Первичные камеры по высоте в зависимости от мощности рудного тела разбивают на 2-3 слоя (подэтажа) с целью уменьшения длины скважин. Высота слоя 10-15 м. По границе слоев в центре первичных камер проходят буровые орты 4 сечением 16,8 м². Транспортно-буровой и буровой горизонты соединяют съездами для самоходных машин.

В породах кровли залежи проходят закладочный горизонт. Закладочные штреки 6 сечением 6,4 м² сбивают с первичными камерами восстающими 7 сечением 5 м². В конце панели с вентиляционного штрека проходят вентиляционный восстающий 8 сечением 10 м², которым сбиваются транспортно-буровой, буровой и закладочный горизонты. Отработку первичных камер начинают с образования отрезной щели путем взрывания вертикальных скважин на отрезной восстающий 9 сечением 6,7 м². После образования отрезной щели руду отбивают взрыванием вееров скважин диаметром 52 мм, расстояние между веерами 1,3-1,5 м. Руду выпускают в погрузочные заезды и грузят погрузочными машинами ПНБ-4 в автосамосвалы. Вторичные камеры отрабатывают после закладки первичных и по высоте делят на 2-3 слоя. Нижний слой по мощности должен быть таким, чтобы обеспечить шпуровую отбойку при его отработке (4-5м). Остальные слои отрабатывают путем скважинной отбойки, высота их 10-15 м.

По границам слоев в середине вторичных камер проходят буровые орты 10 сечением 16,8м². Отработку этих камер начинают с образования отрезной щели взрыванием вертикальных скважин на отрезной восстающий сечением 6,7 м². Одновременно отрабатывают второй и третий слои, причем верхний опережает нижний на расстояние разлета руды при взрывании вееров скважин. Избыток руды выпускают в буровые орты и грузят в автосамосвалы. Остальная руда накапливается на первом слое, который отрабатывается наклонными слоями толщиной 1,5-2,0 м.

Для бурения скважин используют самоходную буровую установку типа СБУ-70, погрузку отбитой руды производят погрузочными машинами ПНБ-4 с дистанционным управлением, транспортировку руды автосамосвалами МоАЗ. Вариант системы разработки с закладкой по схеме "камера-целик" с выемкой первичных камер обычным способом и использованием самоходного оборудования. Данным вариантом отрабатываются залежи мощностью более 16 м. Панель шириной 120-150 м по длине (до 300 м) делят на первичные и вторичные камеры шириной 15 м. Порядок отработки вторичных камер такой же, как при предыдущем варианте. Подготовка панели заключается в проходке по ее границам в кровле и почве рудной залежи откаточных штреков 1 сечением 18,2 м² и сборного вентиляционного штрека 2 сечением 16,8 м² (рисунок 8).

Рисунок 8. Камернно-целиковая система разработки с закладкой.

Пройденные в кровле штреки сбиваются между собой вентиляционными ортами 3 сечением 16,8 м², расположенными по оси первичных камер. Отработку первичных камер начинают с раскоски вентиляционного орта с помощью шпуров и образования камеры (верхней подсечки) высотой 7 м. После выемки верхней подсечки осуществляют почвоуступную выемку оставшихся запасов.

При мощности рудного тела более 20 м запасы в камере отрабатывают, оставляя промежуточный рудный "мост" толщиной 6 м. Место заложения "моста" определяется высотой выработанного пространства над или под ним, т.е. "мост" оставляют в таком месте, чтобы высота камеры над или под ним не превышала 18 м и позволяла использовать для осмотра и оборки кровли самоходные полки СП-18А. "Мост" отрабатывают после заполнения выработанного пространства под "мостом" твердеющей закладкой и приобретения ею необходимой прочности.

При отработке первичных камер используют то же оборудование, что и при панельно-столбовой системе разработки, т.е. буровые установки типа ЗШ-5Д, экскаваторы ЭП-1, автосамосвалы МоАЗ. Подготовку и отработку вторичных камер осуществляют по той же схеме, что и при камерной системе с закладкой, с отбойкой руды глубокими скважинами и выпуском ее на орты вторичных камер.

2.2 Зарубежный опыт

Пологопадающие МПИ с сухой закладкой.

Месторождение Салливан. Рудник Салливан. [5]

Средняя мощность рудного тела 24 м., максимальная 90 м. угол падения от 0 до 40° в верхней части и от 20 до 45° - в нижней. Породы висячего бока представлены устойчивыми кварцитами, лежачего бока - конгломератами. Рудный массив устойчив.

На участках с углом падения от 10 до 40° применяют камерную систему разработки с закладкой с отбойкой руды глубокими скважинами, с разделкой днища по всему лежачему боку и расположением скреперных штреков по простиранию (рисунок 9).

Рисунок 9. Камерно-целиковая система разработки с закладкой.

Отбитая руда доставляется в пальцевые рудоспуски с двух сторон. Под камерой нарезают два выпускных отверстия, разделенные целиком. Из воронок проходят буровые восстающие и небольшие заходки. Взрывные скважины бурят под углом 40-50° при веерном их расположении.

Производительность труда 70 т/смену.

Для закладки пустот применяется порода из подготовительных забоев, так же на участках, где обрушение пород кровли нецелесообразно вследствие опасности воздушных ударов или других причин применяется закладка гравием с примесью глины. Для цементации закладки добавляют хвосты флотации с содержанием 5% железа и небольшого количества извести. Окисление сульфидов цементирует закладку в течение 12-18 месяцев до прочности 2530 кг/см². Порода, содержащая куски крупностью - 38 мм. с добавлением 7% железистых хвостов и 2,5% воды, цементируется приблизительно в течение шести месяцев.

Рудник Керетти (Финляндия) и Циновец-Жих (ЧССР)[5]

Рудник Керетти является одним из самых старых и крупных рудников компании "Оутокумпу Ой". Его годовая производительность равна 0,47 млн. т. Длина рудного тела достигает 4 км. Мощность доходит до 40 м и составляет в среднем 8 м. Угол падения равен 15--45°. Руда содержит медь, цинк, железо, серу, золото, серебро, кобальт, никель.

