подземка

14

Основными процессами очистной выемки являются: отбойка, вторичное дробление, доставка, выпуск и погрузка руды, поддержание очистных выработок.

Способы доставки рудной массы: самотечный, механизированный, взрывной и гидравлический. Комбинированные способы доставки руды. Требования к процессу доставки руды. Сравнительная производительность и себестоимость доставки в различных условиях. Вспомогательные процессы, их состав и удельное значение в затратах труда. Общие меры охраны труда при погрузке и доставке: конструкции и сечения горних выработок в местах работы погрузочно-доставочного оборудования, дистанционное управление, проветривание и борьба с пылью, приемы безопасного производства работ.

Самотечная доставка руды по очистному пространству. Технологические схемы доставки. Выпуск руды, как основная часть процесса доставки. Основы теории выпуска руды под обрушенными породами. Расчет рациональных параметров и режима выпуска. Прогнози­рование и регулирование качества руды, уровня потерь и разубоживания при процессе выпуска рудной массы. Применение гибких перекрытий между рудной массой и обрушенными породами. Организация выпуска руды из блока, планограммы выпуска рудной массы. Особенности выпуска руды из магазинов. Доставка рудной массы по рудоспускам. Организация работ по перепуску руды. Основные меры безопасности при выпуске руды. Соответствие размеров и конструкций люков, затворов и др. конди­ционному куску руды. Дистанционное управление выпуском руды. Способы ликвидации заторов руды в выпускных отверстиях и рудоспусках: взрывной, пневмоимпульсный и др. Меры безопасности при ликвидации заторов руды.

Механизированная доставка и погрузка руды. Применение самоходного погрузочно-доставочного оборудования – современный путь технического прогресса при подземной добыче руды. Основные схемы доставки с применением ПТМ. Перспективные схемы доставки с дистанционным управлением ПТМ. Схемы доставки с применением подземных самосвалов. Требования к горным выработкам, в которых работает самоходное оборудование: конструкции, сечения, уклоны, дорожное покрытие. Основные меры охраны труда при организации работы самоходного оборудования. Особенности вентиляции горных выработок при применении дизельного оборудования. Технологические схемы применения и технико-экономические показатели работы самоходных машин: погрузчиков, автосамосвалов, бункеров-перегружателей, самоходных вагонов. Расчет эксплуатационной производительности машин. Пути повышения эффективности использования самоходной горной техники.

Выпуск и доставка руды с помощью питателей и конвейеров. Технологические схемы доставки. Конструкции горных выработок. Применение вибропитателей совместно с автосамосвалами. Показатели выпуска руды. Погрузка руды в вагоны электровозного транспорта: способы и организация погрузки. Основные меры охраны труда при погрузке руды в вагоны.

Скреперная доставка руды. Технологические схемы доставки. Меры охраны труда при скреперной доставке.

Взрывная доставка руды. Технологические схемы с взрывной доставкой руды и условия эффективного применения. Расчет параметров взрывной доставки руды. Зачистка почвы выработки после взрыва. Технико-экономические показатели способа. Организация работ и меры безопасности. Сравнительная оценка и пути дальнейшего развития способов доставки руды.

15

Основными процессами очистной выемки являются: отбойка, вторичное дробление, доставка, выпуск и погрузка руды, поддержание очистных выработок.

Требования к процессам поддержания рабочего очистного пространства. Особые требования на больших глубинах для предотвращения горных ударов. Способы поддержания выработанного пространства: с оставлением целиков, с обрушением руды и вмещающих горных пород, с искусственным поддержанием очистного пространства. Удельное значение и сравнительные экономические показатели процессов. Расчет параметров очистной выемки по условию управления горным давлением.

Закладка выработанного пространства. Способы закладки и условия их рационального применения. Закладка одновременная с выемкой и последовательная.

Твердевшая закладка. Состав твердеющих смесей и их характеристика. Приготовление и транспортирование смеси. Технологические схемы выполнения твердеющей закладки. Инъекционная схема закладочных работ. Пастообразная твердеющая закладка, её особенности и достоинства. Выбор параметров закладочной установки и пульпопровода. Организация работ по закладке твердеющими смесями. Основные меры безопасности при выполнении процесса. Пути дальнейшего совершенствования способа закладки твердеющими смесями.

Гидравлическая закладка. Закладочные материалы, их характеристика. Технологические схемы приготовлений, транспортирования и укладки закладочного материала. Конструкции и возведение закладочных перемычек. Отвод и вторичное использование воды. Организация гидрозакладочных работ, материально-трудовые затраты и технические результаты работ. Основные меры безопасности выполнения гидрозакладочных работ.

