Системы разработки с открытым очистным пространством

Характерной особенностью данного класса систем разработки является оставление выработанного пространства после выемки по­лезного ископаемого открытым, незаполненным, которое поддер­живают временными или постоянными целиками.

Системы этого класса применяют при разработке месторождений с устойчивыми рудами и вмещающими породами. Системами с от­крытым выработанным пространством отрабатывают месторождения с самой разнообразной формой, размерами, углом падения, мощ­ностью и ценностью руд. Вследствие этого их удельный вес в добыче руды подземным способом в СССР достигает 30%. Распорная крепь при этих системах разработки не является средством поддержания выработанного пространства, а служит для создания рабочей пло­щадки в забое.

В практике горных работ системами с открытым выработанным пространством отрабатывают месторождения до глубины 800 м. Однако с понижением уровня очистных работ усиливается опасность работ из-за возможности горных ударов и взрывов, возрастают по­тери полезного ископаемого в связи с необходимостью увеличивать размеры целиков.

П о т о л к о у с т у п н ы е с и с т е м ы р а з р а б о т к и

Потолкоуступные системы с открытым очистным пространством применяют преимущественно при разработкекрутых жильных и пла­стовых месторождений мощностью 0,6—3 м устойчивыми рудами и вмещающими породами. Система характеризуетсяпотолкоуступной формой очистного забоя с продвиганием ого снизу вверхи от центра к флангам блоков.

Так как система рассчитана в основном на доставку руды само­теком, ее применяют обычно при крутом падении.

При неустойчивых породах и рудах необходимо усиливать крепь, за счет чего усложняется конструкция системы. Она становится ближе к классу систем с креплением очистного пространства. Гра­ница между этими двумя классами систем устанавливается условно. К первым принято относить системы с простой распорной крепью, ко вторым — со сложной усиленной распорной, а также станковой крепью.

Потолкоуступная система разработки с простой распорной крепью показана на рис. 58.

В зависимости от угла падения и крепости вмещающих пород высоту этажа принимают 30—50 м. С увеличением мощности и по­нижением крепости вмещающих пород высоту этажа уменьшают, в противном случае будут увеличиваться расходы на доставку крепи и ухудшаться условия передвижения рабочих. Длину блока прини­мают 30—50 м, иногда увеличивая ее до 80—100 м. Большую длину блока принимают при доставке руды по рудоспускам.

Откаточный штрек 1 (рис. 58, а) проводят по месторождению, а по границам блока восстающие 2 в два отделения (ходовое и ма­териальное), которые крепят распорками и обшивают досками. Ходо­вое отделение оборудуют лестницами, а материальное — лебедками для доставки крепи и материалов. Верхний откаточный штрек 3 используют как вентиляционный, а в случае подготовки первого этажа его необходимо проводить.,

Очистные работы начинают с выемки первого слоя высотой 2— 2,5 м вслед за проведением откаточного штрека или после его про­ведения. В первом случае выемку ведут с отставанием от забоя штрека на 10—15 м (рис. 58, б). Штрек крепится по мере выемки первого слоя распорной крепью или крепежными рамами с установ­кой люков 4 (см. рис. 58, а) через 6—8 м.

Руду отбивают мелкими шпурами в направлении от одного вос­стающего к другому. Шпуры располагают вертикально или горизон­тально. Предпочтение отдают горизонтально расположенным шпу­рам, так как кровля очистного забоя после взрыва их более ровная, с меньшим количеством нависших кусков. Глубина шпуров при вер­тикальном расположении составляет 1,5—2,2 м. При меньшей глу­бине шпуров уменьшается эффективность бурения, дальнейшее увели­чение глубины вызывает неудобства бурения телескопными перфора­торами и увеличение заряда ВВ в шпуре. Глубина горизонтальных шпуров 1,8—2,6 м. Вмещающие породы по мере отработки уступов поддерживают распорной крепью. Расстояние между рядами стоек составляет 1,8—2,2 м, а между стойками в ряду 1—1,5 м.

