Способы вскрытия месторождений при подземной , разработке

В зависимости от рода главной вскрывающей выработки способы вскрытия разделяют на простые и комбинированные. Простые спо­собы вскрытия осуществляют вертикальным стволом, штольней, наклонным стволом. Комбинированные способы вскрытия предста­вляют собой сочетание двух или нескольких простых способов.

Вскрытие вертикальным стволом. В зависи­мости от условий залегания месторождения и горно-геологических условий вертикальный ствол (рис. 47) могут проходить в лежачем, висячем боку (а) или по месторождению (б). Из трех возможных случаев заложения вертикального шахтного ствола предпочтение отдается первому. Ствол закладывают в лежачем боку месторожде­ния вне зоны сдвижения пород. На каждом эксплуатационном гори­зонте от стволов проводят квершлаги, а вдоль рудного тела до вспо­могательных стволов — полевые или рудные штреки. Если откаточ­ные штреки предусматривают использовать для проветривания

нижележащих горизонтов, их также проводят вне зоны сдвижения пород лежачего бока.

Проходку вертикального ствола в висячем боку применяют и тех случаях, когда породы висячего бока сильно водоносны или не­устойчивы, когда заложение ствола в лежачем боку невозможно или невыгодно по условиям рельефа или застроенности поверхности.

Рис. 47. Вскрытие месторождения вертикальным шахтным

стволом: 1 — шахтный ствол; 2 — квершлаг; 3— откаточный штрек;

4 — граница зоны сдвижения; 5 — границы охранного целика.

Вскрытие месторождения стволом, проходимым в лежачем боку, имеет ряд преимуществ, заключающихся в сокращении суммарной длины квершлагов, срока подготовки верхних горизонтов, а также времени и затрат на ввод шахты в эксплуатацию.

При отработке маломощных пологих месторождений неценных руд значительного простирания вертикальный ствол 1 (рис. 48)

Рис. 48. Вскрытие вертикальным стволом,

пе­ресекающим месторождение.

иногда проходят по месторождению. Для сохранения ствола от раз­рушения оставляют охранный целик. Расположение ствола 2 в этом случае за зоной сдвижения пород потребовало бы проходки очень длинных квершлагов.

Вертикальным стволом на фланге вскрывают горизонтальные или пологие месторождения небольшой протяженности, а также в тех случаях, когда направления подземного и поверхностного транспорта совпадают. Ствол закладывают вне зоны сдвижения пород. В прак­тике разработки рудных месторождений вскрытие вертикальным стволом на фланге применяют редко.

Вскрытие наклонными стволами. Наклонными стволами при конвейерном подъеме вскрывают мощные наклонные месторождения, а также пологие месторождения с углом падения 15—30° при скиповом подъеме.

Рис. 49. Вскрытие месторождений наклонным стволом:

1— ствол у контакта месторождения; 2— ствол в лежачем боку;

3— откаточный штрек; 4 — квершлаг; 5 — границы зоны сдвижения.

В последнее время область распространения наклонных стволов для вскрытия непрерывно расширяется. Вскрытие наклонными ство­лами применено, например, на руднике им. Артема (Криворожский бассейн). Наклонным стволом со скиповым подъемом вскрыты место­рождения шахты им. Кирова руд­ника им. Кирова Североуральского бокситового рудника.

Вскрытие наклонным стволом по месторождению позволяет отказаться от проведения квершлагов, чем уменьшается время на вскрытие. Кроме того, стоимость проходки ствола ниже вследствие попутной добычи руды. Однако необходимость оставления охранного целика огра­ничивает область применения этого способа рудными телами весьма не­большой мощности при относительно небольшой глубине залегания.

В большинстве случаев наклон­ный ствол закладывается в поро­дах лежачего бока параллельно кон­такту месторождения (рис. 49, а) если же угол сдвижения пород лежачего бока меньше угла падения залежи, - параллельно поверхности сдвижения (рис. 49, б).

Рис. 50. Вскрытие месторожде­ния штольней:

1 — капитальная штольня; 2 — капи­тальный рудоспуск;

3 — откаточный штрек.