Для отработки пологозалегающих участков применяли под-этажное обрушение, но это приводило к значительным потерям руды и резкому росту разубоживания. Кроме того, обрушение пород распространялось до поверхности и по мере развития очистных работ могло вызвать затопление шахты водой вблизи расположенных озер.

В настоящее время главной системой разработки является камерно-столбовая система с искусственными целиками, применяемая при мощности рудного тела свыше 8 м. Высокая механизация работ позволяет достигнуть производительности труда забойного рабочего 160 т/смену. Применение затвердевающей закладки обеспечивает почти 100 %-ное извлечение руды при ее незначительном разубоживания. При этом выемка руды ведется с разбивкой на камеры первой и второй очередей шириной, равной соответственно 6 и 8 м (рисунок 10). Наибольшая высота отрабатываемого слоя составляет 20 м, а длина камер 50--100 м. Отработанные камеры первой очереди заполняют затвердевающей смесью. После достижения ею необходимой прочности отрабатывают камеры второй очереди и заполняют их классифицированными хвостами обогащения.

В камерах по контакту висячего бока проводят подсечные выработки с поперечным сечением, равным 6x3,5 или 8X3,5 м| Крепление кровли их производят анкерами, а при необходимости-- торкретбетоном. В зависимости от мощности рудного тела проводят также рудные штреки по контакту лежачего бока. Очистные работы в камере начинают с проходки отрезного восстающего и образования отрезной щели. Отбойку руды осуществляют с помощью скважин, пробуренных с верхней подсечной выработки.

При мощности рудного тела, превышающей 20 м, отработку залежи осуществляют слоями высотой по 20 м в направлении снизу вверх.

Для анкерного крепления используют обычно ребристую сталь диаметром 16--20 мм и длиной 2,4 м, а иногда -- до 6 м. Анкеры помещают в шпуры на их полную длину и цементируют смесью классифицированных хвостов обогащения с цементом в соотношении 1:1с добавкой воды и 1 % бентонита.

Твердеющий закладочный материал приготавливают в бетономешалке на поверхности. Гравий, просеянный сквозь сито с ячейками диаметром 20 мм, и классифицированные хвосты обогащения в отношении 2 : 1 являются инертным заполнителем. На 1 м³ смеси добавляют 110 кг портландцемента и 600 л воды.

Рисунок 10. Камерно-столбовая система разработки с последующей закладкой выработанного пространства на руднике Керетти (Финляндия):

1-- вентиляционный штрек; 2 -- рудоспуск; 3 -- откаточный горизонт; 4 и 5 --соответственно верхняя и нижняя подсечки; 6 -- доставочная выработка; 7 и 8 -- соответственно закладочный массив в первичной и вторичной камерах; .9 -- отрезной восстающий; 10 -- анкерная крепь

Максимальный расчетный предел прочности сжатию бетонной закладки равен 1,7 МПа. На практике он не превышает 0,6 МПа. Это связано с расслоением закладочной смеси в очистном пространстве.

Закладочный материал подают с поверхности сначала по скважинам диаметром 152 мм, а затем -- по сварным трубам диаметром 150 мм, изготовленных из огнеупорного чугуна. Для камер второй очереди смесь поступает прямо от обогатительной фабрики (ОФ) к забоям по скважинам диаметром 78 мм и пластмассовым трубам диаметром 75 мм.

Нарезные выработки камер первой очереди проводят с использованием самоходных трехстреловых бурильных установок "Там-рок Параматик", а штреки камер второй очереди -- двустрело-выми бурильными установками "Параматик".

При очистной выемке бурение вертикальных скважин диаметром 51 мм по сетке 1,5X1,5 или 2X2 м производят бурильными установками на гусеничном ходу. В качестве ВВ используется смесь АС-ДТ. В камерах первой очереди используют гладкостенное взрывание с помощью смеси АС-ДТ, ослабленной кусочками полистирола в соотношении 1:1.

Взрывание скважинных зарядов осуществляется с центрального пункта, расположенного в помещении для отдыха на гор. 285 м, оборудованного конденсаторной взрывной машинкой и контрольными приборами для измерения сопротивления цепи.

ПДМ с емкостью ковша 3,8--6 м³ доставляют отбитую руду в рудоспуски, откуда состав вагонеток транспортирует ее по откаточному штреку к дробилке. Рудоспуски размещены так, что максимальное расстояние доставки составляют 200 м.

Машинисты ПДМ подвергаются неблагоприятному воздействию тряски. Первоначальные меры в виде специальных физических упражнений оказались недостаточными. Поэтому на одном погрузчике вынуждены были работать два человека, которые в течение смены подменяют друг друга. Водитель, который не работает на ПДМ, занят на другой работе, например, в подземной мастерской.

На гор. 285 м с безрельсовым транспортом оборудована мастерская для текущего обслуживания и мелких ремонтов самоходных машин. Капитальные ремонты производятся на поверхности в специализированных мастерских.

Производительность труда забойного рабочего при камерно-столбовой системе разработки с искусственными целиками на руднике Керетти достигла 39,7 т/смену.

Аналогичная система разработки применяется для отработки пологозалегающего месторождения на чешском руднике Циновец-Жих. Месторождение залегает на глубине 250 м. Разработка ведется камерами шириной 6 м и высотой 20 м. Ширина междукамерных целиков составляет 8 м.

Рудник Наван (Ирландия)[5]

Рудник производительностью 2,3 млн. т свинцово-цинковой руды в год разрабатывает месторождение, представленное серией линз мощностью 60--8 м с углом падения около 20°.

Предел прочности руды и пород при одноосном сжатии изменяется от 56 до 175 МПа. Вмещающие породы -- довольно устойчивые и позволяют отрабатывать камеры шириной 12,5 м и высотой 15 м, которые могут оставаться незаполненными закладочным материалом в течение длительного периода времени. Камеры первой ! очереди заполняют смесью классифицированных хвостов обогащения с цементом, камеры второй очереди -- обычной гидравлической смесью. Крепление кровли камер производят анкерами с металлической сеткой. Камеры располагают перпендикулярно главным откаточным выработкам. Подготовка начинается с проведения штрека шириной 5,5 м и высотой 3,7 м на уровне верхнего до-ставочного горизонта по центру камеры до ее границ (рис. 4.2)'. Затем поперечное сечение штрека увеличивают на всю ширину камеры. После уборки руды кровлю полученной выработки крепят анкерами диаметром 16 мм и навинчивают металлическую сетку. Отбойку руды начинают на отрезную щель, образованную у границ одного из панельных целиков. При проведении нарезных выработок в камерах используют то же самоходное оборудование, что и при проведении уклонов и главных откаточных выработок -- 26-тонные автосамосвалы и ПДМ.

