Работы по искусственному поддержанию очистного пространства входят в цикл очистной выемки. Системы относительно дороги, но при правильной технологии обеспечивают малые потери и разубоживание руды. Применяются главным образом при добыче ценных руд или в сложных горно-геологических условиях,
Однослойная выемка с закладкой. Систему применяют преимущественно при невозможности обрушения поверхности в пологих и наклонных залежах мощностью до 4—5 м, устойчивость руды может быть любой, породы висячего бока должны быть устойчивыми. Ценность руды высокая или средняя.
При использовании твердеющей закладки вынимают руду заходками, рудная стенка заходки играет роль опалубки. 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.
К этой системе условно можно отнести вариант с 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.
Системы этой группы находят ограниченное применение при выемке горизонтальных и пологопадающих месторождений небольшой мощности – 3-4 м.
Крепость и устойчивость руд могут быть любыми, вмещающие породы висячего бока сравнительно устойчивые, обрушение поверхности недопустимо.
Размеры блоков зависят от физико-механических свойств руды и вмещающих пород, способа транспортирования руды. Длина блоков 50-100 м. Размеры блоков по восстанию зависят от угла падения залежи и принятой высоты этажа.
Отбойка руды осуществляется буровзрывным способом. При транспортировании руды используют скреперные установки, конвейеры или ПДМ. При использовании сухой или гидравлической закладки выемку ведут широким забоем-лавой, а при твердеющей закладке — заходками.
 | |||
 | |||
В качестве временной крепи используются металлические стойки. На Урупском руднике проведены испытания варианта системы со сплошной выемкой, передвижной механизированной крепью и гидравлической закладкой выработанного пространства (рис. 10.1).
Рис. 10.1. - Вариант системы разработки лавой по восстанию механизированным комплексом с гидрозакладкой:
 |
1 — откаточный штрек; 2— блоковые вентиляционно-ходовые восстающие; 3— скреперные установки; 4 — закладочный трубопровод; 5 — лебедка для передвижения механизированного комплекса; 6 — механизированная передвижная крепь; 7 — передвижная скреперная установка
При отработке блоков лавами закладочную смесь подают в выработанное пространство вслед за очистной выемкой с отставанием от забоя на 4—6 м с предварительным возведением изолирующей передвижной опалубки.
Достоинствами этой системы являются широкий фронт очистных работ, возможность раздельной выемки и сортировки руды и одностадийность отработки блока.
Система разработки горизонтальными слоями с закладкой. Блок вынимают горизонтальными слоями, начиная с нижнего. Отработанный слой закладывают, оставляя свободным только рабочее пространство. Руду отбивают на поверхность закладки и доставляют по ней механизированным способом.
Условия применения: мощность и угол падения залежи — любые; устойчивая руда; боковые породы крутых залежей — неустойчивые (при устойчивых породах обычно применение системы нецелесообразно). Наиболее часто система применяется при высокой ценности руды, при возгорающейся руде или необходимости сохранения поверхности.
Параметры. Оптимальная высота этажа в крутых и наклонных залежах определяется по минимуму затрат (1.4) с учетом затрат на проходку и поддержание выработок (включая рудоспуски) и затрат на доставку материалов и оборудования.
Высота этажа колеблется от 35 до 60 м в крутых залежах, длина блока при разработке по простиранию от 30 до 100 м. При разработке вкрест простирания ширина камер 5—12 м, целиков 5—10 м.
В вариантах с сыпучей закладкой (рис.10.2) маломощные крутые залежи отрабатывают блоками по простиранию, а мощные крутые и пологие рудные тела отрабатывают в две стадии: камеры — горизонтальными слоями с закладкой, целики — другими системами.
Рис. 10.2. Варианты системы разработки горизонтальными слоями с сухой закладкой: а – с доставкой руды самоходным оборудованием; б – с доставкой руды скрепером; 1 – откаточный штрек; 2 – блоковый восстающий; 3 – вентиляционный восстающий; 4 – закладочный восстающий; 5 – вентиляционно-закладочный штрек; 6 – скреперная установка; 7 – ПДМ; 8 – бетонный настил; 9 – самоходная буровая установка.