Меньшая длина вскрывающих квершлагов или полное их отсут­ствие- основное достоинство этого способа по сравнению со вскры­тием вертикальным стволом.

К недостаткам следует отнести повышенную стоимость и слож­ность проходки наклонного ствола по сравнению с вертикальным, а также увеличение затрат времени на спуско-подъемные операции.

Вскрытие штольней применяют при отработке месторо­ждений в гористой местности. При этом располагают штольню так, чтобы ее уровень находился ниже месторождения или части его. На рис. 50 показано расположение штольни для отработки верхней части месторождения. Каждый горизонт вскрывают или отдельной штольней, или вместо нее проходят капитальные рудоспуски, сле­пые стволы для перепуска руды до нижней штольни. Относительно рудного тела штольню располагают со стороны лежачего, висячего бока параллельно месторождению или диагонально к нему.

Место заложения штольни необходимо располагать в местах, не подверженных завалам осыпью или снежными лавинами, затопле­нию паводковыми или ливневыми водами. Размеры площадок перед устьем штольни должны обеспечить удобное размещение поверхно­стных сооружений и подъездных путей.

Рис. 51. Схемы скрытия месторождения комбинированными способами.

Вскрытие штольней имеет ряд достоинств по сравнению с вскрытием вертикальными и наклонными стволами:

1) более низкая стоимость проведения и поддержания штольни, значительно большая скорость ее проведения;

2) более низкая стоимость транспортировки руды по горизон­тальной выработке, отсутствие перегрузки руды и связанных с ней устройств (дозаторной, бункеров, камер опрокидывателя и пр.); возможность применения автотранспорта в подземных условиях;

3) значительно меньшие затраты на водоотлив, отсутствие водо­отливных установок;

4) более низкая стоимость поверхностных сооружений у устья штольни ввиду отсутствия копра, надшахтного здания и подъемной

машины.

Комбинированные способы вскрытия. При разработке месторождений на большой глубине или непостоянных элементах залегания рудного тела в верхней и нижней частях ме­сторождения один какой-либо способ вскрытия не обеспечивает необходимой производительности и экономичности. Поэтому для

вскрытия верхней и нижней частей месторождения применяют раз­ные способы.

Сущность комбинированных способов вскрытия заключается том, что месторождение вскрывают сочетанием нескольких простых спо­собов. При этом верхняя часть месторождения может быть вскрыта вертикальным стволом 1 с поверхности и слепым вертикальным ство­лом 2 на глубине — ступенчатое вскрытие (рис. 51, а) или вертикаль­ным стволом 1 с поверхности и наклонным слепым стволом 2 на глубине (рис. 51, б).

Одним из основных достоинств комбинированных способов вскры­тия является возможность разработки месторождений на большой глубине. Ступенчатым вскрытием достигается повышение произво­дительности подъема и уменьшение длины этажных квершлагов.

Недостаток этого способа вскрытия — необходимость устрой­ства дополнительных подъемных установок и пунктов перегрузки на промежуточных горизонтах; увеличение времени на транспор­тировку полезного ископаемого, людей и материалов.

§ 6. Характеристика основных операций очистной выемки

Основными операциями очистной выемки являются: отбойка руды, доставка ее до откаточного горизонта и поддержание выра­ботанного пространства. О важности этих операций можно судить по затратам на их выполнение, которые составляют от 75 до 90% стоимости очистной выемки и 40—60% полной рудничной себестои­мости.

Трудоемкость отдельно по каждой операции зависит от физико-механических свойств руды и вмещающих пород, принятой системы разработки. Так, при отработке крепких устойчивых руд в устойчи­вых вмещающих породах самой трудоемкой операцией является бурение шпуров и отбойка руды, так как выработанное пространство поддерживают временными целиками. Наоборот, при отработке сла­бых руд в неустойчивых вмещающих породах, затраты на отбойку руды будут меньше, но на поддержание выработанного пространства они составят более 50% общих затрат на очистную выемку.

Отбойку руды при очистной выемке производят шпурами, глубокими скважинами и камерными зарядами.

