Подзе́мная разрабо́тка месторожде́ний твёрдых поле́зных ископа́емых, извлечение из недр Земли твёрдых полезных ископаемых без нарушения дневной поверхности системой подземных горных выработок. Скважинную разработку месторождений применяют для добычи газообразных, жидких и полужидких (в том числе твёрдых – путём их перевода в текучее состояние) полезных ископаемых.

Подземная разработка месторождений включает вскрытие месторождения, подготовку шахтного поля и очистные работы. При подземной разработке месторождений доступ с поверхности ко всему месторождению (или его части) открывают шахтные стволы, квершлаги и штольни, которые обеспечивают возможность проведения подготовительных выработок и очистную выемку в запланированных объёмах; вскрытая часть месторождения разделяется подземными выработками (такими как штреки, уклоны, бремсберги, восстающие, орты и др.) на обособленные выемочные участки (этажи, блоки, панели, камеры, столбы), предусмотренные принятым способом подготовки и системой разработки; выемку полезных ископаемых обеспечивают буровые, погрузочно-доставочные, отрезные восстающие и другие выработки.

Подземный способ широко применяют при добыче углей, сланцев, рудных и нерудных полезных ископаемых и россыпей, незначительно – при добыче минерального сырья для производства стройматериалов. При ограниченном приросте запасов минерального сырья вблизи земной поверхности возрастают темпы освоения месторождений, разрабатываемых подземным способом (в 1980-х гг. удвоилась интенсивность выемки пологих месторождений, углубление горных работ крутых и наклонных залежей составляло от 10 до 40 м/год). Подземным способом разрабатываются тела (залежи) полезных ископаемых различных форм, мощности, угла падения, залегающих на разных (от 20–30 м до 5 км) глубинах.

Многообразие месторождений полезных ископаемых обусловило наличие различных систем подземной переработки. Известны свыше 60 классификаций систем подземных разработок месторождений, которые разработали отечественные учёные – М. И. Агошков, Б. И. Бокий, А. М. Терпигорев, Л. Д. Шевяков и др. Выделяют системы подземной разработки пластовых (каменноугольных и др.) месторождений, системы подземной разработки рудных месторождений и др. Классификация систем подземной разработки пластовых месторождений Шевякова (1933) основывается на признаке расположения подготовительных выработок. Для систем разработки рудных месторождений наибольшее распространение получила классификация Агошкова (1949), по которой все системы делятся на классы по основному признаку – состоянию выработанного пространства.

Пластовые месторождения

Пластовые месторождения свойственны в основным горючим полезным ископаемым (уголь, торф, сланцы), месторождениям марганца, значительной части РЗЭ и радиоактивных металлов, месторождениям медистых песчаников и некоторым строительным материалам (глина, песок и др.). Горные предприятия, разрабатывающие такие месторождения, обычно именуются шахтами.

Подготовка запасов к выемке в шахтном поле осуществляется в течение всего периода отработки, поскольку выемку пластов ведут последовательно в отдельных их частях. Подготовленными считают запасы, для которых проведены основные подготовительные выработки. Готовыми к выемке считают запасы, для которых проведены необходимые нарезные выработки и подготовлено оборудование, позволяющее начать очистные работы. Сеть выработок обеспечивает доставку полезного ископаемого до горизонтальных откаточных выработок, транспортирование материалов и оборудования, пропуск необходимого количества воздуха для проветривания забоев.

Период ведения очистных работ на шахте называют эксплуатацией месторождения. Основные количественные характеристики шахты (рудника): производственная мощность – количество полезного ископаемого (в тоннах), добываемого в единицу времени (сутки, год), и срок службы (существования) – период, в течение которого отрабатывают промышленные запасы в пределах шахтного поля.

Рудные месторождения

Рудные месторождения имеют ряд особенностей, вытекающих из их геологического происхождения. Основные особенности: высокая крепость и абразивность руд; разнообразие размеров, изменчивость элементов залегания рудных тел и содержания полезных компонентов и минералогического состава руд по объёму залежи; способность некоторых руд к слёживаемости и самовозгоранию; высокая ценность большинства руд (обусловливает более жёсткие требования к полноте и качеству извлечения); отсутствие на большинстве рудников метановыделения, допускающее в подземных условиях применение открытого огня и аппаратуры в нормальном исполнении, и др.

