книги из ГПНТБ / Смолдырев А.Е. Технология и механизация закладочных работ

обуривается вертикальная прирезка сплошным забоем (слой извле­ кается после 2—3 взрываний); ведется скреперование руды в бли­ жайшую дучку; устанавливаются распорки под вышележащим ма­ том и вынимается следующий слой; передвигается выемка на б—9 м и ведется закладка вертикальной прирезки.

Если ширина выработанного пространства при отработке днища превышает 4,6 м, распорки заменяют квадратными окладами или выемку ведут в две стадии: сначала вынимают ленту шириной 3,6 м

В последние годы за границей для ограждения закладочного мас­ сива от призабойного пространства при пневматической закладке применяют эластичные прочные ткани с металлической армировкой или проволочные сетки с бумажными полосами.

На медноколчеданных рудниках «Бьютт» (США) для отработки богатых рудных тел различной мощности со слабой рудой и неустой­ чивыми боковыми породами применяли систему разработки с крепле­ нием дверными окладами и закладкой. При усовершенствованном варианте системы отработка блоков велась с использованием забоевтраншей и выемкой руды вертикальными прирезками [6].

Очистной забой принимался таких размеров, чтобы обеспечить повторение цикла очистных работ через каждые сутки. Цикл состоял

90

из бурения и взрывания руды по всей площади вертикальной при­ резки — в первую смену; разборки, крепления и переносе грохотов — ко вторую. Длина забоя принималась равной четырем — шести дверным окладам крепления.

Различие между выемкой руды прирезками с квадратными окла­ дами и забоем-траишеей состоит в способе выдачи руды из блока. Б последнем случае руду доставляют через траншеи, которые обо­ рудуют вкрест простирания рудного тела в последнем ряду крепи забоя. При длине очистного забоя в три ряда окладов, два из них закладываются, а последний ряд остается открытым и служит в ка­ честве траншеи (аналогично схеме на рис. 31). Верхний ряд крепи траншеи оборудуют грохотами, а нижние ряды, чередующиеся в шах­ матном порядке, перекрывают полками для перепуска руды.

При отработке блоков прирезками с применением траншей обес­ печивается быстрая выемка руды и, как следствие, имеет место мини­ мальное давление боковых пород на рудный массив; за счет сокраще­ ния объема вспомогательных работ сокращается цикл; возведение закладочного массива совмещается с отбивкой руды; достигается высокая производительность блока в связи с сосредоточением в тран­ шеях больших запасов руды.

Недостатками этого варианта системы являются: осадка дверных окладов в отработанной прирезке по отношению к окладам того же слоя в новой прирезке (ее величина достигает в И —12 слоях 0,8 м), а также большой расход сортового леса на отшивку. Чтобы избежать осадки отработанных прирезок и, как следствие этого, нарушения целика руды в вынимаемых прирезках, этаж (высотой 60 м), разде­ ляется на два подэтажа с выемкой их сверху вниз.

При варианте системы с траншеями применяют и гидравличе­ скую закладку. Опыт показывает, что при такой закладке обеспечи­ вается плотный, устойчивый и воздухопроницаемый закладочный массив.

На руднике «Юнайтед Берде» (США) при разработке мощной сульфидной залежи целики и потолочины погашали системой раз­ работки с креплением и закладкой (по варианту Митчелла). Сущ­ ность данного варианта системы состоит в том, что выемка руды ведется двумя параллельными забоями-траншеями с креплением квадратными окладами. Закладочный массив возводится одновре­ менно с выемкой по мере отработки целика. Выемка траншеи ведется на всю высоту рудного целика. Затем выполняется сбойка между траншеями по верхнему слою, причем между квадратными окладами устанавливают горизонтальные распорки. После этого почвоуступ­ ным забоем начинается выемка оставшегося между траншеями це­ лика руды. Целики вынимаются отдельными подэтажами длиной 14,4 м и высотой 12,8 м. Опыт показывает, что эта система позволяет отрабатывать участки рудных тел с неустойчивыми боковыми поро­ дами при значительно меньшем расходе леса и меньших затратах, чем при обычном варианте системы с креплением квадратными окла­ дами.

91

В последнее время на многих рудниках широко применяют бетонное крепление в блоках. Отработка рудных залежей ведется системой с креплением квадратными окладами и закладкой, причем рудоспуски закрепляют бетоном (рис. 34).

Для отработки целиков применяют чаще всего систему с крепле­ нием полными дверными окладами и закладкой и систему со стан­ ковой крепью и закладкой (выемкой вертикальными прирезками).