К отбойке руды предъявляются следующие требования: обеспе­чение безопасности работ; достижение максимальной производи­тельности при минимальных затратах; обеспечение достаточной сте­пени дробления массива при минимальных потерях и разубоживании руды для данных условий.

Отбойку руды шпурами применяют в большинстве случаев при отработке месторождений малой мощности. Для облег­чения труда бурильщиков и увеличения производительности отбойки при очистной выемке мощных пологих месторождений широко ис­пользуют самоходные буровые каретки на гусеничном или резиновом ходу.

Основными показателями отбойки руды являются выход горной массы с одного шпурометра и расход ВВ на 1 м³ руды. Эти показатели зависят от физико-механических свойств руды, диаметра и глубины шпуров, расположения их, числа обнаженных плоскостей обуриваемого участка залежи и параметров забоя. Увеличивая диаметр и глубину шпуров, можно добиться уменьшения расхода ВВ и уве­личения выхода руды с одного шпурометра, но это часто приводит к снижению производительности бурения и увеличению выхода не­габарита (определяют в процентах как общий объем кусков, имеющих размеры выше предельно допустимых, в отношении ко всему объему отбитой горной массы).

Достоинствами шпуровой отбойки руды является хорошее ка­чество дробления, возможность точно следовать за контурами рудного тела по контакту и тем самым вести разработку с минимальными потерями и разубоживанием.

К недостаткам следует отнести низкую производительность труда бурильщика, повышенный расход ВВ, большое пылеобразование при бурении.

Отбойку штанговыми шпурами применяют для увеличения глубины шпуров и производительности труда буриль­щиков.

Для бурения штанговых шпуров применяют телескопные и ко­лонковые перфораторы ПТ-36, КС-50, КЦМ-4и др. Штанговые шпуры бурят глубиной до 6—8 м и более коронками диаметром до 85 мм. В последнее время имеется тенденция к уменьшению диаметра коро­нок до 52—56 мм (Миргалимсайский рудник) и до 65 мм (Заполярный рудник), при этом увеличивается производительность бурильщика до 17—25 м/смену в породах крепостью 12—18.

Схемы расположения штанговых шпуров, а также возможные случаи применения отбойки штанговыми шпурами рассмотрены при изучении систем разработки.

Отбойка глубокими скважинами наиболее рас­пространена при разработке мощных месторождений. Этот способ обеспечивает высокую производительность труда бурильщиков, низ­кое пылеобразование, более безопасен, так как рабочие находятся в выработках небольшого сечения. Недостатки: значительный выход негабаритов, вследствие чего требуется вторичное дробление руды; сильный сейсмический эффект, вызывающий нарушение крепи в выработках; значительное разубоживание (потери) руды из-за невозможности отбивать руду точно по контакту рудного тела с вме­щающими породами. При отбойке руды глубокими скважинами при­меняют следующие способы бурения: вращательное коронками, арми­рованными твердыми сплавами или алмазами, шарошками; ударно-вращательное с погружными пневмоударниками.

Вращательное бурение коронками, армированными твердыми сплавами, применяют для бурения глубоких скважин (взрывных, разведочных, дренажных) диаметром 36—100 мм в породах средней крепости.

Станки с пневматическим приводом (АБВ-1, АБВ-2, АБВ-ЗМ, СРВ) регулируют число оборотов бурового инструмента и осевого усилия, это дает возможность вести работы на оптимальных режимах, а станком АБВ-ЗМ возможно бурение в породах различной крепости. Для удобства транспортирования станки изготовляют разборными. Скорость бурения скважин зависит от физико-механических свойств руды, диаметра скважин, мощности двигателя. С увеличением длины скважин уменьшается скорость бурения ввиду затрат времени на наращивание штанг, увеличение трения штанг о стенки скважин.

Бурение алмазными коронками наиболее эффективно в породах высокой крепости, так как с увеличением крепости пород увеличи­вается эффективность бурения по сравнению с твердосплавными коронками. Для бурения глубоких скважин применяют мелкоалмаз­ные коронки диаметром 30—40 мм. По своей конструкции они бывают керновые, со сплошным режущим кольцом, и секторные. Бурение этими коронками высокопроизводительно при высоких скоростях вращения бурового инструмента.

