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

В то же время трудно достигнуть прочности закладочного мас­ сива выше 100 кгс/см2. Искусственные целики такой прочности при одновременной отработке рудных блоков не обеспечивают устой­ чивости поверхности. Поэтому предусматривается определенная очередность выемки вторичных камер, а в практику внедряются вы­

сокопрочные бетоныаб.

На рис. 38, и представлены схемы для двух наиболее распро­ страненных вариантов комбинированных систем разработки с искус­ ственными целиками. Выходы из бетонируемых камер защищаютсяа деревянными или бетонными перемычками. На рис. 38, вариант системы с подэтажными штреками включает в технологическом про­ цессе новый элемент — подачу бетонной закладкиб и возведение це­ ликов в отработанных камерах; на рис. 38, показано возможное решение технологического процесса добычи с организацией сплош­ ной выемки руды при последующей закладке камер бетонной за­ кладкой.

На практике ширина бетонных целиков колеблется от 2—3 (Тасеевский рудник) до 15 м (Гайский рудник); прочность бетона изменяется от 30 (рудник «Оутокумпу» в Финляндии) до 120 кгс/см2 (рудник им. Мархлевского в ПНР). Отбойка руды в прилегающих к бетонным целикам камерах ведется как мелкошпуровым способом (Зыряновский рудник и др.), так и скважинами диаметром 100 мм (рудник «Текели» и др.). Несмотря на многоообразие технологиче­ ских схем с бетонной закладкой и способов отбойки руды, техноло­ гия ведения горных работ с возведением искусственных целиков еще

нуждается в совершенствовании [53—58].

Опытприменениясистемнаотечественныхрудниках

При этих системах на предприятиях обеспечиваются условия для комплексной механизации всех производственных процессов при добыче руд и безопасные условия труда. Системы позволяют вести сплошную выемку многих рудных тел с высокими технико­ экономическими показателями, снизить потери и разубоживание. В настоящее время бетонную закладку для создания целиков при­ меняют на рудниках «Текели», Зыряновский, Алтын-Топканский, Тишинский, «Маяк», Тасеевский, Гайский и на некоторых других рудниках.

Идея создания в подземных условиях искусственных целиков, позволяющих в соответствующих горно-геологических условиях вести сплошную выемку руды системой подэтажных штреков (ортов), возникла еще в 1946 г. на Дегтярском руднике [55], но не была реализована.

В промышленных масштабах на горных предприятиях цветной металлургии впервые бетонную закладку начали применять на руд­ нике «Текели» в 50-х годах. Создание искусственных целиков в под­ земных условиях позволило ликвидировать подземные пожары на этом руднике, не только сохранить, но и непрерывно повышать уровень добычи руды при высокой производительности труда.

100

Текелийское полиметаллическое месторождение представляет со­ бой крутопадающую линзообразную залежь с углом падения 70— 80°. Основными рудовмещающими породами являются углистоглинистые сланцы. Пиритовые руды месторождения, а также неко­ торые виды углистых сланцев имеют склонность к самовозгоранию,

Отработка верхних горизонтов месторождения велась системой слоевого обрушения, а затем — системой этажного обрушения. Применение этих систем разработки без проведения эффективных противопожарных мероприятий привело к возникновению эндо­ генного пожара. В период интенсивного развития пожара совмеще­ ние очистных работ при системе этажного обрушения с заилива­ нием обрушенной зоны не дало удовлетворительных результатов.

На руднике приняли комбинированную систему с полной бетон­ ной и гидравлической закладкой отработанных камер. При этой системе рудное тело по простиранию разбивается на камеры, выемка которых для предотвращения перепуска пожара с вышерасположенного горизонта и его полной изоляции производится в строго опре­ деленной последовательности с образованием искусственных цели­ ков [57]. Были приняты размеры камер: для северных пачек длина на полную мощность рудного тела и ширина до 9 м и для южных пачек длина 12—18 и ширина до 12 м.

По очередности отработки камеры подразделяли на камеры пер­ вой, второй, третьей и четвертой очереди. Блок длиной 54—63 м делили на 6—7 камер, ширину блока принимали равной выемочной мощности рудного тела. В I стадии отрабатывали и закладывали бетоном две камеры первой очереди с оставлением между ними рудного целика шириной 27 м.