Очистная выемка начинается с уровня кровли штрека. Над штреком иногда оставляют целик толщиной 2—5 м. Отбойка руды обычно шпуровая, доставка механизированная в рудоспуски. Широко используют самоходное оборудование. На поверхности сухой закладки устраивают настил. Иногда руду и закладку доставляют конвейерами. Высота слоя 2—3 м, при устойчивых рудах и боковых породах 4,5—5 м, высота открытого пространства достигает 7—8 м. Шпуры бурят вверх под углом 70° самоходными бурильными установками. Кровлю выравнивают контурным взрыванием горизонтальных шпуров. По окончании доставки руды из слоя разбирают настил, иногда зачищают в рудоспуск верхнюю часть закладки, обогащенную рудной мелочью.
Широко применяют гидравлическую закладку обесшламленными хвостами обогатительных фабрик или природным песком (рис.10.3). При малоустойчивых боковых породах между кровлей забоя и закладкой оставляют пространство высотой 0,4—0,5 м, а при более устойчивых породах 1,5—3 м.
Рис. 10.3. Система разработки горизонтальными слоями с гидрозакладкой и бетонным настилом: 1 – блоковые восстающие; 2 – рудоспуски и ходовые восстающие в два отделения; 3 – пульпопровод; 4 – гидрозакладка; 5 – бетонный настил; 6 – дренажная труба
В закладке по мере повышения ее поверхности наращивают рудоспуски из стальных труб. Иногда рудоспуски выкрепляют каменной кладкой на цементном растворе или железобетонными кольцами. Расстояние между рудоспусками 20—60 м при скреперной доставке руды и 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; иногда покрывают его брезентом. На ряде рудников делают бетонные настилы толщиной 15—20 см, торкретируя закладку жидким раствором быстросхватывающегося бетона. Бетонный настил вдвое дешевле деревянного и через двое суток позволяет работать на самоходном оборудовании. При отсутствии или недостаточной плотности настила потери металла в закладке достигают 20 %.
Система разработки наклонными слоями с закладкой. Выемку руды ведут наклонными (под углом до 40°) слоями (рис. 10.4); руда и закладочный материал перемещаются в очистном пространстве преимущественно под действием силы тяжести. Закладка возможна лишь сухая.
Условия применения: устойчивая руда; малоустойчивые боковые породы; мощность залежи любая; угол падения не менее 60—70°; правильные контуры залежи; ценная руда. В связи с внедрением самоходного оборудования применяют сплошную выемку. В этом случае (см. рис. 10.4, а, б) забой продвигают по длине этажа. Восстающий в этаже требуется только разрезной. Отбойка шпуровая. Руду, скатывающуюся по откосу, грузят и отвозят самоходным оборудованием. Закладку доставляют до откоса самоходным оборудованием.
Рис.10.4. Система разработки наклонными слоями с закладкой: а—вариант со сплошной выемкой и самоходным оборудованием, стадия закладки; б — то же, стадия доставки руды (1 - самоходный вагон; 2 - настил; 3 - ПДМ); в — вариант с выемкой блоками, разрез по простиранию, проекция на вертикальную плоскость (1,2-откаточный и вентиляционный штреки; 3 – блоковый восстающий для спуска закладки; 5- граница подштрекового целика; 6 - граница выемки слоями постоянной длины)
При выемке блоками (см. рис. 10.4, в) закладку на откос подают из восстающего. В блоке сначала вынимают треугольники в основании, а затем наклонные слои постоянной длины (основная стадия), после чего погашают треугольную потолочину.
При твердеющей закладке на очистных работах обычно используют самоходное оборудование. При большой протяженности залежей проводят уклон для заезда самоходного оборудования на все слои. Высота этажа на отдельных зарубежных рудниках достигает 250 м, длина блока 300 м и более. Выемка чаще сплошная.
На рудниках Норильского комбината, эксплуатирующих месторождения на большой глубине, систему применяют при сплошной выемке с использованием самоходного дизельного оборудования. Залежь отрабатывают от центра к флангам, забой пересекает всю залежь по длине (рис. 10.5). Перпендикулярно линии забоя пройдены полевые откаточные штреки, которыми нарезаны панели шириной 120—150 м по условию использования ПДМ. Панель разделяют на вертикальные секции шириной 6—8 м, которые вынимают горизонтальными слоями высотой 3 м.
