Відбійка руди свердловинами
До основних параметрів свердловинної відбійки відносять:
d – діаметр свердловини, мм;
W (л.н.с.) – найкоротша відстань від осі заряду до оголеної поверхні, м;
а – відстань між кінцями свердловин, м;
λ – вихід руди з 1 м свердловини, т/м;
q – питомі витрати ВР, кг/т.
Існує велика кількість схем відбійки, основними з яких є:
1) відбійка паралельними свердловинами;
2) відбійка пучками паралельно-зближених свердловин;
3) відбійка віялами глибоких свердловин;
4) відбійка пучками глибоких свердловин.
Відбійка може здійснюватися на вертикальний, горизонтальний і похилий компенсаційний простір, а також на «затиснуте середовище».
Відбійка руди комплектами паралельних вертикальних свердловин на вертикальний компенсаційний простір
Відбійка руди здійснюється комплектами висхідних 1 та нисхідних 2 вертикальних паралельних свердловин, пробурених із бурових ортів 3 на вертикальну компенсаційну камеру 4, пройдену за простяганням рудного тіла (рис. 7.12).
Вентиляційно-господарський штрек лежачого боку 5 і висячого боку 6 служать для провітрювання робочих місць бурильників, доставки матеріалів та устаткування і забезпечують два незалежних вихода з бурових ортів, необхідних для безпечного ведення робіт.
Переваги:
– рівномірне розміщення ВР у масиві, що сприяє хорошій якості подріблення;
– гарне оконтурювання масиву;
– доцільність застосування самохідної бурової техніки, що підвищує продуктивність бурових робіт.
Недоліки:
– великий обсяг бурових виробок;
– необхідність переміщення бурового станка після буріння кожної свердловини;
– неможливість застосування у міцних рудах, коли величина відстані між свердловинами а недостатня для формування стійких ціликів між буровими виробками.
Рис. 7.12. Схема відбійки руди комплектами паралельних вертикальних свердловин на вертикальний компенсаційний простір:
1, 2 – висхідні та низхідні вертикальні паралельні свердловини; 3 – буровий орт; 4 – вертикальна компенсаційна камера; 5, 6 – вентиляційно-господарчі штреки лежачого та висячого боку; 7 – воронки випуску; 8 – контур рудного покладу
Відбійка руди пучками паралельно-зближених свердловин на вертикальний компенсаційний простір
Застосовується при відпрацюванні міцних руд (рис. 7.13).
Рис. 7.13. Схема відбійки руди пучками паралельно-зближених свердловин на вертикальний компенсаційний простір:
1 – контур рудного покладу; 2, 3 – пучки висхідних та низхідних паралельно-зближених свердловин; 4 – вертикальна компенсаційна камера; 5– буровий орт; 6, 7 – вентиляційно-господарчі штреки висячого та лежачого боку; 8 – воронки випуску
Кількість свердловин у пучку 3-10. Вибух пучка паралельно-зближених свердловин можна розглядати як вибух одиночної свердловини більшого діаметра. Лінія найменшого опору пучка паралельно зближених свердловин визначається з виразу
WП=WС 
, м,
де WС – л.н.с. одиночній свердловини, м; n – кількість свердловин у пучку.
Переваги:
– зменшена витрата бурових виробок;
– можливість буріння більшої кількості свердловин з однієї установки станка.
Недоліки:
– існує ймовірність перетину сусідніх свердловин.
Відбійка руди горизонтальними паралельними свердловинами на горизонтальний компенсаційний простір (підсічку)
Буріння горизонтальних свердловин 1 здійснюється із бурових ортів 2.
Відбійка свердловин здійснюється на горизонтальну підсічку 3 (рис. 7.14).
Бурові орти 2 розташовують по межах блоку в шаховому порядку по вертикалі. Відстань між ними в такому випадку дорівнює 2W, що забезпечує формування стійкого цілика над буровими виробками.
Переваги:
– рівномірне розміщення ВР у масиві, що сприяє хорошій якості подріблення;
– менші енергетичні витрати на відбійку.
Недоліки:
– великий динамічний удар на днище блоку відбитої руди і продуктів детонації.
Відбійка вертикальними віялами глибоких свердловин на вертикальний компенсаційний простір (відрізну щілину).
Сутність варіанта полягає в бурінні із бурових штреків 1 вертикальних віял висхідних і низхідних свердловин 2 та пошарової відбійки їх на вертикальну відрізну щілину 3 (рис. 7.15).
Рис. 7.14. Схема відбійки руди горизонтальних паралельних свердловин на горизонтальний компенсаційний простір (підсічку):
1 – горизонтальні свердловини; 2 – бурові орти; 3 – горизонтальна підсічка
Для формування додаткової площі оголення наступні віяла підривають з мілісекундним уповільненням до попередніх віял. Доставка матеріалів і обладнання здійснюється по підняттєвому 5.
Переваги:
– менший обсяг бурових виробок;
– менше число перестановок станка, тому що всі свердловини у віялі відбурюються з однієї установки;
– додаткове подрібнення руди за рахунок зіткнення кусків руди при відбійці протилежних віял глибоких свердловин.
