Классификация систем подземной разработки 3 глава

Условия применения. Руда должна быть устойчивой, так как под обнаженной кровлей работают люди. Пониженная устойчивость руды допустима только при малой мощности залежи.

Выемочная мощность в тонких жилах должна быть не менее 1—1,3 м, чтобы куски отбитой руды при выпуске не заклинивались в узком пространстве. Расширение пространства за счет боковых пород приводит к значительному разубоживанию руды. Угол падения залежи должен быть не менее 55—60°.

Неправильный контакт по лежачему боку является причиной значительных потерь на неровностях, особенно при небольшой мощности рудного тела.

Параметры. Высота этажа обычно составляет не более 50—60 м, так как при большей высоте сложно управлять поверхностью отбитой руды в магазине. Длина блока колеблется от 40—50 м до 80—100 м при устойчивых боковых породах и правильных контурах залежи. Ширина междукамерных целиков и толщина днища при наличии горизонта доставки руды 6—10 м, толщина потолочины обычно составляет 0,4—0,6 от ширины камеры и изменяется от 2 м в маломощных залежах с крепкой и устойчивой

Рис. 2.13. Система с магазинированием руды: а — вариант с машинной погрузкой руды в вагоны; б – вариант со сплошным выпуском через металлические люк

рудой до 5—10 м при средней мощности залежи и устойчивой руде. Расстояние между выпускными отверстиями не должно превышать 7 м при средней мощности залежи и

3—4 м при малой мощности, что необходимо для управления поверхностью зама-
газинированной руды и избежания опасных в ней пустот.

Подготовка. Блоковые восстающие в случае оставления целиков размещают в целиках (см. рис. 2.13, а), из них пробивают ходки в камеру через 4—6 м по вертикали. Ходки располагают горизонтально или с наклоном до 30—40° в сторону камеры, чтобы уменьшить пересыпание их отбитой рудой.

Нередко, особенно в длинных камерах, проходят и дополнительные восстающие от уровня подсечки до вышележащего горизонта.

В маломощных залежах восстающие проходят на флангах или в центре блока. Иногда в отбитой руде выкладывают вслед за подвиганием забоя дополнительные ходки. Если боковые породы склонны к вывалам, блок разделяют такими ходками на короткие (около 15 м) магазины с тем, чтобы отработать каждый из них за короткий срок.

При бесцеликовой подготовке у основания блока проходят штрек высотой 3—5 м, а затем на высоте 2 м устанавливают распорки и укладывают на них настил (см. рис. 2.13,б).

В нем устраивают сближенные металлические люки многократного использования на расстоянии между осями 1,5—2,5 м для сплошного выпуска руды по всей длине камеры.

Очистная выемка. Подсечку формируют в виде траншей или горизонтального слоя высотой около 2 м.

Перед бурением производят оборку кровли и планировку поверхности магазина, что занимает до 20—30 % рабочего времени бурильщиков. Иногда в местах прогиба поверхности магазина выкладывают на отбитой руде клетки из шпал, а в маломощных залежах устраивают рабочие полки на распорках.

Руду отрабатывают горизонтальными слоями высотой 1,5—2,5 м. При устойчивой руде бурят вертикальные шпуры телескопными перфораторами. Если при вертикальных шпурах могут образовываться заколы, применяют горизонтальные шпуры. В залежах средней мощности применяют штанговые скважины — вертикальные глубиной до 6—7 м (этой величине равна и высота уступа) или горизонтальные глубиной до 10—12 м (высота уступа 2—2,5 м).

В зарубежной практике встречается отбойка из магазина глубокими горизонтальными скважинами малого диаметра. Буровые станки устанавливают на отбитой руде по краям камеры. Для этого шпуровым методом подрабатывают кровлю только около целиков (рис.2.14).

Для отработки крутых жил мощностью 0,1—2 м с крепкой рудой ИГД
им. А. А. Скочинского создана технология с применением шпуров уменьшенного диаметра, быстроударных перфораторов и бесцеликовой подготовки основания блока со сближенными люками (см. рис. 2.13, б), которая позволяет сократить время отработки блока вдвое.

В период отбойки руды работы носят цикличный характер.

При пониженной устойчивости боковых пород для их поддержания применяют штанговую крепь.