Вентиляционный горизонт имеет ту же схему подготовки, что и откаточный. Рудоспуски, выкрепляемые в закладке, располагают в каждой второй секции. С каждой стороны залежи имеется уклон от откаточного горизонта до ее почвы. Рудный штрек пройден по всей длине залежи. Из рудного штрека в каждой панели проходят уклон до кровли залежи, из которого нарезают заезды на слои. На очистных работах используют дизельные бурильные установки на 2—3 перфоратора и самоходные погрузочно-доставочные машины производительностью 500—600 т/смену. Слой закладывают участками длиной 40—60 м, твердеющую смесь подают с вентиляционного горизонта по скважине диаметром 300 мм.
Производительность труда забойного рабочего 60—80 т/смену обеспечивает высокую концентрацию горных работ, расход подготовительно-нарезных выработок 2 м на 1000 т.
Технико-экономические показатели системы: при крепкой руде в месторождениях средней и большой мощности производительность блока (камеры, секции) составляет 1500—3000 т/мес и достигает 6000 т/мес при использовании самоходного оборудования; производительность труда забойного рабочего 15—80 т/смену и более при твердеющей закладке и самоходном оборудовании; расход крепежного леса до 0,01—0,02 м3/т; потери руды при плотном настиле или твердеющей закладке 1—5 %; разубоживание руды от 1—3 до 10 % при неправильных контурах; расход подготовительно-нарезных выработок 2—5 м на 1000 т. Экономическое сравнение с другими системами разработки можно вести по условию максимизации дохода (1.3).
Рис. 10.5. Система разработки горизонтальными слоями с закладной – вариант с твердеющей закладкой и сплошной выемкой (Норильский комбинат): а – схема вскрытия и подготовки и порядок отработки месторождения (1 – рабочее пространство; 2 – воздухоподающий ствол; 3 – рудопоъемный ствол; 4 – воздухоотводящие стволы; 5 – главный откаточный штрек; 6 – блоковые восстающие; 7 – закладочный горизонт; 8 – границы выемочных лент; 9 – закладка; 10 – границы слоев; 11 - слой): б – отработка панели (1 – откаточный штрек; 2 – штрек для сообщения с панелями; 3 – вентиляционно-закладочные восстающие; 4 – рудоспуски; 5 – уклон; 6 – заезды на слой; 7 – скважины для подачи закладки; 8 – вентиляционно-закладочные штреки
Система разработки тонких жил с раздельной выемкой. Отработка жил ведется с подрывкой вмещающих пород (рис. 10.6). Боковые породы отбивают отдельно и оставляют в выработанном пространстве в качестве закладки.
Рис. 10.6. Система разработки тонких жил с раздельной выемкой
Руда может быть устойчивой и пониженной устойчивости. Контакты жил должны быть четкими и правильными. Благоприятна различная крепость руд и боковых пород. Руда должна быть весьма ценной.
При крутом падении подрабатывают бок жилы со стороны более четкого и правильного контакта. С опережением на слой отбивают или руду, если она слабее, или пустую породу. Шпуры применяют уменьшенного диаметра, а при малой крепости руды заряды в шпуре рассредоточивают.
При очень ценной руде применяют забойную сортировку. Ширина подработки боковых пород устанавливается из условия полной закладки выработанного пространства:
где: MР — мощность жилы; kр — коэффициент разрыхления породы в укладке (1,34—1,5); k3 — коэффициент заполнения выработанного пространства закладкой (0,75—0,8); kП = 0,85—1 — коэффициент использования породы для закладки, учитывающий, что часть обогащенной закладки может быть счищена в рудоспуск.
При большей выемочной мощности или при мощности жилы менее 0,3 м получается избыток отбитой породы, который выдают из блока.
Рудоспуски в закладке выкрепляют металлическими трубами диаметром 300—500 мм или деревянными трубами диаметром около 700 мм.
При устройстве деревянного настила на закладку укладывают доски, на них парусину или пластик, а сверху опять доски для защиты парусины. Производительность труда рабочего на укладке деревянного настила 10 м2/смену. После уборки руды счищают с парусины рудную мелочь в рудоспуски и снимают обогащенный верхний слой закладки (20—30 см). Иногда устраивают бетонный настил.
В пологих залежах блок разрабатывают по восстанию. Руду к рудоспускам доставляют скреперами, конвейерами (скребковыми, иногда передвижными пластинчатыми).
