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

имеет ограниченное применение в связи с тем, что во многих слу­ чаях оказываются более выгодными системы разработки с валовой выемкой (с магазннированием руды или потолкоуступная с распор­ ной крепью) вследствие их большей конструктивной простоты.

Применяют два варианта данной системы: горизонтальными слоями и наклонными слоями. По сравнению с другими вариантами системы с валовой выемкой (системы с магазинпрованием) показа­ тели данного варианта системы по производительности труда значи­ тельно ниже, а стоимость добычи 1 т руды значительно выше. Однако системы с раздельной выемкой обеспечивают гораздо меньшее разубоживание руды.

Эффективность применения системы с раздельной выемкой повы­ шается при разработке месторождений на значительной глубине, поскольку обеспечивается резкое сокращение расходов на транспорт.

3. Разработка рудных залежей системами с креплением и закладкой

При применении этих систем поддержание очистного пространства осуществляется крепью и закладочным массивом. Системы разработки с креплением и закладкой достаточно гибки и допускают интенсивную отработку рудных тел любой мощности с непостоянной и неправиль­ ной формой залегания. В этом отношении они имеют существенные преимущества перед системами с магазинпрованием руды, с откры­ тым выработанным пространством и другими.

Обычно их применяют в наиболее неблагоприятных горно-гео­ логических условиях для разработки ценных руд со слабыми вмеща­ ющими породами и при неустойчивой руде. Эти системы обеспечи­ вают высокое извлечение руды и незначительное ее разубоживание.

Наиболее благоприятными для отработки этими системами счи­ таются рудные тела мощностью от 2—3 до 10—15 м с углом падения более 40—45°, допускающим самотечное перемещение отбитой руды по рудоспускам, а закладочного материала по восстающим.

По типу применяемого крепления различают системы: со станко­ вой крепью, с усиленной распорной крепью и с креплением сплош­ ными дверными окладами.

Система разработки со станковой крепью и закладкой. При раз­

работке данной системой выемочные поля отрабатывают горизонталь­ ными слоями или потолкоуступными забоями со станковой крепью и закладкой. Очистные работы в блоках ведутся обычно на несколь­ ких горизонтах. При выемке первого слоя на его почву укладывают прочный настил для поддержания возводимого закладочного массива.

Опыт показывает, что станковая крепь является надеяшой только в сочетании с закладкой. Выемка без закладки допускается только для отдельных изолированных участков рудного тела с гори­ зонтальной площадью не более 50 м2 и высотой по вертикали до 25 м.

Эту систему целесообразно применять для разработки рудных тел сложной формы мощностью более 3—4 м при слабых рудах и неустойчивых боковых породах.

£0

Широко известен вариант системы со станковой крепью и выемкой длинными блоками. Горные работы ведут методом двухстадийной отработки этажа. В первую стадию отрабатывают длинные блоки (или камеры) вкрест простирания рудного тела, затем — промежу­ точные целики. Данный вариант применяют для разработки рудных тел повышенной мощности с малоустойчивой рудой и боковыми породами.

Блоки отрабатываются потолкоуступными забоями на всю мощ­ ность в направлении от висячего бока к лежачему на всю ширину блока (камеры) или отступающими в плане заходками. Выемка потолкоуступными забоями (иногда горизонтальными слоями) с от­ ставанием уступов друг от друга на 3—5 станков допускает отработку блока большим числом очистных забоев и обеспечивает совмещение во времени выемки руды и возведение закладочного массива.

Закладочные работы в блоке ведутся вслед за выемкой руды, причем закладочный материал подводится вплотную под настил. Буровзрывные работы ведут с расчетом ухода за один цикл на один станок. Отбойку руды осуществляют на настил нижележащего слоя (горизонт уборки). Для перепуска руды служат рудоспуски, устраи­ ваемые через 3—4 ряда станков.

Высота этажа 30—40 м. Размеры блоков (камер): ширина 8—12 м (целиков — не менее 8 м); длина равна мощности рудного тела (до 20 м и более).

При отработке рудных тел в особо тяжелых условиях иногда применяют вариант системы со станковой крепью и выемкой корот­ кими блоками (или выемкой вертикальными прирезками).

Система разработки с усиленной распорной крепью и закладкой.

