3.1.4. Механическая отбойка

Механическая отбойка — отделение полезного ископаемого от массива при помощи различных инструментов и механизмов. Она применяется только при добыче мягких руд. Этим способом отбивают калийные и марганцевые руды, пищевую соль и практи­чески весь естественный пильный камень, используемый в строи­тельстве.

Механическая отбойка применяется в двух вариантах: с выем­кой заходками с площадью поперечного сечения 7—9 м² и с выем­кой длинными забоями. При выемке заходками отбойку осуществ­ляют с помощью проходческих комбайнов.

Отбитая руда загружается на забойный ленточный конвейер, затем перегружается на панельный и далее — на магистральный конвейеры. Некоторые рудники, добывающие марганцевую руду, оборудованы конвейерным подъемом по наклонным стволам, по­этому руда в них движется непрерывно от забоя до поверхности.

Выемку лавами ведут с применением механизированных ком­плексов. Комбайн, двигаясь вдоль забоя, отбивает слой руды и гру­зит ее на конвейер. После отработки каждого слоя на всю длину забоя крепь передвигается секционно вслед за конвейером, кровля забоя за крепью обрушается. Комбайны могут обеспечивать как валовую, так и селективную выемку.

В настоящее время ведутся разработки по созданию различных типов комбайнов для механической отбойки руд средней крепости и даже крепких, проведения горных выработок, особенно вос­стающих.

Пиление пород (известняков, туфов и т. п.) применяют в ос­новном для получения естественных блоков строительных мате­риалов. Проводятся испытания по выпиливанию блоков при добы­че каменной соли с помощью камнерезных машин, имеющих баро-вый, дисковый или торцовый фрезерный режущий орган. На золо­тодобывающих рудниках ЮАР ведут пиление крепких кварцитов для отрезки жил от висячего и лежачего боков, что обеспечивает точную выемку по контактам.

3.J.5. Самообрушение

Самообрушение — это отделение от массива кусков руды под действием собственной массы и горного давления.

Для инициации процесса самообрушения под рудным масси­вом проводят сеть пересекающихся выработок, разделенных между собой небольшими целиками. Затем на определенной площади це­лики разрушают (взрывают), вследствие чего рудный массив снизу лишается опоры (подсекается). Под действием собственной массы и давления налегающих пород рудный массив начинает растрески­ваться и обрушаться. Увеличивая площадь подсечки, можно разви­вать самообрушение массива.

Наиболее благоприятна для самообрушения руда, разбитая частой сетью трещин, однако достаточно устойчивая, чтобы в ней можно было сохранять горные выработки. Самообрушение позволяет экономить на взрывчатых веществах, взрывчатых ма­териалах, на проходке и креплении выработок, вентиляции и прочих расходах.

На месторождениях с бедными рудами самообрушение — единственный способ отбойки, остающийся наиболее приемлемым с точки зрения экономики и безопасности.

Возможность применения самообрушения как способа отбой­ки зависит от физико-механических свойств горных пород, трещи-новатости массива и элементов залегания рудных тел.

Свойства горных массивов достаточно разнообразны, и для определения их устойчивости или обрушаемости в мировой прак­тике используются классификации, в которых физико-механи­ческие свойства и геомеханические характеристики массивов сис­тематизируются и сводятся к общему числовому рейтинговому по­казателю.

Степень склонности к самообрушению характеризуется вели­чиной гидравлического радиуса (не как в геометрии — расстояние от центра круга до огибающей, а как в гидравлике — отношение площади активной поверхности к ее периметру). В случае оценки обрушаемости эта поверхность (площадь подсечки) — минималь­ное горизонтальное обнажение в рудном теле таких размеров, при которых начинается процесс растрескивания массива и разрушения кровли. Этот процесс необратимый, и развитие обрушения проис­ходит в виде вертикального столба и продолжается вплоть до вы­хода на поверхность.

До недавнего времени одним из сдерживающих факторов для применения самообрушения был большой выход негабарита. Это сильно увеличивало дополнительные расходы на вторичное дроб­ление, ликвидацию зависаний и поддержание выпускных вырабо­ток. Дополнительное поддержание выпускных выработок необхо­димо, поскольку ликвидация зависаний производится взрывным способом в выпускных, что приводит к их разрушению.

В настоящее время выпускается погрузодоставочное оборудо­вание с вместимостью ковша до 12 м³ и грузоподъемностью до 25 т (рис. 5.21), что позволяет увеличить размер кондиционного куска и площадь выпускных отверстий.

