Пространства

Раздел 6. Ведение очистных работ

Цель процесса добычи руды:

- рациональное и комплексное использования недр;

- создания комфортных условий труда, оптимальной степени механизации и автома­тизации основных и поддерживающих (вспомогательных) процессов с учётом горно-геологических условий месторождения;

- соблюдение технического проекта и оптимальных показателей потерь и разубоживания;

- своевременное проведение промышленной и эксплутационной разведки;

- проектирование, вскрытие и подготовку запасов полезного ископаемого, обеспе­чивающих оптимальный фронт очистных работ при заданной производительности рудни­ка и наиболее полное и комплексное использование руды при экономически выгодных показателях.

Схемы выпуска отбитой руды из очистного

пространства

Доставкой руды принято называть перемещение ее в пределах выемочного участка от места отбойки до места погрузки в основные транспортные средства.

Выработки для выпуска и вторичного дробления руды.

Траншеи. Одна траншея заменяет один или два продольных ряда воронок (рисунок 6.1).

Рисунок 6.1 - Образование траншеи для выпуска руды из траншейного орта

К основанию траншеи проходят выпускные выработки, которые при устойчивой руде могут быть увеличены (до 3,5-4 м) по длине траншеи.

При наклонном рудном днище почва траншеи может быть расположена на уровне горизонта механизированной доставки или транспорта руды.

Траншеи позволяют снизить затраты на выемку руды из нижней части ка­меры (блока) в 1,5-2 раза, а по камере в целом на 10-15% и более; сократить продолжительность нарезных работ в блоке в 2-3 раза; уменьшить запас руды в целике основания блока.

Траншеи применяют преимущественно в залежах мощных и средней мощ­ности с устойчивыми рудами.

Воронки(рисунок 6.2) целесообразно применять при малой мощности за­лежей или неустойчивых рудах.

Угол наклона откосов воронки 45-80⁰, диаметр 6-10 м, реже 3,5-5 или 11-18 м.

Выпускные выработки(дучки) при неустойчивой руде и большом горном да­влении проходят минимальным сечением, иногда закрепляют бетоном вместе с доставочной выработкой. По конструкции различаются в основном наличием или отсутствием ниши.

Выпускные выработки имеют квадратное или круглое сечение размером 1,5-2,5 м. При устойчивой руде, скреперной доставке и траншейной подсечке их ширину увеличивают до 3-3,5 м с целью снижения частоты зависаний.

1-буровой , 2-скреперный или конвейер­ный орт; 3-контуры отбойки сква­жинами 4 и частичного самообруше­ния бортов

Рисунок 6.2 - Образование траншеи для выпуска руды из дополнитель­ного орта

Выработки для вторичного дробления руды- камеры грохочения, оборудо­ванные грохотами, на которые руда из очистного пространства поступает само­теком. Грохоты устанавливают или в нишах, или прямо в орте (штреке). Камеры грохочения, соединенные ортами или штреками, образуют горизонт грохочения. Во избежание несчастных случаев работы одновременно ведут только на одном грохоте.

Камеры грохочения бывают одно- или двусторонние, расположенные через 8-10 м. Ширина камер 2,5-3 м, высота 1,8-2,5 м, длина 3-5 м. Грохоты - колосниковые из рельсов или труб с деревянным сердечником.

Иногда камеры грохочения длиной 10-12 м оборудуют над рудоспусками, из которых руду вибропитателями грузят в вагоны (рисунок 6.3).

а, б, в - в камерах; г, д - в целиках (а - штанговыми скважинами; б - шпурами; в - шпурами и штанговыми скважинами; г - шпурами);

1-камера; 2-целик; 3-откаточный орт; 4-материально-ходовой восстаю­щий; 5-соединительный штрек; 7- выпускная выработка; 8- воронка; 9- буровой штрек

Рисунок 6.3 - Образование воронок для выпуска руды в скреперный орт

Как показывает опыт работы подземных рудников, эксплуатирующих самоходное оборудование, схемы доставки руды оказывают существенное влияние на производительность труда горнорабочих по системе разработки, интенсивность разработки и уровень затрат на подготовку и эксплуатацию выемочного участка, показатели полноты и качества извлечения запасов блока и безопасность работ. В свою очередь схемы доставки руды во многом предопределяются конструкциями днища очистных блоков, выбор которых требует тщательного технико-экономического анализа технологии добычи и изыскания наиболее рационального использования горной техники с учетом научных достижений и опыта горных работ.

