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

О технико-экономических показателях но зарубежному опыту можно судить, рассматривая данные наиболее крупных шахт, на­ пример «Мерлебах». Здесь отрабатывается свита мощных сближен­ ных наклонных и крутых пластов. В этом районе примерно 70% угля добывается с гидрозакладкой. Этому благоприятствуют угол падения пластов (более 30°) и наличие вблизи шахт легко добывае­ мого (песчаного) закладочного материала. На этой шахте достиг­ нута производительность труда 3,5 т/смену на одного подземного рабочего по товарному углю. Затраты на ведение закладочных работ составляют 8—9% от себестоимости 1 т угля. При отработке мощ­ ных наклонных пластов, по данным шахт ПНР, оптимальная длина лавы с гидрозакладкой составляет более 130 м.

Экономическая эффективность оставления породы в шахте может быть охарактеризована следующими данными. При стоимости пере­ мещения 1 т-м по горизонтальным выработкам 0,05—0,07 коп., наклонным — 1,25 коп. и вертикальным — 0,8 коп. затраты по вы­ даче породы на поверхность в условиях Донбасса составляют 1,25— 0,7 руб. на 1 т добычи угля. Расстояние транспортирования породы по шахтам достигает 1200—1400 м. По данным ряда шахт, факти­ ческие расходы, связанные с выдачей породы на поверхность, со­ ставляют 5—6% от полной себестоимости 1 т угля.

Целесообразность оставления породы в шахте зависит от затрат на укладку породы в раскоску или в лаву по сравнению с затратами на транспортирование ее на поверхность. Расчеты показывают, что даже при ручной укладке затраты по размещению породы в рас­ коску ниже, чем при выдаче ее на поверхность. Так, например, при норме бутчика 3,7 м3 и самой высокой тарифной ставке 7,5 руб. стоимость размещения в раскоске 1 т породы составит 0,78 руб. Транспортирование же 1 т породы на поверхность в Донбассе соста­ вляет в среднем 0,8 руб. При механизированной закладке затраты на размещение породы в раскоске ниже, чем при выдаче ее на по­ верхность, примерно в два раза.

Эффективность применения систем разработки с закладкой в зна­ чительной степени определяется сравнительными данными по поте­ рям угля и степени пожароопасности, которые существенно воз­ растают с глубиной разработки. Так, в Кузбассе при разработке мощных крутых пластов на глубине более 300 м коэффициент извле­ чения угля из недр на отдельных шахтах падает до 0,3—0,45.

Опыт ш. «Коксовая-1» показывает, что разработка нижних гори­ зонтов с закладкой выработанного пространства экономически вы­ годнее разработки с обрушением. При объеме работ с закладкой в последние годы около 75—80% на шахте удалось избавиться от подземных пожаров, снизить потери до 10—15% (вместо 30—35% при обрушении), увеличить срок службы горизонтов, усилить кон­ центрацию горных работ и повысить производительность труда.

Увеличение коэффициента извлечения угля зависит от схем вскрытия и подготовки выемочных полей. Эксплуатационные потери зависят от размеров выемочных полей. Так, увеличение выемочного

-60

ГЛАВА III

ВЕДЕНИЕ ГОРНЫХ РАБОТ С ЗАКЛАДКОЙ ВЫРАБОТАННОГО ПРОСТРАНСТВА ПРИ РАЗРАБОТКЕ РУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

1. Общие положения

Для разработки рудных месторождений, отличающихся много­ образием горно-геологических условий, применяют различные си­ стемы с закладкой и их варианты. Сущность этих систем и подроб­ ное изложение условий применения дано в работах [3, 4, 35].

За последние десять лет в связи с внедрением механизации во все звенья технологии добычи произошло существенное изменение эле­ ментов и параметров известных систем разработки с закладкой. Ниже дается краткое описание и приводятся данные практики при­ менения новейших вариантов систем. При этом целесообразно, не нарушая принятых классификаций, рассмотреть наиболее типич­ ные варианты систем для следующих условных групп:

1)системы разработки с закладкой;

2)системы разработки с креплением и закладкой;

3)системы разработки с последующей закладкой (включая ва­ рианты систем с последующим возведением искусственных целиков).

Для третьей группы характерны системы, в которых закладка не является средством для поддержания боковых пород в период очистной выемки, а предназначается для обеспечения последую­ щей эффективной выемки блоков или целиков, а также сохранения поверхности.