Для повышения устойчивости алмазных коронок и выноса буровой мелочи, а также для ее охлаждения в скважину необходимо подавать воду. Конструкции станков алмазного бурения обеспечивают воз­можность бурить скважины в различных по своим свойствам рудах и вмещающих породах и повысить производительность бурения в 3—5 раз. В связи с открытием месторождения алмазов в Якутской АССР и промышленным получением искусственных алмазов возмож­ность применения алмазного бурения значительно возросла.

Для бурения глубоких скважин его также применяют в Канаде, США, Австрии, Японии.

Применение шарошечных долот является срав­нительно новым способом бурения скважин большого диаметра (145—160 мм). Его широко применяют при бурении глубоких сква­жин на нефть и газ, а также для бурения скважин в подъемных условиях. Для станков шарошечного бурения характерны большие осевые усилия, большие крутящие моменты на шпинделе, на станках установлены мощные электрические двигатели, что вызывает уве­личение веса станка. Для выноса буровой мелочи и подавления пыли, образующейся при бурении, в колонку штанг через промывочный сальник подается вода.

Пневмоударное бурение применяют при бурении глубоких сква­жин в рудах крепостью 8—18. Внедрение этого способа бурения способствовало созданию целого ряда высокопроизводительных систем разработки, что позволило почти полностью отказаться от дорого­стоящего способа отбойки руды камерными зарядами.В отличие от обычного перфоратора, пыевмоударник не имеет поворотного механизма. В скважину он подается при помощи става штанг.

Основная особенность пневмоударника, работающего в сква­жине, заключается в том, что ударное действие и вращение с подачей осуществляются независимыми частями агрегата: первое — бойком пневмоударника, а второе — специальным электродвигателем через

колонку штанг. Буровая мелочь выносится из скважин потоком воды. Сжатый воздух и смазочное масло поступают в пневмоударник через переходник, соединенный со штангами и автоматической масленкой. При разбуривании массива глубокие скважины могут распола­гаться, горизонтально (рис. 52, а, б) или вертикально (рис. 52, в, г). В ряду скважины пробуривают параллельно (рис. 52, а, в) или ве­ерообразно (рис. 52, б, г). Горизонтальные скважины имеют неболь­шой наклон (2—3°) для лучшего выноса буровой мелочи. Выбор схемы расположения глубоких скважин зависит от физико-механи­ческих свойств руды, принятой системы разработки и бурового оборудования.

Рис. 52. Схемы расположения глубоких скважин.

При параллельном расположении скважин из восстающих 2 (рис. 52, а) проводят буровые выработки 1 (орты или штреки), из которых бурят глубокие скважины. Для отбойки руды в нижней части блока необходимо или сделать подсечку (рис. 52, а, б) или отрезную щель (рис. 52, в, г). При этом отбивать руду можно в на­правлении снизу вверх при горизонтальном расположении скважин или на отрезную щель — при вертикальном. Веерообразно располо­женные глубокие скважины бурят из буровых ниш 3 или буровых штреков (ортов) 4. Сечение буровых выработок зависит от габаритов бурового оборудования. Обычно сечение буровых выработок не пре­вышает 5—8 м². Толщина отбиваемого слоя т, так же как и расстоя­ние между скважинами а, зависит от диаметра скважины и применя­емого ВВ, крепости руды и других факторов и находится в пределах

2-6 м. Отношение а / т —называют коэффициентом сближения, величина его находится в пределах от 0,7 до 1,45.

Достоинством параллельного расположения скважин является меньшая, чем при веерном, суммарная длина скважин и равномер­ное распределение заряда ВВ в разбуриваемом массиве, что поло­жительно сказывается на качестве дробления руды.

Одним из недостатков такого расположения следует отметить частую перестановку буровых станков. Указанный недостаток устра­няется с применением самоходной буровой техники.

При веерном расположении глубоких скважин, по сравнению с параллельным, лучше условия труда бурильщика в связи с умень­шением работ по переноске станка и оборудованию рабочего места; уменьшается объем проходки буровых выработок для одних и тех же условий; улучшается безопасность работ, так как длительное время станок находится на одном рабочем месте, что позволяет лучше его оборудовать. Однако при таком расположении скважин увеличивается их суммарная длина и соответственно стоимость бурения и проходки буровых ниш.