При данной системе выработанное пространство поддерживается усиленной распорной крепью в сочетании с закладкой. Систему применяют для разработки крутопадагощих рудных тел мощностью до 4—5 м при высокой ценности руды и слабых боковых породах. Выемка ведется потолкоуступными забоями или горизонтальными слоями. Очистные работы начинают засечкой из восстающих. Отби­ тую руду размещают на настиле в нижележащем слое или на рабочих полках, где ее и сортируют. Породу с полков убирают в выработан­ ное пространство.

Крепь состоит из горизонтальных распорок, устанавливаемых че­ рез 1,2—1,5 м и укрепляемых на двух, а при повышенной мощности — на трех стойках. У лежачего и висячего бока она расклини­ вается.

При выемке блоков потолкоуступными забоями руду отбивают с комплектами зарядов в слабонаклонных шпурах; отбитую руду доставляют до рудоспусков, располагаемых через 8—10 м, по наклон­ ным рештакам.

Выемка блоков горизонтальными слоями ведется с закладкой, возводимой в нижележащем отработанном слое одновременно с выем­ кой руды в рабочем слое. Доставка руды и возведение закладочного массива осуществляются скреперами но настилу. Высота этажа

30—35 м. Длина блока по простиранию 40—50 м. Высота горизонталь­ ных слоев или уступов около 2—2,2 м.

Система разработки с креплением сплошными дверными окладами и закладкой. При данной системе выемку ведут горизонтальными слоями с креплением дверными окладами, устанавливаемыми на руде или закладочном массиве в зависимости от порядка отработки слоев. Системой отрабатывают месторождения различной мощности с не­ устойчивой высокоценной рудой и слабыми боковыми породами при условии сохранения поверхности.

Выемку сверху вниз применяют при отработке неустойчивых

руд с сильноразвитой трещиноватостью (раздавленные целики,

нарушенныеВариантсистемыразработкисвыемкойслоевснизуверхуча ки удных ел и др.). .Этот

вариант применяют в основном на маломощных и реже на мощных месторождениях. Выемка отдельных блоков ведется горизонтальными слоями с подвиганием забоев по простиранию. Руду отбивают на настил, уложенный на закладочный массив.

Отличие данной системы от системы разработки горизонтальными слоями состоит в том, что очистное пространство на всю высоту слоя закрепляют крепежными рамами, после чего его заполняют закладочным материалом.

Высота этажа принимается 30—35 м; длина выемочных блоков

по Вариантсстемыразработкисвыемкойслоевсверхувнизпрост р ию25—40 м и высота слоя 2—2,2 м. .Данный

вариант можно применять при разработке месторождений любой мощности. Его особенность состоит в том, что выемка руды в слоях ведется на рудном массиве. При этОхМ на руде оборудуют прочный настил для удержания закладки при выемке нижерасположенного слоя.

В маломощных месторождениях отработка слоев ведется забоями по простиранию на всю мощность рудного тела, а при разработке мощных месторождений — заходками или лавами. Система приме­ нима для отработки месторждений в особо сложных горно-геологи­

ческих условиях (выемка целиков, потолочин и др.), в том числе

месторождеВариантсистемысостанковойкрепьюгидрозакладкойий рудой, кл нн самовозго анию. хвостами

применяют (взамен горизонтальных слоев с закладкой) при повыше­ нии давления вследствие сдвижения пород в результате очистных работ в соседних блоках (при неустойчивых рудах, пересечении сбросов и др.).

Станки крепи изготовляют из деревянных брусьев размером 1,8 X 1,8 м высотой 2,4м. При установке станков на песчаный закладоч­ ный массив стойки располагаются на лежнях; в дальнейшем на станке нижележащего ряда примерно через пять станков в закладоч­

82

Работы ведутся снизу вверх и сверху вниз. Порядок выемки сверху вниз применяют для отработки горизонтальных или верти­ кальных целиков, а также нарушенных участков. Обычно выемка ведется блоками площадью 4 x 5 станков. Руда отбивается усту­ пами. Перед закладкой блока линии забоя придается вертикальное

Рис. 28Вариант системы разработки горизонтальными слоями с гидрозакладкой и креплением станковой крепью (почвоуступная выемка целика):

1 — настил на почве основного горизонта (длина досок 4,5 м, ширина 100 мм); 2 — подхваты; 3 — диагональная распорка; 4 — отработанный блок; 5 — ру­ доспуск

направление. Работы ведутся от висячего бока к лежачему боку (рис. 28). Ширина камер обычно 9—10,5 м, а целиков около 6 м. Целики располагаются вкрест простирания месторождения.

