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

достигли 70%, была проведена большая работа по изысканию эффективных, способов поддержания выработанного простран­ ства.

При этом применяли закладку из песка; пустой породы, костровую крепь, заполненную закладкой из пустой породы,

крепление бетонными блоками и др. Однако все перечисленные

виды крепи, а также оставленные целики руды при дальнейшем углублении горных работ не обеспечивали надежной защиты от возросшего горного давления и горных ударов, сопровождав­ шихся несчастными случаями, что вызвало необходимость пере­ смотра методов разработки и крепления.

В результате была применена сплошная выемка с длинным забоем без оставления целиков при креплении выработанного пространства бутовыми полосами из пустых пород, получаемых при подрывке боковых пород.

Эта система разработки и порядок очистной выемки были впервые применены на рудниках Ранда в 1937 г. с целью сниже­

ния опасности от горных ударов.

После внедрения в практику рудников системы сплошной выемки состояние горных работ значительно улучшилось. В по­ следние годы на шахтах Ранда применяют в основном системы разработки со сплошной выемкой забоем-лавой (лонг-волл)

ипоследующей частичной или полной закладкой выработанного пространства породой.

На руднике Стилфонтейн восстающие проходят по руде на расстоянии друг от друга 150 м. по простиранию.

На рис. 95 представлена система разработки, применяющаяся на руднике Кроун. Этаж высотой 340 м разбит на три подэтажа:

верхний 120 м, второй 180 м и третий (нижний) 40 м. Панельные штреки пройдены выше первого и между первым

ивторым подэтажами. Очистная выемка ведется сплошным за­

боем с частичной закладкой в виде бутовых полос по простира­ нию. Для закладки используется порода, получаемая в резуль­ тате подрывки боковых пород [13, 14].

Процесс частичной закладки выработанного пространства слагается из двух операций. Первоначально на расстоянии 3 м

от линии забоя выкладывают узкие стенки по падению шириной в 1 м, затем по мере продвижения забоя выкладываются вторая

ипоследующие стенки. Выработанное пространство поддержи­ вается таким образом на расстоянии 6—9 м от забоя. Обычно придерживаются такого порядка закладочных работ, при кото­ ром при сооружении ближайшей к забою стенки из породы сле­ дующую за ней сохраняют, а третью, считая от забоя, разбирают

иприступают к кладке бутовых полос по простиранию.

Всвязи с трудностями, возникающими на глубоких горизон­ тах, большое внимание уделяется вопросу концентрации горных работ на отдельных небольших участках. Основными причинами, заставившими применить концентрацию горных работ, являются

149

50м

струи

150

большие затруднения в проветривании разбросанных по шахт­

ному полю очистных и подготовительных участков и связанная

с этим высокая стоимость вентиляции.

Применение системы разработки сплошным диагональным забоем-лавой весьма способствует концентрации горных ра­

бот.

Проходка откаточных штреков производится с подрывкой пород лежачего бока.

Очистную выемку производят с опережением забоя высотой 0,5 м в породах висячего бока. После уборки пустой породы в выработанное пространство, где она используется в качестве закладочного материала, производят взрыв по руде. Забой кре­ пится стойками вдоль восстающих выработок, оставляемых в вы­ работанном пространстве, а вдоль штреков выкладываются костры. Пустой породы, получаемой от подрывки висячего бока и раскоски откаточных выработок, достаточно для полной за­ кладки выработанного пространства.

В самое последнее время на рудниках Ранда стали приме­

нять так называемую пикообразную выемку, достоинства которой заключаются в следующем:

1) в одном выемочном участке (пикообразном забое) нахо­ дится одновременно 10 панелей (см. рис. 57);

2)очистная выемка производится сплошным забоем-лавой

вместо применявшихся ранее почвоуступных забоев. Это значи­ тельно упрощает организацию рабочего места и общую органи­ зацию горных работ;

3)выемочный участок подготавливается пятью откаточными

выработками, обеспечивающими надежную откатку добытой руды (вместо одного откаточного штрека, который постоянно обрушался при прежних системах);

4)выемка руды осуществляется одновременно пятью забоями

лавы, за счет чего образуется широкий фронт работ;

5)около 85% запасов руды извлекается в нормальных усло­ виях без заметного осложнения, и только 15% запасов, находя­

щихся в самой верхней панели (в. вершине пики), отрабаты­ вается в условиях выемки остаточного целика при большой кон­ центрации опорного давления на рудный массив.

При прежних системах разработки практически каждый

очистной забой находился в условиях выемки остаточного це­ лика, что сопровождалось большим числом горных ударов.

Впоследнее время пришли к выводу о целесообразности про­

ведения подготовительных работ по руде после проходки квер­ шлагов и восстающих в породах лежачего бока.

