книги из ГПНТБ / Вскрытие и разработка рудных месторождений на больших глубинах докт. техн. наук, проф. Г. М. Малахов, инж. А. П. Черноус. 1960- 19 Мб

материал перепускали с вышележащего горизонта по восстаю­ щему.

На нижних горизонтах рудника Чемпион Риф на протяжении

последних 15 лет применяют потолкоуступную выемку наклон­ ным забоем с закладкой (рис. 82).

Залежь предварительно разбивается на блоки длиной 60 м по простиранию и 30 м по падению (высота подэтажа).

Очистные работы начинают с выемки полосы руды высотой

3 м, считая от подошвы основного откаточного горизонта. После

этого на металлические кольца крепи откаточного штрека укла­ дывают деревянный настил, а на него гранитные блоки на высоту 4—5 м, считая от подошвы откаточного штрека. В закладке

оставляют рудоперепуски диаметром 1,2 м на расстоянии 5,5 м между осями.

Металлические выпускные люки прикрепляются к стальной крепи штрека основного откаточного горизонта. Очистная выемка

производится от отрезного восстающего. Забои продвигаются под углом 45° к горизонту. После того как из забоя извлечена полоса руды на 2 м по простиранию жилы, очистные работы

приостанавливают и приступают к закладке выработанного про­ странства гранитными блоками, перепускаемыми с верхнего го­ ризонта по восстающим. Для задержки гранитных блоков на на­ клонной плоскости забоя сооружаются перемычки. Ходовые вос­ стающие для безопасности перекрываются полками.

После окончания работ по укладке гранитных блоков их на­ клонная поверхность покрывается цементным раствором.

Такой дорогой вид закладки был применен впервые на участ­

ках богатой руды при большой мощности рудной жилы из опасе­

ний, что работы при менее плотном виде закладочного материала будут в этих условиях опасны.

Впоследствии такую закладку начали применять на всех рудниках Колар.

Для получения гранита открыт карьер, в котором ежегодно добывается около 120 тыс. т гранитных блоков, используемых для закладки.

Впоследнее время с целью сохранения вентиляционных штре­ ков вышележащего горизонта в начале очистной выемки делают

засечку и производят выемку руды на 2—2,5 zt ниже вентиляци­ онного горизонта длиной 15 м по простиранию (см. рис. 82). Стальная крепь штреков при этом поддерживается при помощи специальных консолей из металлических труб. Затем выработан­ ное .пространство под вентиляционным штреком закладывают гранитными блоками, оставляя через каждые 3,5 м ходки диа­ метром 0,7 м. По мере продвижения диагонального забоя осу­

ществляется сбойка с этими ходками. Увеличение скорости про­ движения наклонного забоя, как было установлено практикой,

повышает степень безопасности очистных работ.

Вочистных забоях для поддержания стенок ходовых восстаю-

9 Эак. 1/1165

щих применяется болтовое крепление, усиленное стальными

полосами, выполняющее также роль временного крепления пород висячего и лежачего боков до момента заполнения пустот за­ кладкой. В известной мере это предохраняет руду и от разубожи­ вания.

В том случае, когда стволы шахт пройдены в породах, склон­ ных к горным ударам, применяется болтовое крепление в комби­ нации с бетоном, что предохраняет их от разрушения [24, 32, 38].

Проявление горного давления и горные удары на рудниках Колар

На рудниках Колар горные удары начались при глубине ра­ бот около 300 м от поверхности и продолжаются по настоящее время при производстве горных работ на глубине более 3000 м.

Характерно отметить, что причиной их является не только значи-

Рис. 83. Аркообразование в откаточных выработ­ ках рудников Колар

тельная глубина горных работ, но и первичные напряжения в ре­ зультате тектонических нарушений.

Поэтому горные удары проявляются только в определенных зонах, где, по-видимому, первичные напряжения горных пород, обусловленные тектоническими нарушениями, достигают макси­ мальной величины. В то же время имеются участки месторожде­

ния, не подверженные горным ударам.

На глубине 2400 м автор (Г. М. Малахов) имел возможность

наблюдать штреки без крепи длиной 300—400 м. Породы на по­ верхности боковых стенок и кровли этих штреков, как и в других

130

выработках на глубоких горизонтах рудников Колар, имеют спе­

цифический чешуйчатый вид.

