7.4.5 Способы управления горным давлением
Управление горным давлением имеет те же цели, что и при разработке угольных месторождений. Применяются следующие способы управления горным давлением:
естественное поддержание очистного пространства путем оставления рудных целиков;
полное обрушение вмещающих пород в свободном выработанном пространстве или на отбитую руду;
искусственное поддержание очистного пространства при выемке руды путем возведения крепи или полной закладки выработанного пространства (гидравлической, твердеющей, сухой).
Некоторые из перечисленных способов управления горным давлением применяется на угольных шахтах и рассмотрено выше. Однако при разработке рудных месторождений условия их применения и техническое исполнение существенно различны.
7.5 Системы разработки рудных месторождений
7.5.1 Классификация систем разработки рудных месторождений
Системы разделяются на классы по способу поддержания очистного пространства при выемке руды.
В класс I входят системы с естественным поддержанием очистного пространства, при которых породы, окружающие выработанное пространство, не обрушаются, а очистная выемка включает только процессы отбойки, вторичного дробления и доставки руды. Системы этого класса подразделяются на две группы, отличающиеся способами доставки руды (группа А — доставка механическая, группа Б — самотечная).
Класс II объединяет системы, при которых предусматривается обрушение руды и вмещающих пород (принудительное или самообрушение). Во втором классе системы делятся также на две группы. В первую группу входят системы разработки, при которых выпуск отбитой руды осуществляется через выпускные выработки, пройденные в основании блока. Во вторую группу включены системы, при которых отбойка и выпуск руды ведутся на подэтажах.
Класс III систем с искусственным поддержанием очистного пространства отличается от классов I и II тем, что кроме отбойки, вторичного дробления и доставки руды, добавляется еще крепление или закладка выработанного пространства, либо то и другое вместе.
7.5.2 Системы разработки с естественным поддержанием очистного пространства
Системы разработки класса I имеют весьма широкое распространение при разработке рудных месторождений подземным способом (около 40% общей добычи).
Системы с естественным поддержанием очистного пространства применяются главным образом при устойчивых руде и вмещающих породах. При слабой устойчивости боковых пород рассматриваемые системы разработки могут применяться в мощных залежах с оставлением около слабых боковых пород предохранительного целика толщиной 1—3 м в виде теряемой предохранительной «корки».
Этим системам свойственны хорошие показатели производительности труда, себестоимости добычи и интенсивности разработки месторождения, а также малое разубоживание руды. Однако в мощных и средней мощности залежах значительная часть руды остается в целиках (постоянных или временных), причем временные целики извлекаются с большими затратами сил, средств и потерями руды.
Сплошной системой разработки(рис. 7.19) называют систему с естественным поддержанием очистного пространства, при которой панель отрабатывается сплошным забоем по всей ее ширине (без разделения на камеры) с открытым выработанным пространством и поддержанием кровли постоянными неизвлекаемыми целиками —ленточными то границам панели и столбообразными (опорными) внутри панели. Подготовка заключается в проведении откаточных, основных доставочных и панельных штреков.
Применяется сплошная система при разработке пологопадающих и наклонных залежей с устойчивыми рудой и вмещающими породами. Минимальная мощность залежи предопределяется возможностью свободного перемещения по очистному пространству людей и оборудования и составляет порядка 3—3,5 м при доставке самоходным оборудованием. Максимальная мощность залежи зависит от возможностей бурового оборудования и особенно самоходных буровых кареток и кареток осмотра кровли и достигает 20—25 м. Ценность руд обычно невысокая, так как потери в целиках значительны.
Параметры системы зависят от глубины разработки, устойчивости и прочности руды и вмещающих пород, мощности залежей, а также от принятых технических решений по отбойке и доставке руды. Ширина (В) и длина (L) панелей при доставке самоходным оборудованием доходят до 200—300 м. Расстояние между целиками и поперечные размеры их выбираются по условию прочности целиков и устойчивости кровли. Обычно ширина панельных целиков колеблется от 10—15 до 30—40 м при большой глубине разработки. Опорные целики, как правило, круглые. Расстояние между опорными целиками составляет 8..20 м, а поперечный размер их 3..6 м при мощности залежи до 12..15 м и до 8..10 м при большей мощности.