Выемка ведется сплошным забоем по простиранию. Руда до­ ставляется скрепером к панельному штреку и через китайский полок грузится в вагонетку емкостью 1 т. Эта вагонетка отка­ тывается по штреку и при помощи лобового опрокида разгру­ жается в рудоперепускной восстающий. Из последнего она гру­

151

зится в вагонетки на основном откаточном горизонте и дизель­ ным локомотивом мощностью 35 л. с. откатывается к стволу шахты.

Горные удары

Горные удары на рудниках Ранда начались с глубины 450— 600 м, что объясняется хрупкостью вмещающих пород — кварци­

тов.

Число горных ударов и сопровождавший их сейсмический эффект, наблюдавшийся специальной обсерваторией в Иоганес-

бурге, приведены в табл. 15. Данные таблицы показывают бы­ строе увеличение числа .горных ударов в связи с переходом гор­ ных работ на более глубокие горизонты в период, предшество­ вавший изменению методов очистной выемки на рудниках района.

Таблица 15

Увеличение количества горных ударов на рудниках Витватерсранда до изменения методов очистной выемки

По своим последствиям горные удары даже на не очень боль­ ших глубинах были весьма тяжелыми.

В1933 г. два горнорабочих в конце смены были засыпаны

вштреке обрушившейся породой. В результате спасательных ра­ бот пострадавшие были извлечены: первый через 15 мин., второй через 20 мин. В этих работах участвовали 7 человек, которые, не успев отойти от места катастрофы, погибли в результате нового горного удара большой силы.

В 1939 г. на рудниках Ранда от горных ударов погибло

48 человек, в том числе семь при следующих обстоятельствах.

После одного из горных ударов велись спасательные работы по извлечению горнорабочего. В процессе этих работ произошли последовательно один за другим еще два удара, в результате ко­ торых погибли еще 6 человек.

В 1937 г. на руднике Робинзон Дип в течение 6 дней имели место два больших горных удара при проходке штрека через ра­ нее оставленный рудный целик. После первого горного удара пришли к заключению, что напряжения, имевшие место в мас­

сиве, ликвидированы и приступили к перекреплению и восста­ новлению штрека. При этом не было учтено наличие нарушений в виде складки.

152

Вторым горным ударом, происшедшим через несколько днейг были убиты 7 человек. Комиссия, обследовавшая место несчаст­ ного случая, указала на необычные условия для проявления вто­ рого горного удара.

В1938 г. на руднике Кроун произошел горный удар большой силы на участке 300 м по простиранию между 25 и 35-м гори­

зонтами. В результате имел место массовый несчастный слу­ чай.

Вдальнейшем, с введением планомерной очистной выемки

пластов, удалось в значительной степени снизить число и силу горных ударов.

Однако в последнее время в связи с развитием горных работ на глубине свыше 2500 м проблема горных ударов для рудников Ранда вновь приобрела важное значение, и для разработки мероприятий по борьбе с горными ударами была создана специ­ альная правительственная комиссия. В результате двухлетней деятельности комиссии были разработаны специальные меро­

приятия, внедрение которых даст возможность в дальнейшем

вести горные работы на более глубоких горизонтах. Основной идеей разработанных мероприятий является ведение горных ра­ бот в порядке, исключающем концентрацию напряжений на от­ дельных участках породного и рудного массивов.

Для этого рекомендуется:

1)очистные работы в этаже вести сплошным фронтом, рас­ полагая блоки в одну линию, не допуская разбросанного ведения

очистных работ по всему шахтному полю;

2)очистные работы в блоке располагать в одну линию;

3)не допускать в зоне очистных горных работ выемки руды отдельными опережающими забоями типа раскосок, разрезных

выработок и др.;

4)в местах геологических нарушений и вблизи их горные работы вести с особой осторожностью;

5)развитие горных работ в шахте осуществлять по тщательно разработанному плану.

Проветривание рудников Ранда

В центральной части Витватерсранда геотермическая ступень приблизительно равна 121 м/°С вблизи поверхности и окола

99 м!°С на глубине 2450 м. Температура пород на глубине 2740 м

составляет около 46,5° С. Ряд рудников быстро подходит к зоне с этой температурой пород, а один рудник уже достиг этой зоны.

Основные трудности, связанные с проветриванием глубоких,

горизонтов рудника Ранда, заключаются в сложности историче­ ски сложившейся системы вентиляционных выработок, на разви­ тие которой большое влияние оказало пологое падение рифов, разбросанность очистных участков и большая влажность воздуха

153

вследствие высокой тем­ пературы горных пород и применения мокрого буре­

ния.

На рудниках Ранда установилась следующая схема проветривания. По воздухоподающему ство­ лу подается большое количество свежего воз­ духа, который направ­ ляется на глубокие горизонты, омывает там

рабочие забои и воз­ вращается на поверх­ ность по системе горизон­ тальных и вертикальных выработок. Иногда такие выработки соединяют са­ мые глубокие горизонты

непосредственно с поверх­

ностью.