При мощности крутой жилы около 0,3 м производительность блока составляет 100—200 т/мес; производительность труда забойного рабочего 0,8—2 т/смену, редко 3—4 т/смену; расход крепежного леса 0,008—0,04 м3/т; потери руды 7—15%; разубоживание 15—20%; расход подготовительно-нарезных выработок 20—40 м на 1000 т.
Нисходящая слоевая выемка с твердеющей закладкой. Система применяется для выемки неустойчивых ценных руд, особенно при высокой их возгораемости или при необходимости поддержания земной поверхности. Крутые залежи могут быть любой мощности, пологие должны иметь мощность не ниже средней. Вмещающие породы могут быть любой устойчивости.
Блок отрабатывают слабо наклонными слоями, начиная с верхнего (рис. 10.7). Слои вынимают заходками, которые затем заполняют твердеющей закладкой. Работы ведутся под защитой закладочного массива.
Высота слоя 3—4 м, ширина заходок 3,5—7 м в зависимости от устойчивости кровли, представленной закладочным массивом. Наклон заходок (4—10°) немного превышает угол растекания закладочной смеси.
На бурении и доставке руды используют преимущественно самоходное оборудование легкого типа. При запасе залежи менее 30—50 тыс. т предпочтительнее скреперная доставка руды.
Закладочную смесь подают по трубам по возможности без перерывов для получения монолитного закладочного массива. На границе с заложенной заходкой работы начинают через 5—7 сут, а снизу через две недели.
Рис. 10.7. Нисходящая слоевая выемка с твердеющей закладкой
На глубинах 500—1000 м и более вести выемку без крепления заходок можно лишь при увеличенной прочности закладочных смесей и при образовании в нижней части слоя железобетонной конструкции за счет укладки в заходку металлических элементов перед заполнением ее закладочной смесью. Эти элементы могут быть подвешены к металлическим лежням вышележащего слоя.
При разработке небольших обособленных залежей руд средней крепости с применением легких ПДМ и площади блока 1000—1500 м2 производительность блока составляет 7—10 тыс. т/мес; производительность труда забойного рабочего 30—60 т/смену; расход подготовительно-нарезных выработок 8—12 м на 1000 т; потери руды 3—5 %, разубоживание 8—10 %.
Требования ПТЭ к системам с закладкой:
Общие требования к системам с закладкой:
· Системы с закладкой можно применять при отработке рудных тел любой мощности с любым углом падения. Руда должна быть от средней устойчивости до устойчивой, не склонной к обрушениям, вмещающие породы, как правило, средней устойчивости, требующие искусственного их поддержания.
· Область применения систем с закладкой может быть расширена в случае разработки ценных или пожароопасных руд, необходимости сохранения поверхности, а также в случаях высокого горного давления и опасности горных ударов.
· В зависимости от горнотехнических условий могут применяться следующие виды закладки: сухая, сухая с иньектированием вяжущих растворов, гидравлическая, твердеющая. Система может предусматривать применение нескольких видов закладочного материала.
· При отработке тонких рудных тел рекомендуется вести раздельную выемку руды и породы. В зависимости от крепости и устойчивости руды и породы в начале может отбиваться руда, а затем пород или наоборот. Подрываемые породы оставлять в выработанном пространстве в качестве закладки. При излишнем отбиваемых пород часть их выдавать из блоков; при недостаточном - увеличить объем подрываемых вмещающих пород для заполнения выработанного пространства. При отработке пологих и наклонных рудных тел для повышения эффективности очистной выемки рекомендуется использовать силу взрыва при отбойке для отброса пустой породы в выработанное пространство.
· При необходимости поддерживать кровлю временной крепью (стойки, крепежные рамы и др.), ослабленные участки крепи.
· Крепление рудоспусков в закладке должно исключать потери руды.
· Расстояние между рудоспусками устанавливается проектом. При необходимости в закладке выкреплять ходовые восстающие.
· При отработке крутопадающих рудных тел камеры, как правило, располагать по простиранию. Если предельно допустимая ширина камеры меньше мощности рудного тела, камеры располагать вкрест простиранию. При отработке мощных пологих пород и наклонных рудных камер можно располагать по простиранию, вкрест простирания и по восстанию.
Требования к системам с однослойной выемкой и закладкой:
· Сплошную и столбовую системы с однослойной выемкой на всю мощность и закладкой целесообразно применять для отработки пологих и наклонных (до 35) рудных тел мощностью менее 3 м. при рудах любой устойчивости, залегающих в устойчивых породах.