Перед бурением в начале каждой смены производится осмотр и оборка кровли. Запрещается входить в магазин во время частичного выпуска руды, а также после начала общего выпуска руды.

Требования ПТЭ к системам разработки с магазинированием руды О б щ и е п о л о ж е н и я.

· Системы с магазинированием руды можно применять для отработки рудных тел любой мощности с углом падения, обеспечивающим выпуск замагазинированной руды самотеком, а также мощных рудных тел с любым углом падения. Руда должна быть устойчивой, не склонной к окислению и слеживанию. Вмещающие породы должны быт от средней устойчивости до устойчивых.

Рис. 2.14. Система разработки с магазинированием и отбойкой руды глубокими скважинами.

· Разработка пожароопасных рудных тел системами с маганизированием руды разрешается только при интенсивной выемке, исключающей возможность самовозгорания замагазинированных руд, а также при условии полной закладки камер инертными материалами до начала выемки потолочин и целиков. Применению этой системы должны предшествовать исследования самовозгораемости руды.

· При отработке крутопадающих рудных тел камеры, как правило, располагать по простиранию. Если предельно допустимая ширина камеры меньше мощности рудного тела, камеры располагать вкрест простиранию. При отработке мощных пологих пород и наклонных рудных камер можно располагать по простиранию, вкрест простирания и по восстанию.

· Камерные запасы должны составлять не менее 35 % запасов блока; необходимо стремиться к увеличению удельного веса камерных запасов с учетом последующей эффективной и безопасной отработки целиков.

· При отработке рудного тела последовательно расположенными камерами между ними оставлять временные или постоянные целики.

· При неотработанных междукамерных целиках на смежном верхнем этаже камеры нижнего этажа должны располагаться под камерами верхнего этажа, а целики под целиками.

· Подсечка камеры и разделка рудоприемных и выпускных выработок должны опережать очистную выемку. Угол наклона стенок рудоприемных выработок должен обеспечивать выпуск всей руды самотеком.

· Для увеличения извлечения отбитой руды при отработке наклонных рудных тел проходить дополнительные выпускные выработки, применять гидросмыв или механические способы зачистки.

С и с т е м а с м а г а н и з и р о в а н и е м р у д ы б л о к а м и

· Систему с магазинированием руды блоками можно применять для отработки крутопадающих рудных тел любой мощности, но по ширине очистного пространства не менее 1,0 м., и мощных рудных тел с любым углом падения.

· При отработке тонких и маломощных рудных тел разрешается выемка блоками с магазинированием руды без оставления целиков. В остальных случаях разработку необходимо вести с оставлением междублоковых (междукамерных) целиков.

· При отработке тонких и маломощных крутопадающих рудных тел, залегающих в трещиноватых и склонных к вывалам вмещающих породах, блок по длине следует разбивать восстающими на короткие участки (блоки),каждый из которых отрабатывать самостоятельно сплошным забоем по восстанию. Опережение выемки в смежных участках (блоках) должно быть в пределах 4-6 м.

· При отработке крутопадающих маломощных рудных тел при средней устойчивости руд и устойчивых вмещающих породах выемку блока производить послойно с отбойкой руды шпурами или скважинами, пробуренными из восстающих. Расстояние между восстающими определяется принятой длиной скважин (шпуров).

· Восстающие сохранять на весь срок отработки блока для сообщения с очистными забоями и ведения буровзрывных работ.

· При отработке тонких рудных тел рекомендуется производить сортировку отбитой руды или раздельную выемку. Для выдачи породы в замагазинированной руде выкреплять породоспуски.

· При отработке тонких и маломощных рудных тел сообщение с очистными забоями может существовать по восстающим (ходкам), выкрепляемым в замагазинированной руде.

· Выемку руды производить потолкоуступно или послойно. При этом должен быть обеспечен свободный проход людей между замагазинированной рудой и массивом по всей длине блока (камеры).

· Максимальное расстояние от поверхности замагазинированной руды до массива определять в зависимости от применяемого оборудования, средств контроля очистного пространства и параметров буровзрывных работ. Бурение шпуров должно осуществляться с трапов длиной не менее 3,5 м.

· По мере отбойки руды выпускать ее из магазина в необходимом для образования рабочего пространства количестве. При образовании в процессе выпуска руды зависаний работы должны быть приостановлены до их ликвидации.

