Классификация систем подземной разработки 7 глава

· При выемке последнего слоя в блоке настил, на котором находится закладка вышележащего отработанного блока, должен подхватываться крепью, чтобы закладка не прорывалась в рабочее пространство. При перепуске закладки из вышележащего блока не допускать смешивания руды с породой.

· Систему с распорной крепью можно применять для отработки рудных тел мощностью до 3 м. с любым углом падения, при устойчивой и средней устойчивости руды и вмещающих пород.

· Допускается частичное магазинирование руды на полках на высоту не более трех слоев.

· В необходимых случаях устанавливать усиленную распорную крепь.

· Для возможности осмотра и оборки кровли высота уступа не должна превышать 3 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.

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

· Выемку руды в камере (блоке) допускается осуществлять горизонтальными слоями в направлении снизу вверх или сверху вниз в зависимости от горнотехнических условий по проекту. При неустойчивых рудах выемка должна производиться слоями сверху вниз с обязательным применением твердеющей закладки.

· Закладку подавать в блок (камеру) с верхнего горизонта по закладочному восстающему, расположенному, как правило, в середине блока (камеры). Закладку в слое размещать с использованием механизмов (скреперных лебедок, закладочных машин, самоходного оборудования и др.) или самотеком (при гидравлической и твердеющей закладке).

· Если устойчивость руды и вмещающих пород не позволяет осуществлять одновременную подсечку слоя по всей площади блока, выемку руды вести вертикальными прирезками. В одновременной работе должно быть не более двух смежных прирезок. Отставание одной прирезки от другой по вертикали должно обеспечивать безопасность работы.

· Над крепью штрека делать плотный настил.

· Систему с крепежными рамами можно применять при отработке ценных неустойчивых руд, залегающих в неустойчивых породах, при сложной морфологии рудного тела и необходимости сохранения поверхности.

· Система с крепежными рамами может применяться для отработки крутопадающих маломощных рудных тел.

· При закладке очистного пространства эта система может применяться для отработки маломощных рудных тел с любым углом падения.

· Система с крепежными рамами и закладкой при выемке руды сверху вниз может применяться для отработки рудных тел мощностью более 3 м. с любым углом падения.

· Систему слоевого обрушения можно применять при отработке крутопадающих рудных тел мощностью более 3 м, а также рудных тел мощностью более 5 м с любым углом падения при неустойчивых и средней устойчивости ценных рудах, залегающих в неустойчивых и средней устойчивости вмещающих породах и легко обрушающихся. Эту систему можно применять при крепких и устойчивых вмещающих породах и наличии предохранительной подушки из обрушенной породы или при систематической принудительной посадке налегающих пород.

· Ведение очистных работ допускается при наличии мата, гибкого, железобетонного или щитового перекрытия.

· При разработке мощных рудных тел выемку можно вести несколькими заходками или лавами.

· Расстояние между восстающими принимать в соответствии с проектом. Длина заходок должна быть не более 30м.

· Отработку блока можно вести одновременно несколькими слоями при условии отставания работ по горизонтали в направлении выемки одного слоя от другого не менее 10 м. Очистные работы в смежных блоках с опережением по вертикали не более двукратной высоты слоя во избежание разрыва мата или разделяющего перекрытия.

· Разрешается вести работы в смежных блоках на одном и том же слое при условии обеспечения безопасности работ. При этом расстояние между рабочими забоями не должно быть менее 10 м.

· После отбойки руды нарушенную крепь восстанавливать в первую очередь. Отставание крепи от забоя должно определяться паспортом крепления.

· После окончания выемки заходки или лавы на почве укладывать мат, гибкое, железобетонное или щитовое перекрытие.

· При отработке лавами разрешается применять переносные стойки в сочетании с перекрытиями, предупреждающими местные вывалы пород и прорывы мата.

· Запрещается заходить в обрушение для установки скреперного блока. Блок укреплять на стене.

· Запрещается оставлять в слое неотработанные целики руды.

5. ВЫЕМКА ЦЕЛИКОВ

В целиках при малой и средней мощности залежей остается 15—40 % запаса блока, а в мощных до 40—65 %.

Целики целесообразно отрабатывать вслед за камерами, так как их накапливание влечет за собой деконцентрацию горных работ. Деформация целиков затрудняет их выемку.

Выемку целиков можно классифицировать по способу поддержания очистного пространства (класса) и состоянию смежных камер к началу выемки (табл. 5.1).