Отбойка руды при сплошной системе — шпуровая, так как скважинная может нарушить устойчивость целиков и кровли очистного пространства. Глубина шпуров от 2 до 4,5 м. Бурят шпуры обычно с помощью буровых кареток. Заряжаются шпуры с самоходных кареток, используемых для осмотра кровли.
Рис. 7.19. Сплошная система разработки (вариант с самоходным оборудованием):
1 - ленточные целики; 2 - столбообразные целики; 3 — откаточный штрек; 4 — панельный штрек; 5 —сбойка; 6 — рудоспуск; 7 — основной доставочный штрек; 8 —штанговая крепь; 9, 10 — вентиляционные выработки; 11 — буровая каретка; 12 — погрузочно-доставочная машина
Доставка руды из очистного пространства до рудоспуска или прямо до откаточных выработок производится самоходным оборудованием через сбойки по панельному штреку. При длине доставки 200—300 м используются самоходные погрузочно-доставочные машины, а при больших расстояниях доставки — погрузочные машины в комплексе с дизельными автосамосвалами. В последнем случае возможно и транспортирование руды в тех же автосамосвалах и даже вывоз руды на поверхность по наклонным стволам, если глубина залегания рудных тел небольшая.
В процессе поддержания очистного пространства со специальных самоходных кареток, оборудованных площадками, на которых можно поднять людей под кровлю (на высоту до 15—25 м), ежесменно производят осмотр кровли и оборку заколов. При необходимости отдельные участки кровли усиливают штанговой крепью иногда в комбинации с металлической сеткой.
Проветривание очистного пространства осуществляется от общешахтной струи. Чтобы струя свежего воздуха проходила у забоя, где работают люди и оборудование, ее направляют из штреков в очистное пространство только через ближайшие к забою сбойки, а остальные сбойки перекрывают вентиляционными перемычками. Загрязненный воздух отводится по вентиляционным выработкам, пройденным у кровли по середине ширины панели.
Технико-экономические показатели сплошной системы разработки относятся к одним из самых лучших на подземных рудниках. Однако потери руды при этой системе разработки значительны и нередко превышают 25—35%. ,.
Камерной системой с подэтажной отбойкой(рис. 7.20) называется система разработки камерами, когда отбойку руды производят вертикальными слоями с помощью скважин, пробуренных из подэтажных штреков, а этажный выпуск ведут через отверстия в нижней части камеры (днище). Может применяться при устойчивой руде и вмещающих породах. Чаще всего систему с подэтажной отбойкой применяют в маломощных и средней мощности крутых залежах с изменчивыми элементами залегания.
Рис. 7.20. Камерная система разработки с подэтажной отбойкой:
Длина камер 30—60 м. Высота этажа обычно составляет 50—60 м, а при очень устойчивых рудах и породах доходит до 100—150 м. Высота подэтажа изменяется от 8—15 м до 30—40 м.
Подготовка камеры к очистной выемке заключается в проходке из блоковых восстающих подэтажных буровых выработок (штреков или ортов), устройстве днища блока (выпускных воронок или траншей и доставочных выработок), а также в образовании вертикальной отрезной щели и горизонтальной подсечки.
Для образования отрезной щели посередине камеры (или на одном из флангов) от горизонта подсечки до уровня кровли камеры проходят отрезной восстающий, который затем разделывают в плоскую вертикальную щель на всю ширину и высоту камеры поочередным взрыванием параллельных ему скважин.
Отбойка основных запасов руды камеры производится вертикальными слоями на отрезную щель обычно с помощью веерных или изредка параллельных скважин, пробуренных из подэтажных выработок.