Недоліки:
– нерівномірність дроблення масиву (переподрібнення руди на початку свердловин і підвищений вихід негабариту на кінцях свердловин);
– підвищені витрати глибоких свердловин.
Рис. 7.15. Схема відбійки руди вертикальними віялами глибоких свердловин на вертикальний компенсаційний простір (відрізну щілину): 1 – буровий штрек; 2, 4 – вертикальні віяла висхідних і низхідних глибоких свердловин; 3 – відрізна щілина; 5 – підняттєвий
Відбійка руди вертикальними віялами глибоких свердловин на горизонтальний компенсаційний простір
Сутність даної схеми відбійкі полягає в тому, що із бурових ортів 1 бурять вертикальні віяла глибоких свердловин 2, які відбивають руду на горизонтальну підсічку 3 (рис. 7.16).
Рис. 7.16. Схема відбійки руди вертикальними віялами глибоких свердловин на горизонтальний компенсаційний простір: 1 – буровий орт; 2 – вертикальні віяла глибоких свердловин; 3 – горизонтальна підсічка
Відбійка здійснюється пошарово: спочатку нижчележачими свердловинами сусідніх віял, потім з мілісекундним уповільненням вищерозташованими свердловинами.
Переваги:
– додаткове подрібнення руди за рахунок зіткнення кусків руди при відбійці протилежних віял глибоких свердловин;
– менші енергетичні витрати на відбійку, так як відриву руди від масиву сприяє сила тяжіння.
Недоліки:
– можливість передчасного руйнування виробок днища блоку внаслідок динамічного удару обваленої руди і продуктів детонації;
– можливість руйнування стелини горизонтальної підсічки та глибоких свердловин, що погіршує якість відбійки;
– недостатньо чітке оконтурювання висячого боку камери торцями глибоких свердловин.
Відбійка руди вертикальними віялами глибоких свердловин
на похилий компенсаційний простір
Дана схема відбійки застосовується в аналогічних приведеним вище умовам з метою зниження удару відбитого масиву на виробки приймального горизонту (рис. 7.17). Крім того, похилий компенсаційний простір є більш стійким у порівнянні з горизонтальною підсічкою.
Переваги:
– підвищена стійкість потолочини у порівнянні з горизонтальною компенсаційною камерою;
– менші енергетичні витрати на відбійку за рахунок сприяння сили тяжіння відриву руди від масиву.
Недоліки:
– можливість передчасного руйнування виробок днища блоку внаслідок динамічного удару обваленої руди при вибуху;
– можливість руйнування стелини похилої підсічки в мяких нестійких рудах;
– недостатньо чітке оконтурювання висячого боку камери торцями глибоких свердловин.
Рис. 7.17.Схема відбійки руди вертикальними віялами глибоких свердловин на похилий компенсаційний простір: 1 – буровий орт; 2 – вертикальні віяла глибоких свердловин; 3 – похилий компенсаційний простір
Відбійка горизонтальними віялами глибоких свердловин на горизонтальний компенсаційний простір
Сутність даної схеми полягає в тому, що горизонтальні віяла глибоких свердловин 1 бурять з бурових камер 2, які проходять із підняттєвих 3 (рис. 7.18). Відбійка здійснюється горизонтальними шарами на горизонтальну підсічку 4. Сусідні горизонтальні віяла бурят із бурових камер, розташованих на протилежному боці відбиваємо шару, що дозволяє збільшити величину цілика над буровими виробками до 2W.
Рис. 7.18. Схема відбійки руди горизонтальними віялами глибоких свердловин на горизонтальний компенсаційний простір: 1 – горизонтальні віяла глибоких свердловин; 2 – бурові камери;
3 – підняттєвий; 4 – горизонтальна підсічка
Переваги:
– низькі витрати бурових виробок;
– можливість буріння великої кількості свердловин з однієї установки верстата.
Недоліки:
– висока трудомісткість переміщення бурового обладнання по крутоспадних і похилих підняттєвих;
– складність комутації вибухової мережі при значній висоті блоку.
Відбійка руди пучками глибоких свердловин
Дану схему відбійкі застосовують в основному для руйнування міжкамерних і міжповерхових ціликів (рис. 7.19).
Рис. 7.19. Схема відбійки руди пучками глибоких свердловин: 1 – пучок глибоких свердловин; 2 – бурова камера; 3 – міжповерховий цілик; 4 – відпрацьована камера; 5 – вищерозташований поверх; 6 – відбита руда
Сутність даної схеми полягає в тому, що із бурової камери 2 бурят кілька віял свердловин 1 у площинах з різними кутами нахилу. Підривають свердловини 1 у пучку одночасно або з коротким уповільненням по віялах на очисну камеру 4.
Переваги:
– мінімальні витрати бурових виробок;
– буріння всіх свердловин з однієї установки станка.
Недоліки:
– максимальні витрати глибоких свердловин;
– незадовільна якість подрібнення руди.