Характерным для горизонтальных выработок рудников Колар является аркообразование (рис. 83).

Сильное горное давление боковых пород на горизонте 2750 м

рудника Чемпион Риф, проявляющееся на некоторых участках, приводит, как видно из рис. 84, к обрушению пород.

Рис. 84. Обрушение пород в откаточной выработке

Слоистая структура пород рудников Колар и своеобразный характер вывалов обусловливают необходимость применения

стального крепления эллиптической формы.

Болтовое крепление не оправдывает себя, поскольку по­

рода, разделяясь на небольшие куски, осыпается вокруг бол­ тов (рис. 48).

В табл. 11 приведены данные о числе горных ударов и их силе за период с 1930 по 1954 г.

Таблица 11

Горные удары, зарегистрированные обсерваторией

По мнению некоторых иностранных специалистов, снижение общего количества горных ударов и числа наиболее сильных из них за последние годы объясняется применением закладки

гранитными блоками и системы разработки с диагональным за­ боем, которая начала внедряться с 1934 г.

По мнению другой группы специалистов, а также работников рудника, причиной снижения числа горных ударов является пе­ реход очистных работ (по мере их углубления) в зону менее напряженных пород. Аналогичное явление имело место и в дру­ гих горнорудных районах мира (в частности в Тироле).

По мнению авторов, последняя точка зрения о причинах сни­ жения горных ударов на руднике Колар является более справед­ ливой.

В подготовительных выработках в тех зонах, где есть опас­ ность горных ударов, с целью предохранения горнорабочих при­

меняли податливое стальное крепление из рельсов 32— 36 кг[пог. м. Оклады между собой соединяли специальными про­ дольными полосами. Затяжку осуществляют стойками. Однако,

132

наличие геологических нарушений, плоскостей напластования и трещин, параллельных простиранию в лежачем и висячем бо­ ках, приводит иногда к горным ударам такой силы, что металли­ ческая крепь разрушается (рис. 85).

Горные удары в очистных забоях при системе разработки наклонными слоями с закладкой чаще всего происходят в верх-

Рис. 85. Разрушение металлической крепи горным ударом

ней или нижней частях диагонального забоя. При этом кварце­ вая жила раздавливается боковым давлением, руда отлетает от

забоя большими кусками, жесткая крепь разрушается.

При почвоуступной системе разработки горные удары чаще »

всего происходят в центре забоя.

При горных ударах большой силы, сопровождающихся зна­ чительным сейсмическим эффектом, на поверхности рудников имеют место разрушения зданий и кирпичных стен. В 1930 г. да руднике Майсор один из горных ударов, большой силы разрушил

13$

выработки на протяжении 374 м по вертикали, причем сейсмиче­

ские толчки отмечались на расстоянии 14 км от рудника. В те­ чение 33 час. после удара наблюдалось еще не менее 56 толчков.

Из 200 рабочих, находящихся в это время в шахте, 16 человек погибли и четверо были тяжело ранены.

Порядку очистной выемки как средству уменьшения горного давления и числа горных ударов на рудниках Колар уделяется большое внимание. Было установлено, что наиболее рациональ­

ным является систематическая планомерная отработка без остав­ ления целиков. К сожалению, чрезвычайно неправильное залега­ ние большинства рудных жил рудников Колар, а также большие включения низкосортных руд и пустых пород часто затрудняют планомерное ведение очистных работ. Большинство горных уда­ ров в последние годы было вызвано невозможностью планомер­ ной отработки жилы.

В последнее время эффективным средством снижения числа горных ударов является применение превентивных взрывов, за­ рядов камуфлета в глубоких шпурах [24, 33, 41].

Температура горных пород

Рудники Колар являются одними из наиболее глубоких руд­ ников мира. Геометрическая ступень уменьшается по мере пони­

до 2750 м. Непосредственные замеры температуры горных пород

Как следует из этих данных, температура горных пород до­ стигает весьма высоких величин, что значительно повышает тем­ пературу воздуха в забоях подготовительных и очистных выра­ боток. До применения установок для кондиционирования воздуха температура его нередко достигала в рабочих забоях 47—50° С по сухому, 32—34° С по мокрому термометрам.

