Геомеханическое обеспечение горных и горно-строительных работ. Ч.1. Геомеханическое обеспечение подземных горных работ. Учебное пособие

Английская схема нарезки выемочного участка S E S P Схему применяют в частных английских шахтах на глубине до 1200 м. Подготовку одноустьевых штреков осуществляют системой,

предусматривающей целик размером 0,1·Н + 15 м между лавами, где Н – глубина работ. Применение анкерной крепи в качестве самостоятельной в штреке прямоугольной формы реализуют в одноразово используемом вентиляционном штреке первого выемочного столба. Правильный геомеханический расчёт столба обеспечивает быструю проходку штрека независимо от прежнего забоя с одновременным соблюдением безопасных условий отработки при обратном ходе. С применением проходческих машин и с устройством возведения анкерного крепления стабильно достигают скоростей подготовки свыше 150 м/неделю. На шахте «Доу Милл» при отработке пласта мощностью 4,5 м лавой длиной 300 м комбайновым комплексом с электронным управлением с поверхности достигнута нагрузка на забой 70 000 тонн товарного угля в неделю при общей численности занятых на шахте – 480 человек.

Американская концепция подготовки выемочного участка с применением панельных целиков и многоустьевых штреков ( многоштрековая подготовка)

Согласно концепции устойчивость панельного целика определяется его прочностью, нагрузкой и коэффициентом безопасности, которые расчитывают для квадратного сечения по формулам

где σсж – прочность на сжатие образца, МПа; ω – ширина целика, м;

111

B – пролет выработки, м; Н – глубина работ, м; m – мощность пласта, м;

σц ≥ σ – условие безопасности.

Концепция реализована для обеспечения высокой производительности в шахтах на глубинах до 600 м в США, Австралии, ЮАР. Это обеспечено первоначальной проходкой многоустьевых систем отработки длинными столбами с применением анкерного крепления, а также улучшенным доступом в лавы и вентиляцией. Нашли применение два варианта системы.

Система податливых целиков ( Y e l d P i l l a r S y s t e m ) Целики малого сечения в плане с коэффициентом безопасности

около единицы, но степень устойчивости вполне достаточна для глубин до 300 м.

Система « податливожестких» целиков ( S t a b i l i t y a n d Y i e l d P i l l a r S y s t e m )

Система заключается в оставлении ряда больших («жестких») целиков на границе первой очередной панели (столба), обеспечивающих чистую посадку кровли выработанного пространства и цепочки меньших («податливых») целиков, предохраняющих вспомогательные (вентиляционные) ходы панельных штреков.

Геомеханические расчёты связаны с выбором направления развития горных работ; раскройкойшахтногополя; определениемширины очистной панели, сечения выработок, размеров панельных целиков, показателей крепления выработок, оседания дневной поверхности при её подработке длинными забоями при наличии Hi Tech (концепция: «Интеллигентная техника для интеллектуалов»). Расчёты способствуют повышению безопасности, производительности и прибыли на угольных шахтах.

112

7.5. Геомеханическое обеспечение высоких горнорудных технологий

По данным Co. Atlas Сорсо (Швеция), в мировом бизнесе подземная

Крупнейшими компаниями по подземной добыче руды являются:

В западном мире имеется 365 эффективных подземных рудников, на долю которых приходится добыча 400 Мт/год.

Ниже приведены концепции проектирования основных систем разработки рудных месторождений, предусматривающие применение самоходного оборудования с «автопилотным» управлением. Cпециалисты фирмы Atlas Сорсо утверждают, что «каждый рудник уникален по-своему

113

и требует особого подхода при проектировании». Системы применяют более чем на 100 рудниках стандартных и мирового класса.

R o o m a n d P i l l a r M e t h o d s – RPM

Технологию применяют для отработки пологих пластообразующих осадочных залежей ограниченной мощности.

Примером могут служить руды медные, в сланцах – свинцовые; угольные пласты; соли; поташ; известняк; доломит.

Очистную выемку ведут камерами, между которыми оставляют междукамерные целики – МКЦ. Часть камер и МКЦ заключают в панель, ограниченную панельными целиками – ПЦ и вентиляцион- но-доставочными выработками. Различают три типа систем:

1.«Classic» room and pillar, которую применяют на умеренных пластах. Мощные пласты отрабатывают уступами.

2.«Post» room and pillar» применяют на наклонных мощных за-

лежах с углом падения 20-55°. Отработку залежи ведут слоями с последующей закладкой, которая увеличивает несущую способность целиков. Этот тип системы допускает более высокие темпы подвигания забоя, чем

«Classic».

3. Step Room and Pillar. Потолкоуступную систему применяют для отработки залежей мощностью 2,0-5,0 м с углом падения 15-30°.

