§ 6. Характеристика основных операций очистной выемки

Основными операциями очистной выемки являются: отбойка руды, доставка ее до откаточного горизонта и поддержание выра­ботанного пространства. О важности этих операций можно судить по затратам на их выполнение, которые составляют от 75 до 90% стоимости очистной выемки и 40—60% полной рудничной себестои­мости.

Трудоемкость отдельно по каждой операции зависит от физико-механических свойств руды и вмещающих пород, принятой системы разработки. Так, при отработке крепких устойчивых руд в устойчи­вых вмещающих породах самой трудоемкой операцией является бурение шпуров и отбойка руды, так как выработанное пространство поддерживают временными целиками. Наоборот, при отработке сла­бых руд в неустойчивых вмещающих породах, затраты на отбойку руды будут меньше, но на поддержание выработанного пространства они составят более 50% общих затрат на очистную выемку.

Отбойку руды при очистной выемке производят шпурами, глубокими скважинами и камерными зарядами.

К отбойке руды предъявляются следующие требования: обеспе­чение безопасности работ; достижение максимальной производи­тельности при минимальных затратах; обеспечение достаточной сте­пени дробления массива при минимальных потерях и разубоживании руды для данных условий.

Отбойку руды шпурами применяют в большинстве случаев при отработке месторождений малой мощности. Для облег­чения труда бурильщиков и увеличения производительности отбойки при очистной выемке мощных пологих месторождений широко ис­пользуют самоходные буровые каретки на гусеничном или резиновом ходу.

Основными показателями отбойки руды являются выход горной массы с одного шпурометра и расход ВВ на 1 м³ руды. Эти показатели зависят от физико-механических свойств руды, диаметра и глубины шпуров, расположения их, числа обнаженных плоскостей обуриваемого участка залежи и параметров забоя. Увеличивая диаметр и глубину шпуров, можно добиться уменьшения расхода ВВ и уве­личения выхода руды с одного шпурометра, но это часто приводит к снижению производительности бурения и увеличению выхода не­габарита (определяют в процентах как общий объем кусков, имеющих размеры выше предельно допустимых, в отношении ко всему объему отбитой горной массы).

Достоинствами шпуровой отбойки руды является хорошее ка­чество дробления, возможность точно следовать за контурами рудного тела по контакту и тем самым вести разработку с минимальными потерями и разубоживанием.

К недостаткам следует отнести низкую производительность труда бурильщика, повышенный расход ВВ, большое пылеобразование при бурении.

Отбойку штанговыми шпурами применяют для увеличения глубины шпуров и производительности труда буриль­щиков.

Для бурения штанговых шпуров применяют телескопные и ко­лонковые перфораторы ПТ-36, КС-50, КЦМ-4и др. Штанговые шпуры бурят глубиной до 6—8 м и более коронками диаметром до 85 мм. В последнее время имеется тенденция к уменьшению диаметра коро­нок до 52—56 мм (Миргалимсайский рудник) и до 65 мм (Заполярный рудник), при этом увеличивается производительность бурильщика до 17—25 м/смену в породах крепостью 12—18.

Схемы расположения штанговых шпуров, а также возможные случаи применения отбойки штанговыми шпурами рассмотрены при изучении систем разработки.

Отбойка глубокими скважинами наиболее рас­пространена при разработке мощных месторождений. Этот способ обеспечивает высокую производительность труда бурильщиков, низ­кое пылеобразование, более безопасен, так как рабочие находятся в выработках небольшого сечения. Недостатки: значительный выход негабаритов, вследствие чего требуется вторичное дробление руды; сильный сейсмический эффект, вызывающий нарушение крепи в выработках; значительное разубоживание (потери) руды из-за невозможности отбивать руду точно по контакту рудного тела с вме­щающими породами. При отбойке руды глубокими скважинами при­меняют следующие способы бурения: вращательное коронками, арми­рованными твердыми сплавами или алмазами, шарошками; ударно-вращательное с погружными пневмоударниками.

Вращательное бурение коронками, армированными твердыми сплавами, применяют для бурения глубоких скважин (взрывных, разведочных, дренажных) диаметром 36—100 мм в породах средней крепости.

Станки с пневматическим приводом (АБВ-1, АБВ-2, АБВ-ЗМ, СРВ) регулируют число оборотов бурового инструмента и осевого усилия, это дает возможность вести работы на оптимальных режимах, а станком АБВ-ЗМ возможно бурение в породах различной крепости. Для удобства транспортирования станки изготовляют разборными. Скорость бурения скважин зависит от физико-механических свойств руды, диаметра скважин, мощности двигателя. С увеличением длины скважин уменьшается скорость бурения ввиду затрат времени на наращивание штанг, увеличение трения штанг о стенки скважин.