Рисунок 11. Камерно-столбовая система разработки на руднике Наван (Ирландия): 1 -- закладочный массин; 2 -- отбитая руда; 3 и 4 -- соответственно верхняя и нижняя подсечные выработки; 5 -- перемычка; 6 -- отрезной восстающий; 7 -- транспортный штрек

Для уменьшения сейсмического эффекта одновременно взрывают с миллисекундным замедлением не более 3--4 рядов скважин. В качестве ВВ используют динамит. Каждым взрывом отбивают 2700--3600 т руды. Компания осуществляет исследования по выявлению широкого диапазона интервалов замедления, позволяющего дистанционно взрывать большое число скважин, не выходя за пределы максимально допустимых * вибраций при массовых взрывах.

Применяемый на руднике погрузчик "Бройт" с емкостью ковша 1,9 м³ с дизельными приводом не имеет механизма передвижения. Он буксируется между забоями, перемещаясь на четырех колесах. В час погрузчик грузит до 300 т руды и может осущест-лять небольшие перемещения около навала породы, используя свой ковш для отталкивания. При погрузке колеса машины застопоривают.

Погрузчик изготовлен в Норвегии и широко используется в скандинавских странах при проходке туннелей, а также на карьерах ряда западноевропейских стран.

При транспортировке до 150м руду к рудоспускам доставляют самоходными ПДМ, а при большем расстоянии -- 26-тонными дизельными автосамосвалами.

Закладка камер первой очереди осуществляется классифицированными хвостами обогащения, смешанными с цементом в отношении 1:20 и подаваемыми по скважинам от поверхности до каждого действующего горизонта. Отсюда пульпа поступает по трубам в отдельные камеры.

Рисунок 12. Схема отработки рудного тела на руднике Сулливан (Канада): 1 -- наклонный ствол; 2 -- конвейерный уклон; 3 -- камера дробления руды; 4 -- бункер дробленой руды; 5 -- нижняя капитальная штольня; 6 -- бункер для кусковой руды; 7 -- главная штольня; 8 -- карьер; 9 -- камеры, заполненные гравием; 10 --отрабатываемый целик; 11--песчаный закладочный массив; 12 -- вентиляционный восстающий; 13 -- отрабатываемая камера

В настоящее время около 95 % руды добывается из целиков (высота их 39--76 м, ширина 9--46 м), расположенных между камерами. Применяют различные схемы их отработки с обрушением руды глубокими скважинами диаметром от 41 до 76 мм.

Длину их стараются выдерживать в пределах 18--26 м, но иногда она достигает и 30 м. Запасы обрушенной руды во вторичной камере составляют полугодовую добычу рудника.

Целики высотой 92 м обрушаются поэтапно с образованием отрезной щели. После взрывания "рудных корок" появляется некоторое разубоживание. При выпуске рудной массы необходимо вторичное дробление.

В результате отработки нижних горизонтов и применения массовой отбойки руды произошло обрушение пород висячего бока и растрескивание массива ранее оставленных целиков. Поступление свежего воздуха и воды с поверхности и по старым выработкам привело к интенсивному окислению сульфидной руды, оставленной в целиках на протяжении 10--30 лет. Эта руда склонна к самовозгоранию. Температура пород на границе с подземным пожаром в целике ^9-1 достигала 230 °С. Добыча руды в таких условиях представляет большую опасность из-за повышенной концентрации в рудничной атмосфере S0₂ и СО, высоких температур и пожароопасной пыли.

Целики по степени опасности разделены на следующие двй; класса: с очень горячей раскаленной рудой, склонной к спеканию (А), и теплой (Б) --с выделением C0₂,

Меры предосторожности, соблюдаемые на руднике, заключаются в следующем . На скреперном горизонте выпуск руды осуществляется только из одной дучки. Ликвидация зависаний производится лишь взрывным способом. Поскольку при работе скреперных тросов возможно искрообразование, то на отрезке 4,5 м по обе стороны от скрепера их заменяют цепями.

Основной особенностью погрузки горячей руды является сооружение бетонной перемычки между скреперной лебедкой и рудоспуском. В ней устроены отверстия минимального размера для перемещения троса, людей и обзора выработки. В выработки скреперования подается мощная струя свежего воздуха.

Установлены следующие правила при выемке целиков, относящихся к классам А и Б:

в очистных забоях работают по три человека в специальной защитной одежде и снабженные противогазами;

два человека заходят в скреперную выработку, а третий остается у входа;

не разрешается вести взрывные работы в соседних скреперных выработках;

к рабочей дучке с образовавшимся зависанием не разрешается подходить вдвоем.

Вторичное дробление осуществляется взрыванием только одного шпура. Используются патроны ВВ в асбестовой оболочке и электродетонаторы. Взрывание производится из специально оборудованной камеры. Все люди во время взрывания укрываются в этой камере. При отбойке горячей руды применяются водонапол-ненные ВВ и детонирующий шнур в асбестовой оболочке.

Для ликвидации высоких зависаний были испытаны снаряды с алюминизированным ВВ типа МС1М. Рудник обычно работает в 2 смены в течение 5 дней в неделю. При очень горячей руде работы ведутся непрерывно, со сменой бригад на рабочих местах. Быстрый выпуск руды позволяет снизить опасность возникновения пожара и избежать спекания руды. Выпуск ее из блока начинается из самой дальней от скреперной лебедки дучки, остальные -- изолируются бетонными перемычками. Оценка состояния руды производится в вагонетках или визуально в дучках. Осуществляется она и в потенциально "горячих" целиках с целью определения опасных в пожарном отношении зон. В случаях, когда встречается горячая руда, выпуск ведется до появления пустых пород. Если выходит раскаленная руда из дучки, то она закрывается бетонной перемычкой и выпуск продолжается из соседних участков. В рудоспусках и бункерах при поступлении горячей руды происходит ее цементация, особенно при наличии воды. Поэтому руда в них находится непродолжительное время. Проветривание мест разгрузки руды из рудоспусков осуществляется свежей струей. Используется также водяное орошение в погрузочных пунктах. Рудоспуски закрепляют бетоном или армируют стальными листами.