Заметим, что, как и в случае ведения очистной выемки в уголь­ ных шахтах, наиболее рациональная система разработки рудных залежей выбирается на основе всесторонней оценки горно-геологи­ ческих условий. Эти же данные используются для выбора средств механизации закладочных работ. Установление же способа закладки

икомплекса механизации закладочных работ позволяет уточнить элементы и параметры систем разработки, а также порядок отра­

ботки шахтных полей.

62

2. Разработка рудных залежей системами с закладкой без крепления

Для этих систем характерна многослойная выемка блоков или камер, причем закладку используют для поддержания боковых пород рудной залежи и в качестве площадки для выполнения всех операций в забое по очистной выемке. Отработку рудных тел ведут слоями снизу вверх, причем выемку последующего слоя, как пра­ вило, выполняют с момента заполнения закладочным материалом предыдущего слоя.

Поскольку закладочный массив служит только для поддержания боковых пород, системы данной группы применимы при разработке достаточно устойчивых руд, практически любой мощности. В случае отработки рудных тел небольшой мощности в качестве закладочного материала используют породы, полученные в выемочном блоке. При отработке мощных месторождений основную массу закладоч­ ного материала доставляют с поверхности.

По признаку расположения отрабатываемых слоев различают

системыСистемаразработкигоризонтальнымислоямисзакладкойр зработки гор з нталь ыми и нак нными с оями.

Сущность системы состоит в том, что блок или камера отрабатывается горизонтальными слоями снизу вверх с закладкой выработанного пространства. Отработка каждого слоя ведется одним или несколь­ кими забоями. Заполнение выработанного пространства закладоч ным материалом осуществляется по мере перемещения очистной выемки; не закладывается временно только пространство, необхо­ димое и достаточное для нормального ведения работ в забое. При этом закладочный массив возводят одновременно с выемкой слоя, а иногда после отработки его. Процесс закладки входит в цикл очистной выемки блока и регулярно чередуется с другими опера­ циями (отбойкой, уборкой руды и др.).

Данная система разработки целесообразна при выемке рудных тел сложной морфологии при различной мощности, начиная от весьма тонких жил до весьма мощных залежей с разными углами падения или слабыми (неустойчивыми) боковыми породами, а также при необходимости сохранения поверхности или для снижения по­ жароопасности. Эту систему особенно широко применяют при раз­ работке месторождений ценных руд.

В зависимости от мощности разрабатываемого рудного тела различают два варианта этой системы: а) разработку горизонталь­ ными слоями по простиранию; б) разработку горизонтальными

слоямиВариантсистемырзработкигоризонтальнымислоямипопровкрест прости ания. ­

стираниюсзакладкой.Данный вариант системы применяется обычно для отработки рудных тел мощностью 0,8—10 м. Отработку шахт­ ных полей ведут блоками без оставления между ними целиков. При этом для создания безопасных условий работы в одновременно разрабатываемых соседних блоках отработку слоев по вертикали ведут с отставанием друг от друга на два—четыре слоя.

63

Каждый блок обслуживается двумя (иногда одним) восстающими, через которые доставляют закладочный материал, и одним (иногда несколькими) рудоспусками. Отработку слоев осуществляют чаще одновременно с закладкой. При применении гидравлической за­ кладки выемка руды и закладка выработанного пространства чере­ дуются.

Применяют двустороннюю отработку блоков, как наиболее про­ изводительную. Ее осуществляют при центральном расположении рудоспуска выемкой руды от границ блока к его середине, а при центральном расположении восстающего выемкой руды от середины к границам блока. В особо неблагоприятных условиях применяют одностороннюю выемку блоков, когда в работе находится один очистной забой.

Очистные работы начинаются выемкой первого слоя непосред­ ственно над целиком или над крепью откаточного штрека. Закла­ дочный материал вводится по мере того, как отрабатывается второй слой. В выемочном блоке одновременно работает два забоя. При устойчивой руде для бурения вертикальных шпуров применяют телескопные бурильные молотки. Длина шпуров определяется высотой слоя.

Настил для закладки состоит из дощатых щитов или металли­ ческих листов. При разработке особо ценных руд под настил укла­

турбам.