Системы RPM допускают возможность применения мощного самоходного оборудования, предоставляют хорошие условия проветривания, высокую производительность и низкую себестоимость. Эту систему применяютнарудникахJelsava (Словения), Waterval (ЮАР), KGHM (Польша), Lisheen mine Skanska.

V e i n m i n i n g

Технологияпредназначенадляотработкикрутопадающихжилидаек мощностью около 2 м. При отработке жилы снизу вверх процессы проходки, бурения длинных скважин, заряжания и взрывания, уборки руды

114

разнесены по подэтажам. Особенностью технологии разработки является применение низко- и узкопрофильного оборудования. Различают ряд вариантов системы.

1.Alimak Vein mining – AVM.

При отработке тонких крутых жил невыдержанной мощности установки Alimak снизу вверх прикрепляют анкерами к породам кровли. С платформы на всю высоту подэтажа штреков бурят скважины, послойно отбиваютруду, грузятидоставляютПДМшириной0,8 мсёмкостьюковша 0,39 м3. Применяют на руднике Ovacik (Турция).

2. Sub level up hole mechanized stoping – механическая закладка под буровым горизонтом.

После выемки полосы с отработкой по восстанию отбитую руду отгружают и засыпают закладку.

3. USBM – безлюдная и малоотходная технология отработки тонких крутых жил с применением буро-скалывающего способа отбойки крепчайших руд (более 200 МПа).

Особенностью технологии является наличие платформы для бурения шпуров и отбойки кусков руды при помощи клинового ударника. Руду под землёй дробят, измельчают и выдают на поверхность. После извлечения золота отходы используют в качестве закладочного материала. Весь процесс контролируют телекамеры, сенсоры, микропроцессоры.

C u t a n d F i l l S t o p i n g

Технологиюсплошнойслоевойсистемысвыемкойслоёвснизувверх

изакладкой твердеющими смесями применяют при отработке крутопадающих залежей с ценной рудой. Отработку ведут расходящимися фронтами. Закладку подают по трубопроводам с поверхности через скважины, а такжеприменяют закладку от подрывки пород. После обуривания, отбойки

идоставки руды из слоя производят его заполнение закладкой. Для перемещения самоходногооборудованияк слоямиспользуютрампы. Процессы

115

полностью автоматизированы. Технологию применяют рудники Hajjar (Марокко), Kemi (Финляндия), Zinkgruval Garpenberg (Швеция).

C e m e n t C o n s o l i d a t e d F i l l – C C F , C e m e n t e d H y d r a u l i c F i l l – C H F , C e m e n t e d R o c k F i l l – C R F

Технологии применяют при отработке крутопадающих залежей. Системы подобны, только при CHF применяют твердеющую закладку, а при CRF – закладку породой от проходки выработок. Выемку производят камерами через одну. В первичных камерах осуществляют верхнюю и нижнюю подсечки. После бурения, отбойки, выпуска на траншею и удаления руды камеры закладывают. Затем операции повторяют во вторичных. Известна практика на руднике Asikoy (Турция).

V e r t i c a l C r a t e r R e t r e a t – V C R

Технология является вариантомCCF. Сущность способа заключается в секционной отбойке руды скважинными зарядами большого диаметра до 165 мм в направлении снизу вверх в параллельных вертикальных или слабо наклонных скважинах, пробуренных с верхнего бурового горизонта на нижнюю подсечку камер. Способ VCR применяют на рудниках Канады, США, Испании, Перу, Китая.

S u b l e v e l C a v i n g

Технологию подэтажного обрушения с торцевым выпуском применяют при отработке крутопадающих залежей месторождений железа, полиметаллических руд.

Процессы доставки, заряжания, бурения длинных скважин и подготовки разнесены по подэтажам, что позволяет применять самоходное оборудование для доставки, заряжания, бурения, проходки, а также использовать дробилки, откатку или конвейеры. Применяют рудники

Meishan (Китай), LKAB (Швеция).

116

S u b l e v e l O p e n S t o p i n g – S L O S

Технологию очистной выемки системой подэтажных штреков с открытым выработанным пространством между целиками применяют при отработке средней мощности крутопадающих залежей с устойчивыми породами.

Бурение глубоких скважин ведут из односторонних контурных подэтажных штреков, отбойку руды производят секционно с выпуском её на траншею с последующей погрузкой в вагоны. Применяют рудники

El Solodado (Чили), Williams (Канада), Olympic Dam (Австралия). B i g h o l e S t o p i n g

При данной технологии веер скважин диаметром до 165 мм и длиной до 100 м бурят из спаренных контурных этажных штреков. Отбойку производят на подсечку в нижней части блока. Применяют на рудниках Mount Charlotte (Австралия), El Penon mine (Чили).