Во II стадию отрабатывали камеры второй очереди, расположен­ ные в середине 27-метрового целика (в блоке их тоже две и закла­ дываются они бетоном). В III и IV стадиях отрабатывали последо­ вательно рудные целики между камерами первой и второй очереди.

Камеры третьей и четвертой очереди после их отработки закла­ дывали бетоном на высоту 8 м от уровня подсечки, а остальную часть — глино-цементной смесью. Камеры, расположенные на ниже­ лежащем горизонте, отрабатывали без оставления потолочины и под­ нимали до бетонной закладки вышележащего этажа.

Время отработки камеры от начала подготовительных работ до ее закладки составляло 12—13 месяцев, а блока, учитывая ста­ дийность отработки камер, 33—40 месяцев. В настоящее время внедряется трехстадийная отработка блоков (в случае, когда камеры первой очереди располагаются через 18 м), что позволит ускорить их выемку, а следовательно, интенсифицировать добычу руды с тех же площадей.

При отработке камер указанных размеров не было случая зна­ чительного самообрушения кровли камер и деформации целиков до их полной закладки, несмотря на то, что площадь обнажения достигала 450 м2, а продолжительность погашения пустоты исчис­ лялась несколькими месяцами (до 12 месяцев). Опыт применения

101

камерной системы с бетонной и глино-цементной закладкой свиде­ тельствует о том, что выбранная ширина камеры 9—12 м достаточна для нормального ведения очистной выемки.

При внедрении данной системы на руднике испытывались схемы подготовки камер с опущенным днищем, траншейной подсечкой, многоярусного разбуривания блоков. Наиболее приемлемым оказался вариант подготовки камер с траншейной подсечкой и наличием

мость 1 т добытой руды снизилась на 12%.

В процессе освоения новой технологии увеличилось попадание на обогатительную фабрику вместе с рудой бетона. При 10%-ном разубоживании руды бетоном извлечение свинца снижается на 4— 6%. Попадание бетона в руду объясняется в основном отсутствием точных данных о фактической конфигурации камер.

Для ликвидации попадания бетона в руду налажена работа по уточнению фактического объема подлежащих закладке камер, состояния бетонных и рудных целиков. Применен звуколокационный метод измерения расстояний в камере.

Было установлено, что фактические контуры камер не соответ­ ствуют проектным из-за наличия остатков невзорванной руды на границе с бетоном или подрыва бетонных целиков, вывалов руды и др. На руднике применяют также каротажные радиометры для определения контакта руды с бетоном.

Изучение качества бетонных целиков показало, что бетон, при­ готовляемый на поверхности, не может характеризовать качество смеси в целике, поскольку при поступлении в выработанное про­

102

странство происходит расслоение бетона. Прочность образцов и кер­ нов совершенно различна и колеблется от 240 до 20 кгс/см2. Зна­ чительные колебания прочности бетонного закладочного массива в различных местах характерны для всех целиков.

При самотечной подаче бетона для заполнения большого объема выработанного пространства без маневрирования струей в месте падения потока собирается крупная фракция, а песчано-цементный раствор стекает под уклон. В массиве образуется зона с преобла­ данием крупного заполнителя и пониженным содержанием цемента. Поэтому технологию возведения искусственных целиков нужно совершенствовать.

Тасеевский рудник отрабатывает золотосодержащее месторожде­ ние под поймой реки, где обрушение поверхности исключается. Комбинированная система разработки применена при эксплуата­ ции первой рудной зоны [59].

Вмещающие породы имеют слабонаклонное напластование под

созданы значительные площади обнажения, поддерживаемые руд­ ными целиками, распорным креплением и частично закладочным массивом. Для сохранения поверхности верхняя часть зоны отра­ батывалась различными вариантами систем с закладкой и крепле­ нием и закладкой.

ЦНИГРИ совместно с работниками производства предложена комбинированная система разработки с возведением искусствен­ ных бетонных целиков. Первоначально бетонные целики в опытном порядке были применены при системе с магазинированием руды, где образование первичных камер под целики производилось мелко­ шпуровым способом.