Відбійка руди в «затиснутому» середовищі
Суть методу полягає у відбійці глибоких свердловин 1, пробурених із бурового штреку 2 на контакті з забоєм, на відбиту руду або обвалену пусту породу 3 (рис. 7.20).
Рис. 7.20. Схема відбійки руди в «затиснутому» середовищі: 1 – вертикальні віяла глибоких свердловин; 2 – буровий штрек;
3 – відбита пуста порода; 4 – контакт «руда-порода»;
5 – контакт «руда-порода» після вибуху
При цій схемі компенсаційний простір відсутній. Руда при відбійці розпушується за рахунок ущільнення затискуючого матеріалу (відбитої розпушеної руди або пустої породи). При вибуху зарядів ВР границя масиву руди з затискуючим матеріалом зміщається в сторону затискуючого матеріалу приблизно на 3 м. Для досягнення високої якості подрібнення руди коефіцієнт розпушення затиснутого матеріалу повинен дорівнювати не менше ніж 1,3-1,4. Таке розпушення створюється при випуску до 20% руди з приконтактної зони безпосередньо перед вибухом.
Переваги:
– відсутність витрат на утворення компенсаційних камер;
– можливість застосування схеми у слабких, нестійких рудах, які не допускають навіть короткочасних оголень.
Недоліки:
– труднощі при випуску перших доз ущільненої вибухом руди.
Конструкції зарядів ВР та їх розміщення у свердловинах
Найбільш поширеною конструкцією свердловинних зарядів при механізованому заряджанні є суцільний колонковий заряд, рідше застосовується суцільний колонковий заряд з осьовою або боковою порожниною. Остання конструкція дає можливість при всіх інших рівних умовах зменшити витрати ВР і за рахунок спрямованої дії вибуху покращити якість подрібнення руди, але потребує застосування спеціальних насадок на зарядний шланг, які дещо знижують продуктивність заряджання.
При паралельних схемах розташування свердловини заряджають на 80-90% їх довжини, залишаючи біля устя для забійки незарядженою 0,1…0,2 довжини свердловини.
Віялові схеми розташування свердловин, які останнім часом мають переважне застосування, характеризуються нерівномірним розподілом ВР у масиві. З метою зменшення ступеня нерівномірності розподілу вибухівки у районі зближення свердловин, що має місце біля бурової виробки, свердловини недозаряджають на різну довжину із таким розрахунком, щоб відстань між суміжними зарядами ВР приблизно дорівнювала a (не менше (0,5…0,7)×а).
На практиці для спрощення заряджання свердловини по черзі недозаряджають на довжину, що дорівнює (1,0…3)×W, як це показано на рис. 7.21.
При відносно невеликій довжині свердловин та незначній їх кількості у віялі застосовують однаковий недозаряд через одну свердловину (рис. 7.21 а), а при великій довжині та їх кількості однакові недозаряди чергують через дві свердловини (рис. 7.21 б).
Після побудови на кресленні схеми розташування свердловин і розміщення зарядів ВР з цього креслення визначають: довжину кожної свердловини, довжину в ній заряду ВР, вагу ВР на 1 м свердловини та її загальну вагу у свердловині. Отримані дані заносять у таблицю та використовують при розрахунках параметрів БВР.
а) б)
Рис. 7.21. Розміщення ВР у віялі глибоких свердловин: а – недозаряджання через одну свердловину; б – недозаряджання через дві свердловини
Відбійка руди концентрованими зарядами ВР
Відбійку руди концентрованими зарядами (мінними) зарядами ВР застосовують при відпрацюванні потужних покладів міцних монолітних руд, переважно невеликої цінності, коли буріння глибоких свердловин є економічно недоцільним внаслідок низької швидкості їх буріння, а також при обваленні порід висячого боку, ліквідації порожнин, відпрацюванні стелин камер.
Основними недоліками цього способу є більші обсяги проведення нарізних виробок для розташування у них зосереджених зарядів ВР, значний сейсмічний вплив на оточуючий гірський масив та пов’язані з цим порушення гірничих виробок при масових вибухах, нерівномірне подрібнення руди та підвищений рівень її втрат і засмічення.
Існують декілька різновидів цього способу обвалення руди. Перший, так би мовити класичний, полягає в розташуванні зосереджених зарядів («мін») у спеціальних виробках (заходках, колодязях) із додатковою їх забутовкою або без неї, який застосовувався для масового запровадження на підземних гірничих роботах бурових станків та свердловинної відбійки. Зараз він має дуже обмежене застосування внаслідок суттєвих недоліків, про що було сказано вище. У разі застосування заряди вагою 2-5 (до 10) тонн розташовують у спеціальних заходках безпосередньо на підошві або у заглибленнях («мінних колодязях») з відбійкою на одну-дві оголені поверхні. Величина ЛНО на практиці для «мінних» зарядів складає 5…10 м. Результати відбійки багато у чому залежать від площі оголення, тому відношення розміру площі оголення до ЛНО повинно бути не менше 2,5.
