книги из ГПНТБ / Байконуров О.А. Комплексная механизация очистных работ при подземной разработке рудных месторождений

деревянным штырям диаметром 57 мм и длиной 1,2 м, которые закли­ ниваются в специально пробуренные скважины (на высоте 2,1 м от поч­ вы). Затем к стойкам крепится горизонтальная обшивка из брусьев (досок) толщиной 10—20 см и длиной 3,6 м. Эти брусья крепятся с рас­ стоянием 20 см между собой. При взрывании стенка защищается доска­ ми, устанавливаемыми вертикально.

Самый верхний слой боксита толщиной 30—60 см оставляется в. кровле до начала обрушения для поддержания слабых налегающих по­ род.

Рис. 9. Планируемая очередность извлечения руды: 1 — обрушенное пространство; 2 — деревянные стенки.

Цифры 3— 10 показывают очередность отработки.

Конечные работы в камерах сводятся к уборке отбитой руды, уменьшению последовательным взрыванием диаметра целика до 1,5 м, обуриванию целика для обрушения, сооружению перемычки на входе в камеру и заряжанию и взрыванию скважин, пробуренных в кровле и

целике.

Смежные камеры одновременно не разрабатываются. Последова­ тельность выемки вдоль всей линии обрушения соответствует опреде­ ленной схеме, показанной на рисунке 9.

Вся руда, отбиваемая в камерах, грузится с помощью самоходных • погрузочных машин скребкового типа в самоходные челноковые ваго­ нетки, работающие на аккумуляторах. В вагонетках руда доставляется, к подъемному стволу. Руда, получаемая при проходке выработок, гру­ зится сразу на челноковые вагонетки. Из вагонеток ленточными разгружателями руда сбрасывается непосредственно в скип. Бункера в этом: случае нецелесообразны, так как липкий боксит быстро слеживается. В зависимости от мощности рудной залежи (3—12 м) извлечение запа­ сов изменяется от 77 до 92%, считая, что в кровле оставляется рудная корка толщиной 0,6 м и целики диаметром 1,5 не извлекаются.

В технической литературе системы с закладкой, как правило, счи­ таются сравнительно дорогими, обладающими весьма низкой произво­ дительностью труда, и рекомендуются только в тех случаях, когда при­ менение других систем разработки менее экономично.

Наиболее широкое использование при разработке крутопадающих рудных тел ограниченных размеров при слабых вмещающих породах, получила система разработки слоями с закладкой. Эта система разра­

ботки попользуется фирмой «Болиден» (Швеция) при добыче сульфид­ ных руд, содержащих пирит, медь, свинец, цинк [3]. Она применяется при разработке относительно небольших линз длиной по простиранию от 200 до 400 м и мощностью от 2 до 20 м. Падение рудных тел колеб­ лется в пределах 50—90°. Вмещающие породы представлены серицитизированными и хлоритизированными кварцитами, которые в некоторых случаях превращены в сланцы с высоким содержанием талька.

Первоначально при использовании указанной системы разработки отбойку руды производили взрыванием наклонных (под углом 70° к го­ ризонтали) шпуров диаметром 25—45 мм, глубиной 4—8 м. Кроме то­ го, для обрушения кровли бурили горизонтальные шпуры и взрывали их маломощными ВВ (смесь аммиачной селитры и дизельного топлива). При этом толщина отбиваемого слоя составляла 0,6 м, а суммарная вы­ сота отбиваемого слоя — 5 м.

Бурение шпуров производили легкими передвижными каретками, оснащенными перфораторами фирмы «Атлас Колко» модели РП-656 или ВВС-24. Расход ВВ при отбойке около 2,2 кг/г. За одно взрывание отбивалось от 1000 до 2000 г руды. Доставка руды до рудоспуска осу­ ществлялась скреперными лебедками мощностью 30—55 кет со скре­ перами шириной 1,1—1,3 м.

Опуская детали обычной системы разработки с закладкой, отметим лишь, что производительность бурения составляла 180—200 м шпуров. Скреперной установкой за смену доставлялось в рудоспуск 150—200 г руды. Общая высота незакрепленного пространства равнялась 8 м, в том числе 5 м высота отбиваемого слоя и 3 м высота между за­ кладкой и кровлей, необходимая для размещения бурового оборудования.

В последнее время способ разработки горизонтальными слоями с закладкой несколько модифицирован в целях применения современного оборудования (А2-П-ЭМ-4).