Эффективность работы самоходных ПДМ, а также безопасность горных работ во многом зависит от конструкции днища блока. При выборе рациональной конструкции днища необходимо учитывать устойчивость руд и вмещающих пород, а также другие факторы, влияющие на эффективность и безопасность отработки блока.

Конструкция днища должна обеспечивать:

- устойчивость выработок под действием развивающегося горно­го давления и динамических нагрузок, вызываемых взрывными работами как при отбойке, так и при выпуске и вторичном дроб­лении;

- определенную производительность блока по выдаче руды;

- высокую производительность труда рабочего по системе за счет минимальной трудоемкости его подготовки, эксплуатации и эффективности процесса выдачи руды из блоков;

- полноту и необходимое качество извлечения запасов блока;

- безопасные условия работ как при проведении подготовитель­ных и нарезных выработок, так и в процессе выдачи руды из блока.

На подземных рудниках из-за разнообразия горно-геологических условий и ис­пользуемых на доставке отбитой горной массы самоходных машин применяется не­сколько конструкций днищ. По типу приёмной поверхности конструкции днища бывают с воронками, с траншеями и плоские.

При отработке Родниковой рудной зоны Малеевского месторождения Зыряновского рудного района Малеевским рудником, входящим в состав АО «Казцинк», сплошной подэтажно-камерной системой разработки в восходящем порядке с закладкой применяют следующие схемы подготовки горизонта выпуска отбитой руды: траншейная схема; торцовая; торцово-площадная с плоским днищем.

Траншейная конструкция днищ блоков по сравнению с воронкообразными днищами кроме улучшения показателей выпуска отбитой руды, также существенно снижает травматизм.

Существенное снижение потерь руды, содержащей обогащенную рудную мелочь, и разубоживание при добыче может быть достигнуто при оформлении искусственного наклонного днища.

Сотрудниками ДГП «ВНИИцветмет» НЦ КПМС подробно изучен вопрос устойчивости рудного массива вышерасположенной подэтажной камеры при различной трассировке буро-доставочных ортов и рекомендовано оформлять днище подэтажной камеры с торцово-площадным выпуском отбитой руды с расположением буро-доставочного орта по центру камеры.

1-отработанная и заложенная разрезная щель; 2-буро-доставочный орт; 3-доставочный штрек; 4-вентиляционный восстающий; 5-рудный штрек

Рисунок 6.6 - Отбойка и торцевой выпуск руды через буро-доставочный орт ПДМ с дистанцион­ным управлением

Существенным недостатком плоского днища подэтажной камеры является необходимость применения на погрузке и доставке отбитой руды самоходных ПДМ, оборудованных дистанционным управлением, что значительно снижает производительность самоходных машин, а также повышенные потери руды в гребнях «мертвых зон» и боковых откосах. При использовании на выпуске и до­ставке руды самоходных дизельных ПДМ Торо-301DL с пультом дистанци­онного радиоуправления фирмы САТTRON марки CAT 800 LHD(Канада) обеспечивается достаточно качественная подчистка днищ камер (потери руды в гребнях «мертвых зон» снижается до 1,3-1,5%) и достигается высокая произ­водительность машин 220-230 т/смену при длине камеры до 10-15 м и расстоя­нии транспортирования 100-120 м; при увеличении длины камеры до 25-30 м производительность машин снижается на 20-25%, однако в дальнейшем при нормальном оборудовании рабочего места машиниста (ниша с устройством подвески пульта управления и др.) и приобретении машинистами ПДМ навы­ков в работе это различие может быть сокращено до минимума.

При подготовке блока выработки днища с площадным вы­пуском отбитой горной массы занимают большой удельный вес в общем объеме горно-подготовительных работ. Днища с площадным выпуском горной массы имеют ряд существенных недостат­ков: высокая трудоемкость оформления и поддержания днища в связи с большими обнажениями в местах сопряжений доставочного орта с погрузочными заездами, что ограничивает площадь поперечного сечения погрузочных заездов. Для повышения устойчивости погрузочных заездов их укрепляют железобетонными штангами.

При погрузке отбитой горной массы самоходными машинами из погрузочных за­ездов необходимы большие напорные усилия на преодоление усилий бокового рас­пора отбитой горной массы, которые определяют глубину внедрения ковша ПДМ в навал горной массы и время его заполнения.

Плоские днища применяются, в основном, в устойчивых и крепких рудах и вме­щающих породах. В устойчивых рудах и вмещающих породах при использовании самоходных ма­шин эффективны варианты конструкций днищ с совмещением на одном горизонте буровых и доставочных выработок.

При неустойчивых рудах и вмещающих породах с целью снижения потерь и разубоживания полезного ископаемого при системах с обрушением руды и вмещающих пород применяются днища с приемными воронками в искусственном массиве.