За всеми работами ведется тщательный надзор, замеряется температура во всех взрывных скважинах. Заряжание их производится в минимальные сроки для уменьшения времени соприкосновения ВВ с горячей рудой. При ее температуре от 54 до 65 °С используются только предохранительные ВВ, при 65--93° применяются предохранительные ВВ в сочетании со специальными мероприятиями, а при температуре выше 93 °С взрывные работы запрещаются.

На всех участках с пожароопасной рудой оборудованы спасательные станции для пребывания в них при аварийных ситуациях всех работающих в течение 24 ч. Особое внимание уделяется вентиляции пожароопасных зон и главным образом проветриванию скреперных выработок. Очень важно своевременно воздвигать перемычки в нерабочих дучках и скреперных выработках. Загазо-1 ванность и запыленность скреперных штреков требует увеличения скорости движения воздуха. Сначала для этой цели использовались вентиляторы частичного проветривания, которыми создавалось соответствующее движение воздуха в скреперных штреках. Однако большой его приток может способствовать возникновению пожаров. В настоящее время на исходящей струе скреперных штреков создают давление воздуха ниже атмосферного, что предотвращает проникновение воздуха через дучки к горячей руде.

Проведенный компанией анализ показал, что себестоимость добычи 1 т горячей руды с соблюдением всех мер безопасности увеличилась на 20--25 %, а извлечение металла снизилось из-за процесса окисления руды и изменения порядка выпуска.

В 1964 г. на руднике введена служба по механике горных пород. Ее первоначальными целями было оказание помощи в совершенствовании систем разработки, последовательности и интенсивности выемки; обеспечении наиболее безопасных и экономичных способов выемки рудных целиков и обеспечении извлечения камерного запаса после возобновления очистной выемки ниже гор. 1190м. Эта служба консультирует горняков по вопросам выбора поперечных сечений выработок и способов их поддержания. Инженеры по механике горных пород участвуют при разработке новых проектов, включая планирование отработки целиков.

С целью замеров смещений дневной поверхности и обрушения вышележащих пород на большой площади была создана обширная сеть наблюдательных станций. Для измерения сдвижения пород и напряжений в целиках использовались многопроволочные экс-5 тензометры. Цель исследований заключалась в замере опасного уровня напряжений в отдельных целиках и их группах. Среднее максимальное напряжение изменялось от 10 до 50 МПа, в отдельных случаях достигало 112 МПа. Эти замеры обеспечивают информацию, необходимую для оптимизации параметров системы разработки.

Годовая производительность рудника составляет около 2,5 млн. т Производительность труда подземного рабочего достигает 20 т/смену.

Системы применяют для отработки ценных руд в сложных горно-технических условиях.



Рисунок 13. Панельно-слоевая система разработки с гидравлической закладкой; 1 -- наклонная рудная залежь; 2 --закладка; 3 -- панельный штрек; 4 -- очистная заходка.

Конструктивное решение систем этого типа зависит от размеров и мощности залежи.

Примером однослойной выемки может служить практика рудника "Вуонос" (Финляндия), отрабатывающего пологую залежь крепких руд мощностью 5--6 м в неустойчивых кварцитах (рисунок 14). Разрезной штрек в центре камеры имеет ширину 6--7 м с углом наклона стенок 60°. В дальнейшем панели отрабатывают параллельными заходками шириной 6--7 м с одной из сторон разрезного штрека в двух забоях одновременно. Высота штрека и заходок равна мощности залежи. Применяют анкерное крепление кровли и гидравлическую закладку. В торце заходок сооружают бетонные перемычки толщиной 70см. Наклонные стенки заходок позволяют использовать материал малой прочности. Потери руды составляют 3 %, сменная производительность труда рабочего -- 9,5 т.

Примером двухслойной выемки является практика рудника Пальковице" (ПНР), отрабатывающего пологую залежь мощностью до 9м в относительно устойчивых известняках и доломитах (рисунок 14). Первоначально проходят верхнюю слоевую заходку шириной до 10м, имеющую вид траншеи. Работы ведут в двух встречных забоях (в одном -- бурение, в другом -- погрузка и транспортирование руды). Боковая сторона заходки со стороны закладочного массива ограждена щитами. После сбойки и крепления кровли и боковой стенки верхней заходки по всей длине панели начинают нарезать нижнюю заходку, оставляя со стороны закладочного массива временный целик шириной понизу 4м и поверху 2м. Для отбойки руды в нижней заходке применяют нисходящие вертикальные скважины. По мере выемки руды в нижней заходке

Рисунок 14. Схема сплошной выемки заходками с закладкой выработанного пространства: а и б -- соответственно планы верхнего и нижнего слоев; 1 -- верхняя слоевая заходка; 2 -- рудная залежь; 3 -- песчаная закладка; 4 -- ограждающие щиты; 5 -- временный ограждающий целик; 6 -- заезды на слоевые заходки; 7 -- нижняя заходка; 8 -- буровые скважины

ее боковую стенку со стороны рудного массива укрепляют щитами и анкерами. В последнюю очередь вынимают целик и выработанное пространство заполняют песчаной закладкой.

Система позволяет при большой мощности залежи и малопрочной закладке достичь высокой степени извлечения. Потери и ра-зубоживание руды находится на уровне 5--6 %.

Примером многослойной слоевой выемки руды является практика рудников Норильского ГМК.

В зависимости от устойчивости кровли применяют варианты с восходящим, нисходящим и комбинированным порядком выемки слоев.

При системе с комбинированным порядком выемки слоев верхний подкровельный слой отрабатывают с опережением (рисунок 16), остальную часть -- с восходящим порядком выемки слоев потол-коуступным забоем. Вариант применяют при слабых и неустойчивых породах кровли.