Почвоуступная выемка целиков производится вдоль границы камеры на ширину трех станков. Размер вынимаемого блока в плане 5 x 3 станка. После цикла выемки (обычно пять станков) укладывается настил из досок и производится закладка блока. Очистная выемка продолжается под настилом до тех пор, пока не будет выработан новый блок. Так отрабатывается и закладывается вертикальный

блок от одного горизонта до другого.

Успешно применяется данный вариант системы в Австралии на свинцово-цинковом месторождении «Брокен-Хилл» (Новый Южный

Уэльс). В соответствии с опытом эксплуатации этого место­ рождения большое значение имеет организация технологии гидра­ влической закладки. В отношении начальной стадии подготовки забоя к закладке различают два основных случая:

очистная выемка начинается с подошвы штрека или на высоте около 3 м над рельсовыми путями; в этом случае устанавливают крепь штрека, погрузочные люки рудоспусков и основания лестнич­ ных ходков;

очистная выемка начинается на высоте 7,5—9 м над откаточным штреком и от штрека к горизонту подсечки проходятся восстающие — рудоспуски и лестничные ходки; на горизонте подсечки образуются основания восстающих (обычно бетонные) и возводится крепь про­ межуточных штреков.

В обоих случаях восстающие возводятся на необходимую высоту, производится затяжка целиков и сооружаются перемычки. Основные типы крепи восстающих: венцовая с обшивкой досками, венцовая сплошная из круглого леса без обшивки (за исключением наклонных рудоспусков), станковая с обшивкой досками; используют бетонные рудоспуски размером 1,2 X 1,2 м внутри крепи.

При использовании системы подготовка откаточных выработок при закладке первого слоя имеет больший объем работ, чем закладка следующих слоев. Откаточные выработки закрепляются дверными окладами (при надобности с распорками). Оклады затягиваются круглым лесом, а при подготовке основания для закладочного мате­ риала применяется один из следующих способов.

На затяжку укладывается слой пустой породы из подготовитель­ ных выработок (толщиной 0,6—0,9 м), а на него возводится закла­ дочный массив, в данном случае из хвостов обогащения.

Иногда на затяжку укладывают «постель» из старого гофрирован­

Вместо затяжки из круглого леса применяют доски, плотно уло­ женные концами внахлестку. Этот сравнительно ровный настил также покрывается водонепроницаемой бумагой или тканью (рис. 29).

Для подготовки действующего забоя с целью укладки второго и последующего слоев закладки (по окончании отбойки и уборки руды) рудоспуски и ходки, закрепленные венцовой крепью из круг­

лого леса, наращиваются до необходимой высоты и обвертываются

водонепВариантсистемыгоризонтальныхслоеввнисходящемпорядкео ицаемой бумаг й или тка ью [46, 47]. сзакладкой,бетоннойкровлейикреплениемприменяют при отработке

крутопадающих рудных тел мощностью до 20 м и более в тяжелых горно-геологических условиях (слабые и мягкие руды, неустойчивые боковые породы, при сохранении поверхности по гидрогеологиче­ ским условиям и др.). При этом очистная выемка должна вестись так, чтобы не допускались вывалы породы и обеспечивалось макси­ мальное извлечение руды, высокая эффективность ведения работ и низкая себестоимость добытой руды.

84

Блок размерами 20x20 м и 30x30 м разделяется на несколько горизонтальных слоев толщиной но 2,5 ы. Каждый слой отрабаты­ вается поперечными заходками. По окончании выемки заходки производится закладка выработанного пространства.

Бетонная смесь по трубам от смесительной установки на поверх­ ности подается в тахту и укладывается на почву слоем толщиной 50 см на заранее уложенную на почве выработки металлическую арматуру.

По истечении нескольких часов остальное выработанное прост­

Рис. 29. Подготовка к гидрозакладке первого слоя над крепью откаточной выработки:

1 — уровень закладки; 2 — водонепроницаемое покрытие

покрывающая всю площадь слоя и служащая в качестве искусствен­ ной кровли для следующего слоя. Такая кровля возводится после выемки каждого слоя.

Арматура состоит из металлических стержней диаметром 13 мм, уложенных с интервалом 0,6 м, и металлической сетки (диаметр прутка 4 мм, а ширина отверстий 50 мм).