Відстань між зарядами визначають з виразу, приймаючи значення показника зближення зарядів у межах 0,8…1,1. Відстань зарядів від контактів з породами лежачого та висячого боків приймають відповідно 
та 0,5W. Приблизно в таких межах повинна бути й відстань від зарядів до границь ціликів для запобігання їх пошкодження дією вибуху.
Масу зосередженого заряду визначають за формулою, кг
, (7.1)
де f(n) – функція показника викиду (дорівнює 1,0 при відбійці руди в камерах та 0,7…0,9 при обваленні порід і ліквідації порожнин); q – питомі витрати ВР на відбійку, кг/м3; kзб – коефіцієнт забійки «мінних» виробок (kзб=1…1,5 при наявності забутовки та 2,0…3,0 – при відсутності останньої).
Удосконаленим способом «мінної» відбійки є обвалення міцних руд вертикальними (ВКЗ) та горизонтальними (ГКЗ) концентрованими зарядами. Дана технологія була розроблена науковцями НДГРІ [5] і набула досить масового застосування при відпрацюванні магнетитових кварцитів підземним способом. Перевагами даної технології є «закупорка» продуктів детонації у виробках, де розташовані заряди ВР, що значно підвищує коефіцієнт корисної дії вибуху та сприяє кращому подрібненню рудного масиву.
На рис. 7.22 зображено конструкцію ВКЗ, який набув переважного застосування. Сутність цього способу відбійки полягає у проведенні підняттєвого діаметром 1,2…1,5 м, висотою до 20…25 м з горизонтальних підповерхових виробок та формуванні останнім вибухом у нижній частині цього підняттєвого забійки висотою 5…7 м. З горизонтальної виробки вибурюють у підняттєвий декілька свердловин, які слугують для подачі патронів-бойовиків, формування заряду ВР та відведення надлишкового повітря.
Рис. 7.22. Схема відбійки руди ВКЗ
Даний спосіб відбійки є дуже перспективним, особливо за умови можливого зменшення негативного сейсмічного впливу вибуху на законтурний масив за рахунок застосування захисних екранів.
При визначенні параметрів відбійки руди концентрованими зарядами (ВКЗ та ГКЗ) розраховують:
– відстань між зарядами в ряді R1, м
, (7.2)
де 
– критична швидкість крихкого руйнування, м/с; d=0,4…2 м – діаметр заряду; L – довжина заряду, м; k=1,8…2 – емпіричний коефіцієнт, який враховує фізико-механічні властивості гірських порід; Асер=0,1…0,2 м – середня задана крупність подрібнення руди; відстань до оголеної поверхні R2, м
, (7.3)
де k=3…4;
– зону подрібнення руди по вертикалі (відстань між зарядами по вертикалі від центра нижчерозташованого заряду до нижньої границі вищерозташованого заряду) Z, м
, (7.4)
де k=3…3,5.
§7.8. Утворення підсічних камер та відрізних щілин
(компенсаційного простору)[1]
Процеси утворення різних за формою, розмірами, розташуванням у блоках (панелях) та технологією підсічних і відрізних просторів є характерними для переважної більшості систем розробки рудних родовищ і передують початку розвитку власне основних очисних робіт. Ці процеси є необхідними й дуже важливими, оскільки вони в значній мірі впливають на ефективність очисного виймання та кінцеві техніко-економічні показники. Роботи з утворення цих камер і щілин дуже трудомісткі, потребують значно більших витрат матеріалів у порівнянні з вийманням основної частини запасів, тому ступінь цього впливу визначається їх питомою вагою у загальних запасах виймальної одиниці.
Підсічні та відрізні камери, компенсаційні простори виконують дві основні функції:
1) створення вільної оголеної поверхні в рудному масиві, яка забезпечує успішну роботу зарядів ВР з відбійки та подрібнення руди;
2) компенсація збільшення об’єму обваленої при відбійці руди для створення сприятливих умов для її вільного випуску на приймальні горизонти (виробки доставки).
При камерних системах розробки головною є перша функція, бо відбійка шарів здійснюється послідовно і достатньо навіть відносно незначних за шириною (висотою) розмірів цих порожнин. Тому для цих систем більш правильно називати їх відрізними щілинами (якщо вони орієнтовані вертикально), або підсічними камерами чи просто підсічкою при їх розташуванні в нижній частині виймальної одиниці над випускними виробками.
При системах з масовим обваленням руди (системи підповерхового та поверхового примусового обвалення) важливими є обидві функції, але головна мета – забезпечення нормального коефіцієнта розпушення руди при її відбійці, який у більшості випадків знаходиться у межах 1,20…1,40, досягається створенням компенсаційного простору необхідного об’єму. Внаслідок цього, як правило, розміри компенсаційних камер будуть більшими, але технологія їх утворення у більшості випадків є однаковою або дуже подібною.
У загальному вигляді значення коефіцієнта розпушення Кр при масовому обваленні рудного масиву можна визначити з виразу, долі од.
, (7.5)
де Vрм – об’єм рудного масиву панелі (блока), м3; Vкк – об’єм компенсаційного простору, м3.