· Окончательный выпуск замагазинированной руды необходимо производить равномерно после полной ее отбойки. При этом должен быть установлен контроль за полнотой выпуска руды.

· Наблюдение за выпуском руды осуществлять из выработок (сбоек), пройденных в целиках и соединяющих блоковых восстающих с очистным пространством, или из других выработок. Запрещается входить в выработанное пространство в период окончательного выпуска руды и после ее выпуска.

С и с т е м а с м а г а н и з и р о в а н и е м и о т б о й к о й р у д ы г л у б о к и м и с к в а ж и н а м и

· Отбойку руды глубокими скважинами применять при отработке рудных тел с выдержанными залеганием и мощностью.

· Систему с магазинированием с отбойкой руды глубокими скважинами можно применять для отработки крутопадающих рудных тел мощностью более 3 м. и мощных рудных тел с любым углом падения, при устойчивых рудных и вмещающих породах.

· Отбойку руды можно производить параллельно или веерно расположенными скважинами.

· Скважины бурить, как правило, из специальных буровых камер(ортов), пройденных из восстающих, или непосредственно из восстающих. Буровые выработки располагать в целике или в рудном массиве в пределах камеры. В благоприятных условиях разрешается вести отбойку руды верно расположенными скважинами, пробуренными из восстающих, пройденных в пределах контура отбиваемой камеры.

· Выпуск руды разрешается вести непрерывно и параллельно с отбойкой.

· Восстающие сохранять на весь срок отработки блока для сообщения с очистными забоями и ведения буровзрывных работ.

· Наблюдение за выпуском руды осуществлять из выработок (сбоек), пройденных в целиках и соединяющих блоковых восстающих с очистным пространством, или из других выработок. Запрещается входить в выработанное пространство в период окончательного выпуска руды и после ее выпуска.

Запас отбитой руды. При системе разработки с отбойкой из магазинов рудник (или участок рудника) выдает одну треть добываемой руды из камер, где ведет отбойку, а остальные две трети из камер общего выпуска. Чтобы иметь достаточный фронт работ по общему выпуску руды, необходимо обеспечить запас отбитой руды, которого должно хватить на время

, (2.2)

где — средняя продолжительность отбойки (и частичного) выпуска камеры, мес; — то же, общего выпуска руды из камеры, мес; т — коэффициент неравномерности запаса камер и интенсивности выпуска, равный 1,1—1,5 (большие значения принимают при меньшем числе камер, менее равномерной мощности и непостоянстве других горнотехнических условий).

Технико-экономические показатели системы резко изменяются в зависимости от мощности залежи (табл. 2.2).

Экономическое сравнение системы с отбойкой из магазина с другими системами производится по условию максимального дохода с учетом выемочной мощности при разработке тонких жил и различных потерь отбитой руды в неровностях лежачего бока.

Таблица 2.2

Показатели выемки камер с отбойкой из магазинов при крепкой руде

2.6. Другие системы I класса

Потолкоуступная система с простой распорной крепью применяется при разработке крутых рудных тел мощностью до 3—4 м с устойчивыми рудой и боковыми породами, главным образом при добыче ценных руд (рис.2.15).

Блоки отрабатывают по восстанию. Отбойку ведут потолкоуступным забоем. Вслед за выемкой руды устанавливают распорную крепь, на которую настилают полки для работы бурильщиков. Высота уступа забоя изменяется от 1,8—2,5 м до 10—15 м и более — вплоть до выемки по восстанию широкими лентами или сплошным забоем.

Интервалы между рядами крепи по восстанию равны высоте одного уступа, реже двух, а по простиранию 1—1,8 м. В выработанном пространстве могут оставляться нерегулярные целики, приуроченные к участкам с менее устойчивыми боками и бедной рудой.

Перед взрыванием шпуров полки разбирают. Если необходима забойная сортировка рудной массы, то ее обрушают на полки. Через 6—10 м устраивают рудоспуски, обшивая вертикальные ряды распорок досками или горбылем. Применяют также доставку руды непосредственно по очистному пространству к люкам, расположенным через 3—6 м.

Высота этажа составляет 30—50 м и может достигать 60 м при очень крутом падении и устойчивых боковых породах. Длина блока 30—50 м, иногда достигает 80—100 м. Толщина потолочины 2—3 м.