5.1. Выемка целиков с обрушением руды и вмещающих пород

Выемка целиков по условиям применения имеет те же ограничения, что и системы разработки с массовым обрушением.

При открытых камерах целики вынимают этажным обрушением с отбойкой скважинами. Обрушают сразу один или несколько соседних междукамерных целиков и поддерживаемый ими участок междуэтажного целика. Выпускают руду под обрушенными породами. Система разработки блока аналогична этажному принудительному обрушению с вертикальными компенсационными камерами (разница лишь в объеме камер).

Основание вышележащего блока частично разбуривают штанговыми скважинами из добычных выработок. Диаметр и глубина скважин могут быть увеличены.

В залежах средней мощности целики разбуривают штанговыми скважинами
из подэтажных ходков.

Т а б л и ц а 5.1

Классификация методов выемки целиков

Минная отбойка в целиках как основной способ встречается редко. Сосредоточенные заряды размещают в карманах с последующей забутовкой. В комбинации со взрывными скважинами минную отбойку применяют, когда в целиках имеются выработки, удобные для заложения сосредоточенных зарядов.

Выпуск руды ведется так же, как при системе этажного принудительного обрушения с компенсационными камерами.

Значительная часть (40—50 %) руды задерживается на лежачем боку блока. При падении руда частично засоряется налегающими породами. Разубоживание происходит также за счет пустых пород в выпускных выработках. Общие потери и разубоживание обрушенной из целиков руды при угле падения залежи 60—70° составляют 50—70 % или 30—40 % по отношению к запасу блока.

Порядок обрушения целиков. В первую очередь взрывают заряды в целиках, расположенных между открытыми камерами. Из оставшихся целиков (междуэтажного и крайнего, контактирующего с обрушением) в первую очередь целесообразно обрушить междукамерный целик. Междуэтажный целик в первую очередь обрушают тогда, когда его запас относительно велик.

Рис. 5.1. Комбинированная система с выемкой целиков принудительно этажным обрушением: 1, 2 – откаточные штреки; 3 – буровая камера

В отдельных случаях для защиты от попадания пустых пород не обрушают внешнюю кромку крайнего между камерного целика.

Для предотвращения попадания пустых пород со стороны смежного отработанного блока выпуск руды ведут с отставанием крайних отверстий, чтобы создать защитный барьер за счет неполного обрушения по высоте крайнего вертикального целика.

Рис. 5.2. Выемка междукамерного целика слоевым обрушением

Обрушение за один прием четырех-пяти целиков целесообразно при большой текучести обрушенных пород, высокой прочности руды и отсутствии жестких ограничений величины взрыва по сейсмическим условиям.

При менее устойчивой руде и уплотняющих породах за один прием лучше обрушать один-два целика.

При замагазинированных камерах целики обрушают скважинами с замедлением средних комплектов.

Магазинирование камер целесообразно при неустойчивых боковых породах.

Выемка целиков при обрушенных камерах. Потолочины камер обрушают, взорванную руду выпускают. Когда пространство камер заполняется обрушенными породами, приступают к отработке междукамерных целиков.

Потолочину обрушают скважинами или сосредоточенными зарядами, обычно вместе с основанием вышележащего блока. Для верхнего комплекта скважин уменьшают л. н. с. приблизительно в 1,5 раза, так как на междуэтажный целик налегают обрушенные породы, в которые бесполезно переходит часть энергии, взрывной волны. При взрывании междуэтажного целика одним ярусом сосредоточенные заряды располагают от кровли камеры на расстоянии равном ²/₃ толщины целика.

По окончании выпуска погашают междукамерные целики подэтажным или этажным обрушением. В целиках обычной ширины (до 15 м) отбойку ведут штанговыми скважинами. Потери руды составляют около 30%.

Потери отбитой руды на лежачем боку можно считать обратно пропорциональными числу горизонтов выпуска в блоке.

Условия применения: недостаточно крутое падение залежи (45—70°); достаточная мощность залежи (20—60 м); склонная к слеживанию руда.

Рис. 5.3. Выемка междукамерного целика вариантом «закрытый веер»: 1 – рудоспуск; 2 – откаточный орт; 3 – орт скреперования; 4 – восстающий;

Производительность труда забойных рабочих и интенсивность отработки междукамерных целиков подэтажным обрушением приблизительно в 1,5 раза ниже, чем при аналогичном варианте подэтажного обрушения блоков. Потери руды из потолочин 50—70 %, из междукамерных целиков около 30 %. Разубоживание руды составляет соответственно 25—35 % и 15 %.