Днища с торцевым выпуском отличаются конструктивной простотой, возможно­стью применения в сложных горно-геологических условиях, возможностью раздель­ной выемки руды, благоприятными условиями для работы самоходных машин. При торцевом выпуске имеется возможность увеличивать допустимое сечение выработок в 1,5-2,0 раза и, следовательно, применять более крупные и высокопроизводительные самоходные ПДМ.

При повышении производительности самоходных ПДМ в 3-4 раза эксплуатацион­ные расходы на доставку 1 т горной массы сокращаются в 3 раза. Известен вари­ант с фронтально-торцевым выпуском, позволяющий повысить показатели извлече­ния руды и снизить число подэтажных выработок (рисунок 6.7). Выпуск и погрузку ведут под рудной консолью по всей ширине подэтажа. В первую очередь освобождают проход около рудного массива, чтобы открыть забой подсечки для бурения шпуров и улуч­шить проветривание.

Рисунок 6.7 - Вариант фронтально-торцового выпуска отбитой руды с применением самоходного оборудования

Недостатком днища с торцевым выпуском горной массы является малая интен­сивность выпуска в целом по блоку, так как выпуск ведется только из торцов доста­вочных выработок, которые по мере отработки блока не остаются стационарными, а постоянно перемещаются и недостаточно хорошее проветривание очистной камеры, особенно при разделке отрезной щели и взрывании первых рядов скважин на отрезную щель, когда отбитая руда запечатывает сечение буро-доставочной выработки. Основной недостаток торцевого выпуска руды - относи­тельно низкие показатели извлечения руды.

Этот недостаток устраняется использо­ванием гибких разделяющих перекрытий. Таким образом, применение торцевого вы­пуска является перспективным, так как при упрощении конструкции днища показа­тели извлечения не ухудшаются. Схема с торцовым выпуском руды снижает по сравнению с вариантом с боковыми заездами объемы нарезных работ примерно на 20%.

При этажно-камерных системах разработки с площадным выпуском, при подго­товке смежной камеры между двумя заложенными, разместить орты с погрузочными заездами в рудном массиве не удается, и их проводят заново по твердеющей заклад­ке. Этот недостаток устраняется применением варианта торцевого выпуска при отра­ботке целика между двумя заложенными камерами.

Дальнейшее совершенствование торцевого выпуска горной массы связано с при­менением самоходных ПДМ, оборудованных дистанционным управлением: кабель­ным, радио- и телеуправлением. Применение дистанционного управления самоход­ными ПТМ позволяет на 10-20% повысить извлечение полезного ископаемого, сни­зить затраты на подготовительные и очистные работы и обеспечить безопасность работ.

Для сокращения затрат времени на маневровые операции сотрудниками ДГП «ВНИИцветмет» НЦ КПМС предложено площадь зачистки руды в камере, разбивать на две зоны: в первой зоне зачищается основной объем отбитой руды с доставкой её по крат­чайшему пути к рудоспуску; вторая зона обслуживается с противоположного на­правления с целью дозачистки руды в углах камеры.

С целью достижения минимального разубоживания руды закладочным материалом при погрузке с закладочного массива на почве камеры оставляется рудный слой толщиной 0,2-0,3 м. Зачистка днища камеры, в соответствии с рисунком 6.8, производится с оставлением рудного слоя длиной, определяемой максимально возможным разлетом кусков руды от первого отбиваемого ряда скважин.

Рисунок 6.8 - Схема зачистки днища камеры самоходной ПДМ с дистанционным управлением

К настоящему времени накопился большой опыт применения различных систем автоматизированной погрузки руды самоходными ПДМ на отечественных и зарубежных рудниках.

На руднике Brunswick, расположенном в провинции Нью-Брансуик (Канада) и отрабатывающем медно-цинковые руды бесцеликовой системой разработки с открытыми заходками, автоматическая погрузка ПДМ ST-8В с использованием системы автопогрузки или системы автоматической погрузки ковшом SIAMIoad, построенной на концепции регулируемого управления, была впервые осуществлена в 1999 году. Результаты ее использования зафиксировали неожиданный результат - автоматическая система погрузки на деле оказалась на 24% быстрее, чем работа оператора во время наполнения ковша.

Дальнейшее совершенствование ПДМ связано с заменой дизельного привода на электрический. Самоходные машины с электрическим приводом легче переводятся на дистанционное управление. К недостаткам ПДМ с электрическим приводом следует отнести то, что радиус действия машин ограничен длиной кабеля.