Закладочные работы в этом варианте производят так, чтобы заклад­ ка размещалась ближе к кровле. Рудоспуск, ходовой восстающий и закладочный восстающий группируются в том месте, откуда начинают выемку слоя. Отбойку руды в слое производят горизонтальными шпу­ рами. Для бурения была создана специальная установка из двух мани­ пуляторов, смонтированных на погрузочной машине. Благодаря боль­ шой длине подачи бурильных машин обеспечивается бурение шпуров длиной до 3,6 м без замены буров, производительность установки при этом составляет 175 м в смену. Диаметр шпуров и тип бурильной ма­ шины не изменены.

Доставка скреперованием заменена доставкой погрузочно-доставоч- ными машинами типа T2G или T4G. Производительность машины T4G составляет 200—250 г в смену, а производительность машины T2G вдвое меньше. Применение мощных погрузочных устройств типа «Транслодер» и «Скупмобил» было признано нерентабельным (при разработке небольших рудных тел) вследствие их большой производительности и вы­ сокой стоимости.

Представляется возможным дальнейшее усовершенствование опи­ санного варианта системы разработки, с тем чтобы закладку вести в непосредственной близости от забоев, что ограничит обнажение вися­ чего бока как по вертикали, так и по горизонтали. При этом имеется возможность избежать оставления целиков.

Общая эффективность системы слоевой выемки с закладкой зави­ сит от многих факторов, таких как размеры рудного тела, угол его падения, устойчивость пород висячего бока и других. Однако при меха­ низации производственных процессов и применении главным образом подходящего самоходного оборудования может быть достигнута средняя производительность труда порядка 30 т/чел-смену. При этом заработная плата рабочих составляет 40% общих расходов на очистных работах.

и самоходные челночные вагоны типа 20RC, при малой и средней мощности погрузочные машины непрерывного дейст­ вия типа ПНБ-Зк и ПНБ-4 и вагоны типа 20RC. Для достав­ ки используются также автосамосвалы МоАЗ и ANF грузо­ подъемностью 2 0 т.

Кровля камер закрепляется штангами по мере продвиже­ ния забоя подсечной выработки. Для осмотра и оборки кров­ ли, а также ремонта крепи применяются самоходные полки СП-12 и СП-25 и ряд других вспомогательных машин.

В описанной выше технологической схеме добычи руды весьма существенным недостатком является необходимость сбрасывания руды с подсечки на уступы. Эти работы сни­ жают производительность труда забойных рабочих, вызы­ вают повышенную опасность проведения работ на кромке уступа и ряд других неудобств. В последнее время для устра­ нения отмеченных недостатков был предложен вариант панельно-столбовой системы разработки с независимой отра­ боткой передового забоя [14]. Этот вариант отличается от предыдущего лишь некоторыми элементами схемы подготов­ ки залежи к разработке. Для независимой отработки передо­ вого забоя смежный с ним панельный откаточный штрек проходится на отметку подошвы передового забоя под уклон, обеспечивающий свободное движение безрельсовых транс­ портных машин и доставку на подсечку собственным ходом бурового, погрузочного и другого самоходного оборудования. Одновременно этот штрек служит для прокладки в передовой забой силовых, осветительных и водо-воздушных магистра­ лей, а также для доставки необходимых материалов и инст­ румента.

Нарезные работы в спаренных панелях начинаются с про­ ходки из наклонного панельного штрека отрезной траншеи по подсечке. На проходке траншеи и в дальнейшем на отра­ ботке передового забоя предусматривается использование комплекса самоходных машин.

Отбитая на подсечке руда погрузочным агрегатом грузит­ ся в безрельсовые транспортные машины и по наклонному панельному штреку доставляется непосредственно к капи­ тальному рудоспуску.

Комплексное применение на подземных работах самоход­ ных машин в соответствующих горнотехнических условиях позволило значительно повысить производительность забой­

дительность, достигнутую без применения техники. Однако необходимо отметить, что себестоимость руды, получаемая с использованием самоходной техники, остается выше запла­

нированного уровня. Причиной этого, как показал анализ [14], является высокая стоимость оборудования, большинст­ во которого выпускается в виде эксперименатльных образ­ цов, недостаточная его надежность, а также затруднение с обеспечением запасными частями. Надо полагать, что с устранением отмеченных недостатков себестоимость руды резко снизится.

Рудник <іСтари Трг» горно-металлургическо-химического комбината «Тренча». Месторождение «Тренча Стари Трг» [4], разрабатываемое этим рудником, приурочено к антиклинальной складке и залегает в метаморфизованных карбонатных породах — сланцах. Рудные залежи представлены столбами, жилами, гнездами и образованиями неправиль­ ной формы с четко выраженными контактами. Центральное рудное те­

являются галенит, сфалерит и пирротин. Среднее содержание свинца в руде составляет 6%, цинка — 4%.

Гидрогеологические условия месторождения весьма сложны. Вме­ щающие породы — известняки — характеризуются наличием водона­ полненных карстовых пустот и напорных вод. В связи с указанными обстоятельствами необходимы специальные водозащитные меры при ведении горных работ, особенно при вскрытии нижних горизонтов ме­

риантом системы горизонтальных слоев с закладкой (Б3-Ш-К1К2рГС-4). При отработке мощных рудных тел для поддержания пород кровли и ви­ сячего бока оставляют целики — столбы квадратного сечения 10ХЮ .it, которые располагают в шахматном порядке. На каждый целик прихо­ дится площадь около 800 м2. Потерп руды в этих целиках составляют

10% .

Выемку подсеченного слоя производят на уровне основного гори­ зонта, а проходимые выработки крепят бетоном. Между смежными по вертикали камерами оставляют междуэтажный целик толщиной не менее 5 м. Выемку руды в камерах осуществляют слоями высотой 2 .л. Слабые участки кровли крепят металлическими штангами длиной 1,8—2,0 м с клиновыми замками по сетке размером 1,5 ХІ,5 м. Часть штанг используется повторно.

Шпуры бурят перфораторами ПК-21 со шведскими бурами «Коромант». Минимальный диаметр головки бура 32 мм. Шпуры располага­ ют по сетке 1,0X1,0 м. Для их взрывания применяют патронированные аммиачно-селитренные ВВ. Заряжание производится вручную, взрыва­ ние электрическое с миллисекундным замедлением. Выход руды с 1 .it шпура — 1,5 т, расход ВВ на отбойку 1 т руды — 0,166 кг.

В блоках погрузку и доставку руды к рудоспускам осуществляют самоходными машинами «Каво-320» и T2GH.

Вертикальные рудоспуски сечением 1,5X1,5 м располагают таким образом, чтобы на каждый рудоспуск приходилось от 300 до 500 .it2 площади блока.

Закладочный материал добывают в карьере, а также при проходке подготовительных выработок. Ежегодно для закладочных работ исполь­ зуется 170 тыс. м3 пород, или 0,30 л«3 на 1 г руды. Закладочный мате­ риал в камере размещают двухбарабанными скреперными лебедками-

За последние 5 лет по руднику производительность забойного ра­ бочего составила 6,55 т/смену, производительность рабочего по рудни­ ку — 1,58 т/смену.

Рудник «Бор» горно-металлургического медного комбина­ та «Бор» [4]. Зона оруденения месторождения «Бор» имеет простирание 3 км. В настоящее время разведано 13 рудных тел. Типы оруденения — массивные колчеданные, вкраплен­ ные и жильные. Горизонтальная площадь рудных тел весьма различна, падение крутое — 70—-90°. Коэффициент крепости руд — 1 0 — 2 0 ; вмещающие породы представлены устойчи­ выми андезитами.

Среднее содержание меди — 1,2%, серы — 10—15%. Кро­ ме того, в рудах содержится золото, серебро, селен и др.

Приток воды в подземные выработки составляет 200 м3/чае.

Воды, откачиваемые из шахты, содерлсат медь в коли­ честве 1,5 г/л. Из них на цементационной установке извле­ кают 2,0 тыс. тмеди в год. Высота этажа принята 60 м. Основные откаточные выработки пройдены в породах лежа­ чего бока. На руднике применяются две системы разработки блоками с закладкой: горизонтальные слои с закладкой (50%)—Бз-ІІГККрГС-4, квадратные оклады с закладкой (15%) и подэтажное обрушение — шведский вариант (30%). Большой удельный вес систем разработки с закладкой выра­ ботанного пространства обусловлен ведением горных работ под дном действующего карьера.