Стосовно другої функції слід також відзначити, що на практиці інколи руду відбивають і без наявності вільного компенсаційного простору, тобто на «затиснене» середовище, в якості якого виступає попередньо обвалена та розпушена частковим підвипуском руда або порода, яка має певні компенсаційні властивості й безпосередньо контактує з масивом, який підлягає обваленню. Більш детально про цей спосіб відбійки сказано в розділі 5 даного посібника.
На практиці відомо багато різних за формою, розмірами, технологією утворення та місцем розташування підсічних і відрізних просторів , які досить детально описано у деяких підручниках та посібниках, наприклад [6]. Ми розглянемо тільки основні способи їх утворення, а також питання, пов’язані з вибором, проектуванням та розрахунками утворення цих просторів.
За орієнтацією у просторі вони можуть бути горизонтальними, похилими або вертикальними (рис. 7.23). Вибір орієнтованості цих порожнин буде залежати, передусім, від способу обвалення рудного масиву та стійкості оголень рудного або породного масивів у конкретних умовах для забезпечення їх існування протягом необхідного терміну часу. Слід пам’ятати, що при всіх рівних інших умовах (тобто глибина розробки, міцність та стійкість порід, потужність рудного покладу, площа оголення й ін.), найбільш стійкими є вертикальні, найменш стійкими – горизонтальні оголення.
а) б) в)
Рис. 7.23. Схеми відбійки руди на горизонтальні (а), похилі (б) та вертикальні (в) компенсаційні камери
Їх утворення може здійснюватися із використанням дрібних шпурів діаметром 40…50 мм та довжиною до 2…2,5 м, які вибурюють переносними (ручними) або телескопними перфораторами, штанговими шпурами діаметром 50…85 мм довжиною до 5 м та штанговими свердловинами такого ж діаметра довжиною від 5 до 12…15 м, які вибурюють телескопними і потужними колонковими перфораторами, або глибокими свердловинами діаметром 85…110 мм та довжиною до 25…30 м, буріння яких здійснюють станками різних типів. Кожен з вищезазначених способів застосовують у певних умовах і, як правило, із збільшенням об’ємів цих просторів, що має місце при збільшенні потужності покладів, більш доцільною з економічної точки зору є свердловинна відбійка. Якщо, наприклад, прийняти показники шпурової відбійки (маються на увазі трудозатрати і собівартість) за 100%, то в однакових умовах при застосуванні штангових свердловин вони зменшуються до 70…80%, а глибоких свердловин – до 55…65%.
При відпрацюванні малопотужних крутоспадних рудних тіл горизонтальні підсічні камери і виробки розташовують у нижній частині блоків на висоті 3…7 м від рівня відкотного горизонту або горизонту доставки. При горизонтальних і похилих покладах відрізні виробки розташовують на границі панелі або камери.
Крутоспадні поклади потужністю до 4…5 м можуть відпрацьовуватись системами з магазинуванням руди або горизонтальними шарами із закладкою, при яких запаси блока відпрацьовують шарами висотою 2…4 м знизу вверх з відбійкою руди стелеуступними вибоями. В таких випадках підсічка блоків здійснюється дрібношпуровим способом і її технологія мало чим відрізняється від проведення горизонтальних виробок. У період виконання підсічки (виймання першого шару) відкотний штрек ретельно закріплюється із встановленням випускних люків.
При відпрацюванні горизонтальних і похилих покладів із застосуванням різних варіантів суцільних, камерно-стовпових систем розробки, на границі камери (панелі) для початку розвитку очисних робіт проходять (утворюють) відрізну виробку (щілину) на всю потужність покладу шириною, яка визначається параметрами бурового і навантажувально-доставного устаткування, яке застосовується. Технологія їх утворення мало чим відрізняється від технології ведення очисних робіт при цих системах розробки. В обох вищезазначених випадках утворення підсічки та відрізки, їх проектування і розрахунок не викликають труднощів.
Роль і значення відрізних (підсічних) та компенсаційних просторів значно зростає при системах із масовим обваленням великих обсягів руди: підповерхово- та поверхово-камерних, підповерхового та поверхового примусового обвалення, які мають дуже широке застосування. При цих системах розробки на практиці відомо дуже багато способів утворення компенсаційних просторів, тому постає завдання вибору раціонального варіанта в конкретних умовах та, окрім цього, додаються інші важливі вимоги:
- забезпечення надійної стійкості компенсаційних камер та виробок доставки на весь термін відпрацювання блока (панелі);
- створення найбільш сприятливих умов успішної роботи зарядів ВР з відбійки та якісного подрібнення руди, що забезпечує добрі умови її випуску та високої продуктивності засобів доставки.
Деякі рекомендації щодо вирішення цих питань подано нижче.
Слід враховувати, що тип компенсаційного простору багато в чому визначає технологію відпрацювання виймального блока (панелі) в цілому, а особливо схему відбійки руди. Так, горизонтальна підсічка диктує необхідність застосування відбійки руди горизонтальними або похилими шарами у напрямку знизу вверх, а вертикальні відрізні щілини або компенсаційні камери визначають відбійку руди вертикальними шарами при одно- або двосторонньому напрямку розвитку фронту обвалення.