Затем была предложена система разработки открытыми каме­ рами с возведением бетонных целиков и доставкой руды силой взрыва глубоких скважин. Для проверки эффективности этих вариантов систем выполнены опытные работы на участке, расположенном в центральной части зоны. Мощность рудного тела на опытном участке меняется от 6 до 30 м. Угол падения от 50 до 83°. Руда и вме­ щающие породы средней устойчивости. В ходе опытных работ уста­ навливаются рациональные параметры технологии выемки, уточ­ няются параметры и элементы систем.

Схема подготовки и нарезки блоков приведена на рис. 40. На уровне откаточного горизонта в породах лежачего бока проводится полевой штрек, который через 40 м сбивается с рудным штреком заездами. Из заездов на уровне их кровли проводятся скреперные штреки (два в лежачем боку и один в висячем). Соответственно проводятся полевые восстающие. По висячему боку проводятся контурные восстающие в пределах вторичных камер, сбивающиеся рудными подэтажными штреками. Перед отбойкой руды в первич­ ных камерах предусматривается проведение по жиле гезенков сверху

103

вниз. В последующем гезенки заполняются бетоном, который пре­ дохраняет закладку от выпуска во вторичные камеры.

Объем подготовительно-нарезных работ по описанной схеме составляет 30—48% от общего объема работ (15,7 м выработок на 1000 т добываемой руды, из них 5,7 м по породе).

На руднике предложены схемы, позволяющие сократить объем подготовительно-нарезных работ. Так, в нижней части камер пред­ полагается совместить выработки выпуска с выработками для бу­ рения скважин и подсечки. Для камер под целики намечается ис­ пользовать контурные восстающие вместо буровых ортов. Решено

А

Рис. 40. Вариант комбинированной системы с искусственными целиками (для крутого падения):

1 и 2 —- полевой и скреперный штреки; з — полевой подэтажный штрек; 4 — контурный вос­ стающий; 5 — закладочный массив; 6 — бетонный целик

отказаться от проведения гезенков и закладки их бетоном. Объем подготовительно-нарезных работ по предлагаемым схемам на 40— 50% меньше проектного. За счет сокращения затрат ожидается эко­ номия 0,35—0,40 руб. на 1 т руды.

Отбойка руды вдоль бетонных целиков осуществляется массовыми взрывами зарядов в скважинах диаметром 100 мм. Взрывание произ­ водится на ранее отработанную кварцевую жилу. Например, в ка­ мере № 10 первыми тремя взрывами последовательно снизу вверх была взорвана руда по лежачему боку камеры, а затем двумя взры­ вами отбили висячий бок — сначала верхнюю часть и в последнюю очередь нижнюю. Всего здесь было взорвано 7720 кг ВВ.

При отработке междукамерных рудных целиков системой откры­ тых камер с отбойкой руды глубокими скважинами были достигнуты более высокие технико-экономические показатели, чем при ранее применяющихся системах.

На Гайском руднике отрабатывалась стержневая линза под карьером. Рудное тело имеет угол падения от 50 до 80°; руда в виде медного колчедана (/ = 8—12 по шкале проф. Протодьяконова)

104

устойчива и допускает обнажения до 15 X 50 м. Вмещающие породы — диабазы, слоистые телитовые туфы и хлорито-сернецитовые сланцы. Породы склонны к пучению и отслаиванию. Наличие слабых пород в контактах рудного тела предопределило оставление целиков раз­ мером 7—10 м и выемку руды системой подэтажных штреков. Камеры располагали вкрест простирания. Ширина камер и междукамерных целиков в три раза меньше длины. Высота камер от 20 до 60 м. При

Сэ й-

50,0

Рис. 41. Вариант комбинированной системы с искусственными целиками с отбойкой руды вертикальными скважинами:

1 — откаточный штрек; 2 — орт; 3 — буровые заходки; 4 — штрек гор. 170 м; 5 — породные включения; б — скреперный орт; 7 — ниши для воронок; 8 —

буровые скважины; 9 — скреперная установка

наличии слабых пород оставляют потолочину толщиной 7—10 м [60, 61].