· При сплошной системе панель (этаж)отрабатывать на всю ширину (высоту),при столбовой - разделять на столбы (подэтажи).Очистную выемку вести лавами по простиранию или заходками по восстанию.
· Ширина очистного пространства (заходки) определяется в зависимости от устойчивости руды и пород, а также применяемого оборудования и устанавливается проектом.
Требования к системе горизонтальных слоев с закладкой
· Систему горизонтальных слоев с закладкой можно применять для отработки круто падающих рудных тел любой мощности и мощных рудных тел с любым углом падения, при рудах средней устойчивости (маломощные рудные тела) и устойчивых, залегающих в породах средней устойчивости.
· При отработке крутопадающих рудных тел мощностью до 3 м. с устойчивыми рудами, а также при отработке рудных тел большей мощности и полевой подготовке выемку можно вести блоками (камерами) без оставления междукамерных (междублоковых) и междуэтажных целиков.
· При одновременной работе в двух и более блоках без оставления между ними целиков соблюдать предусмотренное проектом опережение линии забоев в смежных блоках.
· 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).
· При отработке маломощных рудных тел допускается закладывать выработанное пространство породой, добываемой из выработок, проходимых специально для этих целей в висячем или лежачем боку (горные мельницы).
· Очистные работы при системе горизонтальных слоев с закладкой начинать с выемки подсечного слоя от восстающих и рудоспусков.
· 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.
· При сухой и гидравлической закладке на почве подсечного слоя или над крепью штрека делать плотный настил. При твердеющей закладке применение настила не обязательно.
· При разработке маломощных рудных тел с устойчивыми рудами и вмещающим породами допускается частичное магазинирование руды.
· В случае применения сухой и гидравлической закладки на ее поверхности укладывать настил или слой бетона, исключающий возможность попадания отбитой руды в закладку и закладки в руду при отбойке и доставке руды к рудоспуску. В отдельных случаях, определяемых проектом, допускается работа без настила. Закладочный массив со стороны целиков (массива руды), должен быть изолирован для предотвращения высыпания закладки из выработанного пространства при выемке смежного блока или целика.
· При использовании самоходного оборудования высоту (ширину) очистного пространства определять проектом в зависимости от типа применяемого оборудования и средств контроля за состоянием очистного пространства.
· Во избежание обрушения кровли очистных забоев при выемке последних слоев под выработанным и заложенным блоком (камерой) очистное пространство отрабатываемых слоев необходимо крепить. Выемку последних слоев в рудах средней устойчивости в основном следует производить прирезками, перпендикулярными к длинной оси блока (камеры) с креплением и полной закладкой. При устойчивых рудах выемку верхних слоев можно производить в отступающем порядке по длине блока (камеры).
· 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.
Требования к системам с камерной выемкой и закладкой:
· Систему с камерной выемкой руды с последующей закладкой выработанного пространства рекомендуется применять для сплошной отработки рудных тел средней и выше средней мощности с любым углом падения, при рудах и вмещающих породах, обеспечивающих устойчивость камер в период очистной выемки и закладки. Систему применять при разработке пожароопасных месторождений или ценных руд, а также при необходимости сохранения поверхности.
· Блок (очистную панель) вынимать несколькими камерами в определенной последовательности, обеспечивающей полноту выемки руды и сохранность массива налегающих пород. Количество камер в блоке, их параметры, последовательность отработки и закладки определяются проектом в зависимости от конкретных горнотехнических условий.
· В зависимости от устойчивости руд и вмещающих пород очистную выемку в камерах вести одной из систем с открытым выработанным пространством или с магазинированием руды. При этом руководствоваться требованиями, предъявленными к этим системам.
· При применении твердеющей закладки рекомендуется производить отбойку руды глубокими скважинами уменьшенного диаметра. Расположение скважин, порядок, взрывания и масса одновременно взрываемого заряда ВВ должны исключать откольные явления в закладочном массиве.
· При применении твердеющей закладки допускается выемка камер без оставления междуэтажных (междупанельных) целиков.
· При применении твердеющей закладки стенки камер должны быть относительно ровными и вертикальными с тем, чтобы обеспечить максимальное извлечение руды и минимальное ее разубоживание при отработке смежных камер.