Производительность труда в силу этого резко упала. Только Цители тропиков, родившиеся и выросшие там, были в состоянии переносить такую температуру. Горнорабочие-европейцы с тру­ дом могли работать в таких условиях и то неполную смену.

ТЭ4

Следует также указать, что источником значительного повы­ шения температуры шахтного воздуха на руднике Колар яв­ ляется автокомпрессия. Если на поверхности среднее барометри­ ческое давление воздуха составляет 685 мм рт. ст., то на глубине

2750 м оно равно 915 мм. Такое повышение барометрического давления приводит к сжатию и нагреву нагнетаемого воздуха.

Объем воздуха уменьшается примерно на 16%, а температура его за счет автокомпрессии повышается на глубине 2750 м на 22° С.

В связи с высокой температурой шахтного воздуха, обуслов­ ленного вышеуказанными факторами, проветривание шахт осу­ ществляется параллельно с охлаждением воздуха специальными установками для кондиционирования.

Проветривание шахт и кондиционирование воздуха

Количество воздуха, поступающего в шахты для проветри­

вания горных работ, приведено в табл. .13.

Таблица 13

Данные о проветривании рудников Колар

Количество поступающего в шахты

Сопротивление шахтных выработок движению воздуха не­ большое, что дает возможность в дальнейшем увеличить скорость движения воздуха, снизить температуру и содержание влаги

в атмосфере рудника на глубоких горизонтах.

Схема проветривания рудников предусматривает использова­ ние большого числа вентиляционных стволов (обычно пяти­ шести) для выдачи отработанного воздуха на дневную поверх­ ность.

На руднике Нандидруг воздух, идущий на проветривание под­ готовительных работ, попадает непосредственно на вентиляцион­ ный горизонт, минуя очистные забои. Эта схема обладает извест­

ными преимуществами.

Скорость воздуха в горизонтальных воздухоподающих выра­ ботках размерами в среднем 1,8 X 2,1 м составляет около

2,5 м)сек. Вентиляционные двери на рудниках Колар обычно ме­ таллические.

135

Воздух, достигая околоствольного двора на самом глубоком горизонте, имеет температуру 25° С по мокрому и 38° С по сухому термометру. Наблюдениями установлено, что воздух, проходя через неохлажденную зону с высокой температурой пород, быстро нагревается, при этом на каждые 300 м пути движения струи температура его повышается на 5—6° С.

Забои подготовительных выработок проветриваются обособ­ ленными вентиляторами производительностью от 5 до 55 м3/мин.

Проходя по трубам (изготовленным из легкого металла), воздух

быстро повышает свою температуру благодаря нагреву труб от окружающих горных пород. Диаметр вентиляционных труб 200— 450 мм.

Температура воздуха на выходе вентилятора 29—30° С по мокрому термометру и 44—49° С по сухому. Температура воздуха на рабочих местах 31—33° С по мокрому термометру и 47—54° С

по сухому.

В противоположность подготовительным забоям, где темпера­ тура высокая, в очистных забоях она несколько ниже. На руд­ нике Нандидруг это объясняется тем, что воздух из проветривае­ мых подготовительных выработок попадает в вентиляционный

ствол, минуя очистные забои. Кроме того, все забои на этом руд­

нике сухие, что имеет также не менее важное значение. В очист­ ных забоях на глубине 2100 м температура воздуха ввиду этого равна по мокрому термометру 27° С и по сухому 42° С при тем­ пературе пород 49° С. Это приблизительно на 3° С ниже, чем на других рудниках, где воздух из подготовительных работ попадает в очистные забои.

Скорость воздуха в очистных забоях редко достигает 0,5— 0,6 м/сек. Сопротивление для струи воздуха, выходящей из руд­ ников на дневную поверхность, снижается за счет большого

числа вентиляционных стволов. На руднике Нандидруг, кроме

вентилятора установки для кондиционирования воздуха, ра­ ботают еще два подземных вентилятора главного проветрива­ ния.

