My task was to project concept Cut & Fill exploitation of chalcopyrite vein located at one of the lowest levels of Morrison Mine in Ontario. I've created spatial model to present layout of the projected excavations, applied calculations to estimate theoretical time of exploitation ocurring in this vein and described relevant exploitation works. Some of the content of my work is presented in the file below.

1. AKADEMIA GÓRNICZO–HUTNICZA
IM. STANISŁAWA STASZICA W KRAKOWIE
Wydział Górnictwa i Geoinżynierii
KATEDRA GÓRNICTWA PODZIEMNEGO
Projekt inżynierski
Imię i nazwisko: Artur Kaleta
Numer albumu: 262249
Kierunek studiów: Górnictwo i Geologia
Temat projektu inżynierskiego: Udostępnienie i system eksploatacji złoża
rud miedzi i złota na przykładzie
kanadyjskiej kopalni Morrison
Opiekun projektu inżynierskiego:
Dr hab. inż. Waldemar Korzeniowski, prof. nadzw.
Ocena: 5.0
podpis dyplomanta
Kraków, rok akademicki 2015/2016

2. Rys. 2.2. Schemat struktury udostępnienia złoża
Źródło: opracowano na podstawie [1]
11

3. Rys. 3.1. Przekrój geologiczny w obrębie złoża Morrison
Źródło: opracowano na podstawie [1]
13

4. Ciało rudne występuje w postaci siarczków masywnych, oznaczonych kolorem
czerwonym na Rysunku 3.1. Są to głównie siarczki miedzi oraz niklu, w obrębie których
obecne są znaczące nagromadzenia złota, palladu oraz platyny, w ilości kilku gram na tonę
rudy. Siarczki masywne złoża Morrison otoczone są brekcją Sudbury, której zasięg jest
bardzo rozległy, a kształt występowania bardzo nieregularny. Ułożenie warstw norytu,
usytuowanych w górnym obszarze przedstawionego przekroju ukazują krawędź krateru
Sudbury, który w najgłębszym punkcie osiąga około 15 km. Rysunek 3.2. przedstawia
interpretację kształtu złoża, sporządzoną przez zespół geologów.
Rys. 3.2. Kształt złoża Morrison
Źródło: model przestrzenny kopalni
14

5. Głównymi wyrobiskami udostępniającymi złoże Morrison są dwa pionowe szyby,
a także upadowa spiralna, połączona z szybami za pomocą czterech upadowych kamiennych.
Dwie z nich połączone są z Szybem II kopalni Levack na głębokości 808 oraz 1097 m. Dwie
kolejne, czyli upadowe 40+1 oraz 43+1 zostały wydrążone z poziomu kopalni Craig
na głębokościach 1219 oraz 1310 m, a upadowa 5040 jest wyrobiskiem ślepym, mającym
na celu udostępnienie poziomu MD5. Na Rysunku 4.2. przedstawiono główne wyrobiska
udostępniające oraz położenie złoża Morrison.
Rys. 4.2. Wyrobiska udostępniające złoże Morrison
Źródło: model przestrzenny kopalni
19

6. Rys. 5.1. Wymiary samojezdnego wozu wiercącego Atlas Copco Boomer 282
Źródło: opracowano na podstawie [7]
5.1.2. Wpływ parametrów i kształtu złoża
Kolejnym aspektem uwzględnionym podczas doboru wymiarów wyrobiska
był kształt złoża. Miąższość żyły MD5/a jest niewielka i mieści się w przedziale około
0,2 – 1,0 m. Jej kształt jest nieregularny, a nachylenie zmienne w kierunku poziomym
oraz pionowym. W związku z tym przeanalizowano jej kształt oraz rozmiar przy pomocy
narzędzi oprogramowania AutoCAD, w celu określenia maksymalnego odchylenia
jej powierzchni od pionu. Dzięki temu możliwe jest dobranie takiej szerokości wyrobiska,
aby podczas eksploatacji na każdym poziomie żyła przebiegała od spągu do stropu
wyrobiska. Spełnienie tego warunku pozwoli na lepsze zaplanowanie harmonogramowania
produkcji, ponieważ z góry dostarczy informacji na temat ilości oraz objętości wyrobisk
24