Описанный вариант системы применен при эксплуатации место­ рождения пиритной руды Юсинатай (Япония). Глубина залегания рудного тела 100—200 м. Средняя мощность 20 м. Полезные компонеты представлены цинком, медью и свинцом (рис. 30).

Подготовка стандартных блоков и выемка руды заходками ве­ дутся с креплением дверными окладами. Для создания искусствен­ ной кровли в слоях используют бетонную смесь из песчаного извест­ няка, шлака и цемента. Эксперименты показали, что прочность бе­ тона будет наибольшей в том случае, когда число частей песка и шлака одинаково. Применение шлака способствовало быстрому схва­ тыванию материала. Прочность бетона на сжатие 25—50 кгс/см2. По мере развития горных работ искусственная кровля опускается, но ие разрушается, благодаря чему нагрузка на нее временно умень­ шается [48].

85

При применении искусственной кровли отсутствуют вывалы породы, обеспечивается безопасность работ. Потери полезного иско­ паемого резко снижаются. Благоприятные горнотехнические усло­ вия позволяют достичь производительности труда 20 т на выход одного забойного рабочего. Затраты на возведение искусственной кровли составляют 40 центов на 1 т. Общие эксплуатационные за­ траты оказываются ниже, чем при обычной слоевой разработке,

0‘ 9 1-»-

Рис. 30. Вариант системы разработки горизонтальными слоями в нисходящем порядке (с закладкой, бетонным настилом и креплением):

а — порядок выемки заходок; б — схема выработок; в — закладка в слое; 1 , 2, и з — воз­ ведение бетонного настила (соответственно — сетка, лсжаны и арматура); 4 — закладочный массив; 5 — ходок; 6 ,7 — элементы дренажа; 8 — доставка руды; 9 — рудоспуск; 10 — бетонные пастилы; 11 — массив руды; 12 — возведение настила

вследствие значительного сокращения расхода деревянной крепи,

а такжеВариантсистемысвыемкойрудывертикальнымиприрезкамивысокой производит льности труда. креплениемстанковойкрепьюипневмозакладкой.Применяют для,

разработки крутопадающих жильных рудных тел со слабыми ру­ дами и неустойчивыми боковыми породами. Этот вариант системы успешно применялся на руднике «Августа-Виктория» (ФРГ) при разработке свинцово-цинкового жильного месторождения. Жила крутого падения мощностью 18 м разрабатывалась системой с за­ кладкой выработанного пространства и выемкой слоев поперечными заходками. Вследствие значительной площади обнажения происхо­

86

дило растрескивание и расслоение рудного массива и образование вывалов, затрудняющих выпуск и доставку руды.

Выемку руды стали вести вертикальными прирезками с крепле­ нием станковой крепью. Прирезки ориентировали длиной по про­ стиранию. Выемку руды производили слоями. Крепление — ра­ мами с затяжкой кровли. Отбитая руда выпускалась через рудо­ спуск в пределах каждой прирезки. Доставка руды от забоя до рудо­ спуска — по наклонным настилам (рис. 31).

Рис. 31. Вариант системы разработки с выемкой руды вертикальными прирез­ ками, креплением станковой крепью и пневмозакладкой:

а, б — варианты выемки с магазинированием руды; 1 — массив руды; 2 — восстающий; 3 — штрек; 4 — магазин; 5 — закладочный массив

Закладочный массив возводился пневматическим способом, при­ чем одновременно в закладке находились 2—3 слоя. Закладочная машина размещалась на вентиляционном горизонте и переносилась после отработки нескольких прирезок.

При этом варианте системы производительность труда составила 4,5 т на 1 чел-смену, что на 66% выше, чем при выемке блока попе­ речными заходками.

Опыт по совершенствованию систем. Системы с креплением и закладкой позволяют относительно безопасно разрабатывать слож­ ные по горно-гологическим условиям рудные месторождения. Опыт применения этих систем [49] показал, что при нисходящей выемке

87

руды по сравнению с восходящей обеспечиваются наиболее безопас­ ные условия труда.

Системы целесообразны для отработки маломощных іг мощных рудных тел при крайней неустойчивости руды и боковых пород. Характерной является отработка блока мощностью 2,5 м при угле падения, близком к 90°. Запасы блока оконтуривались этажными штреками, пройденными на расстоянии 28 м, и двумя восстающими — на расстоянии 18 м. Очистные работы начинались в восходящем порядке с выемки первого слоя на уровне кровли откаточного штрека. Руда отбивалась взрывным способом. Крепление осуществлялось усиленной распорной крепью с затяжкой кровли сразу же после уборки руды. Закладочный материал подавался по восстающему и размещался в отработанном пространстве.

При выемке четвертого слоя, несмотря на сплошное крепление рамами, усиленными у восстающих кострами, произошел крупный вывал высотой 9,5 м и длиной 8,5 м. Продолжать очистные работы в восходящем порядке было небезопасно.

Дальнейшую отработку руды в блоке вели сверху вниз со штрека двумя горизонтальными слоями высотой 2,5 м. Крепление очистного пространства осуществлялось распорной крепью на стойках под продольный накат, укладываемый на почву каждого слоя.

Безопасность работ в блоке обеспечивалась предварительной и призабойной крепью в сочетании с закладкой. Благодаря приме­ нению нисходящей выемки были доработаны запасы блока и устра­ нены потери ценной руды.

Применение указанного варианта системы способствовало полу­ чению более высоких технико-экономических показателей по сравне­ нию с восходящей выемкой. Так, скорость отработки блока увели­ чилась в два раза, производительность труда рабочего по забою возросла на 80%, расход крепежного леса сократился на 20%.

При четкой организации механизированной заходки средняя производительность труда забойного рабочего составляла 4,34 т в смену, а максимальная 5,14 т.

На медном руднике «Опемиски» (Канада) для применения системы разработки горизонтальными слоями с закладкой и креплением характерны три способа подготовки блока к очистной выемке в зави­ симости от мощности рудного тела и других факторов [47].

Первый способ заключается в проведении откаточной выработки по жиле, расширении ее до границ оруденения, выемке слоя на вы­ соту 6,7 мнад уровнем путей. Крепь — деревянные распорки и стойки

и стропильная на более мощных участках. Этот способ применяется

вмаломощных изолированных жилах, где использование штрека во время извлечения целика минимально.

При втором способе используется штрек, пройденный в породах лежачего бока. Этот способ более экономичен, обеспечивает хорошую базу для разведочного бурения, во время извлечения днища блока работа транспорта не нарушается, уменьшается опасность горных ударов. Недостаток — большой объем подготовительных выработок.

88

Третий способ отличается тем, что штрек проводится как подэтажтшй иа 9 м выше откаточного горизонта. Основное преимуще­ ство способа в том, что очистная выемка может вестись до оконча­ тельного завершения этого штрека, выемка — восходящими слоями, чем значительно облегчается управление кровлей и снижается стои­ мость уборки благодаря доставке руды самотеком. Недостатком является осложненная цикличность работ: частое чередование опе­ раций или необходимость их одновременного выполнения.

Во всех случаях длина выемочного поля до 250 м. В случае рас­ положения блоков по простиранию вертикальных целиков не оста­ вляют. Средняя ширина забоя 3,6 м. Разработка ведется сплошным

Рис. 32. Схема выемки междукамерного целика вертикальными прирезками с цементированной закладкой и креплением:

1 — закладочный массив отработанного блока; 2 — этажный штрек; 3 — целик; 4, 5 ж6 — закладочный массив между ходками и рудоспусками

забоем, применяют бурение с пневмоподдержек, за исключением широких однородных забоев, где успешно работает буровой станок на колесном ходу. Для закладки используют обесшламленные хвосты обогащения с добавкой цемента, весь материал поступает е поверхности через скважины. Бока и кровля поддерживаются анкерной крепью.

Здесь также опробован способ извлечения междуэтажных цели­ ков вертикальными прирезками с применением цементированной закладки с креплением. Схема выемки междуэтажного целика пока­ зана на рис. 32.

Первые два днища, отработанные системой вертикальных при­ резок с закладкой и креплением, были под блоками, выработанными системой горизонтальных слоев с закладкой с откаточным штреком в лежачем боку. Ширина днища 2—4,6 м, высота 9 м, длина блоков 120—150 м. Последовательность работ следующая (см. рис. 32): проходится восстающий через днище блока и соединяется со штреком лежачего бока, устанавливаются распорки, укрепленные скобами под верхним матом; укладывается настил из досок с брезентом и про­ волочной сеткой; устраиваются временные настилы для бурения;

89