книги из ГПНТБ / Дубынин, Н. Г. Совершенствование технологии выемки тонких наклонных жил

данный способ доставки при разработке тонких жил является малоприемлемым.

Гидравлическая доставка руды применяется на рудниках недавно, поэтому большого распространения не получила.

Иа рудниках Хрустальном, Приморском и ряде других в очист­ ных блоках после их отработки применяется гидросмыв богатой рудной мелочи с помощью гидромониторов при давлении струи в 8—10 атм. Этот способ характеризуется быстротой выполнения работы, тщательной зачисткой богатой рудной мелочи. Поскольку при отработке жил образуется мелкокусковая руда, есть основа­ ния полагать, что и она может быть доставлена на горизонт откатки с помощью действия напорных струй воды. Кроме того, при дан­

ном способе обеспечивается непрерывность процесса и отсутствует пылеобразование.

Способу присущи и некоторые недостатки: заиливание выра­ боток откаточного горизонта, смерзание выданной на-гора руды в зимний период, ограниченные размеры куска руды.

Однако это не препятствие для успешного применения гидро­ доставки при выемке жил.

Таким образом, наиболее рациональными направлениями по совершенствованию способа доставки руды являются:

а) создание более совершенной конструкции исполнительного органа скреперной установки;

б) создание технологии доставки с использованием напорных струй (гидродоставка).

Выбор наиболее рационального направления совершенствова­ ния метода управления кровлей. Жильных месторождений, имею­ щих устойчивые вмещающие породы, которые можно отрабаты­ вать системами с открытым очистным пространством без крепле­ ния, очень мало. Этими системами в Советском Союзе добывается лить 18% руды (см. § 1). Основная руда (в условиях неустойчи­ вых боковых пород) добывается системами с обязательным крепле­ нием или закладкой выработанного пространства. Удельный вес трудовых затрат на этих работах составляет 30—40% (см. табл. 2). Следовательно, сокращение трудовых затрат на управление кровлей является неотложной задачей.

Для создания высокопроизводительной технологии разработки жил должен быть изыскан метод простой и экономически выгодный, обеспечивающий безопасность труда горнорабочих, сокращение

потерь руды.

Рассмотрим методы управления кровлей, которые применяются к современной практике разработки жил.

Поддержание рудными целиками. Применение данного спо­ соба возможно при крепкой, устойчивой руде. Основной его недостаток — большие потери руды в целиках, достигающие Ю—30%. Поэтому этот способ применяется весьма редко, при

малоценных рудах.

Поддержание очистного пространства крепью. Способ наибо­ лее распространен на рудниках. 13 качестве крепи применяются

20

бетонные и железобетонные изделия, крепежный лес, специальная сталь и т. д.

Для этого способа характерны следующие недостатки: без­ возвратные потери крепежных элементов (штаиги, распорки, костры); большая трудоемкость работ по постановке крепи; выполнение работ сопряжено с опасностью. Так как поддержание выработанного пространства крепью связано с большими трудо­ выми и материальными затратами, то этот способ управления явдяется малоприемлемым и нуждается в совершенствовании.

Поддержание выработанного пространства закладкой. Как и предыдущий, этот способ весьма трудоемок и малопроизводителен. С уменьшением угла наклона закладываемой выработки затраты увеличиваются: добычные работы приходится вести в двойном объеме — собственно по добыче руды и по добыче и доставке закладочного материала. Общие затраты при данном методе управления кровлей превышают затраты при поддержании выра­ ботанного пространства крепью, поэтому он также малоприемлем.

Метод управления кровлей обрушением. Породы кровли Смир­ новского и аналогичных месторождений не способны самообрушаться вслед за продвижением очистного забоя, следовательно, классический метод, применяемый при выемке углей, сланцев, марганцевых руд [25], неприемлем. Наиболее целесообразным в этих условиях является метод принудительного обрушения кровли зарядами ВВ. Данный способ управления кровлей рас­ пространен незначительно и носит опытный характер. Сущность его состоит в том, что кровля периодически обрушается зарядами шпуров (скважин) по установленному шагу посадки. Способ характеризуется относительно небольшими затратами [4, 25].

На Североуральских бокситовых рудниках при выемке рудных тел мощностью 1—3 м производят обрушение пород кровли заря­ дами шпуров. Угол падения рудных тел 20—35°. Вмещающие породы представлены неустойчивыми известняками. Кровлю обрушают после обнажения по простиранию на 15 м, для чего бурят и взрывают два ряда шпуров глубиной 2—2,5 м [4, 35].

Из изложенного следует, что в создании более совершенного и экономически выгодного способа управления кровлей при разработке тонких жил, залегающих в недостаточно устойчивых породах, наиболее рациональным направлением является дальней­ шее совершенствование метода принудительного обрушения кро­ вли зарядами ВВ.

* *

*

Таковы рациональные пути совершенствования технологии разработки тонких наклонных жил.

Как показано в § 1, 2, технология очистной выемки тонких жил (0,7—2 м) наклонного падения (25—45°) на Приморском и других отечественных рудниках нуждается в коренном улучше­ нии.