Выбор между параллельным и веерным расположением глубоких скважин осуществляется сравнением технико-экономических пока­зателей отбойки.

Отбойку камерными зарядами в настоящее время применяют редко ввиду ее большой трудоемкости, повышенного выхода негабарита и пылеобразования, разрушительного действия камерных зарядов не только на днище приемного горизонта, но и на междукамерные, и потолочные целики, а также висячий бок. Данный способ отбойки применяют при отбойке весьма крепких абразивных руд, когда бурение глубоких скважин экономически нецелесообразно, в основном — в сочетании с отбойкой скважинами при выемке целиков и потолочин,

Доставкой руды называют ее транспортирование от места отбойки до откаточных выработок. Доставка руды является важной опера­цией, затраты на ее выполнение в зависимости от применяемых систем разработки составляют от 20 до 30% общей суммы расходов на очистную выемку.

Выбор способа доставки зависит от условий залегания месторо­ждения и принятой системы разработки.

Доставка под действием собственного веса является наиболее экономичной и производительной по сравнению с другими способами и поэтому имеет место почти при каждой системе разработки крутых месторождений. Угол наклона рудного тела должен быть не менее 45—50°. С уменьшением угла наклона до 35° применяют дополни­тельные устройства (решетки, настилы, желоба, трубы).

Скреперную доставку руды вследствие простоты устройства, надежности работы в трудных условиях применяют при разработке крепких руд. Скреперная доставка руды, доставка руды конвейерами и самоходными вагонетками рассмотрены в главе III.

Доставленную до откаточных выработок руду через люковые-устройства грузят в вагонетки. От принятой конструкции люка зависит производительность погрузки и подземного транспорта в целом. На выбор конструкции люка влияют следующие факторы: количество перепускаемой через люк руды, ее гранулометрический состав, срок службы люка, емкость вагонеток' и другие факторы. Конструкция люка должна обеспечить безопасные условия работы, хорошее истечение руды и быстрое его прекращение при закрытии затвора, устранение просыпания руды, возможность механизации погрузки.

Различают следующие основные, наиболее распространенные типы люковых затворов: секторные, пальцевые, цепные.

Более часто применяют секторные затворы благодаря простоте и надежности их конструкции, безопасности работы люкового, хо­рошему регулированию истечения руды и высокой производитель­ности погрузки. Затворы бывают односекторные и двухсекторные. На рис. 53, а показан двухсекторный люк с механическим управле­нием. Люк состоит из днища 1, люковых затворов 2, открывающихся во время загрузки вагонетки пневматическими цилиндрами 7 (иногда вручную), бортов 3, лобовины 4, отбойника 5 и рамы 6.

Пальцевые затворы (рис. 53, б) применяют при большой произ­водительности люков, крупнокусковой руде (до 750 мм) и погрузке в большегрузные вагонетки. Пальцевый затвор состоит из пяти-семи пальцев /, изготовленных из рельсов, шарнирно насаженных на одну ось 2. При натяжении троса 3, связанного с рычагом или пневматическим цилиндром, пальцы поднимают и пропускают дви­жущуюся по подошве руду. И случае попадания кусков руды при опускании затвора под один из пальцев остальные закрываются и перекрывают поток.

Применение люков с механическим управлением значительно облегчает работу люковых и обеспечивает высокую производитель­ность транспорта.

Цепные люковые затворы (рис. 54) также применяют при погрузке крупнокусковой руды. Отличительной особенностью цепных затво­ров от пальцевых является замена пальцев цепями. Принцип дей­ствия цепных затворов аналогичен пальцевым.

Производительность при люковой погрузке зависит от грануломет­рического состава руды. С увеличением кусковатости руды произво­дительность погрузки снижается ввиду образования зависаний, которые ликвидируют взрыванием зарядов ВВ. Это, в свою очередь, повышает опасность работ и преждевременно разрушает сам люк.

Вопросы поддержания выработанного пространства при отработке месторождений освещены в разделе III,гл. IX «Системы разработки».