Отбойку руды производили глубокими скважинами диаметром 100 мм. Отработанные камеры закладывали твердеющим закладоч­ ным материалом (в последнее время бетоном). Параметры камеры между бетонными целиками: длина 45 м, высота 25 м и ширина 7 м. В кровле оставляли рудную потолочину толщиной 5—10 м.

Комбинированную систему разработки (рис. 41) применяли с 1964 г. Работы по выемке целиков между камерами, заложенными твердеющим материалом, первоначально проводились в камере № 67. Этот целик расположен между горизонтом 207—170 м. До начала

105

отработки целика в соседних камерах массив имел прочность около

48кгс/см2. Взрывные скважины располагали веерно, параллельно

икомбинированно. Глубина скважин 6—20 м.

Вцелике проводились: верхний буровой орт, буровые заходки, два скреперных орта на отметке центральный орт и выработки гори­

зонта выпуска. Отбойку руды в камере производили с опережением верхнего уступа от проведения скреперных и выпускных выработок. Это уменьшало разрушающее действие взрывных работ и сокращало срок службы аккумулирующего горизонта с плоским днищем.

вторичной камеры с заходок взрывными скважинами по сетке 2 x 2 м образовали отрезную щель шириной 4 м и длиной 23 м. Затем вее­ рами скважин взрывали северную и южную рудные корки, оста­ вленные для поддержания закладочного массива (рис. 42). Понижен­ ная прочность закладочного массива в камерах (25—30 кгс/см2) и большая высота целика (60 м) обусловили отработку вторичной камеры с частичным магазинированием руды.

Наблюдениями за состоянием искусственных целиков устано­ влено, что частичное разрушение бетонных целиков вызывается сей­ смическим воздействием взрывов скважинных зарядов диаметром 100 мм, поэтому следует уменьшать диаметр скважин. Опыт показал невозможность одновременной отработки двух смежных камер с от­ крытым выработанным пространством, если они разделены искус­ ственным бетонным целиком.

Ниже приводятся технико-экономические показатели, получен ные при выемке запасов руды из некоторых вторичных (целики) и первичных камер (табл. 5).

106

Т а б л и ц а 5

Технико-экономические показатели применения комбинированной системы

На Красногвардейском руднике ведется разработка месторожде­ ния с сохранением поверхностных и подземных сооружений, по­

ределенного порядка отра­ ботки вторичных камер с учетом достижения наиболее благоприят­

ных условий плавного опускания поверхности.

На рис. 43 приведена схема наиболее практически оправданного варианта комбинированной системы. По ней предусматривается раз­ бивка выемочного поля в пределах этажа на камеры первой и второй очереди шириной по простиранию соответственно 10 и 12—13 м.

107

Подготовка ведется как с лежачего, так и с висячего бока рудного тела. Орты скреперования проходятся с подъемом к висячему боку под углом 8—10°.

Камеры первой очереди разбиваются на два подэтажа высотой по 25 м, а второй — подэтажами высотой 10 м. Отбойка ведется нисходящими скважинами. Подсечка камер траншейная — из орта подсечки. После отбойки и выпуска руды возводят искусственные целики. Отработка потолочины производится одним из вариантов системы с закладкой и выемкой горизонтальными или наклонными слоями. Недостатки варианта системы — высокая трудоемкость отработки потолочины и повышенный объем подготовительно-на­

резныхОпараметрахкамерицеликовр бот (до 15—20% от запас . блока).

Применение комбинированной системы позволило получить новые практические данные. Так, установлено, что нагрузка, возникающая при выемке целиков в опорах, составляет порядка 70% от веса налегающих пород. Зона влияния вынимаемого целика на перераспределение нагрузок рас­ пространяется на 30 м и более вдоль фронта работ. Величина абсолютной деформации бетонной опоры по высоте может дости­ гать 1 м.

Опыты показали возможность иметь пролеты между искусствен­ ными целиками до 15—20 м, а площадь их примерно в 4 раза меньше, чем площадь вынутых камер. При ведении работ в таких камерах потолочины следует закреплять штанговой крепью.

