СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ С ИСКУССТВЕННЫМ ПОДДЕРЖАНИЕМ ОЧИСТНОГО ПРОСТРАНСТВА

1. Общая характеристика

При этих системах работы по искусственному под­держанию очистного пространства входят в цикл очистной выем­ки. Система разработки горизонтальными слоями с закладкой кратко охарактеризована выше.

Классификация этих систем следующая:

Группа А. Системы разработки с закладкой (одновременной, т. е. по мере выемки блока):

1. Однослойная выемка с закладкой (в пологих маломощных залежах; закладывают выработанное пространство на всю высоту, оставляя свободным рабочее пространство у забоя).

2. Горизонтальные слои с закладкой (слои вынимают, начиная с нижнего; каждый слой после выемки закладывают и с поверх­ности закладки отрабатывают следующий слой).

3. Наклонные слои с закладкой (отличается наклонным поло­жением слоев для самотечного перемещения руды и закладочного материала).

4. Система разработки тонких жил с раздельной выемкой (жильную массу вынимают обособленно, а подрабатываемые до необходимой ширины очистного пространства боковые породы оставляют как закладку).

5. Нисходящая слоевая выемка с твердеющей закладкой (блок погашают горизонтальными слоями, начиная с верхнего. По мере выемки слоя заполняют его твердеющей закладкой. Создаваемый таким путем закладочный массив служит искусственной кровлей для следующего, нижележащего слоя).

Группа Б. Системы разработки с креплением. (Крепь устанав­ливают вслед за выемкой руды и оставляют на месте установки навсегда. В залежах средней мощности и мощных пространство между элементами крепи закладывают).

Группа В. Системы разработки с креплением и последующим обрушением. (По мере выемки руды крепь передвигают, извлекают или разрушают, вызывая этим обрушение кровли).

1. Однослойная выемка с обрушением кровли (в маломощных пологих и наклонных залежах).

2. Слоевое обрушение (блок отрабатывают в нисходящем по­рядке горизонтальными слоями под защитой искусственной кров­ли, опускающейся под Отработанный слой закладывают, остав­ляя свободным только пространство для работ. Закладка поддер­живает бока очистного пространства, поверхность ее служит плат­формой для рабочих, занятых очисткой выемкой. Руду отбивают на поверхность закладки и доставляют по этой поверхности меха­низированным способом. Условия применения: 1) мощность и угол падения рудного тела могут быть любыми; 2) устойчивая руда (при пониженной устой­чивости в отдельных местах может быть установлена временная крепь); 3) боковые породы любой устойчивости, но при крутом падении залежей — преимущественно неустойчивые. Наиболее часто встречается эта система при высокой ценности, возгорае­мости руды или при наличии над рудным телом зданий, сооруже­ний, водоемов и т. п.

Варианты при сыпучей закладке. В маломощных крутых зале­жах горизонтальными слоями с закладкой отрабатывают обычно блоки по простиранию, а в мощных крутых и в пологих залежах вынимают горизонтальными слоями с закладкой камеры, а цели­ки погашают другой системой разработки (рис. XI V.I).

Параметры. Оптимизация высоты этажа в крутых и наклонных залежах производится по условию минимума затрат (XI. 4), в ко­тором следует учитывать затраты на проходку этажных выработок на поддержание выработок, включая рудоспуски, закрепленные в закладке, и на доставку материалов и оборудования.

Высота этажа от 35—40 до 50—60 м, большие размеры отно­сятся к крутым залежам. Длина блока при разработке по простиранию от 30—60 м до 100 м.

При разработке вкрест простирания ширина камер от 5 до 12 м, а целиков от 5 до 10 м, в зависимости от устойчивости руды и мощности залежи.

Подготовка. На горизонте откатки в залежах малой и средней мощности проходят рудный штрек. В мощных месторождениях проходят штрек и орты либо два или несколько рудных штреков. Блок подготавливают восстающим, пройденным по границе или посередине блока.

Очистная выемка. Начинают ее с уровня кровли штрека или оставляют на них целик толщиной 2—5 м. Отбойка руды обычно шпуровая, доставка—механизированная в рудоспуски. На поверх­ности каждого слоя закладки (исключая плотную гидравлическую закладку) устраивают настил. На бурении и доставке используют оборудование или переносное (перфораторы на колонках и скре­перные лебедки) или самоходное. Последнее—преимущественно при гидравлической закладке (как обеспечивающей плотную по­верхность закладочного массива) или при бетонных настилах.

При хорошем взрывном дроблении руды и мелкокусковом за­кладочном материале в зарубежной практике иногда доставляют руду и закладку конвейерами, однако это требует ручных работ по подкидке руды и породы и перестановке конвейеров; кроме того, трудно предохранять конвейеры от действия взрыва.

Увеличение высоты слоев повышает производительность работ, но снижает безопасность, так как увеличивает обнажение боковых пород и затрудняет контроль за состоянием кровли. Обычно высо­та давлением обрушенных пород).

Все эти системы относительно дороги, но могут обеспечить ма­лые потери и разубоживание руды, так как постоянные целики не * оставляются, а при извлечении отбитой руды очистное пространст­во поддерживается и, следовательно, на отбитую руду не обрушаются пустые породы.

Системы применяются главным образом при ценных рудах или в сложных горно-геологических условиях: возгораемость руд; нельзя обрушать земную поверхность.

Экономическое сравнение этих систем с системами других классов может производиться по доходу из условия (XI.3).

На подземных рудниках СНГ ими добывают около 20% руд и их удельное значение будет возрастать за счет более широкого применения систем с закладкой, особенно на рудниках цветной металлургии.

2. Однослойная выемка с закладкой

Эту систему применяют в пологих и наклонных зале­жах мощностью до 4—5 м; устойчивость руды может быть любой;

породы висячего бока должны быть достаточно устойчивыми, чтобы можно было работать под обнаженной кровлей. Ценность руды — высокая или средняя. Применение системы оправдывается преимущественно в тех случаях, когда нельзя обрушать земную поверхность.

При использовании твердеющей закладки руду вынимают штрекообразными выработками-заходками, рудная стенка заходки играет роль опалубки. Так отрабатывают маломощные участки Талнахского месторождения. При сыпучей закладке выемку мож­но вести забоем-лавой по всей ширине панели.

Отбивают руду шпурами или скважинами уменьшенного диа­метра. Доставляют руду самоходным оборудованием или скрепе­рами, а в забое-лаве используют скребковый конвейер или много­ковшовое скреперование.

Вслед за выемкой закладывают выработанное пространство. Технико-экономические показатели близки к показателям си­стемы разработки горизонтальными слоями с закладкой, рассмат­риваемой ниже.

К этой системе с некоторой условностью можно отнести ва­риант, отличающийся креплением призабойного пространства. Применяется при мягких рудах и неустойчивой кровле. Выемку ведут забоем-лавой; в горный комплекс входят комбайн для ме­ханической отбойки и передвижная механизированная крепь. Позади крепи выработанное пространство закладывают.

3. Система разработки горизонтальными слоями с закладкой

Блок вынимают горизонтальными слоями, начиная с нижнего (см. рис. XI.9) слоя 2—3 м, при высоте 2,5 м и более можно использовать буровые каретки.

Отбивают руду вертикальными или горизонтальными шпура­ми, при вертикальных шпурах расширяется фронт работ для бу­рения, но необходима более устойчивая кровля во избежание заколов.

При устойчивых руде и боковых породах на отдельных зару­бежных рудниках увеличивают высоту слоя до 4,5—5 м, высота открытого пространства достигает 7—8 м. Бурят шпуры (вверх под углом 70°) с буровых кареток. Выравнивают кровлю «контурным» взрыванием горизонтальных шпуров, л. н. с. и расстояние между этими шпурами в этом случае уменьшают в 1,5 раза против обыч­ных величин, взрывание — детонирующим шпуром без патрона-боевика. Кровля получается ровной, оборки почти не требуется.

По окончании доставки руды из слоя разбирают настил, иногда зачищают в рудоспуске верхнюю часть закладки, обогащенную рудной мелочью, и производят закладку. Материал для нее пода­ют с вышележащего горизонта по блоковому восстающему. Для разравнивания материала используют ту же скреперную установку, что и для доставки руды.

Все шире применяют гидравлическую закладку обесшламлениымн хвостами обогатительных фабрик или природным песком. Песок и хвосты подают в забой по гибкому шлангу диаметром 55-100 мм.

При малоустойчивых боковых породах оставляют между кровлей забоя и закладкой пространство высотой 0,4—0,5 м, а при более устойчивых породах 1,5-3 м.

К закладке по мере повышения ее поверхности наращивают рудоспуски стальными трубами (диаметром 500—1200 мм с толщиной стенок от 5—7 до 10—15 мм при абразивной руде) или крепью, обычно срубовой, а в маломощных залежах—распорной. 1 Трубы пропускают до износа 20—30 тыс. т руды, их перекрывают рельсовым грохотом с просветами, равными 1/3 их диаметра. Иногда закрепляют рудоспуски каменной кладкой на цементном растворе или железобетонными кольцами.

Расстояние между рудоспусками составляет от 20—60 м при скреперной доставке руды до 100 м и более при доставке самоходными машинами.

Настил сверху закладки укладывают в каждом слое из металлических листов, деревянных щитов или старых конвейерных лент, а при разработке радиоактивных руд иногда покрывают настил брезентом. На ряде рудников РФ, США и Канады для снижения потерь ценных руд или для того, чтобы использовать в забое мощное самоходное оборудование, настилы делают бетонные толщиной 15—20 см. Для этого разравнивают поверхность закладки 1 и торкретируют ее жидким раствором быстросхватывающегося бетона, например, цемент+песок (1:3)+добавка 5% хлористого I кальция или 1,5% алюмината натрия; другой состав: 8—15% цемента, остальное — хвосты обогатительных фабрик. Бетонный настил вдвое дешевле деревянного и уже через 2 сут можно paботать на нем самоходным оборудованием и отбивать руду. При отсутствии или недостаточной плотности настила обогащенная 4 рудная мелочь может теряться в закладке, потери металла достигают 20%.

Свежий воздух с откаточного горизонта поступает в очистное пространство по одному из восстающих или по рудоспуску, свободному от руды, а загрязненный отводят 'по восстающему с другой стороны блока на вентиляционный горизонт. Особенности системы разработки при твердеющей закладке. 1 На очистных работах используют самоходное оборудование, проводят уклон для заезда самоходного оборудования на все слои. Высота этажа на отдельных зарубежных рудниках («Кобар» в Австралии, «Болиден» в Швеции) достигает 250 м, длина блока 300 м и более. При любых углах падения и любой мощности залежи может применяться сплошная выемка, т. е. без деления запаса на камеры и целики. Это особенно важно для управления горным давлением при большой глубине разработки.

Рассмотрим особенности системы на примерерудников Норильского комбината, эксплуатирующих полиметаллическое месторождение на глубине 0,5—1,0 км. Рудные тела пологие, мощностью до 40 м, в среднем 20 м. Руды крепкие, устойчивые и средней устойчивости, легко возгорающиеся, очень ценные. Породы кровли в основном средней устойчивости и неустойчивые, обрушать их нельзя в связи с наличием над ними обводненных пород и неотра­ботанных промышленных запасов руд. Закладка твердеющая, оборудование на очистных работах самоходное, дизельное, пневмоколесное. Систему разработки горизонтальными слоями с закладкой при­меняют в следующем виде. Выемка сплошная (по предложению работников ИФЗ АН СССР и Норильского комбината, разрабо­танному под руководством проф. Д. М. Бронникова). Залежь от­рабатывают от центра к флангам, забой пересекает всю залежь по длине (рис. XIV.2). Перпендикулярно к линии забоя пройдены полевые откаточные штреки, которыми нарезаны панели шириной 120—150 м (по условию использования ПДМ). Панель разделяют па вертикальные секции шириной 6—8 м и вынимают их горизон­тальными слоями (см. рис. XIV.2), высота слоя 3 м.

Вентиляционный горизонт имеет ту же схему подготовки, что и откаточный. Рудоспуски располагают в каждой второй секции; их выкрепляют в закладке.

Для перемещения самоходных машин проходят с каждой сто­роны залежи уклон от откаточного горизонта до ее почвы и затем рудный штрек по всей длине залежи. Из рудного штрека в каждой панели проходят уклон до кровли залежи, из которого нарезают заезды на слои. Сечение выработок для перемещения самоходного оборудования 4*3 м. По мере закладки панельные уклоны и слое­вые заезды погашаются.

На очистных работах используют дизельные пневмоколесные самоходные шахтные буровые установки «Каво-Дрилл 555», «Бумер-131» на 2—3 колонковых перфоратора и самоходные погрузочно-доставочные машины СТ-5А, СТ-2Б; производительность маши­ны 500—600 т/смену. В каждой панели бурение и доставку руды обслуживает суточная комплексная бригада. Закладывают слой участками длиной по 40—60 im, в каждый такой участок подают твердеющую смесь с вентиляционного горизонта по скважине диа­метром 300 мм.

Этот вариант отличается высокой производительностью труда забойного рабочего (60—80 т/смену), высокой концентрацией гор­ных работ, малым расходом подготовительно-нарезных выработок (2 м/1000 т или 22 м/1000 т).

Технико-экономическая характеристика и сравнительная оценка системы разработки горизонтальными слоями с закладкой.При крепкой руде в месторождениях средней и большой мощности производительность блока (камеры, секции) от 1500—3000 до 4000—6000 т/мес при использовании самоходного оборудования; производительность труда забойного рабочего от 15—20 до 60—80 т/см. и больше при твердеющей закладке и самоходном оборудовании; расход крепежного леса до 0,01—0,02 м³/т; потери руды (при плотном настиле или твердеющей закладке) от 1—2 до 5%; разубоживание руды от 1—3 до 10% за счет подработки вмещающих пород при неправильных контурах; расход подготовительно-нарезных выработок 2—5 м/1000 т.

Таким образом, эта система разработки при обычных способах закладки является более трудоемкой, чем системы предшествующих классов, а при твердеющей закладке и использовании самоходного оборудования дает высокую производительность труда, но требует увеличенных затрат на твердеющую закладку. Потери и разубоживание руды небольшие. Система эта распространена, особенно при ценной руде.

К основным направлениям усовершенствования относятся: применение твердеющей закладки из дешевых местных материалов или гидравлической закладки с бетонными настилами; применение самоходного оборудования; переход к сплошной выемке и другие усовершенствования порядка отработки, увеличива­ющие концентрацию горных работ и снижающие опорное давление.

Экономическое сравнение этой системы с рассмотренными выше может производиться по доходу из условия (XI.3).