Вскрытие рудного месторождения заключается в проведении горных выработок, открывающих доступ к залежи или её части с земной поверхности. Подготовка включает проведение штреков, ортов и других подземных выработок, которыми вскрытая часть месторождения делится на обособленные выемочные участки (этажи, блоки, панели, столбы). Выемочный участок подготовительными и нарезными выработками делится на отдельные части (подэтажи, слои, полосы, прирезки, уступы, камеры, междуэтажные, междукамерные, междупанельные целики и др.). Очистная выемка – технологический процесс извлечения руды из выемочного участка, а также поддержание очистных выработок и очистного пространства, которое может оставаться открытым (свободным), заполняться отбитой рудой, закладкой или обрушенными породами либо поддерживаться крепью.

В РФ железную руду подземным способом добывают 9 предприятий; в 2011 г. добыча железной руды распределялась по системам разработки: этажная с принудительным обрушением (57,8 %), этажно-камерная с последующей гидрозакладкой (24,4 %), этажно-камерная с обрушением целиков (12,3 %) и подэтажное обрушение (5,5 %). При подземной разработке месторождений руд цветных металлов в значительно больших объёмах используется закладка выработанного пространства; слоевая система с закладкой твердеющими смесями применяется при добыче медно-никелевой руды на норильских рудниках (Комсомольский, Октябрьский, Скалистый, Таймырский) и на алмазных рудниках компании АЛРОСА (Айхал, Интернациональный, Мирный). Этажно-камерную систему с твердеющей закладкой применяют медно-колчеданные рудники Урала: Гайский, Учалинский, Узельгинский и др.; Северо-Уральский бокситовый рудник использует закладку в ограниченном объёме. Применение систем с закладкой предусмотрено на многих вновь вводимых рудниках.

Продолжительность подземной разработки

Продолжительность подземной разработки месторождений зависит от обеспеченности запасами, установленными детальной разведкой. В зависимости от вида добываемого сырья и производственной мощности предприятия устанавливаются сроки их существования, например крупных горно-обогатительных комбинатов и предприятий по добыче бокситов, медной, свинцово-цинковой и никелевой руд – 30–40 лет, золоторудных предприятий – 15–20 лет, небольших предприятий, разрабатывающих богатые месторождения некоторых металлов и ценных видов неметаллургического сырья, – 5–10 лет. Конкретные сроки обеспеченности горнодобывающего предприятия разведанными запасами устанавливаются технико-экономическим расчётом. Прекращение подземной разработки месторождений и ликвидация подземного горного предприятия производятся, как правило, после полной отработки или списания балансовых запасов месторождения и при отсутствии перспективы их прироста.

Эффективность подземной разработки месторождений оценивается системой технико-экономических показателей – общих (прибыль, рентабельность, ценность и качество основных и сопутствующих компонентов) и специфических [годовое понижение горизонта выемки, подвигание фронта очистной выемки, коэффициент эксплуатации – количество добытой руды (т/год), приходящееся на 1 м² горизонтальной площади рудной залежи], характеризующих интенсивность эксплуатации месторождения, способ вскрытия и др. Подземная разработка месторождений относится к производствам с повышенной опасностью для работающих. Для выполнения в подземных выработках спасательных и аварийных работ созданы военизированные горноспасательные части, дислоцируемые на всех добывающих предприятиях. Для освещения используют стационарные светильники, переносные прожекторы, имеющие защитное исполнение (пылевлагонепроницаемое или взрывобезопасное); шахтное самоходное оборудование оснащено прожекторами и фарами для местного освещения, питающимися от силового электрического кабеля, контактного провода или аккумулятора самой машины.

Перспектива подземной разработки месторождений связана с наиболее полным и комплексным использованием минерально-сырьевых ресурсов, усовершенствованием технологии и способов механизации, внедрением автоматизированных систем управления технологическими процессами и дистанционного управления добычными машинами и робототехники.