Обычно отдельные уча­ стки рудника, имеющие

простирание до 6—12 км,

проветриваются тремя-че­ тырьмя обособленными

вентиляционными систе­ мами подобного типа.

Наиболее глубокие рудники расположены в

центральной части Ранда,

где температура горных пород на глубине 1500 м

составляет 33° С, а на глу­ бине 2750 м поднимается до 43°С. Температура 33°С по мокрому термометру

считается предельной тем­ пературой в рабочих за­ боях.

Подача больших масс

свежего воздуха в горные

выработки до некоторой степени снижает темпера­ туру рудничного воздуха, поэтому предельно допу­ стимая температура воз­

154

духа 33° С встречается только ниже горизонта 2000 м, который и

принят на рудниках Ранда как критический вентиляционный го­ ризонт [13, 14].

Проветривание рудника Сити Дип.. На рис. 96 и 97 показаны схемы вскрытия месторождения и схемы проветривания горных

работ этого рудника.

Подача свежего воздуха на участки горных работ осуще­ ствляется при помощи четырнадцати подземных вентиляторов главного проветривания (порядковые номера их и места уста­ новки указаны на рис. 96 и 97), которые имеют следующие характеристики:

Из-за ограниченного количества подаваемого для проветрива­ ния подземных работ воздуха температура в 33° С по мокрому термометру встречается на этом руднике чаще, чем на других.

Однако действию такой температуры подвергается менее 1 % рабочих. Максимальная температура по мокрому термометру, за­ регистрированная в некоторых рабочих местах, доходит до 34° С.

Проветривание горных работ восточного крыла осущест­

вляется через один вертикальный и три наклонных ствола, рас­ положенных рядом и соединенных откаточной выработкой. Эти стволы, однако, не играют существенной роли в проветривании глубоких горизонтов. Свежий воздух с поверхности на большую часть восточного крыла шахтного поля поступает по стволу № 5, имеющему площадь поперечного сечения 45,2 м2. Из этого ствола

три отделения и закреплен бетоном. По ним свежая струя воз­ духа подается на 45-й горизонт, расположенный на глубине 2600 м ниже поверхности земли.

Поступающий на проветривание горных работ на этом крыле воздух охлаждается при помощи холодильной установки амми­ ачного типа производительностью 5000 тыс. ккал!час, располо­ женной на поверхности рудника. Установка эта типична для

всех поверхностных холодильных установок Ранда. Охлаждение воздуха происходит в три стадий. Все холодильные установки Ранда, установленные на поверхности, работают на полную мощ­ ность только в течение теплого времени года.

По вертикальному стволу № 4 диаметром 6,7 м подается около 8800 м3!мин охлажденного воздуха вместе с 1100 м^мин

155

неохлажденного. Далее смешанная струя воздуха направляется

по слепому стволу 4А диаметром 5,1 м и затем по трем слепым наклонным стволам 4В, 4С и 1Е, каждый с площадью попереч­ ного сечения 10,2 м2.

В табл. 16 приведены данные о количестве подаваемого в руд­

ник воздуха, а в табл. 17 — о температуре и влажности шахтной

-атмосферы [12].

Таблица 17

Температура и влажность рудничного воздуха на руднике Сити Дип

(данные за 1950 г.)

157

Проветривание рудника Консолидейтид Майн Риф. Хотя

этот рудник и является одним из глубоких, большая часть руды добывается выше критического вентиляционного горизонта, и только 2000 т!мес добывается ниже его.

Старые горные выработки в охранных целиках, заброшенные-

рудоперепускные системы и даже участки изолированного вы­ работанного пространства используются на этом руднике для выдачи загрязненного воздуха на поверхность по всему прости­ ранию шахтного поля. Главные стволы поэтому служат исклю­ чительно для подачи в шахту свежей струи воздуха и для опе­ раций спуска и подъема. Это дало возможность подавать для проветривания горных работ значительно больше воздуха и на большую глубину с небольшим дополнительным расходом энергии.

Хорошо налаженный контроль за состоянием воздуха поз­ волил осуществить довольно трудные схемы проветривания. В 1951 г. на одном из слепых стволов была установлена неболь­ шая охладительная установка производительностью 25 хладоТонн в час.

Проветривание рудника Кроун. Подача воздуха на руднике осуществляется в четырех пунктах (рис. 98, 99) по закреп­ ленным бетоном вертикальным стволам № 14, 15, 16 и 17 диаметром от 6,1 до 6,3 м. Большинство из них оборудовано жесткими направляющими, некоторые—канатными направ­ ляющими. Эти стволы были пройдены и оборудованы более 25 лет назад. Затем воздух распределяется по выработкам ле­ жачего бока и направляется к нескольким слепым наклонным

стволам, закрепленным бетоном и имеющим площадь попереч­ ного сечения 10,2 м2. Пройдя по последним, воздух снова по­ ступает на полевые или рудные откаточные штреки нижних го- - ризонтов и попадает в рабочие забои.

158