B l o c k C a v i n g

Технологию блочного самообрушения применяют при отработке мощных рудных залежей меди, никеля, молибдена, железа, алмазов. Процессы подсечки, фронтального самообрушения снизу вверх и добычного цикла разнесены в пространстве по уровням. Это создаёт благоприятные условия для рабооты оборудования большой единичной мощности, повышает интенсивность выпуска, предотвращает раздавливание выработок приёмного горизонта на больших глубинах, а также позволяет применять высокоэффективные системы доставки руды, подземные дробильные комплексы и конвейерный транспорт. Успех системы подтверждён практикой рудников: Палабора, Весселтон, Дутойтспан, Бултфонтейн, Премьер, Финч, Коффифонтейн, Эль-Тениента, Хендерсен, Корте-Парке, Эсмеральда.

Применение быстрого равномерно-последовательного с притормаживанием выпуска из контактных воронок большого сечения даёт высокие

117

показатели извлечения руды по блокам: потери – до 2%, разубоживание – до 5%.

Система подэтажными выемками с закладкой Способ применяют при отработке крутопадающих залежей полиме-

таллических руд, заменяя слоевой способ с закладкой. Первичные вы-

емочные камеры, размеры которых 1525 м, закладывают пастой. Вто-

ричные камеры размерами 2025 м заполняют пустой породой. Увеличенные параметры камер предусматривают применение тросовых анкероустановщиков. Систему успешно применяют на руднике Гарпенберг (Швеция) компании New Boliden, используя компьютеризованные установки с системой навигации для направленного бурения падающих скважин.

Система поуступной выемки с закладкой (подэтажная выемка с направленным вниз добычным бурением)

Способ применяют для отработки крутопадающих залежей руд. Добычные выработки для бурения нисходящих вееров через 2 м располагают на расстоянии 20 м. Первичные выемочные камеры, размеры которых

1525 м, закладывают специальной пастой. Вторичные камеры размерами

2025 м заполняют пустой породой. Направленное бурение вверх на 30% эффективнее. Однако требует более устойчивых вмещающих пород и дополнительных затрат на анкероустановку. Данная система успешно зарекомендовала себя на хромитовом руднике Кеми в Финляндии с применением буровых станков, интегрированных в сеть локальной системы связи Ethernet, которая охватывает весь рудник.

Опция RRA (дистанционный доступ к станку в опасных зонах) фирмы Atlas Сорсо имеет следующие преимущества:

- нет ручных операций;

118

-оператор имеет доступ к добычному планированию;

-нет надобности в написании заданий и отчетов: все файлы известны потребителю;

-наличие дистанционной диагностики.

Система отработки восстающими подэтажными ортами, разрезной щелью, с применением комплекта взрывных скважин с обеих сторон от щели и двух массовых взрывов в блоке с миллисекундными замедлениями предназначена для отработки мощных рудных залежей (3,5 м) большой прочности. Она имеет следующие достоинства: отказ от вскрывающих выработок по простиранию; поддержание кровли и почвы до последнего взрывания; уменьшение сейсмического действия взрыва и вывалов из лежачего и висячего боков благодаря инициированию каждого скважинного заряда с собственной ступенью замедления; сведение к минимуму разубоживания рядовой руды пустой породой или закладочным материалом; сокращение повреждений от сотрясений массива с одновременным достижением оптимальной фрагментации горной массы. Систему с успехом применяют на своих рудниках австралийская компания Mount Isa Mines Holdings Ltd.

Рассмотренные зарубежные системы разработки рудных месторождений имеют особенности, которые позволяют посредством компьютера управлять геомеханическими процессами без постоянного присутствия персонала. К таким особенностям следует отнести следующие: разнесение технологических процессов во времени и по уровням для интеллигентного оборудования большой единичной мощности с применением подземных дробилок и поточного конвейерного транспорта; совмещение во времени основных технологических процессов бурения, заряжания, взрывания, проветривания, доставки, закладки для резкого повышения интенсивности и концентрации горных работ; снижение доли постоянных затрат

119

для обеспечения стабильных технико-экономических показателей работы рудника.

Геомеханическое обеспечение основано на расчётах устойчивых геоконструкций и учёте их особенностей, связанных с применением Hi Tech. Особенности позволяют маневрировать горными работами в зависимости от конъюнктуры рынка, приводят к достижению высоких показателей извлечения руды с минимальными потерями и разубоживанием, какминимумудвоениюгодовойдобычирудыприсохранениичисленности персонала, снижению себестоимости добычи руды и гарантии «абсолютной» безопасности горных работ в отечественных условиях.

120