Рис. 34. Схема отработки блока системой с креплением квадратными крепеж­ ными рамами, закладкой и применением бетонных рудоспусков:

1 — руда; 2 — забой; з — закладочный массив; 4 — ходок; 5 , 6 — откаточные штреки; 7 — рудоспуск

Система разработки с креплением полными крепежными рамами и закладкой с отработкой слоев сверху вниз при выемке целиков крутопадающих рудных тел имеет свои особенности. Подготовка целика к очистной выемке состоит в проведении в породах лежачего бока восстающего, из которого начинается выемка слоя высотой 2,5 м, причем каждый слой вскрывается квершлагами и далее — ортом. Из орта проходятся заходки шириной 2—3 м в направлении от вися­ чего бока к лежачему.

Отбитая руда из заходок доставляется скрепером. После выемки каждой заходки на ее подошве укладывают прочный настил и выра­ ботанное пространство заполняют закладочным материалом.

Систему разработки со станковой крепью и выемкой вертикаль­ ными прирезками, отрабатываемыми горизонтальными слоями с за­ кладкой, применяют в двух вариантах: с расположением вертикаль­

92

ных прирезок (шириной в 1—2 станка) вкрест простирания вдоль целика или по простиранию — поперек него.

Выемку руды вертикальными прирезками вкрест простирания выполняют в два приема: первые две прирезки шириной по два станка вынимают одновременно на границах с заложенной камерой, а затем вынимают третью такой же ширины между вынутыми и заложен­ ными боковыми прирезками. В боковых прирезках оборудуют вос­ стающие, а на границах со средней прирезкой — рудоспуски. Рудо­ спуск обслуживает в дальнейшем среднюю прирезку; по нему доста­ вляют закладочный материал и выдают руду.

Выемку целика прирезками, расположенными по простиранию, ведут в направлении от висячего бока к лежачему. Для увеличения интенсивности отработки целика этаж делится ортом на два под­ этажа. Каждый подэтаж в целике отрабатывается прирезками ши­ риной в два станка. В выработанной прирезке оставляют незаложен­ ными два вертикальных ряда станков для обслуживания следующей прирезки. Доставка руды по орту ведется скрепером. Выемка цели­ ков прирезками по простиранию производится обычно более интен­ сивно; потери руды меньше, чем при выемке прирезок вкрест про­ стирания.

Для отработки целиков мощных залежей при заложенных ка­ мерах можно применять описанный выше вариант системы с кре­ плением и закладкой при отработке забоя-траншеи.

Технико-экономическая характеристика систем. По технико-эко­ номическим показателям применения системы разработки со стан­ ковой крепью и закладкой на отечественных рудниках лучшие пока­ затели дает вариант с выемкой руды длинными блоками: произво­ дительность труда забойного рабочего — до 2 м3/смену, буриль­ щика — 8 м3/смену. Расход материалов на 1 м3 добычи: ВВ — 0,8 кг, крепежного леса — до 0,5 м3, потери — 2%, разубоживание — до 5%.

При системе разработки с распорной крепью и закладкой на оте­ чественных рудниках получены показатели (для крутонадающих рудных залежей мощностью до 4—5 м): производительность труда забойного рабочего 1,5—2 м3/смену, бурильщика 5—8 м3/смену. Расход материалов на 1 м3 руды: ВВ 1.5—1,8 кг, крепежного леса 0,15—0,20 м3; потери руды 5—7%, разубоживание от 5 до 70% (при отработке тонких жил с подрывкой боковых пород).

Данная система по производительности труда и расходу мате­ риалов близка к системе со станковой крепью, однако уступает ей в отношении потерь и разубоживания руды при разработке круто­ падающих месторождений.

При системе разработки с применением крепежных рам и закладки на отечественных рудниках получены худшие технико-экономиче­ ские показатели по производительности труда, но при меньших затратах основных материалов на 1 м3 руды: ВВ — 2 кг, леса — 0,09 м3, потери руды до 15%, разубоживание до 25%.

На зарубежных рудниках получены следующие технико-эконо­ мические показатели. На медноколчеданных рудниках США при

93

работе системой с крепежными рамами с закладкой и при выемке блоков прирезками на маломощных месторождениях достигнута производительность труда забойного рабочего до 3,2 м3/смену. При разработке мощных месторождений и применении этой же системы разработки, но с использованием забоев-траншей достигнута произ­ водительность труда одного забойного рабочего до 4,3 м3/смену.

На рудниках Тюрингского района ФРГ [50] при системе с кре­ плением, цементированной закладкой и выемкой горизонтальных слоев в нисходящем порядке достигнута производительность труда 5,5—6,0 м3/смену на забойного рабочего. Расход леса при работе под искусственной кровлей сократился до 0,02 м3/м3. Потери и разубоживание руды минимальны.

