Погашение целиков и ликвидация пустот

В период эксплуатации месторождения системами с открытым очистным пространством остаются многочисленные пустоты, внезапное обрушение которых может быть причиной воздушных и динамических ударов. Вследствие того, что внезапные самообрушения пород представляют большую опасность для работающих, правилами безопасности требуется своевременная ликвидация образовавшихся пустот. С этой целью отработанные камеры заполняются закладочным материалом или породами, окружающий камеры массив.

На некоторых рудниках бывает возможным локализовать образующиеся пустоты от ранее отработанных участков путем устройства перемычек или создания предохранительных породных “подушек”, предотвращающих или снижающих вредное воздействие на рабочие выработки выталкиваемого из пустот воздуха.

Образующиеся после отработки месторождения системами с открытым очистным пространством пустоты представляют собой объемы сравнительно правильной формы, если целики и кровля камер сохраняют устойчивость. В этом случае выемка целиков может осуществляться более полно и безопасно. Для этого составляются специальные проекты по организации и производству работ. Обычно, при малоценной руде целики разбуривают скважинами и взрывают. При отработке слабых (трещиноватых) руд погашение целиков может производиться вслед за выемкой ряда камер с некоторым отставанием. Для обеспечения плавной посадки земной поверхности размеры целиков выбирают такими, чтобы в них по мере нагружения развивались пластические деформации, завершающиеся плавным (постепенным) разрушением без динамических проявлений.

На железных рудниках Урала широкое применение получило массовое взрывание целиков после отработки камерами горизонтальных, наклонных и крутопадающих месторождений различной мощности в крепких устойчивых породах. Для массовой ликвидации целиков камеры вынимают на площади, превышающей несколько тысяч квадратных метров, а объем пустот составляет сотни тысяч кубометров. Параметры подработки выбирают на основании конкретных горно-геологических условий такими, чтобы после одновременного взрывания целиков на подработанном участке произошло обрушение (площадь отработки должна превосходить предельную). В условиях уральских железорудных месторождений она составляет 5-10 тыс. и более.

Неликвидированные по каким-либо причинам пустоты должны быть надежно изолированы от действующего горных выработок. С этой целью в соединяющих с пустотами выработках сооружают перемычки, а над выработками, расположенными в основании камер, оставляют породные (или рудные) предохранительные “подушки”. Перемычки бывают бетонные, железобетонные, каменные, деревянные или комбинированные. Наиболее простой и дешевый способ возведения перемычек – завал соединяющихся с пустотами выработок путем их взрывания, обычно, на высоту превышающую вдвое высоту выработки.

Для устройства предохранительных породных (рудных) “подушек” в отработанных камерах оставляют часть отбитой руды или специально с этой целью производят подрывку пород кровли и боков. Толщина таких “подушек” определяется на основании требований погашения скорости выталкиваемого из камеры воздуха при внезапном самообрушении пород. Безопасными считаются скорость воздуха не более 15 м/с, а давление – 0,19 МПа. Скорость выходящего из камеры воздушного потока зависит от площади сечения камеры, высоты падения пород, толщины и свойств материала перемычки или предохранительной “подушки”.

В случае высокоценных руд целики, как правило, вынимают после закладки отработанных смежных камер. При этом выбирают такие способы их выемки, которые удовлетворяют требованиям более полного извлечения руды. В этом случае могут применяться системы с закладкой, магазинированием, креплением, слоевым или подэтажным обрушением. Наиболее эффективно можно отработать целики, которые сохраняют свою устойчивость, мало деформированы и имеют достаточные размеры, обеспечивающие сохранность пройденных в них выработок.

Более сложно отрабатывать одиночные столбчатые целики из-за опасности вывалов кровли и возможного их разрушения в процессе выемки. В этом случае для обеспечения безопасности работ до начала выемки рядом с извлекаемым целиком обычно возводятся искусственные (бетонные) опоры, прочно подпирающие кровлю и обеспечивающие на период выемки ее устойчивость. Кроме того, предполагая выемку таких целиков, необходимо заранее в процессе выемки камер надежно укрепить кровлю анкерами или химическими составами.

В целиках при малой и средней мощности залежей остается 15÷40% запаса блока, а в мощных до 40-65%.

Как правило, целики должны отрабатываться сразу вслед за камерами, так как накапливание целиков влечет за собой деконцентрацию горных работ и деформацию целиков, что затрудняет их выемку.

По сравнению с отработкой камер, выемка целиков отличается ухудшенными показателями извлечения руды или более высокими материально-трудовыми затратами.

Методы выемки целиков могут быть классифицированы следующим образом.

Выемка целиков с обрушением руды и вмещающих пород. С обрушением руды и вмещающих пород вынимают целики при открытых, замагазинированных и обрушенных камерах.

Выемка целиков при открытых камерах. Целики вынимают этажным обрушением с отбойкой скважинами. Обрушают сразу один или несколько соседних междукамерных целика (МКЦ) и поддерживаемый ими участок междуэтажного целика (МЭЦ). Выпускают руду под налегающими обрушенными породами.