Параметры системы: длина панели 120 м, ширина ленты 8м, высота слоя 3--4 м, максимальная высота обнажения 7м, недоза-кладка выработанного пространства 3--3,5 м. Подготовка панели осуществляется ортами и вентиляционными закладочными выработками. Рудоспуски располагают на границе, посредине панели с выходом на каждую ленту (см. рисунок 15) или на флангах панелей с выходом на слоевые орты. Последнюю схему применяют при мощности залежи менее 12--15 м для сокращения числа рудоспусков за счет увеличения длины транспортирования.

Рисунок 15. Система разработки со сплошной слоевой выемкой руды (комбинированный порядок выемки слоев): 1 -- вентиляционно-ходовой восстающий; 2 -- рудоспуски; 3 -- вентиляционно-закладочный квершлаг; 4 -- верхний (подкровельный) слой; 5 -- слоевые орты; 6 и 7 -- соответственно вентиляционные восстающий и квершлаг; 8 -- выемочные слои; 9 -- откаточный квершлаг; 10 и 11 -- соответственно транспортный и фланговый съезды

Очистные работы ведут одновременно в двух-трех лентах с последовательным выполнением операций по бурению, взрыванию, погрузке -- доставке руды, креплению и закладке.

Отбойку руды осуществляют, как правило, крутонаклонными (55--70°) шпурами диаметром 42--56 мм и глубиной 4 м, уход забоя за цикл составляет 8,5 м, выход руды -- 1,5--2 м³/м.

К погрузке -- доставке руды приступают после набора закладкой прочности в верхней части слоя (через 1--3 сут) не менее 0,7 МПа для погрузочно-доставочных машин (ПДМ) с общей массой 15 т; 1 МПа --с массой 30 т и 1,5 МПа -- с массой 35--40 т. Цикл очистной выемки осуществляется за четыре смены. Время, затраченное на отработку слоя, равно 19 сут, продолжительность закладочных работ составляет 5 сут, а время затвердевания закладки --12 сут.

Значения производительности оборудования, применяемого при разработке месторождения системой со сплошной слоевой выемкой руды (комбинированный порядок выемки слоев), приведены ниже.

Бурильная установка:

"Симба 312" 160 м/смену

"Бумер 136" 78 м/ч

Погрузочно-транспортная машина ЛФ-12 1500 т/сут

При варианте с нисходящей слоевой выемкой рудное тело также разделяют на панели и подготовку осуществляют диагональным наклонным съездом. Опережение очистных работ в панели, по сравнению со смежной, должно быть не менее 30 м, а фронт очистной выемки может иметь горизонтальную или чаще ступенчатую форму. При этом расстояние между ближайшими стенками очистных заходок должно составлять не менее 8--24 м. Очистные работы в слоях ведут тупиковыми выработками сразу на все сечение или с предварительной проходкой разрезной выработки.

Параметры системы (вариант со слоевой выемкой руды) и показатели буровзрывных работ

На почве очистной заходки перед подачей закладки оставляют слой рудной мелочи высотой 0,3--0,5 м, на который укладывают пленку. Прочность закладки в кровле на момент ее обнажения должна быть не менее 8 МПа при толщине несущего слоя закладки не менее 2 м и ширине обнажения не более 8 м. С боковой стороны очистной ленты прочность закладки должна составлять не менее 1 МПа при высоте обнажения до 7 м. Угол наклона выемочных слоев должен быть не ниже (3--4°)' угла растяжения закладочной смеси. Основные технико-экономические показатели системы разработки со сплошной слоевой выемкой руды приведены в таблице 2

Таблица 2 - Основные ТЭП

Развитие систем разработки мощных пологих залежей происходит в направлении сокращения потерь руды в целиках, что достигается применением камерных систем с двухстадийной выемкой и твердеющей закладкой и систем со сплошной слоевой выемкой.

Эффективность разработки этими системами зависит от оптимизации параметров панелей, месторасположения рудоспусков, рациональной организации очистных, закладочных работ и их интенсификации.

3. Выбор системы разработки

Правильный выбор систем разработки рудных месторождений имеет важное значение и в основном определяет эффективность их разработки.

На большинстве рудных месторождений по горнотехническим условиям можно применять несколько разных систем разработки. Однако для каждого месторождения должна быть выбрана наиболее рациональная система, удовлетворяющая разным техническим и экономическим требованиям, среди которых самыми важными являются:

обеспечение безопасных и здоровых условий труда для работающих;

достижение минимальной себестоимости продукции;

выполнение заданной производительности рудника по добыче руды с соблюдением принятых кондиций по её качеству;

рациональное использование недр, экономически обоснованный минимум потерь и разубоживания руды, а также комплексная разработка полезных компонентов и месторождений.

Выбор систем разработки производим по постоянным и переменным факторам.

Все системы разработки рудных месторождений с экономической точки зрения могут быть разделены на две группы.

К первой относятся системы разработки, у которых себестоимость добычи 1 тонны руды небольшая, но потери и разубоживание повышены: Это системы с естественным поддержанием очистного пространства при оставлении постоянных целиков и системы с обрушением руды и вмещающих пород.

Вторая группа включает системы разработки с небольшими потерями и разубоживанием, но с большой себестоимостью 1 тонны руды. К ним относят системы с искусственным поддержанием очистного пространства.

Для окончательного выбора системы разработки используем сравнение технико-экономический параметров систем.

Так как в пределах месторождения рудное тело невыдержанное по мощности, средняя мощность равна 24 м, выдержанное по углу наклона 12, залегание пологое, устойчивость руды и вмещающих пород непостоянна и изменяется от средней до неустойчивой, а также резко снижается в местах тектонических нарушений, глубина залегания от 1000 до 1300 м, земная поверхность охраняется, руда ценная, сульфидная склонная к слёживанию и самовозгоранию, то для таких условий возможность выбора системы разработки весьма узка.

Целесообразно выбрать систему разработки с минимальными потерями и разубоживанием (из-за высокой ценности руды), с закладкой выработанного пространства (из-за необходимости сохранения земной поверхности, так как (Н/m)‹200, большой глубины разработки и удароопасности месторождения) твердеющими смесями (из-за опасности самовозгорания руды). К таким системам относится сплошная (без оставления целиков) слоевая система разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями, потому что она обеспечивает необходимые параметры и технико-экономические показатели по системе разработки и сплошная камерная система разработки с закладкой выработанного пространства.