7. koniecznych do wydobycia całej żyły, przy zadanej stałej wysokości planowanych
wyrobisk. Rysunek 5.2. przedstawia dane, które wzięto pod uwagę podczas doboru
wyrobiska tą metodą.
Rys. 5.2. Dobór szerokości wyrobiska ze względu na kształt złoża
Przekrój przez żyłę MD5/a w najbardziej nachylonym rejonie zaznaczono linią
czerwoną. Przerywana linia czarna przedstawia wyrobisko o zbyt małej szerokości,
a symbolami x oraz y została zaznaczona szerokość oraz wysokość wyrobiska. Wysokość
obliczona w poprzednim podrozdziale została dopasowana do standardów systemu
imperialnego i została przybliżona do 10 stóp angielskich odpowiadających 3048 mm.
Maksymalny kąt nachylenia złoża α wynosi 43°. Na podstawie tych danych obliczono
minimalną szerokość wyrobiska eksploatacyjnego z zależności:
tg α =
y
x
(1)
x =
y
tg α
=
3048 mm
tg 43°
= 3269 mm (1.1)
25

8. Rys. 5.4. Główne etapy procesu projektowania w programie AutoCAD
28

9. Rys. 5.5. Wyrobiska projektowane
29

10. Rys. 5.6. Schemat przebiegu eksploatacji
Aby zapewnić jak największą wydajność całego procesu wydobywczego konieczne
jest wydrążenie komór funkcyjnych na wysokości każdego podpoziomu w pobliżu upadowej
spiralnej. Wielkość komór powinna być dostosowana do pełnionej funkcji i rozmiarów
maszyn w nich operujących. Jedna z komór powinna zostać wydrążona w celu gromadzenia
urobku odstrzelonego w przodku eksploatacyjnym, jako komora retencyjna. W komorze
będzie następować rozładunek ładowarki MTI LT 210, a po odpowiednim nagromadzeniu
urobku nastąpi załadunek na wozy odstawcze przy użyciu ładowarki Scooptram ST1030.
Aby ułatwić i przyspieszyć proces manewrowania maszynami, naprzeciwko komory
retencyjnej zaleca się wydrążenie komory, która pozwoli na łatwiejsze cofanie urządzeń
ładujących oraz wymijanie w przypadku większej liczby maszyn w pobliżu wyrobiska.
Każde wyrobisko drążone w czasie eksploatacji żyły MD5/a jest wyrobiskiem ślepym,
31

11. dlatego wymagane jest stosowanie wentylacji odrębnej, zapewniającej prąd świeżego
powietrza pracownikom znajdującym się w przodku. W związku z tym koniecznym jest
wydrążenie komory pełniącej funkcję rozdzielni elektrycznej. W komorze znajdować się
będą niezbędne transformatory oraz bezpieczniki w celu rozdzielenia napięcia sieci
elektrycznej kopalni, aby umożliwić zasilenie wentylatora pompującego powietrze
do ślepego wyrobiska. Eksploatacja wymaga stosowania wielu materiałów takich jak kotwy,
siatki okładzinowe, ładunki klejowe czy podręczne narzędzia, dlatego czwartą komorą
będzie komora materiałowa, w której możliwe będzie składowanie wyżej wymienionych
elementów wyposażenia. Rysunek 5.7. przedstawia przykładowe rozmieszczenie komór
funkcyjnych w jednym z podpoziomów.
Rys. 5.7. Komory funkcyjne
5.3. Projekt metryki strzałowej oraz obudowy wyrobiska
Kolejnym etapem pracy był projekt metryk strzałowych dla danych systemów
eksploatacji oraz określenie rodzaju obudowy kotwowej, stosowanej w chodnikach
eksploatacyjnych. Projekt metryki strzałowej dla systemu Long Hole Stoping wykonano
na podstawie metryki pozyskanej podczas praktyk, natomiast metryka strzałowa dla
drugiego systemu została opracowana z uwzględnieniem maksymalnej długości wierteł
wozów wiercących stosowanych na kopalni oraz zdjęcia przodka przed odstrzeleniem.
Metryka strzałowa przedstawiona na Rysunku 5.8. dotyczy systemu Cut and Fill. Otwory
strzałowe mają długość około 4 m, średnicę 51 mm i są rozmieszczone równomiernie
32