21

В связи с этим была поставлена цель — разработка новой, более совершенной технологии выемки тонких наклонных жил, при которой производительность труда была бы повышена в 1,5_ 2 раза, а себестоимость добываемой руды значительно снижена.

Так как технология разработки состоит из отдельных звеньев добычного цикла, то для достижения поставленной цели необхо­ димо было усовершенствовать каждое из них. В связи с этим конкретными задачами исследований являлись:

1. Улучшение технологии отбойки руды.

с применением буро-взрывных работ, для чего используется шпу­ ровой и изредка скважинный способ. Поэтому нужно было иссле­ довать не только параметры сетки расположения шпуров и сква­ жин, величину зарядов и методы их взрывания, но изыскать более рациональный способ бурения.

Проведено исследование способов бурения и собственно от­ бойки руды, т. е. определение рациональных параметров распо­ ложения шпуров и скважин, их глубины, диаметра, величины заряда ВВ.

§ 1. ВЫБОР РАЦИОНАЛЬНОГО СПОСОБА БУРЕНИЯ

На рудниках цветной металлургии распространено перфора­ торное бурение шпуров и скважин, основными недостатками кото­ рого являются большая энергоемкость процесса бурения и обра­ зование мелкодисперсной пыли, которая при наличии свободной окиси кремнезема силикозоопасна. Кроме того, при работе быстро­ ударных перфораторов возникает сильный шум, вибрация, вызы­ вающая у бурильщиков виброболезнь.

Как было сказано выше, заслуживают внимания серийно выпускаемые промышленностью электробуры ЭБГ, которые эф­ фективно используются на угольных шахтах и некоторых руд­ никах [10, 43, 571.

Так как крепость руд и пород Смирновского месторождения относительно небольшая (/= 6 —14), а показатель абразивности, по Л. И. Барону [111, не превышает 30 мг, применение враща­ тельного бурения может оказаться перспективным. В связи с этим были проведены опыты по применению вращательного бурения.

22

Pur. ". Электробур ЭПГ в забое.

Бурение шнуров вращательным способом. Скорость бурения и стойкость бурового инструмента являются основными пара­ метрами, влияющими на производительность и экономическую эффективность буровых работ.

Исследования, однако, были ограничены выбором электробура ЭБГ, который имеет мощность двигателя 3 кВт, только две ско­ рости вращения шпинделя (155 и 306 об/мин) и два типа наиболее совершенных резцов БИ-741 и РКС (диаметром 42 мм). Шлам при бурении удаляли водой.

Задачами исследования являлось:

1) выяснить возможность применения вращательного бурения по породам Смирновского месторождения;

горизонте штольни 26. Из-за отсутствия специальных буропод­ держивающих устройств электробур устанавливали на распор­ ных колонках перфоратора КС-50, как показано на рис. 7.

Бурение осуществлялось в малообводненных алевролитах, с коэффициентом крепости, равным 8. Было пробурено около 400 м шпуров и израсходовано 60 резцов.

23

с таким расчетом, чтобы при прижатии резца к забою они не заби­ вались шламом, а вода свободно подавалась через них в забой шпура. Было также повышено до 6—8 атм давление воды, пос­ тупающей в канал бура. Все это обеспечило нормальную работу резца, после чего поломок его уже не наблюдалось.

Результаты опытного бурения представлены в табл. 7, по данным которой построены графики зависимости скорости бурения и стойкости резца от усилия подачи (рис. 8, а, б).

Опыты показали, что вращательный способ бурения в условиях наиболее распространенных пород (/■-■-8) и по производитель­ ности значительно превосходит перфораторный.

Из табл. 7 и рис. 8, а и б видно, что усилие подачи весьма влияет на скорость бурения. С увеличением усилия подачи растет механическая скорость бурения. Если с усилием прижатия буро­ вого инструмента к забою, равным 300 кГ, скорость бурения составляет 0,17 м/мин (резец РИС, П--305 об/мин), то при макси­ мальном усилии подачи 1600 кГ она достигает 1,65 м/мин, т. е. увеличивается почти в 10 раз.

Число оборотов шпинделя также оказывает большое влияние на скорость бурения. При числе оборотов шпинделя электробура, равном 155, и усилии подачи 1000 кГ скорость бурения равна 0,58—0,69 м/мин. При числе оборотов 305 она достигает 0,92— 1,05 м/мин, т. е. увеличивается почти в 2 раза.

Стойкость разцов зависит и от величины усилия подачи.

24

Критерий оценки стойкости резца был определен после пробного бурения. Установлено, что резкое падение скорости бурения происходит при появлении на лезвиях резцов площадки затупле­ ния шириной 2,5 мм. Это хорошо согласуется с результатами

других работ 110, 441.

Из табл. 7 и рис. 8, а и б видно, что стойкость резца БИ-741 и РКС с увеличением усилия подачи возрастает. Однако начиная с усилия подачи 1200 кГ она снижается, из чего следует, что сменная скорость бурения с увеличением усилия подачи не может расти непрерывно. С одной стороны, это связано с механической прочностью резца, с другой — с увеличением износа резцов начинает расти время, затрачиваемое на вспомогательные операрации (замена резцов, смена буров, остановка и пуск электробура). Все это ведет к возрастанию стоимости бурения. В опытах бурения при усилии подачи свыше 1500 кГ наблюдались случаи поломки резца. Следовательно, это усилие является предельно возможным по условиям обеспечения максимальной стойкости и безаварийной работы.