Отбитая руда под действием собственного веса перемещается до откаточного штрека по очистному пространству. При этом может быть нарушена распорная крепь. На ее восстановление затрачи­вается много труда и времени. Поэтому в очистном пространстве через 8—10 м друг от друга сооружают рудоспуски 5 путем обшивки

распилами распорной крепи. В некоторых случаях для защиты крепи настилают на нее рештаки 6. Блок отрабатывают снизу вверх уступами в направлении подштрекового целика, который вынимают, когда отпадает необходимость его сохранения.

Проветривают блок, подавая свежий воздух по восстающему 2 в очистное пространство. Омыв рабочие уступы, струя воздуха по другому восстающему направляется на вышележащий горизонт.

Очистную выемку в смежных блоках ведут на одном уровне или с некоторым опережением (отставанием).

Достоинствами системы являются: незначительная опасность об­рушения кровли и вмещающих пород; небольшие потери руды; про­стота и гибкость системы, позволяющие отрабатывать ответвления жилы, менять технологию и конструктивные элементы; хорошие условия проветривания.

К недостаткам необходимо отнести опасность падения людей с настилов в выработанное пространство; снижение производитель­ности труда рабочих (до 1—1,5 м³/смену); трудоемкость работ по возведению крепи и значительный расход леса (0,06—0,12 м³ на 1 м³ очистного пространства).

Камерно-столбовые системы разработки

Для камерно-столбовых систем разработки характерно чередо­вание параллельных одна другой выемочных камер и, как правило, постоянных поддерживающих целиков.

Запасы полезного ископаемого в целиках достигают 15—20% и более от общих.

Камерно-столбовые системы разработки применяют при отра­ботке месторождений горизонтальных или слабонаклонных с устой­чивыми рудами и вмещающими породами мощностью от 2 до 30 м. Ввиду больших потерь руды системы целесообразно применять для разработки маломощных полезных ископаемых или руд с невысоким содержанием металла.

В качестве примера рассмотрен один из вариантов камерно-стол­бовой системы разработки, применяемый на Джезказганском руд­нике, месторождение которого представлено устойчивыми рудами и вмещающими породами с коэффициентом крепости 6—14 (рис. 59).

Из откаточного штрека 1, пройденного в породах почвы, по оси будущих камер через 20 м вверх проходят рудоспуски 2 до почвы камеры.

Очистные работы ведут от рудоспуска, куда по заранее пройден­ной горизонтальной или наклонной выработке доставляют комплекс машин. При мощности рудного тела более 6 м работы начинают с об­разования верхней подсечки 4 высотой 4—6 м. Забои при этом обуривают самоходными буровыми каретками СБУ-2 или СБУ-4, а от­битую руду убирают погрузочными машинами ПНБ-Зк с загреба­ющими лапами. Одновременно с подсечкой с отставанием от забоя на 3—4 м ведут крепление кровли штангами 8.

После ухода верхней подсечки на 30—40 м от рудоспуска (он же служит отрезным восстающим) и крепления кровли начинают от­работку основных запасов камеры — уступов, высота которых за­висит от мощности камеры и колеблется от 7 до 12м. Для бурения шпуров 10 при отработке уступов применяют буровые каретки ББК-4 (5) или СБУ-4. Отбитую взрывом руду грузят экскаватором 7 типа ЭП-1 или погрузочной машиной в самоходные 20-тонные самосвалы 9 на пневмоколесном ходу, которые доставляют ее до капитальных рудоспусков.

Осмотр, оборка кровли и установка штанговой крепи механи­зированы с помощью самоходных полков, которые могут работать

в забоях высотой от 3 до 25 м. Зачистку почвы камер после взрыв­ных работ и устройство призабойных дорог производят подземными бульдозерами. Для поддержания кровли оставляют камерные це­лики 6 и междукамерные 3.

Достоинства системы: высокая производительность труда; про­стота конструкции и широкий фронт работы; минимальный объем подготовительных и нарезных работ; небольшой расход леса; низ­кая себестоимость добычи 1 т руды.

Недостатки: большие потери руды в целиках; трудность уста­новления постоянного контроля за состоянием кровли.

С и с т е м ы р а з р а б от к и с п о д э т а ж н о й в ы е м к о й.