Основание вышележащего блока частично разбуривают штанговыми скважинами из добычных выработок или из подэтажных ходков.

Минная отбойка применяется редко. Заряды размещают в карманах с забутовкой. Иногда в комбинации со скважинной отбойкой.

Выпуск руды ведется, так же как и при системе этажного принудительного обрушения.

Значительная часть (40-50%) руды задерживается на лежачем боку блока. При недостаточно крутом падении руда частично засоряется налегающими породами. Общие потери и разубоживание при угле падения 60-70⁰ составляют 50-70% или 30-40% по отношению к запасу блока (на мощных месторождениях).

Порядок обрушения целиков. В первую очередь обрушаются МКЦ между открытыми камерами, затем потолочные целики. МЭЦ целесообразно обрушать в первую очередь когда его запас относительно велик.

В отдельных случаях для защиты от попадания в руду пустой породы не обрушают внешнюю кромку крайнего МКЦ.

Для предотвращения показания в руду пустой породы со стороны смежного отработанного блока выпуск руды ведут с отставанием крайних отверстий. Обрушение за один прием 4-5 целиков целесообразно при большой текучести обрушенных пород, высокой прочности руды и отсутствии жестких ограничений величины взрыва по сейсмическим условиям.

При замаганизированных камерах целики обрушают скважинами с замедлением средних комплектов. Этот метод отличается одновременным выпуском руды, замаганизированной в камерах и обрушенной из целиков. Применяется редко, в основном при неустойчивых боковых породах.

Выемка целиков при обрушенных камерах

МКЦ погашают подэтажным или этажным обрушением. В целиках обычной ширины (до 15 м) отбойку ведут скважинами малого диаметра. Потери руды ~30%. Потери руды можно считать обратно пропорциональными числу горизонтов выпуска в блоке. (Возможен донный и торцовый выпуск на подэтажах).

Условия применения: недостаточно крутое падение залежи (45-70⁰), достаточная мощность (20-60 м); склонная к слеживанию руда.

Производительность труда рабочих и интенсивность отработки МКЦ подэтажным обрушением ~1,5 раза ниже, чем при аналогичном варианте подэтажного обрушения блоков. Потери ~30%. Разубоживание~15%.

Выемка целиков при искусственном поддержании очистного пространства.

Камеры с твердеющей закладкой позволяют отрабатывать целики аналогично отработке камер при устойчивых породах. Применяется система разработки с подэтажной отбойкой. Глубина скважин 10-15 м диаметр 70-100 мм. Недобур –1-1,5 м. Оставшаяся рудная корка разрушается при взрывании очередных вееров скважин. Одновременно взрывают 2-3 веера во избежание разрушения закладочного массива.

При необходимости сохранения земной поверхности выработанное пространство в последующем закладывают твердеющей закладкой, иногда гидравлической, с закладкой твердеющим материалом лишь нижней части на высоту 6-10 м, чтобы создать устойчивую кровлю для нижележащего этажа.

В пологих и наклонных залежах с устойчивой кровлей камеры и целики отрабатывают на полную мощность залежи камерно-столбовой, этажно-камерной системами или с подэтажной отбойкой.

Выпускные горные выработки располагают в подстилающих породах, а если породы неустойчивы, то в рудном теле с искусственным днищем.

Во избежание разрушения искусственных целиков порядок отработки этажа д.б. таким, чтобы искусственный целик хотя бы по одну сторону граничил с рудным массивом или с другим искусственным целиком, успевшим затвердеть.

В связи с этим в одновременной работе может находиться не более 1/4 общего числа камер и целиков.

Требуемую прочность закладочного массива приближенно можно определить:

σ_сж≥10⁴Н, Па

где Н – глубина разработки, м.

Производительность труда при выемке целиков мало отличается от выемки камер, а себестоимость возрастает за счет твердеющей закладки. Потери руды могут быть снижены до 3-1 %. Разубоживание составляет ~5-10% за счет частичного разрушения закладочных массивов.

Выемка целиков при камерах, заполненных сыпучей закладкой. Условия отработки целиков более благоприятны при уплотнившемся материале закладки и ширине целиков не менее 8-7 м.

Обычно МКЦ и часть МЭЦ (слой руды на горизонте откатки и слой под МКЦ ниже горизонта откатки) отрабатывают слоевым обрушением; остальную часть МЭЦ подэтажным обрушением.

Руду из потолочин извлекают после отработки запасов верхнего этажа, а на почве бывшего горизонта откатки улаживают настил.

Подготовка МКЦ м.б. рудной и полевой. По оси целика нарезают слоевые орты. Руду извлекают двухсторонними заходками до контактов с закладкой. При хорошем состоянии целика применяют аккумулирующие орты, расположенные через 10-15 м по вертикали.

В отдельных случаях принимают вариант слоевого обрушения с искусственным перекрытием и траншейной выемкой.

При системе разработки слоевого обрушения потери и разубоживание составляют 7-10%.