Следует отметить, что на зарубежных рудниках из всех рассма­ триваемых вариантов систем наибольшее распространение получила система с крепежными рамами. Это объясняется тем, что при данной системе расход леса гораздо меньше, причем использование для рудоспусков бетонного крепления дает возможность еще более снизить затраты на крепежные материалы.

Приведенные данные показывают, что по сравнению с системами с закладкой без крепления, при рассматриваемых системах на оте­ чественных рудниках еще не достигнуты высокие технико-экономи­ ческие показатели. Данные системы применяют в особо сложных горно-геологических условиях.

4. Разработка месторождений системами с последующей закладкой. Комбинированные системы

В результате выемки руды системами разработки с открытым выработанным пространством или магазинированием руды в место­ рождениях образуются пустоты большого объема (выработанные пространства). При этом в целях безопасности ведения горных работ обычно допускается одновременная отработка только одного этажа и лишь после погашения пустот верхнего этажа переходят к разработке нижележащего этажа.

При эксплуатации рудных месторождений выработанные про­ странства больших объемов (пустоты) образуются: после выемки руды в камерах — под рудной потолочиной и между целиками, раз­ деляющими камеры: после массового обрушения потолочин и междукамерных целиков; в результате отработки слепых рудных тел при переходе с открытых работ на подземные; при отработке залежей сплошной и камерно-столбовой системами.

Первые три случая характерны для разработки наклонных и кру­ топадающих рудных тел, четвертый — для горизонтальных и поло­ гопадающих рудных залежей.

При разработке бедных руд наклонных и крутопадающих место­ рождений ликвидация пустот осуществляется обычно отработкой оставленных поддерживающих целиков и потолочин (массовое их расстреливание), когда обрушенными боковыми породами запол­

94

няется выработанное пространство. При этом во избежание послед­ ствий внезапного самообрушения вмещающих пород отработка под­ держивающих целиков ведется в таком порядке, чтобы обеспечива­ лось постепенное самообрушение пород висячего бока.

Пустоты, образованные при отработке горизонтальных и поло­ гих рудных залежей, погашаются обычно массовым обрушением вмещающих пород с помощью минных зарядов (или поддерживаются навсегда потерянными целиками).

Применяют также способ заполнения пустот отработанных камер перепуском обрушенных пород из вышележащего этажа путем мас­

выемки, снижения потерь руды при отработке целиков и потолочин, а также сохранения земной поверхности от обрушения ведется очистная выемка с закладкой выработанного пространства.

В этих случаях при применении систем разработки с открытым выработанным пространством и магазинированием руды для отра­ ботки рудных тел от маломощных до весьма мощных (при достаточ­ ной устойчивости руды и вмещающих пород) очистная выемка ведется с последующей закладкой выработанного пространства (рис. 35). В целях получения наиболее экономичных показателей параметры систем выбираются такие, чтобы обеспечивали наиболь­ шую эффективность отработки, поскольку выемка целиков и пото­ лочин всегда менее эффективна, чем выемка камерных запасов. Процесс последующей закладки не является в данном случае непо­ средственно частью технологического процесса системы разработки и в основном не влияет на ее параметры и элементы. Никаких суще­ ственных дополнительных горных работ при отработке камеры с последующей закладкой не ведется.

95

Существенное влияние на результаты отработки междукамерных целиков и потолочин имеет качество закладочного материала и при­ нятый метод закладки. Практика показывает, что наиболее благо­ приятной является такая закладка камер, которая обеспечивает наибольшую полноту заполнения выработанного пространства и монолитность закладочного массива.

Закладочный массив, удовлетворяющий указанным требованиям, дает возможность:

предохранить целики от преждевременного разрушения; вести выемку целиков без оставления предохранительных про­

слоек руды на границах с камерами (уменьшить потери и разубоживание руды);

обеспечить пожаробезопасные условия для отработки целиков и потолочин колчеданных руд (возможность интенсивной отработки ненарушенных целиков, которые перед выемкой были хорошо изо­ лированы).

Монолитность закладочного массива достигается несколькими способами: добавлением в закладочный материал цементирующих нримесей или цемента; использованием бетонной (бутобетонной) закладочной шихты, хвостов обогатительных фабрик с примесью пирита и др.