На руднике Урегум сопротивление вентиляционной сети на­ столько низко, что вентилятора главного проветривания не тре­ буется. Депрессия естественной тяги достигает 150 мм вод. ст. В шахту подается 2500 м3 воздуха в минуту. На руднике Чемпион Риф работает только один вентилятор на установке для конди­ ционирования воздуха.

Все рудники — Нандидруг, Урегум, Чемпион Риф и Майсор — имеют установки для кондиционирования воздуха, смонтирован­ ные на поверхности на некотором расстоянии от воздухоподаю­

щих стволов, и снижают температуру воздуха входящей струи

до 4,5° С.

Холодный воздух достигает стволов по каналам, расположен­

ным ниже поверхности земли. Исключение составляет рудник Урегум, где устье ствола сообщается непосредственно с нагнета-

136

тельным вентилятором установки для кондиционирования воз­ духа.

На каждой такой холодильной установке работают по три

вертикальных двухцилиндровых компрессора, приводимых в дей­ ствие двигателями по 400 л. с. каждый. Производительность каж­ дой такой установки 3,3 млн. ккал/час. Они охлаждают по

4250 м3 воздуха в минуту с температуры 23 до 4,5° С по мокрому термометру. Охлаждающий реагент — аммиак циркулирует внутри стальных труб, имеющих общую длину 32 км.

Интересен тот факт, что рудники Чемпион Риф и Урегум ра­ ботают на глубине более 3000 м ниже поверхности без дополни­ тельных подземных вентиляторов. Депрессия естественной тяги этих двух рудников достигает 180 мм вод. ст. благодаря столбу охлажденного воздуха нисходящей струи. Сопротивление горных выработок нисходящей струе воздуха на всех рудниках очень низкое. Однако на руднике Чемпион Риф на глубоких горизон­ тах оно увеличивается за счет применения системы диагональ­ ного потолкоуступного забоя с закладкой в условиях значитель­ ного горного давления.

На руднике Урегум, где большое число забоев отрабатывается почвоуступной системой разработки с закладкой, этого не на­ блюдается, несмотря на то, что подаваемый в шахту воздух (2800 м31мин.) проходит через охладитель установки для конди­ ционирования, преодолевая и его сопротивление.

Установки для кондиционирования воздуха, смонтированные на поверхности в 1939—1940 гг. на рудниках Колар (когда гор­ ные работы велись на глубине 2450 -и), оказались малоэффектив­ ными при углублении горных работ до 3000 м, где температура пород достигла 65° С, а температура воздуха в подготовительных забоях ввиду этого повысилась до 53° С по сухому и 32,5° С по мокрому термометру и в очистных забоях соответственно до 50 и 32° С. Это обстоятельство вызвало необходимость применения дополнительных подземных установок для охлаждения воздуха.

Упрощенная схема одной из таких установок, смонтирован­ ной на 80-м горизонте (около 2300 м, считая от дневной поверх­

ности) рудника Чемпион Риф, показана на рис. 86.

Воздух, идущий на охлаждение, поступает от ствола Хиткот к вентилятору, установленному в уширенной части горизонталь­ ной выработки; 30% общего количества воздуха (560 м31мин) подвергается охлаждению, после чего происходит смешивание его с общей струей.

При помощи этой установки охлаждается 560 м3 воздуха в ми­ нуту от температуры 33° С до 3° .С. В результате температура воз­ духа, подаваемого в рабочие забои, понижается до 21° С по су­ хому и 14° С по мокрому термометру.

По схеме рис. 86 охлаждающий реагент и вода, используемая для конденсатора, совершают свой кругооборот в замкнутом цикле. Воздух, проходящий через градирню, поступает с нижнего

137

горизонта и, придя в насыщенное состояние, удаляется на венти­

ляционный горизонт. Цель, преследуемая охлаждением только части воздуха, заключается в поддержании показаний сухого

охлаждению подвергался бы весь воздух, показания сухого тер­ мометра были бы несколько ниже, но мокрого — выше. При этом абсолютная влажность воздуха не была бы уменьшена, что при­ вело бы к общему ухудшению атмосферных условий.

В условиях рудников Колар температура воздуха до 43° С по сухому термометру и 27° С по мокрому расценивается как хоро-.

138