3.1 Область рационального применения сплошных слоевых систем разработки

Большая мощность перекрывающих друг друга залежей руд различного качества, экономическая целесообразность первоочерёдной отработки сплошных (богатых) руд и необходимость сохранения вкрапленных для последующей выемки обусловили управление горным давлением при очистной выемке полной закладкой выработанного пространства твердеющими смесями.

Сплошные системы разработки рекомендуется применять при отработке сильно нарушенных руд, а при выемке руд любой нарушенности на глубинах свыше 500м.

Сплошные системы разработки характеризуются отсутствием в выработанном пространстве рудных целиков, воспринимающих нагрузки вне области защиты рудным массивом. Ширина такой области в условиях рудников Талнаха лежит в пределах 40 - 70м.

К классу сплошных систем разработки с твердеющей закладкой относятся сплошная слоевая, сплошная камерная и камерно-слоевая.

Особенность применения на рудниках Талнаха сплошных систем с твердеющей закладкой заключается в следующем:

- глубина залегания рудных залежей 150-1500м, угол падения 3-25, мощность залежей сплошных руд до 40м;

- большие площади рудных залежей;

-высокая ценность сплошных руд;

- сильная тектоническая раздробленность большинства рудных полей и в частности рудников "Октябрьский" и "Таймырский";

- нарушенность сплошных руд и пород непосредственной почвы и кровли от весьма сильной до слабой, иногда резко изменяется в плане и разрезе;

- потенциальная удароопасность сплошных руд и ряда вмещающих пород

- склонность сплошных руд к слёживанию и самовозгоранию.

Исходя из горно-геологических условий и принципов сплошной слоевой системы разработки горизонтальными или слабонаклонными слоями, возможны три порядка выемки рудного тела по его мощности (три варианта системы):

-снизу вверх ( восходящий порядок выемки );

-сверху вниз ( нисходящий );

-сочетание первых двух (комбинированный).

А также имеет место вариант отработки рудного тела камерными системами разработки, а именно камерно-столбовая система отработки с целиков и заполнением отработанных камер твердеющими смесями.

Общим для всех вариантов является разделение рудного тела на выемочные участки (панели) с возможным независимым ведением работ на каждом из них.

Сущность восходящего порядка выемки слоёв состоит в том, что рудное тело в пределах панели разделяется на вертикальные полосы (ленты), которые отрабатываются слоями снизу вверх, причём как правило между кровлей слоя и поверхностью закладки оставляют свободное так называемое технологическое пространство.

Восходящий порядок выемки слоёв может применяться при разработке слабо и средне нарушенных руд на глубинах до 800 м. Этот вариант может применяться и в том случае, если в отрабатываемой ленте встречаются изолированные участки сильно нарушенных руд длиной не более двукратной ширины ленты ( очистной выработки ).

Преимущества восходящего порядка выемки: сравнительно небольшая продолжительность развития работ в панели; возможность совмещения во времени в одной очистной выработке процессов бурения, погрузки и доставки руды; не высокие требования к прочности закладки, обнажённой только в стенке очистной выработки; сравнительно простые схемы подготовки и проветривания.

Недостатки этого варианта: возможность применения до определённых пролётов и глубины разработки вследствие разрушения руды в стенке очистной выработки и консольно-нависающем массиве; невозможность использования в сильно нарушенных рудах; сравнительно не высокая производительность панели из-за ограниченного числа одновременно действующих забоев.

Сущность нисходящего порядка выемки слоёв заключается в том, что рудное тело по мощности разделяют на горизонтальные (слабо наклонные) слои, которые отрабатывают заходками (одновременно или последовательно) независимо друг от друга с некоторым опережением верхними нижних. Нисходящий порядок выемки слоёв может применяться при разработке руд любой нарушенности, залегающих на любых глубинах.

Преимущества нисходящего порядка выемки слоёв: возможность применения в любых горно-технических условиях; все слои, кроме первого, находятся в разгруженной зоне; меньшая по сравнению с восходящей выемкой изрезанность рудного массива подготовительными выработками в результате применения слоёв большей высоты; более высокая производительность панели за счёт возможности вовлечения в одновременную работу большего числа очистных забоев.

К числу существенных недостатков нисходящего порядка отработки слоёв относятся: большее время (по сравнению с восходящей выемкой) для достижения максимальной производительности панели; значительный удельный объём нарезных работ при расположении в каждой заходке разрезных штреков; высокие требования к прочности закладки и технологии закладочных работ при формировании несущего слоя (пачки слоёв) искусственной кровли; сложность схемы проветривания заходок.

Сущность комбинированного порядка выемки слоёв заключается в том, что верхний подкровельный слой отрабатывают с опережением, а остальную часть рудного тела аналогично варианту с восходящим порядком выемки слоёв.

Комбинированный порядок выемки слоёв может применяться при отработке слабо и сильно нарушенных руд, а также при сильно нарушенных и раздробленных породах кровли. Этот вариант можно также применять при разработке участков рудного тела, в нижней части которого (в разрезе) залегают слабо или средне нарушенные руды, а в верхней - сильно нарушенные. В таком случае сильно нарушенные руды отрабатывают нисходящими слоями, а надработанные слабо или средне нарушенные - восходящими.

Надработкой рудного тела верхним (подкровельным) слоем, расположенным как правило в наиболее нарушенных породах кровли и рудного тела, очистной забой разгружается от повышенного опорного давления, приводится в неудароопасное состояние призабойная часть сплошных руд и существенно уменьшается влияние прогиба на рудную консоль. За счет комбинированного порядка расширяется область применения технологии восходящей выемки, однако остаются недостатки этого варианта, кроме первого.

Вариант отработки запасов камерами, заключается в том, что рудное тело по мощности не разделяют на слои, а отрабатывают сразу на всю мощность.

Преимущества: меньшая по сравнению со слоевой выемкой изрезанность рудного массива подготовительными выработками в результате отработки на всю мощность; более высокая производительность панели за счёт возможности вовлечения в одновременную работу большего числа очистных забоев.