Высота этажа принимается 30—45 м и в редких случаях 60 м. Небольшая высота этажа объясняется тем, что трудно поддерживать рудоспуски в закладке (при мощности рудных тел свыше 3 м), а также опасностью самообрушения кровли при отработке верхней части блоков большой высоты.

Длина блока по простиранию принимается 30—60 м и в редких случаях 100 м. Небольшая длина блока обусловлена стремлением повысить производительность этажа за счет увеличения числа очистных блоков и забоев. При скреперной доставке руды и разме­ щении закладочного материала скреперами расстояние между вос­ стающими не превышает 35—40 м (условие наиболее эффективной работы скреперной установки). Вместе с тем увеличение числа бло­ ков в шахтном поле приводит к деконцентрации очистных работ, усложнению организации работ но выемке и транспорту, ухудше­ нию проветривания, а также к увеличению объема подготовитель­ ных работ.

Главным фактором, обусловливающим небольшую длину блока, является низкая скорость подвигания очистного забоя вследствие продолжительного его циклования, что объясняется обычно малой производительностью транспорта и планировки закладочного мате­ риала скреперами, затратами времени на устройство и уборку на­ стила и, особенно, трудоемкостью и малой производительностью работ по закладке.

64

Высота слоя отбиваемой руды, как и высота свободного простран­ ства между поверхностью закладочного материала и массивом руды в рассматриваемых условиях, принимается 1,8—2 м и редко дости­ гает 3 м, а при чередовании выемки руды и ведения закладочных

работВариантсистемыразработкигоризонтальнымислоямивкрестсост вляет 0,5—1 м.

простираниясзакладкой.Данный вариант системы применяется обычно нри мощности рудных тел более 5—6 м. Месторождение отра­ батывается следующим образом: первоначально ведется выемка с закладкой камер, расположенных вкрест простирания залежи. Между ними оставляют целики руды, отрабатываемые другой си­ стемой разработки во вторую стадию.

Отработку слоя ведут от висячего бока к лежачему с последу­ ющей закладкой выработанного слоя в том же направлении. К за­ полнению слоя закладочным материалом приступают тогда, когда этот процесс позволяет без помех убирать отбитую руду. Руду и за­ кладочный материал (при скреперной закладке) доставляют одно­ временно скреперными установками.

Отработку следующего слоя начинают по окончании отбойки руды у лежачего бока в нижележащем слое. При достаточной длине камеры одновременно в двух слоях ведут отбойку руды и закладку.

Перед введением закладочного материала часть целика по кон­ такту с выработанным пространством обшивают лесом для предо­ хранения от прорыва закладки в очистное пространство при после­ дующей выемке междукамерного целика.

Число рудоспусков в очистной камере зависит от ее размеров. Каждый закладочный восстающий обслуживает площадь камеры в 200-300 м3.

Высота этажа изменяется от 30—40 до 60 м. В зависимости от устойчивости руды ширина камеры принимается от 7—8 до 12 м. Междукамерные целики оставляют шириной не менее 5—6 м. Длина камер в зависимости от мощности разрабатываемого месторождения и устойчивости руды колеблется и достигает 50—60 м, а иногда даже 100 м.

Применение системы разработки в новейших вариантах. Рас­ смотрим наиболее характерные примеры применения новейших вариантов системы в практике, для которых характерно широкое

использование мощных средств механизации для выемки руды и

заклНаполиметалическомрудникедки. «Болиден» (Швеция) с годовой

добычей 3,2 млн. т руды в год удельный вес системы горизонтальными слоями с закладкой составляет 20%. Отрабатываются линзообраз­ ные залежи длиной до 300 м при мощности 2—10 м и угле падения 50—90°. Первоначально система применялась в таком варианте: отбойка руды взрыванием зарядов в восстающих скважинах, про­ буренных малогабаритными буровыми каретками; высота забоя 3 м и длина скважин 5 м, закладка гидравлическая — песками из хво­ стов ОФ, настил из стальных листов.

Слабая устойчивость пород висячего бока (серицитовые и хлори­ товые сланцы) и возросшая глубина разработки обусловили необ­ ходимость усовершенствования системы разработки. В новом ее варианте (рис. 23) предусматривается бурение горизонтальных скважин специально сконструированным буровым оборудованием. Вместо скреперных лебедок применили погрузочпо-доставочные агрегаты Т2С и Т4С. Для повышения устойчивости вмещающих по­ род на обнаженные поверхности кровли, очистных выработок и за­ кладку наносится слой торкрет-бетона, устанавливается металли­ ческая анкерная крепь, болты которой закрепляются в шпурах с помощью бетона.

1 — бурение; 2 — погрузка; 3 — заряжание; 4 — отбойка; 5 — закладка; 6 — восстающий с трубоспуском, ходовым и дренажным отделениями

Подготовительные выработки проходятся на уровне горизонта подсечки рудного тела, т. е. на 7 м выше откаточных выработок. Разведочный штрек в дальнейшем расширяется в обычную заходку (слой), а затем уже проходится в нужном направлении штрек у ле­ жачего бока. Отбитая руда под действием сил гравитации перепу­ скается по рудоспуску и направляется к выработкам лежачего бока, по которым перепускается далее к дробильной станции (рис. 24). При такой схеме подготовки стало возможным увеличить расстояние между основными горизонтами до 100 м.

Достигнута производительность труда забойного рабочего до 25 т/выход с учетом бурения и взрывания скважин погрузки руды,

сооружения рудоспусков и людских ходков, возведения закладоч­ ногоНарудникем ссива «тМаунтАйза. д. » (Австралия) для отработки свинцово­

цинковых рудных тел, залегающих в слабо устойчивых доломито­ вых, пиритовых и других сланцах, применяют новейший вариант системы комплексной механизацией технологического процесса. Мощность рудных тел от 9—10 до 45 м, угол наклона около 65°, простирание — до 3 км при глубине залегания от поверхности 200— 600 м [391.

66

Очистную выемку с закладкой ведут по простиранию рудного тела без оставления междукамерных целиков. При мощности руд­ ного тела более 18 м оставляют ленточные целики шириной 4,5 м. Рудоспуски проходят на расстоянии 90—120 м один от другого и соединяют с откаточным ортом. Схема работ примерно соответствует схеме на рис. 23; на линии сплошной выемки в пределах горизонта в одном забое ведут отбойку, в другом — погрузку, затем — гидра­ влическую закладку и обуривание слоя. По мере выполнения объема работ их порядок меняется.

Для погрузки и доставки руды к рудоспускам применяют ди­ зельную погрузочно-доставочную машину ST5 на пневмоколесном ходу с ковшом емкостью 3,8 м3. Производительность этой машины до 90—100 т/ч (400 т/смену).

Для удержания песка в прудке забоя погрузочно-доставочной машиной ST5 делают насыпь (машина черпает песок из закладоч­ ного массива). Часть воды дренируется в конце блока, стекая по дренажному восстающему и водосточным трубам в дренажные штреки, а часть просачивается сквозь закладочный массив и попадает в пер­ форированные трубы, обернутые парусиной и уложенные под закла­ дочным массивом. По этим трубам вода стекает в забетонированные канавы в откаточных выработках к отстойникам. Через три дня после укладки слоя содержание воды в нем уменьшается до 8%,

а через несколько недель до 4%,что позволяет применять тяжелое самоходное оборудование.

В блоке одновременно ведут работу в четырех забоях, в каждом по три человека в смену. В сутки 36 рабочих заняты только на до­ быче руды, а 29 на других работах. Производительность труда рабочего забойной группы до 90 т/смену, а одного подземного 50 т/смену (включая ремонтных рабочих). Таким образом, приме­ нение дизельного самоходного оборудования в слое на очистных работах позволило добиться такой же производительности труда, как и при разработке системой подэтажных штреков. Новый вариант системы горизонтальных слоев по удельному весу занимает на руднике около 05 %.

Аналогичный комплекс механизации с пневмозакладкой при­ меняют на медном руднике «Альфредо» (Чили).

В отработке элементов и параметров новейших вариантов системы горизонтальных слоев с комплексной механизацией имеет большое значение опыт применения непрерывных видов транспорта руды и закладочиых материалов, бетонного крепления для рудоспусков, цементирования верхнего слоя закладочного массива и др. Приве­ дем наиболее интересные результаты практики по этим работам.