5.2. Выемка целиков при искусственном поддержании

очистного пространства камер закладкой

Камеры с твердеющей закладкой позволяют отрабатывать целики аналогично отработке камер при устойчивых породах. Для отработки целиков применяется система с подэтажной отбойкой. Глубина скважин 10—15 м, диаметр 70—100 мм. Скважины не добуривают до границ целика на 1 —1,5 м. Оставшаяся рудная корка разрушается при взрывании очередных вееров скважин. Одновременно взрывают два-три веера скважин во избежание разрушения закладочных массивов камер. Иногда применяют заряды с воздушными промежутками, занимающими в сумме около 40 % длины скважины.

При необходимости сохранения земной поверхности выработанное пространство целиков в последующем закладывают. В одних случаях применяют твердеющую закладку, в других — гидравлическую, а твердеющим материалом заполняют лишь нижнюю часть выработанного пространства на высоту б—10 м, чтобы создать устойчивую кровлю для нижележащего этажа.

В пологих и наклонных залежах с устойчивой кровлей камеры и целики отрабатывают на полную мощность залежи системами камерно-столбовой, этажнокамерной или с подэтажной отбойкой.

Выпускные выработки располагают в подстилающих породах, а если породы неустойчивы, то в рудном теле с искусственным днищем.

Во избежание разрушения искусственных целиков порядок отработки запасов этажа должен быть таким, чтобы искусственный целик хотя бы по одну сторону граничил с рудным массивом или с другим искусственным целиком, успевшим затвердеть. В связи с этим в одновременной работе может находиться не более одной четверти общего числа камер и целиков.

По А. Л. Требукову и С. Г. Лейзеровичу требуемую прочность закладочного массива (Па) приближенно можно определить по эмпирической формуле

,

где Н — глубина разработки, м.

Производительность труда при выемке целиков мало отличается от выемки камер, а себестоимость возрастает за счет твердеющей закладки. Потери могут быть снижены до 3—1 %. Разубоживание руды составляет 5—10 % за счет частичного разрушения закладочных массивов.

Выемка целиков при камерах, заполненныхсыпучей закладкой.

Условия отработки целиков более благоприятны при уплотнившемся закладочном материале и их ширине не менее 8—7 м.

Обычно междукамерные целики и часть междуэтажного (слой руды на горизонте откатки и слой под междукамерными целиками ниже горизонта откатки) отрабатывают слоевым обрушением; остальную часть междуэтажного целика — подэтажным обрушением.

Руду из потолочин извлекают после отработки запасов верхнего этажа, а на почве бывшего горизонта откатки уложен настил.

Подготовка междукамерных целиков может быть рудной и полевой. По оси целика нарезают слоевые орты. Руду извлекают двусторонними заходками до контактов с закладкой. При хорошем состоянии целика применяют аккумулирующие орты, расположенные через 10—15 м по вертикали.

Рис. 5.4. Система разработки с последующей монолитной закладкой последовательность отработки блоков (б): 1,2,3,4,5 – последовательность отработки камер

В отдельных случаях применяют вариант слоевого обрушения с искусственным перекрытием и траншейной выемкой.

При извлечении целиков слоевым обрушением потери и разубоживание руды составляют 7—10 %.

Время отработки целиков в блоке в 3—4 раза превышает время отработки камер.

Поэтому иногда применяют массовое обрушение целиков (планомерное или в выборочном порядке), несмотря на увеличение потерь и разубоживания руды.

6. ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ

На выбор системы разработки влияют постоянные, учитываемые в любых случаях, и переменные факторы, которые выдвигаются как ограничения в неблагоприятных случаях.

Постоянные факторы — устойчивость руды и вмещающих пород, мощность и угол падения рудного тела.

Переменные факторы — склонность руды к возгоранию, слеживанию; необходимость сохранения земной поверхности; наличие в рудном теле включений
пустых пород или забалансовых руд; характер контактов залежи; большая глубина разработки; отсутствие дешевых местных материалов для твердеющей закладки, исключающее целесообразность применения систем с закладкой в ряде случаев; обособленное залегание небольших рудных тел. Сюда же можно отнести и ценность руды, учитываемую в экономическом сравнении систем.