Закладка сухая с самотечной, механизированной и пневматической доставкой и укладкой. Технологические схемы приготовления закладочного материала и выполнения закладочных работ. Технико-экономические показатели способов закладки и условия их применения. Основные меры безопасного проведения работ при самотечной, механизированной и пневматической закладке.

Крепление и упрочнение выработанного пространства. Виды крепей при очистной выемке. Условия применения. Организация и материально-трудовые затраты на процесс крепления. Основные меры охраны труда. Перспективы совершенствования способов крепления при очистной выемке.

Упрочнение массива горных пород. Способы и показатели упрочнения массива горных пород. Организация и меры охраны труда при выполнении процессов упрочнения массивов горных пород.

Управление горным давлением— совокупность мероприятий по регулированию проявлений горного давления в рабочем пространстве очистного забоя в целях обеспечения безопасных и необходимых производственных условий эффективной и наиболее полной выемки полезного ископаемого.

Эти мероприятия сводятся к выбору рациональных способов крепления горных выработок с целью обеспечения их сохранности, предупреждения массовых обрушений пород кровли путем переноса их опасных сдвижений за пределы призабойного пространства, горных ударов, внезапных выбросов угля и газа, а также самовозгорания угля.

В настоящее время основным и самым распространенным способом управления горным давлением является полное обрушение пород кровли; перспективным — полная закладка выработанного пространства пустой породой, добываемой в шахте или поступающей с поверхности. Остальные способы (частичное обрушение кровли, частичная закладка, плавное прогибание) имеют ограниченную область применения, которая непрерывно су­жается.

16

Простые способы вскрытия наиболее часто применяют при разработке месторождений подземным способом. Среди простых способов различают вскрытие вертикальным стволом, Штольней, наклонным стволом.

Вскрытие вертикальным стволом. Место заложения ствола зависит от условий залегания месторождений и горно-геологических условий. В большинстве случаев ствол закладывают в лежачем боку месторождения вне зоны сдвижения пород. На каждом эксплуатационном горизонте от стволов проводят квершлаги, а вдоль рудного тела до вспомогательных стволов — полевые и рудные штреки.

В висячем боку месторождения вертикальный ствол закладывают в тех случаях, когда породы лежачего бока сильно водоносны или неустойчивы, когда заложение ствола в лежачем боку не-

Возможно или невыгодно по условиям рельефа или застроенное™ поверхности.

При заложении ствола в лежачем боку месторождения сокращаются: суммарная длина квершлагов, сроки подготовки верхних горизонтов, время и затраты на ввод шахты в эксплуатацию.

Вертикальный ствол по месторождению’ располагают при разработке маломощных, пологих залежей неценных руд. Для предохранения ствола от разрушения оставляют охранный целик. В этом случае запасы полезного ископаемого, заключенного в охранном целике, незначительны и проходить ствол по месторождению более рационально, чем располагать его в лежачем боку и проходить большой длины квершлаги.

Наклонными стволами вскрывают пологие месторождения с углом падения 15—30° при скиповом подъеме и мощные месторождения при конвейерном подъеме.

Вскрытие шахтных полей штольнями является одним из самых экономичных и простых и поэтому рекомендуется к применению во всех случаях, когда для этого имеются необходимые предпосылки. В СНГ около 6% шахтных полей вскрыто штольнями.

Сущность вскрытия пологих пластов штольнями (рис.2.32) состоит в том, что с уровня долины проходят капитальную штольню, которая делит шахтное поле на две части: бремсберговую и уклонную. Бремсберговая расположена выше штольневого горизонта, уклонная – ниже него. Дальнейшее развитие горных работ зависит от угла падения пластов и принятой подготовки шахтного поля. Кроме откаточной капитальной штольни проходится также вентиляционная на отметках более высоких, чем откаточный горизонт.

Достоинства вскрытия штольнями:

- простое оборудование поверхности;

- отсутствие необходимости подъема угля на поверхность и механических средств для водоотлива во время отработки запасов выше уровня штольни;

- высокие технико-экономические показатели.

Недостатки вскрытия штольнями:

- сложность строительства поверхностного комплекса в гористой местности;

- необходимость закладки ступенчатых уклонов при размерах шахтного поля по падению более 2500 – 3000 м;

• необходимость сооружения и эксплуатации слепых стволов при разработке пластов крутого падения.

17

При разработке месторождения часть руды или полезного компонента остается не извлеченной. Эти не извлеченные запасы называются потерями полезного ископаемого в недрах земли.

Потери бывают двух видов: количественные и качественные.

Количественные потери или просто потери делятся на проектные и эксплуатационные. Проектные потери в виде оставления охранных и предохранительных целиков закладываются при проектировании и разработке месторождения. Это барьерные целики между шахтными полями смежных шахт, целики под населенными пунктами, под промплощадками.

Эксплуатационные потери возникают при добыче полезного ископаемого. При любом способе выемки эксплуатационные потери неизбежны.