В практике и часто в литературе их называют системами раз­работки подэтажными штреками. Наиболее благоприятными усло­виями для применения систем являются: крутое падение месторож-

дения, устойчивые руды мощностью от 8 до 20 м и устойчивые вме­щающие породы. Руды — невысокой ценности, с четко выраженными правильными контактами, без включения пустых пород. Месторо­ждения ценных руд отрабатывают с последующей закладкой камер. Требование устойчивости к рудам и вмещающим породам вызвано значительной площадью потолочины, предназначенной для предо­хранения прорыва пустых пород в камеру, а также значительным обнажением их.

Этаж разбивают на блоки, включающие камеру, междукамерный целик, потолочину и днище. Каморы располагают длинной стороной по простиранию, а при разработке мощных месторождений — вкрест простирания. Очистные работы ведут в две стадии: в первую стадию

вынимают камерные запасы, во вторую — потолочину и рудные целики.

На рис. 60, а приведен один из вариантов этой системы разра­ботки с отбойкой руды глубокими скважинами. Основные размеры конструктивных элементов системы видны из рисунка.

Блок подготавливают откаточным штреком 3, в лежачем боку и ортами-заездами 1 через 60 м друг от друга. Из .откаточного штрека по оси будущих междукамерных целиков проходят блоковые восста­ющие 6 на откаточный штрек верхнего горизонта, который исполь­зуют как вентиляционный. Штрек скреперования 2 проводят в ле­жачем боку из кровли откаточных ортов. Выше штрека скреперования через 7 м располагаютштрек подсечки 11, а через 18— 20 м от него — буровые штреки 7 и ходки 5. Верхний штрек называется контрольным. В висячем боку по центру блока проходят отрезной восстающий 8, а в породах лежачего бока на верхний горизонт — вентиля­ционный восстающий 12.

Откаточные штреки в весьма крепких породах не крепят, а в породах средней крепости ус­танавливают деревянную или металлическую крепь. В более крепких рудах откаточные штреки крепят штанговой крепью. Аналогично поступают при проведении штреков вто­ричного дробления. Штреки подсечки и подэтажные обычно не крепят.

Очистную выемку в блоке начинают с образования отрезной щели из ранее пройденного восстающего 8, подсечки камеры у ниж­него основания, отбойки руды в камере из подэтажных штреков, отработки потолочины и междукамерных целиков.

Для образования отрезной щели на каждом буровом горизонте из буровых штреков к отрезному восстающему проходят буровые орты 10. Из них выбуривают параллельные глубокие скважины 9 на высоту этажа, которые последовательно отбивают на отрезной восстающий до полной отрезки на всю мощность залежи.

Подсекают камеру глубокими скважинами, располагая их под углом 50—60° с таким расчетом, чтобы днищу придать наклон. Сква­жины пробуривают из штреков горизонта подсечки и отбивают на отрезной восстающий (рис. 60, б). Аналогично поступают и при разбуривании верхних рядов скважин при отбойке руды.

При расположении штрека доставки по месторождению подрезку камеры ведут штанговыми шпурами 4 (рис. 61, а). В крепких рудах

дучки 2 проходят на всю высоту подсечки, используя ее для лучшей отбойки руды штанговыми шпурами. В рудах среднейj крепости воронки и подсечку ведут на всю высоту подсечки штанговыми шпу­рами без проходки дучек.

При траншейной подсечке (рис. 61, б) траншейный штрек 5 про­водят выше штрека горизонта скреперования 1 на 4—6 м. Одну из дучек 3 проходят на высоту подсечки как отрезной восстающий. На этот восстающий отбивают глубокие скважины для образования отрезной щели. В дальнейшем веера глубоких скважин отбивают на отрезную щель из буровых штреков. Расстояние между веерами 3-4 м.

Проветривают камеру свежей струей воздуха, которую напра­вляют через орты-заезды (см. рис. 60) и штрек скреперования на бу­ровые штреки по восстающим. Загрязненная струя выдается на вентиляционный горизонт по вентиляционному восстающему.

Потолочину при незаложенных камерах отбивают одним из спо­собов массового обрушения. Для этой цели из орта-заезда проводят буровой штрек 13, из которого до окончания выемки камерных запа­сов разбуривают потолочину глубокими скважинами. Междукамер­ный целик отрабатывают или массовым обрушением одновременно с потолочиной, или другими системами при заполненных пустыми породами смежных камерах.

