Системы подэтажного обрушения

Блок делят на подэтажи (рис. XIII.27), каждый из которых имеет свой горизонт выпуска руды. Это — главная особенность. Подэтажи могут (но не обязательно) быть разделены в плане параллельными вертикальными плоскостями на панели, а панели по длине — на секции. Отрабатывают под этажи в нисходящем порядке.

В каждом подэтаже (или панели, секции), отбивают руду скважинами и выпускают под обрушенны-5 ми породами.

Условия применения подэтажного обрушения.Устойчивость и крепость руды и вмещающих пород могут быть любыми, так же как и угол падения залежи. Мощность залежи в случае крутого падения должна быть не менее 3—5 м во избежание чрезмерного разубоживания руды слабыми боковыми породами и не менее 10—20 м при пологом падении, так как иначе незачем делить блок на подэтажи. Ценность руды должна быть умеренной. Обрушение земной поверхности должно допускаться. Руда не должна возгораться.

В виде исключения допустима слабая возгораемость при обязательном профилактическом заиливании обрушенного пространства. Таким образом, технически подходит широкий диапазон условий. Но применяют подэтажное обрушение преимущественно тогда, когда нецелесообразно вести этажное обрушение. В связи с этим добавляется одно из следующих условий:

1) неустойчивые руды и большое горное давление, так как при и подэтажном обрушении сокращается срок поддержания выработок для выпуска и доставки руды;

2) слеживающаяся руда;

3) чередование крепких руд с легкообрушающимися и т. п.;

4) крупные включения пустых пород или некондиционных руд, которые при подэтажном обрушении могут быть ограничены подэтажом, панелью или секцией и оставлены в недрах;

5) наличие в блоке двух (или нескольких) сортов руды, которые при подэтажном обрушеиии могут быть выданы раздельно;

6) мощность рудного тела не выше средней;

7) неправильные контакты залежи при ограниченной мощности, так как подэтажное обрушение позволяет более точно совмещать выемочные контуры с рудными.

Удельное значение подэтажного обрушения на подземных рудниках СНГ составляет 18%. Наиболее широко применяют его в Кривбассе (удельное значение около 80%) три разработке мощных и средней мощности крутых залежей мягких и средней крепости руд. За рубежом подэтажное обрушение особенно распространено в странах Скандинавии на железных и свинцовых рудниках. Применяют его и при добыче асбеста (месторождение «Хавлок», Африка).

История развития. Первоначально применяли высоту подэтажа около 5 м, шпуровую отбойку, 'принудительную доставку руды в очистном пространстве. На почве подэтажа укладывали деревянный настил, под защитой которого вынимали следующий подэтаж. Однако настил мог внезапно обрушиться 'при доставке руды. Поэтому на смену пришли варианты с самотечной доставкой руды в очистном пространстве, при которых все работы выполняются из подготовительно-нарезных выработок.

Подэтажное обрушение с донным выпуском появилось в сороковых годах в Кривбассе на базе 'внедрения скважинной отбойки. Высоту подэтажа увеличили до 10—15 м (а затем и более), при этом деревянный настил не мог сохранить оплошность. Продолжаются попытки внедрить гибкое металлическое перекрытие (сетка с ячейками размером порядка 20*20 мм из проволоки диаметром 2 мм или полосового железа 40*4 мм), однако имеющиеся конструкции сохраняют оплошность лишь при высоте подэтажа до 7—10 м.

Параллельно возникло подэтажное обрушение с торцевым выпуском руды. Высота подэтажа первоначально при шпуровой отбойке составляла около 5 мм, в последующем ее увеличили до 8—10 м, что также заставило отказаться от настила, а в шестидесятых годах на базе скважинной отбойки в зажиме на ряде рудников увеличили подэтаж до 20—40 м. Торцевой выпуск при подэтажном обрушении начинает вытеснять донный.

Каждый из современных вариантов подэтажного обрушения воспроизводит какую-либо разновидность этажного обрушения, но с той разницей, что комплекс нарезных и очистных работ завершается отработкой подэтажа или части подэтажа.

Определение оптимальных параметров подэтажного обрушения. Если в проектируемом этаже доминирует подэтажное обрушение, причем в каком-либо одном варианте, то сначала находят оптимальное значение высоты подэтажа, а затем выбирают высоту этажа из величин, кратных Н_под. Если же Н_э задана (в связи с осуществленным вскрытием этажа или как наиболее выгодная при другой системе разработки, применяемой в существенном объеме), то выбирают Н_под из возможных значений, на которые Н_э делится без остатка. Оптимизацию высоты этажа производят по условию y=E_н k + c+ y_пр ® min, при этом учитывают, с одной стороны, затраты на проходку этажных выработок (в k и с), а с другой — затраты на поддержание этих выработок и восстающих.