При разработке месторождений очень ценных руд их удается снизить до 2-3% путем применения дорогих систем разработки (с закладкой, с твердеющей закладкой выработанного пространства). Потери в пределах 10-12% считаются нормальными для большинства месторождений руд средней ценности. До 20% - для руд невысокой ценности. Но иногда при разработке малоценных руд потери достигают 50% и более.

Потери делятся на три группы:

1) потери от неполноты выемки по контуру рудных тел;

2) потери в оставленных навсегда или не полностью извлеченных целиках;

3) потери от неполноты извлечения отбитой руды:

   а) оставлены в недоступных местах;

   б) разубоженных до некондиционного содержания;

   в) потери в некондиционной руде, выданной в отвал;

   г) потери рудной мелочи в закладке.

Потери выражаются в процентах или коэффициентом потерь. Коэффициентом потерь называется отношение руды в потерях к общим запасам, измеряется в долях от единицы. Потери в процентах – это то же самое, умноженное на 100%.

Применяется также понятие – «коэффициент извлечения», выражаемый в долях от единицы, и «извлечение», выражаемое в %.

Потери и разубоживание приносят экономический вред при разработке месторождений. При сверхнормативных потерях происходит более быстрая отработка шахтного поля или всего месторождения. При этом могут не полностью окупиться расходы на разведку месторождения, строительство шахты и других промышленных объектов. При этом же возникает необходимость строительства нового рудника, для чего требуются денежные средства. Предприятие несет также убытки от недополучения прибыли за счет недобытой потерянной руды.

 

Потери качества руды за счет уменьшения в ней полезного компонента называются разубоживанием. Разубоживание происходит за счет присечки породы при очистной добыче, если вынимается руда за контуром залежи; при выемке тонких пластов комбайном, когда мощность пласта меньше той, которую может вынимать комбайн, при этом высекается часть пустой породы. Разубоживание руды происходит также при проведении подготовительных выработок с присечкой боковых пород; при вывалах пород кровли, которые перемешиваются с рудой. Часть полезного компонента может теряться при транспортировании руды за счет собственного веса по почве рудной залежи.

При добыче разубоженной руды повышается себестоимость добычи: на отбойку пустой породы тратится дополнительная энергия, повышение расходов на транспортирование и подъем разубоженной руды, переработку ее на обогатительной фабрике, транспортирование примешенной пустой породы на отвал и укладка ее в отвал.

18

Простые способы вскрытия наиболее часто применяют при разработке месторождений подземным способом. Среди простых способов различают вскрытие вертикальным стволом, Штольней, наклонным стволом.

К комбинированным относятся способы, представленные комбинацией главных или вспомогательных вскрывающих выработок. Их применение вызвано сложностью условий залегания угольных месторождений: изменяющимися углами падения пластов, наличием сбросов, надвигов и других крупных геологических нарушений.

Наибольшее распространение получили в настоящее время способы вскрытия с главными наклонными и вспомогательными вертикальными стволами, т.к. в такой комбинации наиболее полно используются главные преимущества этих стволов. Обратная комбинация (главный вертикальный ствол и наклонный вспомогательный) используется редко, т.к. при этом не в полной мере используются достоинства этих стволов.

Шахтное поле самой крупной в СНГ шахты «Распадская» в южном Кузбассе вскрыто двумя главными наклонными и вспомогательными вертикальными стволами в сочетании с квершлагами. Наклонные стволы заложены в центре шахтного поля, вертикальные – в центре и у нижней технической границы каждого блока (шахтное поле разделено по простиранию на 5 блоков). Запасы блоков вскрыты соответствующими квершлагами.

Область применения комбинированного вскрытия свиты пластов главным наклонным, вспомогательным вертикальным стволами и этажными гезенками:

Н ≤ 2500 м, наличие двух сближенных пластов, α ≤ 18-20⁰.

Комбинированное вскрытие вертикальными стволами, капитальным и этажными квершлагами показано на рис.2.35).

Область применения рассматриваемого способа – пласты с переменным углом падения. Крутая часть вскрывается этажными квершлагами, нижний из которых превратился в капитальный и предназначен для отработки пологой части месторождения. Такой способ применяется для вскрытия полей шахт «Романовская» ГП Луганскуголь, «Миусинская» ГП Донбассантрацит и др.

Способ применяется в тех случаях, когда свита состоит из двух групп пластов – одиночного и сближенных, расположенных на значительном удалении друг от друга, а размер поля по падению не превышает 2500 м, α ≤ 18-200.

Способ применяется, когда шахтное поле представлено двумя группами пластов, удаленных друг от друга на большом расстоянии. Нижняя свита, в свою очередь, представлена пластами, два из которых сближены, а верхний удален от них на расстоянии ