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

Возведение бетонных столбов производили с помощью пневма­ тических закладочных машин типа «Торкрет», подающих материал на расстояние до 1000 м, и барабанных машин (до 300—400 м). Закладочным материалом служил доломит, дробленный до круп­ ности 40 мм, незначительное количество песка и цементное молоко.

Дробленый доломит опускали в шахту в вагонетках, цементную смесь при соотношениях 2,1 т портландцемента на 1 м3 воды пода­ вали по трубопроводу. Производительность установки 40 м3/ч бе­ тона. На 1 м3 затрачивалось 100 м3 воздуха.

На других рудниках [66, 67] бетонные целики создаются при отработке предохранительных целиков с разной технологией приго­ товления бетона. Для отработки первичных и вторичных камер в сложных горно-геологических условиях слоевыми системами внед­ ряют механизированные крепи и самоходное оборудование.

Помимо камерно-столбовой выемки потолкоуступными забоями и магазинированием руды с последующей закладкой камер бетоном, распространенным вариантом комбинированной системы за рубежом является камерная — с почвоуступной выемкой отдельных блоков столбов снизу вверх; целики вынимаются обратным ходом (рис. 44).

5. Сравнение технико-экономических показателей

Опыт отечественных рудников, а также зарубежных предприятий показывает, что при определенных условиях — наличии доста­ точного фронта очистных забоев и обеспечении соответствующим закладочным материалом в достаточных количествах, применении механизации, а также при четкой организации труда — показа­ тели систем разработки с закладкой по производительности труда забойного рабочего достигают 5 м3/смену. Следует учитывать и такие положительные факторы применения этих систем, как резкое повы­ шение качества очистных работ (уменьшение потерь и разубоживания).

Остановимся на результатах анализа практики применения си­ стем разработки с закладкой. Как известно, слоевые системы с за­ кладкой и креплением применяют уже примерно 50 лет. На фоне быстрого прогресса технологии очистной выемки с системами, при которых применяют массовую взрывную отбойку руды с последу­ ющим выпуском на горизонты подсечки, многие годы системы с за­ кладкой являлись мало эффективными, а область их применения ограничивалась особыми горно-геологическими условиями.

Значительное влияние на совершенствование указанных систем разработки было оказано вовлечением в производство в больших масштабах в 50—60-х годах дешевых и высокого качества закла­ дочных материалов — сортированных песков из хвостов обогати­ тельных фабрик. Широкое внедрение гидравлической закладки по­ зволило примерно в 3—4 раза удешевить производство закладочных работ и внести определенные прогрессивные изменения в параметры систем. Оказалось возможным отказаться от добычи закладочных

111

материалов в шахте и на поверхности. Возможность получения вы­ сококачественного закладочного массива способствовала увеличе­ нию высоты этажа, в отдельных случаях повышению толщины слоя до 3,5—4 м, внедрению сплошной выемки блоков и др.

Этот этап в развитии слоевых систем с закладкой можно проиллю­ стрировать весьма показательным примером эксплуатации место­ рождений медно-колчеданных руд на Урале. Первоначально здесь крутопадающие тела отрабатывались с широким применением си­ стем с магазинированием руды и камерно-столбовой. С увеличением глубин разработки горное давление значительно возросло, и оста­ вляемые целики разрушались до окончания выпуска замагазинированной руды. Потери руды достигали 25—35% и более, а разубоживание 18%. Для более полного извлечения руды и уменьшения ее разубоживания, а также для улучшения условий проветривания горных выработок было решено перейти на разработку месторожде­ ния системами с закладкой.

При добыче закладочного материала на поверхности с примене­ нием буровзрывных работ и скреперной доставкой к шурфам, а а также при использовании для возведения закладочного массива скреперов производительность труда на закладочных работах не превышала 4—5 мУчел-смену, а стоимость 1 м3 закладочного массива достигала 3,5 руб. (данные Ф. Н. Рыжкова). Применение такой тех­ нологии ведения закладочных работ при глубине 275—335 м не могло обеспечить требуемый уровень производства.

По рекомендации УНИпромеди на отдельных рудниках была внедрена гидравлическая закладка песками из хвостов ОФ. Это позволило сразу же повысить производительность труда в блоках примерно на 30%, снизить себестоимость руды на 25%; при этом разубоживание было не более 5—7%, а потери не более 5%.

Данные рудников Канады, США и других стран показывают, что введение в широких масштабах гидравлической закладки пе­ сками из хвостов позволило получить при совершенствовании тех­ нологии горных работ слоевыми системами с закладкой повышение производительности труда забойного рабочего примерно на 50%, увеличение производительности труда на закладочных работах до 20—25 мУсмену при улучшении показателей по разубоживанию и потерям руды [69].

Опыт показал, что эффективно применение и других механизи­ рованных способов закладки — с использованием конвейеров, пневмо- и гидротранспорта.

Второй этап совершенствования слоевых систем с закладкой связан с внедрением комплексной механизации основных техноло­ гических процессов и, прежде всего, процесса выемки. Опыт пока­ зывает, что если затраты на закладочные работы при современной технологии ведения очистных работ составляют обычно не более 42—15%, то на крепление — до 40—45% и на буровзрывные, погру­ зочные и доставочные работы — до 50%. Поэтому в последние годы совершенствование этих систем велось в направлении механизации

112

буровзрывных и доставочных работ в забое внедрением самоходного оборудования в слоях (перемещающегося по закладочному массиву), применения металлической крепи, внедрения траншейной выемки и других усовершенствований в звеньях выемки и доставки.

Радикальным направлением совершенствования технологии сле­ дует считать внедрение способов упрочнения горных пород штанго­ вой крепью, торкретированием и др., а также создание прочных бе­ тонных покрытий поверхности закладочного массива (слоем до 100 мм) как при восходящем, так и при нисходящем порядке выемки слоев.

При совершенствовании слоевых систем для определенных ва­ риантов удалось достигнуть технико-экономических показателей, близких и даже равных системам с магазинированием руды (до 10 и даже 14 т/смену на подземного рабочего).

На этом втором этапе оказалось возможным перейти и к широ­ кому освоению вариантов слоевых систем с закладкой и выемкой

на глубоких горизонтах (750—900 м и ниже).

Освоение современных комплексов механизации выемки и за­ кладки позволило применить новые варианты слоевых систем с за­ кладкой для выемки целиков в сравнительно малоценных рудах, например гематитовых и др.

Отмечая основные этапы современного развития систем разра­ ботки с закладкой, следует особо указать, что они обеспечивают высокий коэффициент извлечения запасов и небольшое разубоживание руды при неблагоприятных горно-геологических условиях (малые размеры рудного тела, неустойчивые вмещающие породы, значительные глубины и т. д.). Существующие мнения, что эти си­ стемы неэкономичны и не имеют значительных перспектив для при­ менения, нельзя признать правильными. В этом отношении следует учесть и такой фактор, что при этих системах в выработанном про­ странстве не остается пустот.

Удельный вес камерно-столбовой системы разработки на рудни­ ках цветной металлургии составляет около 20—25% . Можно ожидать дальнейшего расширения области применения этой системы в связи с внедрением в очистных забоях мощного самоходного оборудования.

Один из возможных путей повышения эффективности — сокра­ щение объемов руды в целиках (панельных, в кровле, между каме­ рами). Поэтому можно ожидать широкого освоения комбинирован­ ных вариантов системы с созданием искусственных бетонных целиков и выемкой вторичных камер с массовой отбойкой руд. Отече­ ственный опыт освоения вариантов этих систем позволяет рассчиты­ вать на достижение производительности труда забойного рабочего около 15—20 мУсмену в целом по комбинированной системе вместо 4—5 мУсмену.

В условиях отработки вторичных камер (целиков) слоевыми системами с креплением удается сократить на 25—30% расход леса и повысить производительность труда на 20—25%.

8 А . Е . Смолдырев

ГЛАВА IV

МЕТОДЫ ЗАКЛАДКИ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА

1. Самотечная закладка

При самотечной закладке материал подается в выработанное пространство под действием силы гравитации. Уплотнение закла­ дочного массива в начальной стадии происходит за счет силы тяжести падающих кусков закладочного материала, а в дальнейшем — под действием давления вышележащих слоев массива.

Самотечная закладка применяется при разработке крутых уголь­ ных пластов длинными столбами по простиранию, сплошной систе­ мой и наклонными слоями. Для закладочных работ используют пустые породы (от проходки горных выработок и т. п.). Этот способ наименее трудоемок и отличается простотой организации закладоч­ ных работ.