Для действующего предприятия имеют важное значение освоенность той или иной техники и технологии горных работ.

6.1. Системы разработки, приемлемые по постоянным факторам

Устойчивость руды и вмещающих пород.

Устойчивая руда и устойчивые вмещающие породы. При этом технически приемлемы все системы разработки, кроме этажного самообрушения и столбовой системы с обрушением (при системах с обрушением руды и вмещающих пород или только вмещающих пород должна искусственно создаваться предохранительная породная подушка).

Устойчивая руда и неустойчивые вмещающие породы. Системы с естественным поддержанием очистного пространства применимы лишь в мощных и средней мощности залежах при условии оставления предохранительной рудной корки около слабых боковых пород.

Независимо от мощности залежи при средней устойчивости вмещающих пород, которые могут поддерживаться замагазинированной рудой, применима система с отбойкой из магазинов, а также этажно-камерная и система с подэтажной отбойкой при условии магазинирования руды.

Все остальные системы, кроме этажного самообрушения, применимы без ограничений.

Неустойчивая руда при любой устойчивости вмещающих пород. Могут применяться системы с обрушением руды и вмещающих пород в вариантах, предназначенных для неустойчивых руд; системы с креплением и последующим обрушением вмещающих пород; нисходящая слоевая выемка с твердеющей закладкой, системы с креплением.

Мощность и угол падения залежей.

При крутом падении приемлемы системы: этажно-камерная — при большой и средней мощности; с подэтажной отбойкой — при любой мощности; с отбойкой из магазинов — при выемочной мощности не менее 1 — 1,3 м во избежание заклинивания руды; с простой распорной крепью — при мощности 0,6—6 м; системы этажного самообрушения и этажного принудительного обрушения — в мощных залежах; подэтажное обрушение — при мощности не менее 3—2 м; системы разработки горизонтальными и наклонными слоями с закладкой, нисходящая слоевая выемка с твердеющей закладкой — при любой мощности; система разработки тонких жил с раздельной выемкой — при мощности не более 0,3—0,4 м (по экономическим соображениям); системы с креплением — при любой мощности; слоевое обрушение — при мощности не менее 2—1,5 м.

При пологом и наклонном падении приемлемы системы: сплошная, и камерно-столбовая — в основном при средней и малой мощности; этажно-камерная, с подэтажной отбойкой, с отбойкой из магазинов, этажное принудительное обрушение— в мощных залежах; система разработки горизонтальными слоями с закладкой, нисходящая слоевая выемка с твердеющей закладкой, система со станковой крепью и крепежными рамами, слоевое обрушение — при большой и средней мощности; все системы с однослойной выемкой — в маломощных залежах; этажное самообрушение — в мощных залежах.

6.3. Ограничения в применении систем по переменным факторам

Склонность руды к возгоранию. Из систем с естественным поддержанием очистного пространства ограничивается применение вариантов с магазинированием при высокой возгораемости руды.

Системы с обрушением руды и вмещающих пород применимы в виде исключения (кроме этажного самообрушения) при малой возгораемости руды и обязательном профилактическом заиливании обрушенного пространства.

Слоевое обрушение неприемлемо, за исключением отдельных случаев при малой возгораемости руды и профилактическом заиливании.

Системы с закладкой и с креплением применимы только при условии полной и плотной закладки инертным материалом.

Склонность руды к слеживанию исключает системы с магазинированием руды, этажного обрушения, а также выемку целиков массовым обрушением. При подэтажном обрушении ограничиваются высота подэтажа и размер обрушаемой секции. Слеживаемость руды может исключить отбойку в зажиме.

Необходимость сохранения поверхности исключает все системы (и методы выемки целиков) с обрушением вмещающих пород, а при остальных требует постоянных целиков увеличенных размеров или полной и плотной закладки. При большой глубине разработки и малой мощности залежей пологого и наклонного падения допускается обрушение, если отношение глубины залегания к мощности залежи превышает определенный предел, допустимый для сохранения сплошности, водонепроницаемости толщи и т. д.

Большая глубина разработки. Для залежей небольших размеров, при которых опорное давление передается окружающему массиву, в основном применимы такие же системы, как и на меньших глубинах, но при соответствующем уменьшении камер, увеличении целиков и т. п.

Для месторождений значительных размеров на глубинах 1 —1,5 км исключается или жестко ограничивается применение систем разработки, предусматривающих выемку камер.