12. w siatce 0,8 m x 0,65 m. Otwory obrysowe nachylone są pod niewielkim kątem w kierunku
zewnętrznym, aby zapobiec zmniejszaniu się rozmiarów przekroju poprzecznego
wyrobiska. Cztery otwory włomowe skierowane są do wewnątrz
i detonowane w pierwszej kolejności, natomiast środkowy otwór posiada średnicę 63 mm
i jest minimalnie dłuższy od pozostałych. Jest to otwór, którego nie uzbraja się materiałami
wybuchowymi, a jego funkcja polega na zwiększeniu powierzchni odsłonięcia,
co poskutkuje większą skutecznością detonacji. W kopalni na szeroką skalę stosuje się
nieelektryczny system inicjowania Nonel firmy Orica, dlatego taki system zostanie
wykorzystany również w urabianiu żyły MD5/a.
Rys. 5.8. Metryka strzałowa systemu zabierkowego z podsadzką na warstwy (Cut and Fill)
Otwory strzałowe przedstawione na kolejnym rysunku wykonywane są w stropie
i w przeciwieństwie do pierwszej metody ich kierunek zbliżony jest do pionowego.
Nachylenie otworów mieści się w przedziale 70-90° względem płaszczyzny pionowej,
a ich długość dobierana jest w zależności od nachylenia otworu, tak aby w wyniku detonacji
33

13. materiałów wybuchowych została urobiona cała ruda zalegająca pomiędzy dwoma
wyrobiskami poziomymi. Wiercenie zostanie zakończone w momencie w którym zasięg
otworów zbliży się do odległości około 0,6 m od spągu wyrobiska podsadzonego. Taki
zabieg pozwoli na zmniejszenie możliwości naruszenia podsadzki wyrobiska wyżej
leżącego. Otwory o średnicy 63 mm rozmieszczone są na siatce o wymiarach 1,0 m x 1,4 m.
Podczas wykonywania jednego zabioru zostaje zdetonowanych osiem rzędów otworów,
co przedstawiono na Rysunku 5.9. Otwory uzbrojone zostaną materiałami wybuchowymi
emulsyjnymi, a jako pobudzacze zostaną wykorzystane ładunki materiału wybuchowego
Senatel Magnafrac o wymiarach 32 x 400 mm firmy Orica.
Rys. 5.9. Metryka strzałowa systemu komorowego Long Hole Stoping
Z uwagi na wysokie parametry wytrzymałościowe skał zalegających w Zagłębiu
Sudbury, podstawową obudową stosowaną w celu utrzymania stateczności wyrobisk kopalni
jest obudowa kotwowa. Obok różnego rodzaju kotew stosuje się również opinkę z siatki
zgrzewanej, mającą na celu zapobieganie odspajaniu się odłamków skalnych. W kopalni
Morrison stosuje się wiele rodzajów kotew oraz schematów ich rozmieszczenia,
34

14. w zależności od cen materiałów oraz rodzaju wyrobisk, w którym mają zostać zastosowane.
Na Rysunku 5.10. przedstawiono jeden ze schematów kotwienia, stosowanych obecnie
w wyrobiskach eksploatacyjnych. W stropie oraz ociosie zostały zastosowane arkusze siatki
zgrzewanej o wymiarach 3,35 x 1,5 m, złożone z prętów o grubości 4 mm i rozmiarze oczek
100 x 100 mm. Podczas łączenia 2 arkuszy siatki należy zastosować zakładkę minimum 200
mm. Łączenia arkuszy siatki należy wzmocnić nałożeniem arkusza grubszej siatki
o wymiarach 3,35 x 0,3 m. Siatkę należy montować w odległości ok. 1,5 m od czoła przodka.
Kotwy wykorzystane w obudowie to zbrojeniowe pręty wklejane na ładunku żywicznym
o średnicy 22 mm i długości 1,8m oraz kotwy cierne Super Swellex o długości 2,5 m. Montaż
kotew odbywa się przy pomocy kotwiarek pneumatycznych, a otwory wykonywane
są za pomocą wiertarki pneumatycznej z podporą firmy Canun. Kierunek wiercenia
powinien być prostopadły do płaszczyzny stropu oraz ociosu za wyjątkiem górnych kotew
mocujących opinkę w ociosie. Szczegółowe rozmieszczenie kotew przedstawiono
na rysunku poniżej.
Rys. 5.10. Schemat kotwienia
35