При веденні робіт в умовах помірного прояву гірського тиску застосування горизонтальних підсічних та компенсаційних камер є дуже поширеним. Підсічні камери утворюють, як відзначалося раніше, у нижній частині блока, здебільшого на 5…10 м вище рівня приймального горизонту.
У системах розробки з пошаровою відбійкою руди горизонтальними або похилими шарами достатньо низької підсічки (3…5 м), яка може бути утворена розширенням випускних дучок у приймальні воронки. При відбійці руди в камерах вертикальними шарами така підсічка виконується у міру відбійки камерного запасу.
Для деяких варіантів систем розробки поверхового та підповерхового обвалення необхідна висока (8…15 м) підсічка. Її утворюють за допомогою штангових або глибоких свердловин. Головна перевага високої підсічки – достатньо велика продуктивність блока в початковий період очисного виймання, а недолік – підвищені витрати на відбійку руди, пов’язані із збільшенням питомої ваги компенсаційних камер у загальних запасах блока (панелі).
На рис. 7.24 зображено деякі способи утворення горизонтальних підсічних камер.
Рис. 7.24. Способи утворення горизонтальних підсічних камер: а – варіант «камера над дучками»; б – варіант «закрите віяло»;
в – за один прийом відбійкою глибоких свердловин на компенсаційні виробки; г, д – траншейний: 1 – штрек скреперування; 2 – дучки; 3 – буровий штрек; 4 – буровий орт; 5 – бурова камера (вирівнюючий горизонт); 6 – компенсаційні виробки;
7 – відрізний підняттєвий; 8 – штангові шпури; 9 – свердловини для утворення підсічки
Варіант «камера над дучками» (рис. 7.24 а) дає можливість мати підсічку висотою до 12…15 м і застосовується при достатньо стійких рудах; варіант «закрите віяло» з розбурюванням масиву руди безпосередньо з дучок (рис. 7.24 б) застосовують при недостатній стійкості рудного масиву для утворення підсічки висотою до 8…10 м.
У слабких та нестійких рудах утворення горизонтального підсічного простору по всій площі панелі (блока) доцільно здійснювати горизонтальними свердловинами на спеціально пройдені компенсаційні виробки за один вибух (рис. 7.24 в), що дає змогу отримати підсічку (з урахуванням додаткової відбійки горизонтального шару руди з бурових камер) загальною висотою 8…10 м і є раціональним, у першу чергу, виходячи з умов безпеки ведення робіт.
При траншейному способі підсічки (рис. 7.24 г, д) над днищем приймального горизонту утворюють підсічну камеру трапецієподібної форми висотою від 5…8 до 15…20 м. У залежності від конструктивних особливостей днища та стійкості рудного масиву траншею утворюють суцільною на всю площу панелі (блока) – рис. 7.24 г, або утворюють декілька камер, розділених поміж собою тимчасовими ціликами, кожна з яких складається з 1-3 траншей (рис. 7.24 д).
У порівнянні з іншими способами підсічки траншейний спосіб забезпечує більшу продуктивність праці та безпеку робіт, дає можливість інтенсифікувати роботи за рахунок використання більшої кількості перфораторів або бурових установок у декількох вибоях чи мати єдиний буровий (підсічний) горизонт із застосуванням самохідних бурових станків, а також дозволяє створити похиле днище. Головним недоліком цього способу підсічки є необхідність здійснення великої кількості послідовних вибухів при її утворенні, що потребує збільшення затрат на підтримання підсічних виробок та звужує область застосування за рахунок підвищення вимог до стійкості рудного масиву.
У залежності від площі масиву, який підлягає обваленню, та його стійкості підсічка може бути або суцільною по всій площі (див. рис. 7.24 б, г), або у вигляді декількох камер із залишенням між ними тимчасових ціликів (див. рис. 7.24 а, в, д). Перший спосіб застосовують при відносно невеликій площі підсічки, другий – при значній площі блока (панелі) та недостатньо стійких рудах. Кількість підсічних камер та їх розміри залежать від допустимої площі оголення рудного масиву та часу їх стояння. Роботи з утворення горизонтального компенсаційного простору необхідно планувати з таким розрахунком, щоб вони закінчувалися одночасно із розбурюванням вищезалягаючого масиву руди в блоці (панелі).
У залежності від конструктивних, технологічних особливостей та стійкості руди ширину підсічних камер приймають кратною половині відстані між виробками випуску і доставки (див. рис. 7.24 а), а ширину тимчасових ціликів між підсічними камерами – кратною відстані між дучками або рівною половині відстані між виробками випуску і доставки.
Тимчасові цілики бажано розташовувати довгою стороною перпендикулярно до виробок приймального горизонту (окрім ціликів, які межують з обваленими породами). Усі тимчасові цілики розбурюють шпурами або свердловинами й обвалюють одночасно з масовим обваленням вищезалягаючого рудного масиву.