При мощности рудного тела около 1 м и крепкой руде производительность труда забойного рабочего составляет 3—7 т/смену, расход крепежного леса 0,02—0,05 м³/т, потери и разубоживание руды 8—12%. В тонких жилах разубоживание возрастает до 50 % и более (при мощности жилы 0,4 м и выемочной мощности 0,8 м). Удельный расход подготовительно-нарезных выработок 5—8 м/1000 т, в тонких жилах — 7—15 м/1000 т.

Потолкоуступную систему с простой распорной крепью целесообразно применять главным образом в тонких жилах, чтобы снизить объем подработки пустых пород по сравнению с отбойкой из магазина, либо когда магазинирование руды неприемлемо.

Требования ПТЭ к потолкоуступной системе разработки

· Потолкоуступную систему применять для отработки крутопадающих рудных тел мощностью до 3 м. Распорная крепь при этой системе служит в основном для сооружения рабочих полков у очистных забоев.

Рис.2.15. Потолкоуступная система разработки с простой распорной крепью: короткие (а) и длинные (б) уступы. Схема отработки блока (в).

· Маломощные (до 2 м) рудные тела можно отрабатывать без оставления междублоковых целиков. В этом случае между блоками устанавливать усиленную крепь.

· Подготовку и отработку блоков можно вести с оставлением или без оставления надштрекового целика. В первом случае в надштрековом целике проходить рудовыпускные выработки, которые оборудовать люками. Во втором случае над штреком устанавливать усиленную крепь с устройством люков.

· При отработке блока и необходимости сохранения вышележащего штрека оставлять потолочину, которую отрабатывать при погашении верхнего горизонта.

· Для возможности осмотра и оборки кровли высота уступа не должна превышат3 м.

· При отработке ценных руд под каждым уступом перед взрывом укладывать плотный настил (горизонтальный или наклонный в зависимости от необходимости сортировки руды и способа доставки ее до рудоспуска). Отбитую руду доставлять по рудоспускам, обшитым досками, или по рештакам. Руды высокой ценности разрешается доставлять самотеком в выработанном пространстве.

· При сортировке отбитой руды в забое пустую породу размещать в выработанном пространстве.

Система разработки крутых маломощных залежей горизонтальными слоями в нисходящем порядке. Бурильщики находятся на рудном массиве. Отбивают руду вертикальными нисходящими или горизонтальными шпурами и доставляют ее обычно скреперованием в восстающий в середине блока. Система эта приемлема лишь при очень устойчивых боковых породах.

Системы разработки с отбойкой из восстающих с самоходных полков. (рис. 2.16). Блок длиной около 14 м подсекают, оборудуют люками для погрузки рудной массы в вагоны или проходят из полевого откаточного штрека ниши для погрузочных машин. В центре блока с помощью самоходного полка проходят восстающий и с этого же полка разбуривают в обе стороны оставшийся массив блока, после чего отбивают руду по частям, начиная снизу. На выпуске отбитой руды возможно использование вибролент.

Система может дать удовлетворительные результаты при более или менее правильных контурах рудного тела.

Рис. 2.16. Вариант системы разработки с отбойкой из восстающих (1) с применением КВП (2): 3— камера для проходческого полка; 4— материально-ходовой восстающий

Система разработки с передвижным механизированным комплексом для маломощных крутых залежей. Выемка ведется сплошным вертикальным забоем с применением передвижной бурильной установки, которая может перемещаться по монорельсу, как и полок КПВ. Секционный монорельс перемещается по простиранию залежи вслед за забоем.

Перед взрывом бурильную установку выводят на верхний вентиляционный штрек. Отбитая руда размещается в призабойном пространстве, которое ограничено отбойными щитами, предохраняющими секции от разрушения взрывом. При раздельной выемке породы должны перегружаться специальным устройством за передвижные секции в отработанное пространство.

3. СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ С ОБРУШЕНИЕМ РУДЫ
И ВМЕЩАЮЩИХ ПОРОД

При системах с массовым обрушением (сокращенное название) очистное пространство поддерживается только в период образования камер или щелей для обрушения основной части блока. Отбойка преимущественно скважинная, иногда самообрушением.