При использовании обычных закладочных материалов — корен­ ных дробленых пород, шлаков или песков для ликвидации пустот камер, вокруг целиков устраивается ограждение таким образом, чтобы при последующей их выемке закладка не высыпалась из окружающего выработанного пространства. Стандартное ограждение, применяемое в открытых забоях, сооружается обычно из старого крепежного леса и отрезков досок.

Цементирование закладочного массива при выемке целиков про­ изводится аналогично технологии, применяемой при новейшем варианте системы разработки горизонтальными слоями с возведе­ нием бетонной кровли. Наиболее совершенный способ подачи це­

мента — с автоматическим дозированием в смесительную установку,

гдеВаринтысистемсмазинированиемрудыизакладкойоб азуе ся закладочн ягадросмесь [51 ]. .Эти

системы применяют для отработки крутоподающих рудных тел в сложных горно-геологических условиях. Их освоение в практике связано с циклом работ [52] на Тасеевском золоторудном месторо­ ждении.

На рис. 36 приведена схема отработки выемочного поля комбини­ рованной системой горизонтальных слоев с магазинированием руды и последующей закладкой. Подготовка этажа к отработке состоит в проведении откаточного штрека, закладочных восстающих с рас­ стоянием 16 —18 м между осями и ортов — через 8—10 м.

Блоки имеют размеры по простиранию 8—10 м и вкрест прости­ рания 20—25 м (соответственно мощности рудного тела). Вслед за блоками отрабатывают междуэтажные целики. Оставляют надштре­ ковые (высотой 3,5 м) и подштрековые (высотой 4 м) целики. В над-

96

штрековом целике проводят короткие рудоспуски, оборудованные люками, в верхней части расширяющимися в приемные воронки.

Работы в камере начинают с проведения по ее границе на всю длину щелевой выработки шириной по простиранию 2 м и высотой, считая от падштрекового целика, 4 м. Щелевую выработку крепят квадратными окладами и оборудуют в ней ходовое отделение.

Рис. 36. Вариант комбинированной системы с магазинированием руды, после­ дующей закладкой и выемкой слоев снизу вверх:

1 — закладочный массив; г — руда; з — приемные воронки; 4 — щелевая выработка с ход­ ком; 5 — закладочная выработка (сбойка); в — ходки; 7 — настил

Очистные работы в остальной части камеры ведут с магазиниро­ ванием. Проходка щелевой выработки на протяжении отработки всей камеры опережает линию очистных работ на 2—3 м. Руду, отбиваемую при проходке щелевой выработки, перепускают в выра­ ботанное пространство блока.

После окончания отбойки магазина (до подштрекового целика) в потолочине проходят закладочные сбойки на вышележащий штрек и на поверхность замагазинированной руды укладывают настил из нескольких рядов круглого леса, на который настилают металли­ ческую сетку. Затем выпускают замагазинированную руду.

На рис. 37 приведена схема отработки выемочного поля комбини­ рованной системой горизонтальных слоев с магазинированием руды

ипоследующей закладкой. Выемка слоев — сверху вниз. В этой си­ стеме этаж делят восстающими на участки или блоки. Расстояние между восстающими с учетом устойчивости потолочины прини­ мается 9—10 м. Подготовка блока заключается в проведении орта

ищелевой выработки но границам блока. Размеры щелевой выра­ ботки: по простиранию — 2 м, вкрест простирания — на всю мощ­ ность рудного тела и по восстанию — до подштрекового целика.

Технологические процессы выемки и закладки ведутся анало­

гично схеме на рис. 36.

Рис. 38. Варианты комбинированных систем с искусственными целиками:

о — при выемке камер по обычной схеме подэтажных штреков: 1 — орт для прокладки бетоно­ провода; 2 — выхлоп трубы; з — закладочный массив; б — при выемке камер по схеме под­ этажных штреков со сплошной выемкой: 1 — закладочный массив; 2 — разбуренная камера; 3 — руда; 4 — горизонт подсчета; 5 — камера после отработки; 6 — надштрековый целик

Вариантысистемсискуственнымицеликами.Технология гор­

ных работ, при которой применяют эти варианты систем разработки, представляет принципиально новое направление в горнорудной промышленности. Это объясняется тем, что способ поддержания выработанного пространства с помощью рудных целиков имеет су­ щественные недостатки: значительные, до 40% и более, потери по­ лезного ископаемого и опасность самопроизвольных обрушений целиков и пород кровли. Напряжения в целиках на глубине 800 м достигают порядка 550—600 кгс/см2.

Как показывают измерения напряжений в толщах горных пород, рудные целики иногда должны воспринимать давление пород до поверхности [53]. Поэтому оставляют целики шириной обычно около 6 м и длиной до 30 м при ширине камеры около 10 м.

99