Бурение алмазными коронками наиболее эффективно в породах высокой крепости, так как с увеличением крепости пород увеличи­вается эффективность бурения по сравнению с твердосплавными коронками. Для бурения глубоких скважин применяют мелкоалмаз­ные коронки диаметром 30—40 мм. По своей конструкции они бывают керновые, со сплошным режущим кольцом, и секторные. Бурение этими коронками высокопроизводительно при высоких скоростях вращения бурового инструмента.

Для повышения устойчивости алмазных коронок и выноса буровой мелочи, а также для ее охлаждения в скважину необходимо подавать воду. Конструкции станков алмазного бурения обеспечивают воз­можность бурить скважины в различных по своим свойствам рудах и вмещающих породах и повысить производительность бурения в 3—5 раз. В связи с открытием месторождения алмазов в Якутской АССР и промышленным получением искусственных алмазов возмож­ность применения алмазного бурения значительно возросла.

Для бурения глубоких скважин его также применяют в Канаде, США, Австрии, Японии.

Применение шарошечных долот является срав­нительно новым способом бурения скважин большого диаметра (145—160 мм). Его широко применяют при бурении глубоких сква­жин на нефть и газ, а также для бурения скважин в подъемных условиях. Для станков шарошечного бурения характерны большие осевые усилия, большие крутящие моменты на шпинделе, на станках установлены мощные электрические двигатели, что вызывает уве­личение веса станка. Для выноса буровой мелочи и подавления пыли, образующейся при бурении, в колонку штанг через промывочный сальник подается вода.

Пневмоударное бурение применяют при бурении глубоких сква­жин в рудах крепостью 8—18. Внедрение этого способа бурения способствовало созданию целого ряда высокопроизводительных систем разработки, что позволило почти полностью отказаться от дорого­стоящего способа отбойки руды камерными зарядами.В отличие от обычного перфоратора, пыевмоударник не имеет поворотного механизма. В скважину он подается при помощи става штанг.

Основная особенность пневмоударника, работающего в сква­жине, заключается в том, что ударное действие и вращение с подачей осуществляются независимыми частями агрегата: первое — бойком пневмоударника, а второе — специальным электродвигателем через

колонку штанг. Буровая мелочь выносится из скважин потоком воды. Сжатый воздух и смазочное масло поступают в пневмоударник через переходник, соединенный со штангами и автоматической масленкой. При разбуривании массива глубокие скважины могут распола­гаться, горизонтально (рис. 52, а, б) или вертикально (рис. 52, в, г). В ряду скважины пробуривают параллельно (рис. 52, а, в) или ве­ерообразно (рис. 52, б, г). Горизонтальные скважины имеют неболь­шой наклон (2—3°) для лучшего выноса буровой мелочи. Выбор схемы расположения глубоких скважин зависит от физико-механи­ческих свойств руды, принятой системы разработки и бурового оборудования.

Рис. 52. Схемы расположения глубоких скважин.

При параллельном расположении скважин из восстающих 2 (рис. 52, а) проводят буровые выработки 1 (орты или штреки), из которых бурят глубокие скважины. Для отбойки руды в нижней части блока необходимо или сделать подсечку (рис. 52, а, б) или отрезную щель (рис. 52, в, г). При этом отбивать руду можно в на­правлении снизу вверх при горизонтальном расположении скважин или на отрезную щель — при вертикальном. Веерообразно располо­женные глубокие скважины бурят из буровых ниш 3 или буровых штреков (ортов) 4. Сечение буровых выработок зависит от габаритов бурового оборудования. Обычно сечение буровых выработок не пре­вышает 5—8 м². Толщина отбиваемого слоя т, так же как и расстоя­ние между скважинами а, зависит от диаметра скважины и применя­емого ВВ, крепости руды и других факторов и находится в пределах

2-6 м. Отношение а / т —называют коэффициентом сближения, величина его находится в пределах от 0,7 до 1,45.

Достоинством параллельного расположения скважин является меньшая, чем при веерном, суммарная длина скважин и равномер­ное распределение заряда ВВ в разбуриваемом массиве, что поло­жительно сказывается на качестве дробления руды.

Одним из недостатков такого расположения следует отметить частую перестановку буровых станков. Указанный недостаток устра­няется с применением самоходной буровой техники.