В горнорудной промышленности самотечную закладку применяют при разработке рудных тел наклонными слоями, а также при систе­ мах разработки с открытым выработанным пространством для по­ следующего заполнения камер.

Самотечную закладку можно осуществлять одновременно с очист­ ной выемкой по мере отработки лавы или блока. В качестве закла­ дочного материала для самотечной закладки применяют различные горные породы (дробленые известняки, доломиты, песчаники, сланцы и др.), а также пески (чаще с примесью глины или гравия). При использовании рештаков самотек породы обеспечивается при углах 28—30°, а в трубах — до 18—24°. Поэтому в отдельных случаях этот метод находит применение на наклонных пластах. Для увеличе­ ния плотности массива закладочные материалы при подаче в выра­ ботанное пространство смачивают водой.

При самотечной закладке можно использовать разнообразные закладочные материалы; важнейшее требование к ним — возмож­ ность перемещения к месту укладки по восстающим выработкам самотеком или обычными транспортными средствами. Для обеспе­ чения безопасности работ, а также достижения достаточной плот­ ности закладочного массива необходимо, чтобы размер кусков за­ кладочного маДериала не превышал 250—300 мм. Наряду с круп­ ными фракциями целесообразно наличие в материале до 10—15%

114

мелких частиц породы, а фракции 0—20 мм — до 30%. Основной фракцией, преобладание которой необходимо для образования плот­ ного массива, являются куски породы 60—150 мм. Наибольшая допустимая присадка глинистых пород — до 20%.

Для самотечной закладки применимы дробленые коренные породы, горельники, порода из рудничных отвалов, от проведения горных выработок и отходы обогатительных фабрик. Порода старых шахт­ ных отвалов может быть использована в смеси с дроблеными корен­ ными породами при условии, что в >породе отвалов практически отсутствуют горючие примеси.

Использование коренных пород для самотечной закладки при больших расстояниях доставки требует дробления материала и огра­ ничения содержания в нем мелких (глинистых) фракций в осеннезимнее время; необходимо также принимать меры для отделения крупных кусков породы (более 250—300 мм). Это значительно удо­ рожает работы и загружает рудничный транспорт. Поэтому область наиболее рационального применения — горные работы вблизи шур­ фов — на тонких и средней мощности угольных пластах и рудных телах крутого падения.

При использовании закладочных материалов с поверхности тех­ нологическая схема самотечной закладки включает следующие звенья транспорта: спуск в шахту, откатка по горным выработкам и самотечная доставка в пределах очистного забоя. В этом случае технологический комплекс аналогичен механическому и пневмати­ ческому методам с той разницей, что закладочные материалы для возведения массива поступают в очистных или на участковых выра­ ботках (при пневмозакладке) в специальные машины или установки.

Самотечная закладка самая дешевая, и при возведении ее дости­ гается высокая производительность, зависящая в основном от спо­ соба транспортирования в шахте.

Основными недостатками самотечного метода ведения закладоч­ ных работ является низкая плотность закладочного массива, умень­ шающаяся снизу вверх, ограничения по углу падения и необходи­

мость подбучивания потолочин в закладываемых лавах и камерах.

УголВозвдениезакладочнгомасиваестств нного тк са в за исимости. от крупности 30—45°. При разработке угольных пла­

стов лавами или наклонными слоями закладочный материал по­ дается в отработанную полосу (рис. 45) шириной 6—10 м после воз­ ведения отшивки. Наряду с отшивкой возводится вспомогательная крепь, укладываются желоба для перепуска закладочного мате­ риала и т. д.

В практике разработки мощных крутых пластов наибольшее распространение получила стропильная распорная крепь. Для того чтобы мелкие фракции закладочного материала не просыпались в промежутки между стойками органного ряда, они обшиваются досками или металлической сеткой.

При разработке мощных крутых пластов наклонными слоями устраивается потолочина — при восходящем порядке и предвари-

тельный настил — при нисходящем порядке выемки слоев. Желоба применяются закрытые и открытые. Открытые применяют на пластах с углом не более 50—55°, закрытые — при больших углах залегания.

В наклонных слоях с самотечной закладкой и восходящим поряд­ ком выемки на сооружение удерживающей крепи затрачивается до 25—30 чел-смен на 1000 т добытого угля. В среднем на подготовку выработанного пространства к закладке, в зависимости от приме­ няемой системы разработки, затрачивается от 30 до 60% времени, расходуемого на выемку угля.