При отработке запасов системой подэтажного обрушения высота подэтажа принята 1 0 м, расстояние между погрузоч­ ными ортами 9 м. Бурение скважин диаметром 57 мм, рас­ положенных веером, производят установками СФХ-99 фир­ мы «ГарДнер Денвер». Скважины длиной до 12 м заряжают вручную. Погрузку и доставку руды осуществляют машина­ ми «Каво-310». Потери руды при подэтажном обрушении составляют 1 0 %, разубоживание — 2 0 %.

В 1968 г. производительность труда забойного рабочего при подэтажном обрушении составила 26 т/смену, произво­ дительность рабочего по руднику — 2 т/смену.

Рудник «Стрина» [76] разрабатывает мощные залежи железных руд. Вмещающие породы устойчивы.

До последнего времени на руднике применялся обычный вариант камерной системы разработки подэтажными штре­ ками. Применявшаяся система разработки имела следующие недостатки.

1.Добычу руды трудно механизировать.

2.Недостаточная гибкость системы разработки при отра­ ботке участков с нарушениями и различными горно-геологи­ ческими условиями.

3.Затрудненное сообщение в районе горных работ.

4.При отбойке глубокими скважинами требуется боль­ шой объем бурения на кубометр руды.

5.Необходима проходка большого количества восстаю­

щих.

6 . В добыче велик удельный вес ручного труда.

При разработке нового метода добычи были предусмотре­ ны мероприятия по устранению всех перечисленных выше недостатков. При этом особое внимание было обращено на то, чтобы: а) новый метод разработки был легко механи­

достаточно гибкой; в) обеспечивалась высокая безопасность работ.

С целью устранения указанных недостатков было решено принять для отработки способ отбойки глубокими скважи­ нами с использованием самоходного безрельсового оборудо­ вания.

Применяемая система разработки аналогична этажно­ камерным системам с обрушением налегающих пород (Бз-ѴІ-КПр-17).

Подготовительные и нарезные работы заключаются в проходке наклонной откаточной выработки в лежачем боку. От этой выработки проходят короткие наклонные погрузоч­ ные и соединительные выработки к горизонту выпуска камер (сечением 4,5X4,5 м). Очистные работы ведутся в три стадии. На рисунке 10 показаны горизонтальные выработки, прой­ денные в кровле вдоль висячего бока. Эти выработки прохо­ дятся и из соединительных выработок, они имеют размеры по ширине 7 л и по высоте от 3,6 до 6,0 м (средняя площадь сечения 35 м2). Затем в лежачем боку проходят погрузочные выработки, а из них с интервалом в 15 ж ведется проходка дучек. Короткие пальцевые восстающие (8 —10 м) проходят­ ся путем бурения комплектов параллельных шпуров. Одно­ временно разбуривают воронки. Взрывание комплектов шпу­ ров в восстающем производится мгновенным способом. Руд­ ный массив разбуривают из камер (35 м) в висячем боку. Затем рудный массив и воронки дучек взрывают одновремен­ но. Обычно за один цикл взрывают участок над двумя во­ ронками, т. е. 30 м.

Бурение глубоких скважин производилось эксперимен­ тальной буровой кареткой «Атлас іЭйритрак» типа БУХ-5. На ней смонтировано два цепных податчика с длиной хода 2,4 м и установлены перфораторы «Атлас Копко» ВВС-44 KF4 с диаметром цилиндра 102 мм. Один рабочий обслуживает два перфоратора.

Буровой инструмент состоит из штанг диаметром 32 мм,. соединяемых веревочной резьбой, и коронок диаметром 48 мм. В крепких и абразивных породах рудника стойкость штанг составляет 25 м, а коронку приходится затачивать че­ рез каждые 2,4 м проходки.

Рис. 10. Три стадии горных работ (показан на макетах).

На 1 лг3 отбиваемой руды расходуется 0,42 пог. м скважи­ ны. Один рабочий бурит 90 м скважины в смену и отбивает около 820 г руды. В качестве ВВ применяется 40%-ный дина­ мит. Заряжание производится полуавтоматическим пневмозарядчиком, который обслуживается одним человеком. Плот­ ность заряжания примерно 2,5 кг/пог. м.

Для погрузки и транспортировки руды на руднике при­ меняются погрузочные машины «Катерпиллер» 955Н, ХОУ-90С и четыре 10-тонных самосвала «Рокерман». Обычно машины ХОУ-90С используются на проходке выработок. Производительность погрузочных машин приблизительно

одинакова, а условия работы отличаются только крупностью материала.

Движение груженных машин производится по выработкам с уклоном 1:9. Длина откатки составляет примерно 800 т, почва откаточных выработок забетонирована. Погрузочные горизонтальные выработки камер не бетонируются.