В связи с обрушением пород отработка залежей ведется в нисходящем порядке.

Системы применяют в мощных и средней мощности залежах, если не требуется поддержание земной поверхности. Ценность руды ограничена в связи с повышенными ее потерями.

Наличие глин и песков в обводненной толще насосов исключает применение систем из-за опасности, образования плывуна и прорыва его в горные выработки.

При большой глубине разработки (700—1200 м и более), особенно при пологом падении залежи, обрушение висячего бока отстает от выемки, в результате возрастает опорное давление, возникает опасность возникновения породных взрывов и горных ударов.

3.1. Обрушение вмещающих пород

Породы могут обрушаться со стороны висячего бока, сверху и со стороны лежачего бока.

Отставание обрушения пород висячего бока от выемки руды возрастает с устойчивостью пород, с уменьшением пролета обнажения по простиранию залежи и с глубиной разработки. Обычно общее обрушение висячего бока отстает на 1—2 этажа, а в залежах малой длины по простиранию на глубоких горизонтах оно может вообще не произойти. Тогда образуются обширные пустоты или в выработанное пространство опускаются обрушенные породы из верхних этажей. В случае внезапного обрушения пустот возникают воздушные удары, приводящие к большим разрушениям. Возможно разрушение оснований блоков ударом падающей массы пород. Рост опорного давления в соседних блоках может привести к разрушению массива руды и выработок.

Предотвращение воздушных ударов. Для гашения воздушной волны над выпускными выработками создают породную подушку (слой раздробленных пород) путем принудительного обрушения части пород кровли или временного оставления отбитой руды (рис.3.1).

При обрушении пород кровли минимально необходимая толщина предохранительной подушки

, (3.1)

где — высота очистного пространства блока от его основания до кровли, м
(рис. 3.1); к—коэффициент пропорциональности

, (3.2)

где , — коэффициент, учитывающий аэродинамическое сопротивление предохранительной подушки; k₂ — то же, обрушающихся пород и рудовыпускных выработок; — коэффициент, учитывающий прочие факторы и резерв.

, (3.3)

где f — коэффициент крепости пород; d_cp— средневзвешенный диаметр куска пород,
слагающих подушку, м.

Рис. 3.1. Схема к расчету толщины подушки h_п: Н_пад — высота падения обрушающихся пород; Н_бл — высота очистного пространства в блоке; Н_обр —высота слоя породы, обрушаемой для образования подушки; h_р.п — толщина рудной подушки; h_п.п — толщина породной подушки

, (3.4)

где S — площадь блока, м²; п — число выпускных отверстий в блоке; s — площадь выпускного отверстия, м²; а, b, с — эмпирические коэффициенты, учитывающие характер обрушения (а = 0,36; b= 0,0004 и c = 1, если обрушение пород не выйдет за пределы свода естественного равновесия, а также при обрушении потолочины, на которой лежат раздробленные породы, а = 0,90; b = 0,001 и с= 1,7, если не исключена возможность мгновенного полного самообрушения налегающих пород с выходом воронки провала на земную поверхность); учитывает неравномерность толщины и диаметра среднего куска пород подушки по площади блока. Его можно принимать равным 1,3 при условии, что толщина подушки и диаметр среднего куска изменяются не более чем на 20 %.

При обычном значении k_р = 1,35

, (3.5)

Толщина слоя пород, подлежащего обрушению для образования подушки,

, (3.6)

Для подушки из отбитой руды

, (3.7)

Если по соседству имеется блок, подлежащий последующему массовому обрушению, то толщина подушки должна быть не меньше высоты этого блока, иначе часть руды будет выброшена на породную подушку и потеряна.

Обрушают породы скважинами или сосредоточенными зарядами. Если устойчивые породы в кровле залегают в виде слоя, то взрыванием зарядов его достаточно отрезать от массива по границам посадки. Аналогичная схема посадки возможна при наличии в кровле пологих трещин. При развитой вертикальной трещиноватости возможно обрушение пучком из двух-трех вееров горизонтальных и слабонаклонных скважин или одним минным ярусом.

Метод обрушения кровли должен выбираться в комплексе с толщиной подушки и параметрами отбойки, от которых зависит кусковатость обрушенных пород. В общем случае, чем ниже затраты на обрушение пород, и, следовательно, меньше эти породы будут раздроблены, тем толще нужна подушка и больший объем пород требуется обрушить одним минным ярусом.