3.2 Область рационального применения камерных систем разработки

Систему применяют для отработки мощных залежей (20-- 30м) ценных руд, если стоимость дополнительно извлекаемого металла за счет сокращения потерь руды компенсирует затраты на закладку выработанного пространства. Вмещающие породы средней устойчивости и устойчивые.

По сравнению с двухстадийной выемкой эта система обладает преимуществом, так как для закладки используется материал относительно невысокой прочности, сокращаются потери руды и затраты на поддержание выработанного пространства из-за отсутствия необходимости возобновления работы на ранее отработанных первичными камерами участках.

Вариант системы для отработки мощных горизонтальных залежей изображен на рисунке 16.

Подготовка залежи к отработке заключается в проведении панельных штреков, располагаемых на границах панели на уровне верхней и нижней подсечек. Подсечные выработки проходят в руде на контакте с вмещающими породами и располагают таким образом, чтобы на границе секций оставался ленточный целик.

Параметры системы: ширина панели 120--150 м, ширина секций (длина камер) 20--30 м, ширина камер-прирезок 6--10 м, высота камер соответствует мощности рудного тела и равна 20--40 м.

Очистные работы производят в камерах, расположенных ступенчато, параллельно фронту очистной выемки. Разбуривание массива и подача закладки осуществляются через выработки верхней подсечки. Погрузочно-доставочные орты в нижней подсечке соединяют через 80--120 м транспортным штреком с рудоспуском.

Рисунок 16. Камерная система со сплошной выемкой руды и закладкой

выработанного пространства: а и б -- соответственно планы погрузочно-транспортного и бурозакладочного горизонтов; 1 и 2 -- соответственно камеры в стадии очистной выемки и затвердевания закладки; 3 -- погрузочно-транспортный комплекс; 4 и 5 -- соответственно камеры в стадии нагнетания аакладки и подготовки; 6 -- закладочный трубопровод; 7 -- перемычка из отбитой руды.

Особенность камерной системы со сплошной выемкой для наклонных залежей (рисунок 17) заключается в том, что подготовку осуществляют диагональным съездом, пройденным под углом 6градусов.

Транспортно-доставочные выработки проводят в днищах камер, смежных с отрабатываемой камерой. Отбойку руды осуществляют из нижней рудовыпускной траншеи. Выемку в пределах панели производят в направлении по падению. При длине фронта панели 120м вдоль нее размещаются от 2 до 4 камер длиной 60, 40 или

30 м и шириной 6--8 м. Диаметры скважин на отбойке составляют 52, 65, 80 и 105 мм, выход руды 3--5,5 м³/м, удельный расход ВВ 1,2--1,6 кг/м³.

Основные показатели системы со сплошной выемкой

Объем горно-подготовительных работ на 1000 т

руды, м³ 58--87

Потери, % 2--5

Разубоживание, % Ю

Годовая производительность панели, тыс. т . . 300

Сменная производительность труда рабочего, т 23--28

Помимо перечисленных, можно отметить следующие достоинства этой системы разработки: возможность совмещения буровых и погрузочно-доставочных работ в камере, независимость процессов закладки и очистной выемки, безопасность работ, а недостатком являются трудности при поддержании днища, особенно при бурении и отбойке руды из нижней подсечки.

При использовании погрузочно-доставочных машин с дистанционным управлением эффективность работ при этой системе повышается за счет сокращения потерь, и область применения системы может быть существенно расширена.

4. Конструктивно-технологические решения по системам разработки

4.1 Конструкции систем

4.1.1 Слоевые системы

В соответствии с подготовкой месторождения рудное тело по простиранию разбивается на ленты длиной 120 м и шириной 8 м. Ленты отрабатываются слоями высотой 4 м. при комбинированном способе с последующей закладкой отработанного пространства твердеющей смесью. Слои отрабатываются после проходки и закладки двух подкровельных штреков.

Для прохода самоходного оборудования на слои по границам панели с почвы рудного тела проходится панельный уклон, с которого проходятся слоевые заезды-уклоны. Очистные работы начинаются после проведения разрезного штрека (РШ) размерами 44 м. по почве рудного тела.

Конструируя систему разработки, выбираем следующие параметры подготовительно-нарезных выработок:

- откаточный квершлаг, расположенный в 10 м под рудным телом, сечением вчерне S=9 м²;

- вентиляционно-закладочный штрек, расположенный в 15 м. над рудным телом, сечением S=14 м²;

- транспортные штреки, пройденные на границе этажа в рудном теле, сечением S=14 м²;

- вентиляционный восстающий-рудоспуск (ВВР) сечением 4 м², обслуживающий 1 панель;

- разрезной штрек по почве первого слоя рудного тела, сечением 16 м².

В процессе разработки принимаем следующие условия:

1. При проведении подготовительно-нарезных выработок в рудном массиве нормативные потери и разубоживание соответственно n=1 и р=1 , при очистной выемке n=1 , р=12 .

2. При проведении подготовительно-нарезных и очистных выработок используется дизельное самоходное оборудование (ДСО).

3. Для расчета ТЭП слоевой системы разработки с закладкой выработанного пространства и выемкой слоев снизу вверх принимаем расчетный блок равным одной ленте шириной 8 м, длиной 120 м, высотой равной мощности - 24м.

Технология отработки:

Проходится разрезной штрек первого слоя с размерами 44 м, сечением 16 м², длиной 120 м.

Следующей стадией очистных работ является расширение РШ первого слоя до размеров слоя 88 м.

После полной отгрузки отбитой руды и зачистки почвы производится обуривание вышележащего слоя на 4м. На границах отработанного слоя возводятся перемычки и производится частичная его закладка твердеющей смесью с оставлением недозаложеного пространства высотой 4м. Заезд самоходного оборудования на слой осуществляется по выше лежащему слоевому орту через 3-5 дней после уплотнения твердеющей закладки до 15кгс/см²., производится отбойка.

В дальнейшем пункт №3 повторяется до полной отработки ленты

.