Оказалось, что создать искусственные бетонные целики с однород­ ной прочностью на сжатие трудно; поэтому целесообразна много­ стадийная выемка рудного тела, например выемка целиков через один, с чередованием извлечения продольных и поперечных целиков. В первом приближении для горных работ в непосредственном их развитии по контакту с бетонным массивом достаточна его проч­ ность на сжатие 80 кгс/см2.

Механизированные способы закладки (гидравлическая и пневма­ тическая) при возведении закладочных массивов в камерах в общем случае повышают несущую способность целиков, особенно узких. Поэтому при выполнении последующей закладки размеры оставляе­ мых целиков можно уменьшить в 1,5—2 раза по сравнению с усло­ виями незаложенных камер.

При ведении очистной выемки по технологии комбинированных систем целесообразно пользоваться штанговой крепью для закре­ пления потолочин камер (особенно при наличии тектонических нару­ шений, трещин и пр.). В этом отношении представляет интерес опыт полиметаллического рудника «Маяк» [63]. Здесь применяют железо­ бетонные штанги, располагаемые по сетке 0,7x0,7 м, длина арматур­ ного стержня 2,5 м с навеской сетки; для поддержания кровли и бо­ ковых пород — торкретирование в сочетании со штанговым крепле­ нием.

Данные зарубежной практики. При эксплуатации рудных место­ рождений комбинированными системами разработки возведение

108

искусственных целиков ведется самотечным, гидравлическим, скре­ перным или гидропневматическим способом.

На руднике «Норанда» разрабатывали массивную залежь сплош­ ных сульфидов с высоким содержанием золота; руда и боковые породы устойчивые. Камеры отрабатывали системой подэтажных штреков. Для поддержания боков и облегчения последующей вы­ емки целиков отработку камер значительных размеров вели с после­ дующей закладкой.

Выемку целиков производили наклонными слоями с закладкой. При этом целики разделили на вертикальные прирезки шириной по 4,5 м, располагаемые по простиранию. Первая прирезка примы­ кала непосредственно к камере, заложенной ранее. В этой прирезке с откаточного горизонта до вышележащего этажа проводили восста­ ющие для перепуска закладочного материала, а ходовые восстающие

ирудоспуск оборудовали в массиве по мере выемки слоев. Уборку отбитой руды и распределение закладочного материала

вслое выполняли с помощью скреперной установки. Угол наклона слоев принимали равным 20°, что обеспечивало быструю уборку руды при использовании скреперной доставки.

Вкачестве закладочного материала использовали шлаки в смеси с тонкой фракцией сульфидных хвостов обогатительной фабрики — пирротина, обладающего большой химической активностью по отно­ шению к кислороду при незначительном содержании серы. Введение

взакладочный материал около 3% пирротина и некоторого количе­ ства воды обеспечивало схватывание закладочного массива в камере.

Камеры заполняли закладочным материалом самотечным спосо­ бом; вблизи потолочины для разравнивания материала применили скреперы. Закладочный массив из указанного материала обладает

большой устойчивостью и монолитностью. Опыт показал, что при выемке целиков не требуется отшивать массив руды от закладки. Например, было установлено, что при большом обнажении боков закладочного массива на высоту 6 м и длину 90 м лишь в отдельных случаях имело место незначительное отслоение закладочного мате­ риала.

Некоторые камеры отрабатывали под закладкой без крепления, причем площадь обнажения достигала 6x18 м. Кроме того, допу­ скалась проходка выработок в руде отбойкой комплекта шпуров, направленных вверх на границе с закладочным массивом. Отработка целиков при таком закладочном массиве системами разработки без крепления характеризовалась незначительным разубоживанием.

На полиметаллическом руднике «Квемон» (Канада) разрабаты­ вали мощную сульфидную залежь. На участках месторождения со значительной протяженностью оруднения по вертикали и при сравни­ тельно устойчивых вмещающих породах применяли вариант комби­ нированной системы разработки камер подэтажными штреками с по­ следующей плотной закладкой выработанного пространства.

В качестве закладочного материала также использовали хвосты обогатительных фабрик с большим содержанием пирротина,

109