Для разработки тонких жил систему применяли на руднике «Гиммельфарт» (ГДР), где свинцово-цинковое месторождение пред­ ставлено жилами мощностью в среднем 0,4 м и углом падения 40— 50°. Отличительная особенность применения здесь системы горизон­ тальных слоев состоит в отработке жил одновременно несколькими блоками по простиранию, причем рудоспуски (сечением ІХ І м), наращиваемые в закладке, закреплены бутовым камнем из гнейса на тощем цементном растворе. Расстояние между рудоспусками до 50 м, высота этажа 40 м.

Для закладки используют пустую породу (гнейсы) от подрывки висячего бока на высоту до 1 м. В каждом уступе занято двое рабо­ чих, выполняющих все работы по закладке выработанного простран­ ства породой, кроме выкладки стен рудоспусков.

В отдельных случаях в Верхнем Гарце для разработки рудного тела мощностью 15—25 м применяют систему горизонтальных слоев вкрест простирания с пневматической закладкой.

Подготовка выемочного участка заключается в проведении в ле­ жачем боку штрека, из которого в сторону висячего бока проходят орты. Выемка руды ведется заходками, проводимыми параллельно ортам. По окончании выемки заходка закладывается материалом, подаваемым по трубам. Для пневматической закладки применяют барабанные закладочные машины, которые устанавливают примерно в середине очистного участка, в коротком квершлаге, пройденном в лежачем боку вблизи от восстающего для спуска материала.

Варианты системы горизонтальных слоев с пневмозакладкой применяют при отработке свинцовых залежей, представленных што­ ками и жилами в тектонически нарушенных кварцитах (шахтные породы используют для закладки). Высота слоя 2,5 м. Выемка от

68

центрального штрека ведется перпендикулярными заходками ши­ риной 2,5 м от восстающего к рудоспуску.

Значительный интерес представляет опыт применения системы разработки с пневмозакладкой на медном руднике «Рио-Тинто» (провинция Хуэлва в Испании). Рудоносная площадь представлена свитой из трех мощных наклонных рудных тел. Глубина подземных разработок достигает 680 м. Руда рыхлая и слабоустойчивая, а также склонная к самовозгоранию. В связи с этим отработка рудных тел уже полстолетия ведется с закладкой выработанного пространства.

Раньше [40] горные работы на руднике велись камерно-столбовой системой, в результате чего образовались большие объемы вырабо­ танных пустот и целики.

Наилучшие результаты были получены при использовании мета­ тельных пневматических закладочных машин особой конструкции. Обеспечивалось возведение закладочного массива значительной плот­ ности (см. главу IV). Нарезные работы в слое заключаются в прове­ дении одного центрального и двух фланговых ортов, сбитых восста­ ющими по висячему боку рудного тела с вентиляционным горизонтом.

При пневматической закладке в качестве закладочных материалов используют сланцы крупностью до 40 (75) мм, дающие при дробле­ нии выход глинистых веществ. Применение закладочной машины особой конструкции на таких материалах обеспечивает возведение настолько плотного и устойчивого массива, что можно вести выемку руды в следующей заходке по контакту с закладкой без отшивки.

В результате очистная выемка слоя с плотной закладкой может вестись при одновременной работе трех очистных заходок. Скорость проведения заходки должна быть такой, чтобы закладочная машина успевала заканчивать работу до того, как следующая пара заходок достигнет центрального орта. Практически в среднем на выемку заходки шириной 2,1 м, высотой 2 м и длиной около 25 м требуется от 30 до 40 смен.

Данный вариант системы оказался единственным, обеспечива­ ющим наиболее полную (до 90%) выемку целиков. При пневмоза­ кладке оказалось возможным применить панельную выемку руды (вместо выемки заходками шириной 5 м). Выемка производится в трех блоках (панелях) шириной по 30 м каждый, что обеспечивает условия для механизации работ1/3. . Скорость извлечения руды в слое увеличи­ лась примерно на Разубоживание осталось на уровне, характер­ ном для ручной закладки.

Производительность закладочных работ — от 35 до 120 м3/смену (10—11 м3 на 1 рабочего по закладке). Характерно, что в затратах на 1 м3 уложенного в массив закладочного материала стоимость

электроэнергии сжатого воздуха и затраты на ремонт составляют

58%Совершенствованиеотдельныхэлементовсистемыитехнологиии 42% — на з рпла у.

работ.На рудниках Канады широко применяют систему разра­ ботки горизонтальными слоями с закладкой и рудоспусками, закре­ пленными бетоном. Такие рудоспуски применяются на золотом

69