При веерном расположении глубоких скважин, по сравнению с параллельным, лучше условия труда бурильщика в связи с умень­шением работ по переноске станка и оборудованию рабочего места; уменьшается объем проходки буровых выработок для одних и тех же условий; улучшается безопасность работ, так как длительное время станок находится на одном рабочем месте, что позволяет лучше его оборудовать. Однако при таком расположении скважин увеличивается их суммарная длина и соответственно стоимость бурения и проходки буровых ниш.

Выбор между параллельным и веерным расположением глубоких скважин осуществляется сравнением технико-экономических пока­зателей отбойки.

Отбойку камерными зарядами в настоящее время применяют редко ввиду ее большой трудоемкости, повышенного выхода негабарита и пылеобразования, разрушительного действия камерных зарядов не только на днище приемного горизонта, но и на междукамерные, и потолочные целики, а также висячий бок. Данный способ отбойки применяют при отбойке весьма крепких абразивных руд, когда бурение глубоких скважин экономически нецелесообразно, в основном — в сочетании с отбойкой скважинами при выемке целиков и потолочин,

Доставкой руды называют ее транспортирование от места отбойки до откаточных выработок. Доставка руды является важной опера­цией, затраты на ее выполнение в зависимости от применяемых систем разработки составляют от 20 до 30% общей суммы расходов на очистную выемку.

Выбор способа доставки зависит от условий залегания месторо­ждения и принятой системы разработки.

Доставка под действием собственного веса является наиболее экономичной и производительной по сравнению с другими способами и поэтому имеет место почти при каждой системе разработки крутых месторождений. Угол наклона рудного тела должен быть не менее 45—50°. С уменьшением угла наклона до 35° применяют дополни­тельные устройства (решетки, настилы, желоба, трубы).

Скреперную доставку руды вследствие простоты устройства, надежности работы в трудных условиях применяют при разработке крепких руд. Скреперная доставка руды, доставка руды конвейерами и самоходными вагонетками рассмотрены в главе III.

Доставленную до откаточных выработок руду через люковые-устройства грузят в вагонетки. От принятой конструкции люка зависит производительность погрузки и подземного транспорта в целом. На выбор конструкции люка влияют следующие факторы: количество перепускаемой через люк руды, ее гранулометрический состав, срок службы люка, емкость вагонеток' и другие факторы. Конструкция люка должна обеспечить безопасные условия работы, хорошее истечение руды и быстрое его прекращение при закрытии затвора, устранение просыпания руды, возможность механизации погрузки.

Различают следующие основные, наиболее распространенные типы люковых затворов: секторные, пальцевые, цепные.

Более часто применяют секторные затворы благодаря простоте и надежности их конструкции, безопасности работы люкового, хо­рошему регулированию истечения руды и высокой производитель­ности погрузки. Затворы бывают односекторные и двухсекторные. На рис. 53, а показан двухсекторный люк с механическим управле­нием. Люк состоит из днища 1, люковых затворов 2, открывающихся во время загрузки вагонетки пневматическими цилиндрами 7 (иногда вручную), бортов 3, лобовины 4, отбойника 5 и рамы 6.

Пальцевые затворы (рис. 53, б) применяют при большой произ­водительности люков, крупнокусковой руде (до 750 мм) и погрузке в большегрузные вагонетки. Пальцевый затвор состоит из пяти-семи пальцев /, изготовленных из рельсов, шарнирно насаженных на одну ось 2. При натяжении троса 3, связанного с рычагом или пневматическим цилиндром, пальцы поднимают и пропускают дви­жущуюся по подошве руду. И случае попадания кусков руды при опускании затвора под один из пальцев остальные закрываются и перекрывают поток.

Применение люков с механическим управлением значительно облегчает работу люковых и обеспечивает высокую производитель­ность транспорта.

Цепные люковые затворы (рис. 54) также применяют при погрузке крупнокусковой руды. Отличительной особенностью цепных затво­ров от пальцевых является замена пальцев цепями. Принцип дей­ствия цепных затворов аналогичен пальцевым.

Производительность при люковой погрузке зависит от грануломет­рического состава руды. С увеличением кусковатости руды произво­дительность погрузки снижается ввиду образования зависаний, которые ликвидируют взрыванием зарядов ВВ. Это, в свою очередь, повышает опасность работ и преждевременно разрушает сам люк.

Вопросы поддержания выработанного пространства при отработке месторождений освещены в разделе III, гл. IX «Системы разработки».