Впервые опытная эксплуатация самоходной ПДМ с телеуправлением была осуществлена на руднике «Ронкур» (Франция). Результаты испытаний ПДМ ST-8 показали работоспособность системы ДУ, однако рабочий цикл машины с телеуправлением увеличился на 15% .

В последующие годы система телеуправления постоянно совершенствовалась. Фирма «Sandvik Tamrock» разработала систему дистанционного управления Auto Mine для работы самоходных ПДМ в автоматическом режиме. Оператор осуществляет дистанционное управление машиной из диспетчерской с помощью телеуправления. Оператор управляет самоходной ПДМ только при ее погрузке из рудоспуска. После наполнения ковша отбитой рудой груженая машина переводится на автоматический режим откатки, разгрузки и возвращения к рудоспуску. В то время когда машина работает в автоматическом режиме, оператор может управлять другой ПДМ при ее погрузке. Данная система ДУ снабжена системой безопасности, которая отключает машину в момент нахождения людей в зоне ее работы.

Аналогичная система дистанционного управления загрузкой самоходных машин грузоподъемностью 25 т и автоматического управления их движением разработана компанией « LKAB» и применяется на подземном руднике «Kiruna» (Швеция).

Финская фирма «Elektrobit» разработала систему подземной цифровой радиосвязи и передачи данных для работы с самоходными ПДМ. Система ДУ состоит из подвижных терминалов на машинах и станции управления в камере. Основными достоинствами цифровой радиосвязи являются надежность, безопасность, широкий радиоохват, высокое качество изображения и удобный монтаж.

Компанией «Davis Derby» (Великобритания) созданы системы наблюдения и связи за работой транспорта угольных шахт в КНР. Системы наблюдают за работой 18 транспортных средств на пневмошинном ходу и за локомотивами. Данную систему наблюдений обслуживают 78 станций, выполненных в пожаробезопасном исполнении. Стоимость системы наблюдения и связи составила 600 тыс. долларов США.

Полуавтономное дистанционное управление самоходными ПДМ может осуществляться через радиоэлементы, размещенные в различных пунктах вокруг горных работ по коаксиальному кабелю. Фирма «Noranda Technology Centre» создала систему «SIAM» для автоматизированного управления машиной и загрузкой ковша. По данным фирмы использование данной системы позволит повысить извлечение руды на 5-6%.

Фирма «WIMK» разработала систему автоматизации подземных погрузчиков, которая является автономной и не требует наружных навигационных устройств в отличие от других систем, основанных на светонаправляющих или отражаемых полос на стенках выработок. Применение системы фирмы «WIMK» даст возможность повысить производительность машин на 20-40% по сравнению с системой ручного дистанционного управления. Данная система пригодна для работы без присутствия людей в непригодной для них подземной окружающей среде.

Использование полуавтономных дистанционно управляемых ПДМ позволило значительно увеличить их производительность, а также свести к минимуму потенциальную опасность для горняков вблизи забоя. Данные передают и получают от подвижных машин через радиоэлементы, размещенные в различных пунктах вокруг горных работ по коаксильному кабелю. Главный рамный контроллер в сети системы RSSI определяет, какой из радиоэлементов принимает усиленный сигнал.

Компания «Cattron» разработала и выпускает систему радиоконтроля для подземных машин, работающих в недоступных и небезопасных местах. Система может работать беспрерывно в течение 50 час без подзарядки батареи.

Метод лазерно-наведенной флуоресцесии (LIF) обнаруживает одинаковую наименьшую разницу в составе добытой руды (например, в ковше ПДМ), которая не может быть измерена другими аналитическими методами в реальном времени. Анализаторы LIF подвешиваются к кровле выработки и не мешают движению любой транспортной системы, они облегчают автоматический контроль при опробовании грузопотока.

Компьютерная программа Mine MAX предназначена для определения оптимального количества необходимого оборудования для подземного рудника, а также стоимости извлекаемой руды и металла в данный момент или в течение какого-либо периода. Она основывается на данных проекта, запасах и деятельности рудника. Результаты исследований показываются в объемном цветном изображении.

Для повышения производительности ПДМ необходимо стремиться к сокращению числа и продолжительности маневровых операций, во многом зависящих от конструктивных особенностей погрузочных выработок.

Дальнейшее совершенствование процесса выпуска и погрузки отбитой руды из очистного пространства связано с применением днищ упрощённой конструкции с минимальным объёмом подготовительных работ, благоприятными условиями для работы самоходных машин, позволяющими достичь высокой производительности выпуска и доставки руды, а также обеспечением безопасности работ.