При системах с подэтажной выемкой необходимо соблюдать сле­дующие меры безопасности:

1. С целью предотвращения падения людей при работе подступы к камере из буровых штреков должны ограждаться.

2. В случае обнаружения угрозы обрушения потолочины людей из камеры выводят, выработки вышележащего горизонта, находя­щиеся над потолочиной, ограждают с целью предупреждения входа в них людей.

3. Ликвидацию зависаний образовавшихся сводов в отбитой руде (в очистном пространстве) производить из безопасного места взрыванием заряда, поданного к своду на длинном шесте с при­менением детонирующего шнура.

4. Потолкоуступное расположение подэтажей применять только при отработке весьма устойчивых руд. Величина опережения при этом не должна превышать 6 м.

5. Глубокие скважины для посадки потолочины выбуривать из выработок, расположенных за контуром потолочины.

Система разработки с подэтажной выемкой относится к произ­водительным системам разработки. Суточная производительность камеры зависит от мощности месторождения, способа отбойки руды и составляет 140—250 т при отбойке руды штанговыми шпурами и 500—600 т при отбойке глубокими скважинами. Производитель­ность бурильщика достигает 25 —35 м³/смену, забойного рабочего 12—15 м³/смену, расход ВВ 0,4-1,2 кг/м³, леса 0,004-0,01 м³/м³.

Потери руды при выемке камор достигают 10%, они резко возра­стают при отработке целиков (30—35%) и потолочины (45—60%).

Разубоживание составляет 7—10%. На 1000 тонн запасов прихо­дится от 4 до 9 м подготовительных и нарезных выработок.

Высокая производительность труда забойных рабочих, неболь­шой расход леса, доставка руды под действием собственного веса хорошая вентиляция и высокая интенсивность разработки месторо­ждения являются достоинствами системы.

Рис. 62. Этажно-камерная система разработки с отбойкой руды вертикальными слоями.

Недостатки: большие потери и разубоживание руды, значитель­ный объем подготовительных и. нарезных работ, невозможность забойной сортировки руды, двухстадийная отработка блока.

Этажно-ка мерные системы разработки

Главной отличительной особенностью этих систем является вы­емка рудного массива отбойкой руды глубокими скважинами на всю высоту камеры (вертикальными слоями) или на всю длину камеры (горизонтальными слоями).

На рис. 62 показана этажно-камерная система разработки с от­бойкой руды вертикальными слоями, которую применяют при от­работке наклонных залежей крепостью 8—10 при крепких вмеща­ющих породах. В Криворожском бассейне эту систему разработки применяют на рудниках им. Р. Люксембург и им. Орджоникидзе. В зависимости от крепости руды и вмещающих пород длину камер по простиранию принимают 30—40 м, междукамерных целиков 12—16 м. Для большей устойчивости блока днище камеры и потоло­чину оставляют наклонными.

Подготовку блока начинают проведением откаточного штрека 1 (рис. 62, а), из которого на уровне кровли через 10—12 м проводят орты скреперования 2, соединенные между собой вентиляционной сбойкой 3. Из ортов 4, расположенных по оси междукамерных цели­ков, в породах лежачего бока проходят ходовые, вентиляционные и материальные восстающие. Такое расположение восстающих дает возможность повысить устойчивость междукамерных целиков и обес­печить своевременную их подготовку. Отрезную щель 7 (рис. 62, б) образуют в центре камеры с помощью глубоких скважин, отбивае­мых на отрезной восстающий 6, пройденный у висячего бока. Под­сечка камеры аналогична описанной ранее при системах с подэтаж-ной отбойкой руды. Руду отбивают на отрезную щель глубокими скважинами, пробуренными из буровых штреков 5. Линию наимень­шего сопротивления принимают 2—5 м, она зависит от крепости породы, диаметра скважин и типа ВВ. Потолочину отбивают с по­мощью глубоких скважин после отработки камерных запасов. Между­камерный целик отрабатывают другой системой, обычно подэтаж-ного обрушения с отбойкой вертикальных слоев глубокими скважи­нами.

Отбитую руду по ортам скреперования доставляют до откаточ­ного штрека. При этажно-камерной системе разработки увеличи­вается производительность труда рабочего по системе, создается значительный запас отбитой руды, что весьма важно для ритмичной работы блока, обеспечивается хорошая разведка контуров залежи.