При камерних системах розробки горизонтальну підсічку утворюють по мірі відбійки камерного запасу, а її висота є мінімальною (окрім траншейної – рис. 7.24 г, коли її параметри залежать від конструктивних особливостей днища у конкретних умовах).
При утворенні горизонтальних компенсаційних камер при системах з масовим обваленням руди необхідну їх висоту визначають за формулами, м
- при суцільній підсічці без залишення ціликів:
; (7.6)
- при підсічці окремими камерами із залишенням тимчасових ціликів:
, (7.7)
де h – висота рудного масиву вище горизонту виробок доставки, м; L – довжина блока (панелі), м; Кр – коефіцієнт розпушення руди при відбійці (1,2…1,4); b – ширина тимчасового цілика, м; n – кількість тимчасових ціликів.
Із збільшенням глибини робіт значно зменшується стійкість горизонтальних та похилих оголень унаслідок підвищення гірського тиску. В таких умовах більш стійкими та надійними є вертикальні оголення, а відповідно, й вертикальні камери.
При камерних системах розробки відрізні щілини розташовують в залежності від напрямку відпрацювання камерного запасу:
- посередині або на фланзі камери при розташуванні камери довгою стороною за простяганням покладу (рис. 7.25 а);
- під висячим (лежачим) боком або посередині камери при її розташуванні по довжині навхрест простягання покладу (рис. 7.25 б, в).
Більш доцільно розташовувати відрізну щілину посередині камери із наступним розвитком очисних робіт у двох напрямках. При цьому вдвічі збільшується кількість вибоїв, де здійснюється буріння свердловин, що дозволяє підвищити інтенсивність бурових робіт, а також покращити якість подрібнення руди за рахунок зустрічного підривання та співударяння вертикальних шарів, що знаходяться з обох боків щілини.
При системах з масовим обваленням руди вертикальні компенсаційні камери необхідно розташовувати у центрі блока (панелі) або з деяким зміщенням їх у бік неторканого масиву (рис. 7.25 г, д) для забезпечення більш рівномірного розпушення руди по всьому об’ємі рудного масиву, який підлягає обваленню.
Вертикальні відрізні щілини та компенсаційні камери утворюють послідовною відбійкою зарядів ВР, розташованих у висхідних або низхідних свердловинах, на попередньо розширений відрізний підняттєвий (рис. 7.26). У залежності від міцності руди та ширини щілини застосовують віялове і паралельне розташування свердловин, а також пучки паралельно-зближених свердловин. При рудах середньої та нижче міцності свердловини розташовують у вигляді віяла, а в рудах вище середньої міцності та міцних – паралельно і паралельно-зближено.
Необхідну ширину вертикальних компенсаційних камер для забезпечення нормального розпушення руди при її масовому обваленні визначають із виразу, м
, (7.8)
де L1 – довжина масиву у напрямку, перпендикулярному до
Рис. 7.25. Схеми розташування вертикальних відрізних щілин та компенсаційних камер: а – посередині або на фланзі камери при її розташуванні за простяганням покладу; б, в – під висячим боком або посередині камери при її відпрацюванні навхрест простягання покладу; г, д – у центрі блока (панелі) або зі зміщенням їх у бік неторканого масиву при системах з масовим обваленням руди і вміщуючих порід
площини оголення компенсаційної камери, який обвалюється за один вибух, м; λк = 1,05…1,2 – коефіцієнт, який враховує зменшення ширини компенсаційної камери при її утворенні.
При відбійці руди шарами товщиною 3…3,5 м при застосуванні камерних систем розробки в принципі достатньо створити відрізну щілину шириною 1…1,5 м. Але утворення щілини такої ширини і висотою 20…50 м та більше є складним завданням з технологічної точки зору та вимагає дуже значних затрат. Тому на практиці у більшості випадків, ширина відрізних щілин становить 4…6 м.
Рис. 7.26. Схема утворення вертикальної відрізної щілини: 1 – відрізні орти; 2 – бурові штреки; 3 – відрізний підняттєвий
Ширина вертикальних компенсаційних камер є, як правило, більшою (від 5…6 до 8…10 м). При їх утворенні над камерою залишається тимчасова стелинка, товщина якої при традиційній прямокутній формі камери коливається від 4 до 6…8 м (рис.7.27 а). У переважній більшості випадків ця частина масиву не розбурюється і її руйнування здійснюється при масовому обваленні тільки за рахунок падіння, що спричиняє погане подрібнення руди із витікаючими з цього наслідками.
Науковцями Криворізького технічного університету свого часу була запропонована конструкція вертикальної компенсаційної камери трапецієподібної форми [7], яка дає змогу за рахунок зменшення прогону стелинки значно підвищити її стійкість та зменшити її товщину, зменшити відстань між суміжними (з обох боків стелинки) зарядами ВР та покращити якість подрібнення руди у цій зоні (рис. 7.27 б).