Опыт показывает, что непосредственно на возведение закладоч­ ного массива затрачивается от 30 до 40% времени в закладочную

смену. Основная затрата времени — на транспортирование закладоч­ ного материала и подготовку забоя. Это объясняется тем, что на шахтах при самотечном способе закладки применяется многозвен­ ный транспорт (спуск по трубам, в вагонетках и конвейерный).

При использовании для возведения массива породы от проведе­ ния горных выработок может эффективно применяться локомотив­ ный транспорт с разгрузкой вагонеток непосредственно в вырабо­ танное пространство (рис. 46).

В лавах шахт Донбасса [26], работающих с полной закладкой породой, самотеком заполняется только верхняя часть лавы. В ниж­ ней ее части высотой 30—60 м управление боковыми породами осу­ ществляют с помощью костров. Закладочный массив удерживают полками и отшивкой. Конструкция полков не зависит от заложенной полосы, так как в давлении на плоскость, перпендикулярную линии падения пласта, участвует не весь столб материала, а только часть. Так, в пласте мощностью 0,85—1 м при угле 75—80°, давление закла­ дочного материала на рассматриваемую плоскость не превышает 6—7 тс/м2. Однако при использовании рядовой породы конструкция полка должна быть достаточно прочной.

117

Для пластов мощностью менее 1 м в качестве полка используют настил из обапол и по одному ряду костров, над которым устраивают амортизационную подушку из стоек, выложенных в нижней части закладываемой полосы. С увеличением мощности пласта (более 1 м) устойчивость костров ухудшается. В таких случаях под настилом

по наклонной поверхности ранее уложенного материала. Для луч­ шего распределения закладочного материала в выработанном про­ странстве восстающие располагают по висячему боку.

Продолжительность цикла работ в забое при самотечной закладке зависит от количества закладочного материала, произво­ дительности средств доставки и состояния закладочных восста­ ющих.

118

При ведении очистных работ наклонными слоями существенным является предупреждение прорыва закладочного материала в очист­ ное пространство при отработке соседнего блока, что особенно опасно при наличии в материале большого количества глинистых включе­ ний или при обводнении участка. Поэтому в зависимости от кон­ кретных условий целесообразно вводить в закладочный материал специальные добавки (шлаки или хвосты) или использовать от­ шивку между заложенным массивом и целиком руды. На медных рудниках Урала применяют отшивку из стоек, устанавливаемых по контакту с целиком руды через каждые 1,5—2 м; со стороны заложенного массива стойки обшиваются досками толщиной

50мм.

При применении самотечной закладки для заполнения отрабо­

танных камер закладочный материал подается на рабочий горизонт по восстающим в вагонетках или конвейером. При подаче материала в вагонетках разгрузка его осуществляется в вертикальные сбойки, соединяющие выработанное пространство с вентиляционным штре­ ком. Такой способ подачи закладочного материала возможен при оставлении потолочин. При конвейерном транспорте закладочный материал разгружается в желоб, по которому подается в выработан­ ное пространство.

При отработке пластов и залежей лавами с самотечной закладкой и заполнении камер важной операцией является забучивание верх­ ней части выработанного пространства (под потолочину). Приме­ нение для этой цели скреперных лебедок возможно, если не тре­ буется плотной подбутовки. Наиболее целесообразно использовать для этого пневматические закладочные машины (особенно в том случае, когда транспорт закладочного материала осуществляется конвейером).

При отработке пластов системами разработки с закладкой выра­ ботанного пространства на верхних этажах используют рыхлые наносы. После заполнения этими наносами пустот образуется воз­ духопроницаемый массив.

Применяют также самотечный способ закладки в варианте обру­ шения пород висячего бока (рис. 48). Междукамерные целики раз­ буривают глубокими скважинами и взрывают на незаложенные камеры. После взрывания междукамерных целиков обрушают по­ роды висячего бока минными зарядами с замедлением в несколько секунд.

Недостатком описанного способа ведения закладочных работ, помимо некоторых потерь руды, является недостаточное заполнение камер породой при малой крутизне падения рудного тела, что может осложнить последующую выемку целиков.

При выемке потолочин системой наклонных слоев используют для закладочного процесса материал вышележащего блока.

Различают два варианта ведения очистных работ:

1) с погашением откаточного штрека верхнего горизонта, когда переспуск закладочного материала по мере подвигания забоя

119