Снижение опорного давления. Главная мера предосторожности против опорного давления — своевременное обрушение подработанной толщи за счет увеличения площади обнажения или принудительным способом.

Полное обрушение пород до земной поверхности вслед за выемкой при глубинах разработки более 100—200 м практически неосуществимо. Обычно обрушается лишь нижняя часть налегающей толщи, а высота этой толщи уменьшается незначительно. Вместе с тем, опорное давление, передаваемое на массив через слой обрушенных пород, распределяется на увеличенную площадь, что снижает концентрацию напряжений на определенное время (до нескольких месяцев), в зависимости от реологических свойств пород.

3.2. Выпуск руды под налегающими обрушенными породами

При выпуске первоначально выходит чистая руда, затем появляется и постепенно возрастает примесь пустых пород. Выпуск заканчивают, когда разубоживание в дозе выпуска достигает наибольшей экономически допустимой величины. Доза обычно равна количеству рудной массы, выпускаемой через отверстие за смену или за значительную ее часть.

Предельное разубоживание в последней дозе выпуска

, (3.8)

где — содержание металла в руде (а не в рудной массе); — промышленный минимум; — содержание металла в породе, разубоживающей руду;

— 0,6÷1 — поправочный коэффициент, учитывающий, что для рудной массы часть затрат по добыче уже произведена и поэтому промышленный минимум может быть снижен по сравнению с A_min, установленным для руды в массиве. Меньшие значения коэффициента относятся к богатой руде.

Предельное разубоживание в последней дозе выпуска обычно составляет 0,6—0,8 для рядовой руды и 0,25—0,35 для бедной.

Дли приближенных прогнозных расчетов удобно пользоваться зависимостью суммы потерь металла и разубоживания руды (п + р) от показателя извлечения чистой руды k_ч. _р, который легче других поддается прогнозному определению. Зная (n + p) можно найти потери, задавшись разубоживанием, и наоборот.

При и приближенно можно считать

, (3.9)

где (1 — k_{ч. р}) — часть руды, остающаяся в блоке к началу разубоживания.

Меньшие, значения численных коэффициентов (соответственно 0,6 и 1,0) относятся к меньшим величинам извлечения чистой руды (0,3—0,4); большие (0,8 и 1,2) —при k_ч._р ≈ 0,6—0,7.

В граничных случаях прогнозные величины потерь и разубоживания:

при ценной руде и минерализованных вмещающих породах

, (3.10)

при бедной руде и пустых вмещающих породах

(3.11)

Обычно извлечение чистой руды составляет 0,55—0,75, потери и разубоживание в сумме 0,15—0,35. При выпуске руды после массового обрушения целиков извлечение снижается до 0,4—0,3 и меньше, а сумма потерь и разубоживания возрастает до 0,5—0,6.

Выпуск руды через одиночное отверстие. Фигурой выпуска (истечения) руды называют тот объем, который первоначально занимала в очистном пространстве выпущенная из него руда.

При донном выпуске нормально разрыхленной руды через одиночное отверстие фигура выпуска по форме близка к эллипсоиду вращения с вытянутой вертикальной осью (рис. 3.2). По мере выпуска эллипсоид увеличивается.

Из самого понятия фигуры истечения следует, что все частицы, лежавшие на ее поверхности до начала выпуска, подошли к отверстию одновременно.

Коэффициент вытянутости эллипсоида выпуска возрастает с увеличением сил трения, и особенно сцепления, а также с увеличением объема эллипсоида. При слежавшейся руде он возрастает настолько, что образуются так называемые трубы, по которым вскоре же после начала выпуска пустая порода проникает к воронкам.

По В. В. Куликову коэффициент вытянутости

( 3.12)

где Н — высота эллипсоида, м; D — наибольший горизонтальный диаметр эллипсоида, м; т — эмпирический коэффициент, зависящий от сыпучих свойств руды, . Для крепкой руды т = 0,4—0,5 при нормальном разрыхлении (k_р = 1,3—1,4); 0,55—0,65 при умеренном уплотнении (k_р ≈1,2) и 0,9—1 при сильно уплотненной руде (k_р == 1,1—1,15).