Высоту подэтажа оптимизируют по условию Н_под ® min,вводя в расчет: затраты на проходку подэтажных и выпускных выработок; затраты на поддержание этих выработок; затраты на отбойку (если они зависят от глубины скважин); ущерб от потерь и разубоживания руды за счет неточной отбойки по контактам залежи; ущерб от потерь и разубоживания руды при выпуске.

Технико-экономическая характеристика и сравнительная оценка. По сравнению с этажным подэтажное обрушение может быть применено в более сложных горнотехнических условиях. Но производительность блока и производительность труда могут быть несколько (на 10—30%) ниже в связи с увеличенным объемом подготовительно-нарезных работ. (5—9 м/1000 т при донном выпуске и 2—3 м/1000 т при торцевом). В части потерь и разубоживания руды при относительно благоприятных условиях лучшие показатели дает этажное обрушение, а в других случаях — подэтажное.

Экономическое сравнение подэтажного обрушения с системами других классов производится по величине дохода из условия, а с системами этажного обрушения — по доходу или по минимальным убыткам.

10.6. Подэтажное обрушение с торцевым выпуском руды

Удельное значение этой системы на подземных рудниках РФ составляет лишь 3%, но предполагают довести его почти до 20% за счет вытеснения подэтажного обрушения с донным выпуском.

Подэтаж делят по ширине на панели. Каждую панель подготовляют ортом (штреком), разбуривают из него вертикальными или крутонаклонными веерами скважин и обрушают последовательно по длине в отступающем порядке (рис. XI II.28). По мере взрывания панели погашается орт (штрек), через торец его выпускают руду и по орту доставляют к рудоспуску. Очередные скважины взрывают после выпуска основной части руды от предыдущей отбойки. Угол наклона забоя можно выбирать в зависимости от соотношения размеров кусков руды и обрушенных пород (рис. XIII.29). Если руда крупнее, то наклон в сторону обрушения не даст мелким породам просачиваться в отбитую руду. Если же руда мельче пород, то наклоняют забой, наоборот, в сторону массива, чтобы руда меньше просачивалась в породы. При равной крупности руды и пород забой располагают вертикально, чтобы породы не просачивались в отбитую руду сбоку.

Оборудование используют самоходное либо переносное и полустационарное — буровые станки, передвижные вибропитатели, секционные виброконвейеры, как, например, на руднике Зыряновского комбината. Для заезда самоходных машин на подэтажи проходят наклонные выработки, что окупается лишь при значительном ('приблизительно не менее 50 тыс. т) запасе подэтажа. При высоте подэтажа 20—40 м схема отработки подэтажа аналогична этажному принудительному обрушению с торцевым выпуском.

На рудниках Скандинавии и Канады (см. рис. XIII.28) используют самоходное оборудование; высота подэтажа 5—14 м, ширина панели 6—10 м, сечение подэтажного орта 5*3,5 м.

Отбивают руду веерами скважин диаметром 32—51 мм; веера обычно имеют наклон 60—70° в сторону обрушения; взрывают по 1—2 веера. Доставляют руду к рудоспускам в лежачем боку.

Производительность мощных погрузочно-доставочных машин до 1000—1500 т/смену. Нарезные работы осуществляют в основном с помощью таких же машин, что и очистные, поэтому, несмотря на увеличенный (примерно до 20%) относительный объем нарезных выработок, обеспечиваются хорошие показатели производительности труда забойного рабочего.

Сравнительная оценка подэтажного обрушения с торцевым выпуском. Достоинства, связанные с торцевым выпуском, - это меньшая трудоемкость подготовительно-нарезных работ; благоприятные условия для применения самоходного оборудования или вибрационных питателей и конвейеров. Однако выпуск вертикальными или крутонаклонными слоями облегчает просачивание пустых пород в руду.

Подэтажное обрушение с торцевым выпуском заслуживает предпочтения перед донным выпуском в большинстве случаев. Исключение составляют главным образом залежи с неустойчивой рудой, при которой требуется малое сечение подэтажных штреков, позволяющее доставлять руду лишь скреперами.