Для мощных и средней мощности месторождений исключаются все системы с естественным поддержанием очистного пространства. Из систем с обрушением руды, и вмещающих пород приемлемы только варианты со сплошной выемкой. Из класса систем с искусственным поддержанием очистного пространства применимы лишь системы с твердеющей закладкой; система горизонтальных слоев с закладкой — при достаточно устойчивой руде.

К месторождениям значительных размеров на глубинах более 1,5 км относятся все перечисленные ограничения и добавляются новые. Системы с естественным поддержанием очистного пространства исключаются, а системы с обрушением руды и вмещающих пород возможны лишь в отдельных случаях при крутом падении залежей.

Система разработки горизонтальными слоями с закладкой, при которой люди работают под обнаженной кровлей, как правило, неприемлема. Нисходящая слоевая выемка с твердеющей закладкой возможна лишь в вариантах с армировкой.

Вопрос глубины разработки требует комплексных исследований характера поведения руд и пород на больших глубинах по каждому конкретному месторождению

Характер контактов рудного тела влияет тем существеннее, чем меньше мощность залежи. Неправильные контакты неблагоприятны для отбойки руды из магазинов и для выемки ее наклонными слоями с закладкой. В тонких жилах неправильные контакты исключают раздельную выемку.

Наличие глин и песков в покрывающих породах. По фактору образования плывунов наиболее опасны глины, а также пески со значительной примесью глины. Осушить их полностью практически невозможно.

Наиболее жесткие ограничения относятся к крутым залежам, отрабатываемым системами с обрушением налегающих пород.

Наличие в рудном теле включений пустых пород и забалансовых руд. Целесообразность применения высокопроизводительных систем разработки можно определить экономическим сравнением с обеспечивающими раздельную выемку более
трудоемкими системами по условиям максимального дохода (1.3).

Отсутствие дешевых местных материалов для твердеющей закладки влияет на выбор системы разработки, когда применение твердеющей закладки не является единственным технически приемлемым решением.

Обособленное залегание и небольшие размеры рудных тел по простиранию и падению. При небольшом запасе блока могут стать невыгодными варианты систем с использованием самоходного оборудования.

Ценность руды. Выбор систем обосновывается экономическим сравнением.

6.3. Порядок отбора технически приемлемых систем

Первая стадия — постепенное исключение неприемлемых систем разработки в результате последовательного рассмотрения постоянных и переменных факторов в определенном порядке. При рассмотрении каждого из факторов последующие факторы еще не принимаются во внимание. Системы разработки, оказавшиеся неприемлемыми по какому-то фактору, исключаются из дальнейшего рассмотрения.

Вторая стадия — из числа оставшихся систем в пределах каждого класса выбираются заведомо лучшие.

В результате отбора остаются обычно две-три системы разработки.

С экономической точки зрения все системы разработки могут быть разделены на две основные категории: относительно дешевые, дающие в известных условиях повышенные потери руды; сравнительно дорогие, обеспечивающие малые потери руды.

Когда суммарные преимущества той или иной системы недостаточно ясны, выбор системы определяется экономическим сравнением.

Более сложный случай — разработка мощных залежей с устойчивыми породами, в которых возможно применение камерной системы разработки с оставлением временных целиков, которые могут отрабатываться многими вариантами.

В этом случае системы целесообразно сравнить по величинам дохода (1.3) и затрат (1.1).

При непостоянных горно-геологических условиях применение какой-либо одной системы разработки во всем шахтном поле часто бывает невозможным или нецелесообразным. В таких случаях необходимо выделить на месторождении более или менее однотипные по горно-геологическим условиям участки, каждый из которых может быть отработан какой-либо одной системой. Критериями выделения участков могут быть устойчивость руды, мощность залежей, угол падения залежей, ценность руды и т. п., причем в определенных сочетаниях.

Для каждого участка выбирают систему разработки отдельно. Взаимосвязь определяется наличием пограничных блоков, а также тем, что желательно по возможности иметь однотипные методы работы, чтобы обеспечить более высокую квалификацию и взаимозаменяемость трудящихся, более полное использование оборудования и т. п. Поэтому в виде исключения для относительно небольшого участка месторождения может быть принята система разработки, близкая по технологии и механизации производственных процессов к системам разработки основной части месторождения, даже если она и не является наилучшей для горно-геологических условий именно данного участка.