łatwe kierowanie stropem,

- możliwość pełnej mechanizacji robót,

- duża koncentracja wydobycia.

Kolejnymi systemami są systemy zabierkowe. Są to systemy w postaci krótkich i długich zabierek oraz filarowo- zabierkowe. Systemy te polegają na wybieraniu złoża wąskimi przodkami o szerokości od 4 do 8m, czyli zabierkami o wysokości równej grubości wybieranego pokładu. Gdy zabierki nie przekraczają dł. 40m jest to system krótkich zabierek, gdy dł. wynosi powyżej 40m jest to system długich zabierek.

Likwidację przestrzeni po wydobyciu złoża wykonuje się dopiero po całkowitym wykonaniu zabierki. Systemy zabierkowe charakteryzują się tym, że wybieranie złoża następuje ze stratami eksploatacyjnymi Se= 20% w wyniku pozostawiania płotów (1,5m) i nóg (do 4m) pomiędzy zabierkami oraz znacznymi przestrzeniami roboczymi.

Systemy filarowo- zabierkowe stosuje się do wybierania grubych pokładów węgla i złóż rud charakteryzujących się zmienną miąższością i okruszcowaniem.

W zależności od wytrzymałości skał stropowych zabierki prowadzi się z tzw. płotem tj. z częścią calizny pozostawionej między zabierkami o szerokości do 15m lub z nogą tj. częścią calizny o szerokości do 4m. Płot lub noga częściowo lub w całości wybierane są w ostatnim stadium istnienia zabierki. Zaletą systemów zabierkowych jest możliwość dostosowania wysokości zabierki do zmieniającej się grubości pokładu lub złoża innej kopaliny.

W górnictwie stosuje się systemy pośrednie ubierkowo- zabierkowe. Systemy pośrednie za względu na sposób urabiania mają charakter systemów zabierkowych, natomiast ze względu na sposób likwidacji zrobów mają charakter systemów ubierkowych. Zwykle pokład urabia się pasami po rozciągłości.

W górnictwie węglowym stosuje się system jankowicki przy nachyleniu pokładu do 45 stopni oraz system miechowicki przy nachyleniu pokładu powyżej 45 stopni.

Do systemów specjalnych należą systemy schodowe: system ścianowy schodowy w odmianie schodowo- stropowym i schodowo- spągowym. Systemy te stosuje się do wybierania niskich pokładów, silnie nachylonych, wyposażonych w obudowę indywidualną przy przekątnym wybieraniu złoża i czole przodka ukształtowanego schodowo.