Несмотря на то, что механическая скорость бурения резцами БИ-741 оказалась на 15—18% выше скорости резцов РКС, послед­ ние более работоспособны; стойкость их почти в 2 раза выше (п=305 об/мин). Число оборотов шпинделя на стойкость резца

существенно не влияет.

Таким образом, оптимальный режим бурения наиболее рас­ пространенных пород (алевролиты, песчаники / —8) составит: 1) усилие подачи, равное 1200—1300 кГ; 2) число оборотов шпин­ деля в минуту 305; 3) давление промывочной воды 6—8 атм.

25

I

При этом режиме бурения наилучпше результаты могут быть достигнуты с усилением надежной очистки забоя шнура от буро­ вой мелочи и использования достаточно острых резцов.

Опытное бурение показало, что вращательное бурение в срав­ нении с перфораторным способом характеризуется более благо­

Сравнительные испытания электровращательного и перфора­ торного бурения. С- целью сравнения вращательного и перфора­ торного способов бурения были проведены опыты по бурению шпуров в породах с коэффициентом крепости от 6 до 14. Приме­ няли электробур ЭБГ и телескопный перфоратор ПТ-29.

В качестве режущего инструмента использовали для враща­ тельного бурения резцы PKG (как наиболее стойкие по результатам предыдущей серии опытов) и для перфораторного — коронки типа «КО». Было пробурено по каждой разновидности пород по 5 шпуров глубиной 1,6 м (всего 90 шпуров). Результаты опытов приведены в табл. 8, по данным которой построен график, пред­ ставленный на рис. 9.

Из графика рис. 9 и табл. 8 видно:

1)механическая скорость бурения по породам /= 6 —10 элект­ робурами в 3—4,3 раза выше, чем перфораторами;

2)при бурении крепких пород (песчаники) с коэффициентом крепости 12—13 скорости бурения становятся практически оди­ наковыми;

26

3) при бурении пород кре­

постью более 13 вращательное бу­ рение по производительности ста­

новится значительно ниже перфо­ раторного;

4)износостойкость резца РКС

в1,5—1,8 раза ниже, чем корон­

пости пород. Данные произведенных расчетов приведены в табл. 9, из которых видно, что электровращательное бурение вследствие меньших затрат целесообразно применять по породам с /<Д12. В этом случае вращательный способ экономичнее перфораторного на 40—60% (табл. 9). При бурении более крепких пород перфо­ раторный способ оказывается эффективнее вращательного.

Из изложенного следует:

1. Применение электробуров для бурения по породам с коэф­

вз _4,3 раза, позволяет снизить себестоимость бурения на 40—60%.

2.Лучшие показатели вращательного бурения наиболее рас­ пространенных пород / = 8 обеспечиваются при оптимальном

режиме:

а) усилии подачи 1200—1300 кГ; б) числе оборотов шпинделя в минуту 305;

в) давлении промывочной воды, равном 6—8 атм.

3. При работе электробуров создаются благоприятные сани­ тарно-гигиенические условия труда забойных рабочих.

4. Поскольку вращательное бурение имеет большие преиму­ щества перед перфораторным, целесообразно внедрить его в усло­ виях, описанных выше.

27

В связи со сказанным вращательный способ бурения принят для создания высокопроизводительной технологии бурения

§ 2. КОНСТРУКЦИИ НОВЫХ БУРОВЫХ УСТАНОВОК

В целях уменьшения трудоемкости вспомогательных работ при бурении, обеспечения лучших условий труда бурильщиков, целесообразно буровые машины разместить на специальные уста­ новки, необходимые при применении как электробуров ЭБГ так и пневматических бурильных машин.

Промышленностью буровые установки для условий узкого очистного забоя не выпускаются. Сотрудниками лаборатории и СКВ ИГД СО АН СССР были разработаны и созданы две кон­ струкции буровых установок: для электробуров — ПБУ-1 и перфораторов — БУП-1 *.

* Мальберт П. Э. п др. Буровая гидрофицированпая каретка,— «Физ­ техи. пробл. разраб. полези. ископ.», 1970, № 4.

Мальберт П. Э. и др. Шагающая буровая каретка.— «Колыма», 1970,

23

При разработке конструкции оуровых установок учитывалось

следующее:

1) перемещение установки вдоль забон-лавы должно быть

механизировано; 2) па установке необходимы две буровые машины;

3) в период бурения установка должна надежно раскрепляться. На рис. 10 и И показан общий вид созданной передвижной буровой установки шагающего типа ГІБУ-1, на которую получено

нами авторское свидетельство 101].

Передвижная буровая установка ПБУ-1 (рис. 10) состоит из двух лыж 4, соединенных поперечиной 5. Па лыжах крепятся гидростойки 1, соединенные между собой траверсой-крестови­ ной 3. К поперечине основания крепится домкрат передвижения 7,

29