10. 7. Подэтажное обрушение с донным выпуском руды

Удельное значение этой системы на подземных рудниках СНГ составляет 13%, а к 2010 г. может снизиться до 3% и менее за счет преимущественного применения торцевого выпуска. Из подэтажного штрека (орта) нарезают выработки для выпуска руды. Над ними проходят буровые выработки, из которых отбивают руду скважинами на всю - оставшуюся высоту подэтажа.

Рис. 10.8. Подэтажное обрушение с донным выпуском руды со сплошной выемкой и отбойкой наклонными слоями (Кривбасс).

Первоначально при штанговом бурении применяли высоту подэтажа 10—15 м, но в последние годы увеличили ее до 30—40м при благоприятных горно-геологических условиях. Заметим, что высоту 15—40 м имеют иногда и блоки этажного обрушения при пологом падении или неправильной конфигурации залежей ограниченной мощности.

Оптимальную высоту подэтажа можно определить по условию из расчета минимальной суммы затрат на подготовительно-нарезные работы, отбойку руды и поддержание выработок, а если от высоты подэтажа существенно зависят показатели извлечения руды, то добавляется и экономический ущерб от неполного извлечения.

В подэтажах высотой 20 м и более (рис. XIII.31) бурят скважины мощными перфораторами с независимым вращением бура или погружными пневмоударниками.

Доставка руды преимущественно скреперная, реже конвейерная, причем и скреперы, и конвейеры применяют иногда в комплексе с вибропобудителями.

По аналогии с этажным принудительным обрушением, подэтажное обрушение осуществляют со сплошной выемкой панели или с компенсационными выработками.

При сплошной выемке отбивают руду вертикальными или крутонаклонными (см. рис. XIII.31) слоями. Наклон слоев к взорванной части подэтажа улучшает дробление руды, если он согласован с системой густых трещин, и уменьшает слеживание.

В варианте с компенсационными выработками последние представляют собой вертикальные щели.

В Кривбассе, где подэтажным обрушением разрабатывают руды малой и средней крепости, до 1975 г. был распространен вариант с вертикальной разрезной щелью в каждой секции и последующей встречной отбойкой на щель вертикальных слоев веерами скважин. Встречная отбойка заметно улучшила дробление руды за счет соударения, но от этого варианта отказались из-за сравнительно трудоемкой и длительной разделки щели. Возможно, что вариант возродится в крепких рудах, где труднее обеспечить хорошее дробление.

На Криворожской шахте Гигант, при подэтажном обрушении в мощной залежи руд с коэффициентом крепости 6—8, применяют отбойку скважинами диаметром 105 мм, пробуренными станками НКР-100, и скреперную доставку руды. Кондиционный кусок — 400 мм, расход ВВ на отбойку 200—250 г/т, на вторичное дробление 35—50 г/т. Скреперные лебедки мощностью 30 кВт при расстоянии доставки ,5—25 м и кондиционном размере куска 400 мм доставляют в рудоспуск длиной 10 м 100—150 т/смену, а при длине рудоспуска 40 м имеют производительность до 400— 500 т/смену (в среднем 200 т/смену); производительность труда забойного рабочего 60 т/смену.

Высоту подэтажа 10—15 м, требующую увеличенного объема нарезных работ, применяют только в нарушенном массиве, в сравнительно узких целиках между камерами, заполненными закладкой или обрушенными породами и т. п. Штанговые скважины пробуривают из выпускных или подсечных выработок.

Достоинства и недостатки подэтажного обрушения с донным выпуском противоположны указанным выше для подэтажного обрушения с торцевым выпуском.

Рекомендуемая литература

1. Агошков М.И., Борисов С.С., Боярский В.А. Разработка рудных и нерудных месторождений. М.: Недра, 1983.

2. Именитов В.Р. Технология, механизация и организация производственных процессов при подземной разработке месторождений. М., «Недра», 1984.

3. Именитов В.Р. Процессы подземных горных работ при разработке рудных месторождений. М.: Недра, 1984.

4. Брюховецкий О.С., Бунин Ж.В., Ковалев И.А. Технология и комплексная механизация разработки месторождений полезных ископаемых. М., «Недра», 1989.

5. Скорняков И.Ф.. Системы разработки и комплексы самоходных машин при подземной добыче руд. М.: Недра, 1978.

6. Справочник по горнорудному делу (под ред. В.А. Гребенюка и др.). М., «Недра», 1983.