При эксплуатации самоходного дизельного оборудования серьезное внимание уделяется вентиляции и режиму работы двигателей.

Погрузочные машины и самосвалы проходят осмотры и ремонтируются в подземной мастерской, расположенной в районе горных работ.

Рудник «Муфулира» [92] разрабатывает залежи сульфи­ дов меди, которые состоят из трех рудных тел с простира­ нием от 1800 до 5500 м и мощностью, изменяющейся в пре­ делах от 9,0 до 15,0 м. Угол падения рудных тел 15—90°. Вмещающие породы представлены серыми сливными квар­ цитами и серыми граувокками, а внутренние прослойки — белыми и розовыми кварцитами с подчиненным количеством доломитов и глинистых сланцев. Все они являются крепкими и устойчивыми породами, допускающими проходку подгото­ вительных выработок большого сечения без крепления или с частичным креплением.

Первоначально на руднике применялись камерные систе­ мы разработки с открытым выработанным пространством; среди них — система уступной выемки со скреперной достав­ кой и система с магазинированием. Были также испытаны системы разработки с подэтажными штреками с отбойкой глубокими скважинами. Однако все перечисленные способы разработки не дали положительных результатов ни в эконо­ мическом, ни в техническом аспектах. Производительность труда на рудниках оставалась низкой, значительными были потери и разубоживание, объем добычи увеличить практиче­ ски было невозможно. В связи с этим в течение ряда лет на руднике изучалось большое количество новых механизиро­ ванных способов уборки руды, более совершенное транспорт­ ное и новое буровое оборудование. Испытаниями предусмат­ ривалась оценка эксплуатационных качеств оборудования на очистных и подготовительных работах при постоянно меняющихся местных условиях. Помимо испытаний обору­ дования, выпускаемого научно-конструкторским отделом рудника, была проведена работа по конструированию полу­ механической буровой каретки, поскольку довольно слож­

В результате проведенных исследований установлено, что наиболее подходящей для бурения глубоких взрывных сква­ жин из подготовительных выработок большого сечения ока­ залась простая, установленная на полозьях буровая каретка с пневматической подачей и зажимом для бурового инстру­ мента, изготовленная на руднике.

Учитывая недостатки применяемого оборудовния при разработке пологопадающих уступов месторождения обыч­ ными методами очистной выемки с открытым выработанным пространством, было решено создать новую систему разра­ ботки, в которой можно использовать все преимущества са­ моходного оборудования. Основные требования к системе разработки сводились к следующему: 1 ) минимальные поте­ ри; 2 ) оптимальное использование современного погрузочно­ го и транспортного оборудования; 3) наибольшая скорость выемки, возможная в условиях отрабатываемого участка; 4) площадь поперечного сечения подготовительных и нарез­ ных выработок должна быть достаточной для того, чтобы ко­ лонковые перфораторы с подачей 1 , 8 м могли работать со сменными буровыми штангами, а высокопроизводительное погрузочно-разгрузочное и транспортное оборудование ис­ пользовалось как при подготовительных, так и при очистных стадиях выемки; 5) возможность проведения наибольшего количества подготовительных выработок ; 6 ) хороший доступ с горизонта на горизонт с тем, чтобы буровое, погрузочное и транспортное оборудование могло быстро перемещаться, не требуя дорогих и длительных методов канатной доставки; 7) надежный контроль за обрушением висячего бока, обеспе­ чивающий наименьшее разубоживание и ограничение преж­ девременного обрушения висячего бока относительно неболь­ шим участком.

Исходя из этих требований, был разработан способ непре­ рывной выемки запасов в отступающем порядке с открытым выработанным пространством с применением глубоких взрывных скважин для отбойки и контролируемым обруше­ нием висячего бока вслед за очистной выемкой. Он получил местное название «каскадный» способ, поскольку руда, отби­ тая на одном горизонте, грузится и откатывается на нижеле­ жащий горизонт (Бз-І-ЯКПР-І).

Основным принципом этого способа является разделение рудного тела на длинные горизонтальные слои (рис. 1 1 ), каж­ дый из которых отрабатывается отдельно, но с соблюдением определенной очередности. Подготовительные выработки располагаются таким образом, что вся руда, отбиваемая в пределах одного слоя, под действием собственного веса посту­ пает в выпускные воронки, из которых она грузится и транс-