Рисунок 18. Сплошная слоевая система разработки с комбинированным порядком выемки слоев



Рисунок 19. Сплошная слоевая система разработки с нисходящим порядком выемки слоев

4.1.2 Камерная система

В соответствии с подготовкой месторождения рудное тело по простиранию разбивается на камеры длиной 120м и шириной 8м. Камеры отрабатываются частями длиной по 40м. с последующей закладкой отработанного пространства твердеющей смесью. Камеры отрабатываются после проходки вентиляционного и бурового штреков.

Для прохода самоходного оборудования в камеру по границам панели с почвы рудного тела проходится панельный уклон, с которого проходятся заезды-уклоны. Очистные работы начинаются после проведения бурового штрека (РШ) размерами 44 м. по почве рудного тела.

Конструируя систему разработки, выбираем следующие параметры подготовительно-нарезных выработок:

- откаточный квершлаг, расположенный в 10 м под рудным телом, сечением вчерне S=9 м²;

- вентиляционно-закладочный штрек, расположенный в 15 м. над рудным телом, сечением S=14 м²;

- транспортные штреки, пройденные на границе этажа в рудном теле, сечением S=14 м²;

- вентиляционный восстающий-рудоспуск (ВВР) сечением 4 м², обслуживающий 1 панель;

- разрезной штрек по почве рудного тела, сечением 16 м².

В процессе разработки принимаем следующие условия:

1. При проведении подготовительно-нарезных выработок в рудном массиве нормативные потери и разубоживание соответственно n=1 и р=1 , при очистной выемке n=1 , р=12 .

2. При проведении подготовительно-нарезных и очистных выработок используется дизельное самоходное оборудование (ДСО).

3. Для расчета ТЭП слоевой системы разработки с закладкой выработанного пространства и выемкой слоев снизу вверх принимаем расчетный блок равным одной ленте шириной 8 м, длиной 120 м, высотой равной мощности - 24м.

Технология отработки:

Проходится буровой штрек с размерами 44 м, сечением 16 м², длиной 120 м.

Проходится отрезной восстающий и разделывается отрезная щель.

Производится обуривание камеры параллельными веерами, отбойка производится на отрезную щель.

После полной отгрузки отбитой руды и зачистки почвы на границах отработанной камеры возводятся перемычки и производится закладка твердеющей смесью.

Отработка целика начинается с проходки разрезного штрека, по почве и расширения его до размеров 8х8м. После чего происходит его закладка.

Далее отработка ведется аналогично отработки камеры.

Рисунок 20. Камерная система разработки

4.2 Расчет параметров основных технологических процессов очистной выемки

В данной дипломной работе произведен расчет основных параметров технологических процессов.

Слоевая система: вариант с комбинированным порядком выемки слоев

Обуривание слоя производится СБУ BOOMER, на высоту 4м., диаметром 0,042м. Направление бурения восходящее, расположение шпуров в ряду параллельное. Отбойка ведется на выработанное пространство. Для отбойки применяется гранулит АС-8, заряжание производится зарядной машиной CHARMEC 1097B.

Слой отрабатывается одним из следующих способов:

Рисунок 21. Вариант отработки слоя №1

Рисунок 22. Вариант отработки слоя №2

Вариант №2 более предпочтителен, так как при данной схеме отработки улучшаются показатели дробления руды и уменьшается разлет кусков.

Доставка отбитой рудной массы производится СДО ST-8В до рудоспусков, расположенных в самих лентах, через каждые 16м., в крест простирания, то есть один рудоспуск на две ленты. Производительность СДО равна 160т/час.

После полной отгрузки отбитой руды и зачистки почвы на границах отработанного слоя возводятся перемычки и производится частичная его закладка твердеющей смесью с оставлением недозаложеного пространства высотой 3,5м, верхний слой 0,5м на который предусматривается заезд самоходного оборудования закладывается 100кгс/см².Заезд самоходного оборудования на слой осуществляется по выше лежащему слоевому орту через 3-5 дней после уплотнения твердеющей закладки до 15кгс/см². После обуривания вышележащего слоя на 4м, и его отработки цикл работ повторяется.

Закладочный материал подается с вентиляционно-закладочного горизонта, через пробуренные скважины, диаметром 150мм. Скважины пробурены через каждые 40м., данное расстояние принято из условий растекания закладочной смеси. Перед подачей закладочной смеси на соответствующих выработках ставятся перемычки.

Основными требованиями к закладочному массиву как средству управления горным давлением - сохранение устойчивости при его обнажении. Устойчивость закладки в обнажениях определяется ее технической прочностью, способной противостоять воздействию статических и динамических нагрузок.

В соответствии с технологическими требованиями все закладочные смеси разделяются по прочности на марки: М-10, М-20, М-30, М-40, М-60, М-80, М-100.

Слоевая система: вариант с нисходящей выемкой слоев

Обуривание слоя производится СБУ SOLO, на всю высоту 10м., с бурового штрека. Диаметр скважины 0,077м. Направление бурения восходящее, расположение скважин в ряду полувеерное. Отбойка производится параллельными веерами, на компенсационные камеры. Для отбойки применяется гранулит АС-8, заряжание производится зарядной машиной CHARMEC 1097B.

Рисунок 23. Схема обуривания и "роза" недозаряда в веере для отбойки слоя



Доставка отбитой рудной массы производится СДО ST-8В до рудоспусков, расположенных в самих лентах, через каждые 16м., в крест простирания, то есть один рудоспуск на две ленты. Производительность СДО равна 160т/час.

Закладочный материал подается с вентиляционно-закладочного горизонта, через пробуренные скважины, диаметром 150мм. Скважины пробурены через каждые 40м., данное расстояние принято из условий растекания закладочной смеси. Перед подачей закладочной смеси на соответствующих выработках ставятся перемычки.

Основными требованиями к закладочному массиву как средству управления горным давлением - сохранение устойчивости при его обнажении. Устойчивость закладки в обнажениях определяется ее технической прочностью, способной противостоять воздействию статических и динамических нагрузок.

В соответствии с технологическими требованиями все закладочные смеси разделяются по прочности на марки: М-10, М-20, М-30, М-40, М-60, М-80, М-100.

После затвердевания закладочной смеси начинают отработку нижней ленты.