15. Tabela 2. Dane pozyskane z utworzonego modelu przestrzennego
Podpoziom
Nr
wyrobiska
Długość
wyrobiska
[m]
Objętość
wyrobiska
[m3
]
Głębokość
wyrobiska
[m p.p.t.]
System
eksploatacji
Ilość
zabiorów
Suma
zabiorów
C&F
1
5 80,5 3279,9 1418,2 LHS 7 -
4 89,0 905,7 1421,2 C&F 21
93
3 95,3 970,7 1424,3 C&F 23
2 101,1 1028,9 1427,3 C&F 24
1 105,3 1071,7 1430,4 C&F 25
2
5 106,1 4318,6 1442,6 LHS 9 -
4 106,5 1083,9 1445,6 C&F 25
103
3 106,7 1086,2 1448,7 C&F 25
2 107,5 1094,0 1451,7 C&F 26
1 113,8 1158,5 1454,8 C&F 27
3
5 111,1 4524,8 1467,0 LHS 10 -
4 114,2 1162,5 1470,0 C&F 27
119
3 127,4 1296,8 1473,1 C&F 30
2 132,3 1347,1 1476,1 C&F 32
1 127,2 1294,6 1479,2 C&F 30
4
5 136,0 5537,7 1491,3 LHS 12 -
4 137,9 1404,0 1494,4 C&F 33
131
3 136,3 1387,6 1497,4 C&F 32
2 135,0 1374,2 1500,5 C&F 32
1 140,2 1426,9 1503,5 C&F 33
5
5 135,5 5519,1 1515,7 LHS 12 -
4 135,7 1381,7 1518,8 C&F 32
127
3 135,2 1376,5 1521,8 C&F 32
2 132,0 1343,6 1524,9 C&F 31
1 132,4 1348,0 1527,9 C&F 32
6
5 132,9 5412,3 1540,1 LHS 12 -
4 133,5 1358,8 1543,2 C&F 32
128
3 133,9 1363,0 1546,2 C&F 32
2 135,2 1376,2 1549,3 C&F 32
1 135,2 1376,7 1552,3 C&F 32
7
5 135,7 5527,4 1564,5 LHS 12 -
4 136,3 1387,9 1567,5 C&F 32
130
3 136,1 1385,3 1570,6 C&F 32
2 135,9 1383,5 1573,6 C&F 32
1 136,2 1386,1 1576,7 C&F 32
8
5 137,5 4200,0 1585,8 LHS 12 -
4 137,8 1402,6 1588,9 C&F 33
77
3 62,2 633,4 1591,9 C&F 15
2 62,2 633,5 1595,0 C&F 15
1 62,2 632,8 1598,0 C&F 15
SUMA - 4793 77182,3 - - 996 909
Źródło: opracowanie własne
37

16. W celu określenia wydobycia dobowego, w pierwszej kolejności obliczono
sumaryczną objętość wyrobisk systemu Long Hole Stoping V2 na podstawie danych z Tabeli 2:
V2 = 38319,7 m3
Objętość wyrobisk wykonanych systemem Cut and Fill V1 obliczono odejmując otrzymany
wynik od wartości objętości wszystkich wyrobisk eksploatacyjnych Vw:
V1 = Vw − V2 = 77182,31 m3
− 38319,7 m3
= 38862,6 m3
(7)
Następnie obliczono udział objętościowy u1 i u2 wyrobisk poszczególnych systemów
w całej eksploatacji żyły MD5/a z zależności:
u1 =
V1
Vw
∙ 100% =
38862,6 m3
77182,31 m3
∙ 100% = 50,35 % (8)
u2 =
V2
Vw
∙ 100% =
38319,7 m3
77182,31 m3
∙ 100% = 49,65 % (9)
Wydobycie dobowe Pd1 dla systemu Cut and Fill obliczono z zależności:
Pd1 =
u1 ∙ (Ms+𝑍𝑍)
T1
=
0,5035 ∙ (192 389+31 770)𝑀𝑀𝑀𝑀
910 db
≈ 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 𝐌𝐌𝐌𝐌/𝐝𝐝𝐝𝐝 (10)
Wydobycie dobowe Pd2 dla systemu Long Hole Stoping wynosi:
Pd2 =
u2 ∙ (Ms+𝑍𝑍)
T2
=
0,4965 ∙ (192 389+31 770)𝑀𝑀𝑀𝑀
688 db
≈ 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏 𝐌𝐌𝐌𝐌/𝐝𝐝𝐝𝐝 (11)
Zakładając stałe wartości zabiorów dla obu systemów eksploatacji, określono jak
zmienia się wielkość wydobycia dobowego w zależności od wysokości zabierki systemu
Cut and Fill lub komory systemu Long Hole Stoping. Średnią wysokość komór, wynoszącą
11,87 m, obliczono biorąc pod uwagę wysokość komór na siedmiu podpoziomach (12,2 m)
oraz na ósmym podpoziomie (9,15 m). Zależności przedstawiono w formie wykresów na
Rysunkach 5.11. oraz 5.12.
40

17. Rys. 5.11. Wykres zależności wydobycia dobowego od wysokości zabierki
Rys. 5.12. Wykres zależności wydobycia dobowego od wysokości komory
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6
Wydobyciedobowe[Mg/db]
Wysokość zabierki Cut and Fill [m]
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Wydobyciedobowe[Mg/db]
Wysokość komory Long Hole Stoping [m]
41