Кроме рассмотренных, в различных горно-технических усло­виях применяют гидравлическую отбойку с помощью высокона­порных струй воды, электроимпульсный и инфракрасный способы разрушения рудного массива. Лазерный способ применяют для ре­зания пород.

3.2. Доставка отбитой руды

Доставка — перемещение отбитой руды от места отбойки (из забоя) в емкости подземного транспорта. На нее приходится от 30 до 50 % всех затрат на очистную выемку в блоках (включая вто­ричное дробление).

3.2.1. Самотечная доставка отбитой руды

Самотечная доставка отбитой руды осуществляется по очист­ному пространству, по рудоспускам, при выпуске отбитой руды. После самотечной доставки по очистному пространству следуют ее выпуск и погрузка в транспорт или механизированная доставка. Самотечная доставка ведется беспрепятственно при углах наклона лежачего бока не менее 55—60°.

Если очистное пространство заполнено отбитой рудой и пус­тыми породами (выпуск руды под налегающими породами), то вследствие давления на нее толщи налегающих пород самотечная доставка затруднена и идет беспрепятственно только при углах на­клона лежачего бока более 65—70°. При меньших углах наклона рудного тела увеличиваются потери руды на лежачем боку. Доступ в очистное пространство невозможен, поэтому отбитая руда на ле­жачем боку теряется, как правило, безвозвратно.

Самотечную доставку отбитой руды по рудоспускам приме­няют на многих рудниках. Длина рудоспусков меняется от не­скольких метров до сотен метров, угол их наклона должен быть не менее 55—60°, а его диаметр в 3—4 раза больше размера кондици­онного куска. Для предотвращения попадания в рудоспуск негаба­ритов, способных вызвать заторы, в устье рудоспуска устанавли­вают грохот — прочную решетку из рельсов или труб с размером ячейки, равным размеру кондиционного куска. Негабариты не про­ходят сквозь эти ячейки, и их подвергают дроблению. Рудоспуски располагают по возможности в крепких породах, чтобы избежать необходимости их крепления, так как крепь сильно изнашивается. По мере износа диаметр рудоспусков увеличивается в 3—4 раза.

Выпуск отбитой руды — последовательное извлечение отби­того полезного ископаемого из очистного пространства или акку­мулирующей емкости под действием сил гравитации при воздейст­вии погрузочных и доставочных машин. Различают подэтажный и этажный выпуск. Подэтажный выпуск в основном торцевой, а этажный чаще всего донный.

Донный выпуск осуществляют через специальные выработки в днище (основании) очистных блоков. Он появился раньше и до не­давнего времени был наиболее распространен. При донном выпус­ке в нижней части блока устраивают специальные выпускные вы­работки (воронки или траншеи), через которые отбитая руда со всей площади очистного блока поступает в доставочные выработки для последующей механизированной доставки руды. На рис. 5.22 изображены выпускные воронки и выпускные траншеи.

Воронки при донном выпуске имеют угол наклона стенок око­ло 60° и диаметр по верху от 6 м до 25 м. В верхней части воронки соприкасаются, чтобы в них могла поступать руда со всей площади очистного блока.

Воронка — углубление в днище (основании) блока в форме перевернутого конуса или пирамиды. В основании воронки прохо­дят выработку (выпускную дучку), соединяющую очистное про­странство с доставочным или транспортным горизонтом.

Траншеи имеют сходящиеся к низу боковые стенки. В попе­речном сечении траншея имеет форму опрокинутой трапеции, в основании которой через 5—8 м проведены дучки, соединенные нишами с доставочной выработкой. Для их образования в основа­нии проходят траншейную выработку, из которой выбуривают вер­тикальные веера скважин и взрывают их, как правило, одновре­менно с отбойкой руды в блоке. К траншее снизу проходятся по­грузочные выработки, через которые ее соединяют с доставочным или транспортным горизонтом.

Рис. 5.22. Основания блоков при донном выпуске отбитой руды:

а — воронки; б — траншеи; / — откаточные орты; 2 — рудоспуск; 3 — выпускная выработка; 4 — скреперный штрек; 5 — вентиляционный восстающий; 6 — во­ронки; 7 — дучка; 8 — ходовой восстающий; 9 — откаточный штрек; 10 — заезды для погрузочной машины; 11 — веер взрывных скважин для образования тран­шеи; 12 — траншейный штрек; 13 — траншея; 14— выпускные отверстия в почве траншейного штрека

Торцевой выпуск отбитой руды производят непосредственно в доставочную выработку, через ее торец. По доставочной выработке рудную массу перемещают с помощью самоходного оборудования, питателя или конвейера. По мере выпуска всей отбитой руды с данного положения торца доставочной выработки осуществляется последовательное погашение этой выработки в отступающем по­рядке, чтобы можно было выпускать отбитую руду с новых поло­жений ее торца (рис. 5.23.). При донном выпуске пункты поступле­ния отбитой руды к средствам механизированной доставки стацио­нарны, а при торцевом — перемещаются.