Рис. 7.27. Способи утворення вертикальних компенсаційних камер:
а – прямокутної форми; б – трапецієподібної форми:
1 – штрек скреперування; 2 – дучки; 3 – відрізний підняттєвий; 4 – буровий штрек; 5 – відрізний орт; 6 – віяла глибоких свердловин для утворення вертикальної компенсаційної камери; 7 – віяла глибоких свердловин для обвалення запасу панелі; 8 – штангові шпури для розвороту воронок
Параметри БПР при утворенні відрізних (підсічних) щілин та камер суттєво відрізняються від тих, які мають місце при відбійці камерного запасу або при масовому обваленні рудного масиву. Це пов’язано, у першу чергу, із значно гіршими умовами роботи зарядів ВР, що є наслідком невеликої ширини (висоти) цих камер та зумовлює переважну дію значних стискуючих напружень. Тому розміри сітки свердловин необхідно приймати на 20…40% менше, а питомі витрати ВР в 1,3…1,6 рази більше, ніж при відбійці у камері або масовому обваленні масиву та коригувати їх, узгоджуючи з виробничими даними
При виборі типу, місця розташування, розмірів відрізних (підсічних) щілин і камер та способу їх утворення важливо не тільки забезпечити умови виконання ними основних функцій, але й всебічно враховувати: ступінь прояву гірського тиску та його вплив на стійкість оголень рудного масиву, якість подрібнення руди при відбійці основного запасу блока (панелі), збереження виробок прийомного горизонту на час відпрацювання запасів блока (панелі) та отримання високих техніко-економічних показників при утворенні цих відрізних (підсічних) і компенсаційних просторів. Особливе значення ці питання мають при системах розробки з масовим обваленням руди в умовах недостатньо високої міцності та стійкості рудного масиву, а також при підвищеному прояві гірського тиску, яким супроводжується збільшення глибини розробки.
Результати багатьох досліджень, великий практичний досвід роботи рудників і шахт дають можливість сформулювати деякі загальні положення та рекомендації, якими слід керуватися при вирішенні питань утворення відрізних (підсічних) просторів та компенсаційних камер. Вони полягають у наступному:
- при всіх інших рівних умовах стійкість вертикальних відрізних (компенсаційних) камер в 1,3…1,8 рази більше у порівнянні з горизонтальними;
- із збільшенням глибини робіт та прояву гірського тиску, особливо при пониженій міцності та стійкості рудного масиву, значно зростає вірогідність розвитку процесів утворення склепінь над горизонтальними підсічними (компенсаційними) камерами, що неминуче призводить до зрушення (зсуву) масиву у межах склепіння з можливим порушенням та втратою частини свердловин внаслідок унеможливлення їх заряджання (часткового по довжині або повного). Це призводить до погіршення якості подрібнення руди при відбійці основного запасу, суттєвого зниження продуктивності праці на випуску і доставці руди, збільшення обсягів робіт із ліквідації зависань та вторинного подрібнення руди, передчасного порушення й руйнування виробок приймального горизонту. Згідно з осередненими даними практики втрати площі перерізу цих виробок за час їх роботи складають: 15…25% для ортів та до 35…45% для штреків. Затрати на ремонт виробок (їх перекріплення) складають 40…45% для ортів і 55…60% для штреків від вартості їх проведення та характеризуються підвищеною небезпекою цих робіт;
- при інших рівних умовах якість подрібнення руди при її відбійці вертикальними шарами на відрізні щілини (камери) покращується у порівнянні з відбійкою горизонтальними шарами внаслідок збільшення частини енергії вибуху, яка витрачається на подрібнення руди за рахунок використання зустрічно-направленого підривання зарядів ВР. Покрещання якості подрібнення руди дає можливість зменшити обсяги робіт з вторинного подрібнення негабариту та ліквідації зависань, підвищує продуктивність доставки та сприяє збільшенню терміну роботи приймальних виробок;
- при відбійці горизонтальними або похилими шарами на горизонтальну підсічку виробки прийомного горизонту сприймають значні динамічні удари при масових вибухах, оскільки результуюча дії вибуху та падіння обваленої руди спрямована прямо на ці виробки. Це прискорює руйнування їх кріплення, збільшує обсяги перекріплення та спричиняє порушення ритмічності випуску і доставки руди з блока (панелі);
- параметри буро-підривних робіт при утворенні відрізних (підсічних) і компенсаційних камер необхідно зменшувати на 20…40%, а питомі витрати ВР – збільшувати в 1,3…1,6 рази у порівнянні з тими, які розраховані для масового обвалення руди, що зумовлено важкими умовами роботи зарядів при незначній ширині (висоті) цих просторів;
- організацію робіт з утворення компенсаційного простору і розбурювання основного запасу руди в блоці (панелі) необхідно планувати таким чином, щоб ці роботи закінчувалися приблизно одночасно, щоб до мінімуму скоротити час стояння оголень;
- вибір раціонального варіанта утворення компенсаційного простору необхідно здійснювати за наступними критеріями: за мінімальною трудомісткості, вартістю та часом виконання робіт при більш простій їх конструкції та технології утворення.
Дата добавления: 2017-02-04; просмотров: 3297;