Вторичное дробление негабарита производится как в горловинах выпускных выработок, так и на почве доставочных. Обычно выход негабарита колеблется от 10 до 20 %.
Свежий воздух для проветривания поступает с откаточного горизонта по блоковому восстающему в подэтажные буровые выработки и из них в очистное пространство. Загрязненный воздух отводят по восстающему с другой стороны камеры или через специальную сбойку на вентиляционный горизонт. Выработки, где производится вторичное дробление и доставка руды, проветриваются обособленной струей.
Технико-экономические показатели системы разработки с подэтажной отбойкой достаточно высокие. Однако эти показатели заметно ухудшаются, если учесть и отработку целиков. При этом производительность труда забойного рабочего уменьшится почти вдвое, а потери и разубоживание возрастут в полтора раза.
Системой разработки с отбойкой из магазинов(рис. 7.21) называется система с естественным поддержанием очистного пространства, при которой камеры отрабатываются горизонтальными слоями снизу вверх с магазинированием в выработанном пространстве отбитой .руды, используя ее в качестве платформы для рабочих, производящих отбойку. Выпуск руды самотечный. Поскольку при взрыве руда увеличивается в объеме, после каждой отбойки производят частичный выпуск руды, чтобы между забоем и поверхностью отбитой руды всегда оставалось свободное пространство для работы бурильщиков. После отработки магазина ведут общий выпуск руды с любой нужной интенсивностью. Применяется эта система при разработке крутопадающих (с углом падения не менее 55..60°) залежей малой и средней мощности, а также при отработке тонких жил. В последнем случае вместе с рудой приходится отбивать и часть пустых пород, чтобы выемочная мощность была не менее 1..1,2 м, так как иначе отбитая руда может застревать в узком очистном пространстве.
Рис. 7.21. Система разработки с отбойкой из магазина
Руда и вмещающие породы должны быть устойчивыми, так как в очистном пространстве находятся люди. Отбитая руда не должна слеживаться. Ценность руды обычно высокая или средняя.
Высота этажа 35..60 м; длина блока по простиранию от 40..50 до 80..120 м. Ширина междукамерных целиков колеблется от б до 10 м; ходки в очистное пространство из восстающих, находящихся в этих целиках, проходят обычно заблаговременно через 4..6 м по вертикали.
При разработке жил мощностью до 2..2,5 м нередко кроме потолочины никаких временных целиков не оставляют. В откаточном штреке устанавливают в нем деревянную крепь с вмонтированными в нее сближенными выпускными люками на расстоянии между осями 1,5..2,5 м один от другого. Из люков руда попадает прямо в вагонетки.
Иногда руду выпускают на уровень почвы транспортной выработки, делая из полевого откаточного штрека короткие (через 5..7 м) заезды и производя погрузку руды прямо в откаточные вагонетки с помощью малогабаритных самоходных погрузочных машин ковшового типа на рельсовом или пневмошинном ходу.
Отбойка руды, как правило, шпуровая. Шпуры вертикальные или горизонтальные. Высота отбиваемого слоя руды 1,5..2,5 м. Крупные куски дробят накладными зарядами ВВ на поверхности замагазинированной руды.
При частичном выпуске руды особое внимание уделяют плавному опусканию поверхности замагазинированной руды. Именно поэтому расстояние между выпускными отверстиями делают минимально возможным. Для гарантии безопасной работы бурильщиков частичный выпуск производят только в те смены, когда буровых работ в блоке нет.
К общему выпуску руды из отработанного магазина никаких особых требований не предъявляется.
Свежий воздух от откаточного штрека поступает в очистное пространство по восстающему и омывает забой, проходя между кровлей и отбитой рудой. Загрязненный воздух отводится по другому восстающему на верхний вентиляционный горизонт.
Перспективы применения системы разработки с отбойкой из магазинов достаточно широкие, особенно при разработке жильных месторождений, для которых эта система является самой производительной.