Выпуск отбитой руды может происходить из очистного про­странства под прикрытием потолочины или непосредственно под налегающими обрушенными породами. Чтобы отбитая руда под действием собственной массы перемещалась к выпускным выработ­-

Б-Б

х

кам, угол наклона стенок очистного блока (лежачего бока) должен быть не менее 50—55° при выпуске из камеры и не менее 65—75° — при выпуске под налегающими обрушенными породами. Если угол падения рудных залежей меньше указанных значений, то уст­раивают выпускные выработки не только в днище, но и в лежачем боку или допускают большие потери руды, либо подрабатывают пустые породы лежачего бока, вызывая засорение руды.

Выпуск отбитой руды под прикрытием потолочины не требует особого режима: выпускать можно из любых отверстий в любых количествах. Однако выпуск отбитой руды под налегающими об­рушенными породами — весьма сложный процесс. Режим этого 512 выпуска предопределяют величины показателей извлечения руды, оценить которые можно косвенными методами. При выпуске под налегающими обрушенными породами вначале выходит чистая отбитая руда (с содержанием Д_руд в количестве Д_чр.), а затем появ­ляется и начинает возрастать примесь пустых пород. Выпуск из каждого отверстия прекращают, когда разубоживание в последней дозе выпуска достигнет экономически допустимой величины Рпред * 70-80 %.

Истечение отбитой руды через одиночные отверстия происхо­дит из объемов, напоминающих по форме эллипсоиды вращения с вытянутой вертикальной осью — эллипсоидов выпуска.

Эллипсоид выпуска — это фигура истечения, все частицы ко­торой, лежащие на поверхности фигуры, приходят к выпускному отверстию одновременно, но пути у них разные, а значит, и скоро­сти движения этих частиц разные (рис. 5.24, а).

Коэффициент вытянутое™ эллипсоида (отношение его высоты к наибольшему горизонтальному диаметру) возрастает с увеличе­нием сил трения и особенно сил сцепления за счет присутствия мелких глинистых частиц, влаги, уплотнения руды.

На место выпущенной порции (из объема эллипсоида выпуска) поступает руда из окрестностей эллипсоида выпуска, что приводит в определенной зоне к разрыхлению. Форма объема, в пределах которого происходит разрыхление, сходна с эллипсоидом выпуска, и отсюда она получила наименование эллипсоида разрыхления (см. рис. 5.24, б). Эллипсоид разрыхления подобен эллипсоиду выпуска, но значительно больше его по размерам.

При значительной высоте выпускаемого слоя отбитой руды (высоте блока Я_бл) можно считать, что в начале выпуска контакт руды и породы опускается параллельно первоначальному положе­нию, оставаясь горизонтальным. Так происходит до определенно­го уровня, соответствующего высоте касающихся эллипсоидов. Касающимися называют эллипсоиды выпуска из смежных отвер­стий. Их диаметр равен расстоянию между осями отверстий D₀. Когда поверхность руды (контакт) опустится ниже вершин ка­сающихся эллипсоидов, то частицы, расположенные над осями отверстий, начнут перемещаться с наибольшей скоростью, поэто­му поверхность контакта руды с налегающими пустыми породами начнет прогибаться.

б

Рис. 5.24. Эллипсоиды:

а — выпуска в развитии (стрелками показано направление и относительная ско­рость перемещения частиц, расположенных на поверхности большого эллипсои­да); б — выпуска 2 и разрыхления / при выпуске через одиночное отверстие; 3 — i-раницы слоев, которые до начала выпуска были горизонтальными; D — диаметр эллипсоида выпуска; Н — высота эллипсоида выпуска

Идеальные условия с горизонтальным контактом руды с нале­гающими обрушенными породами встречаются не всегда. Нередко у отбитой руды имеются и горизонтальный, и вертикальный кон­такты с обрушенными породами, а иногда два или даже три верти­кальных контакта. Это — причина дополнительных потерь и разу-боживания руды. При выпуске руды в гребнях, образующихся ме­жду воронками, остается горная масса, которую относят к потерям на этом горизонте.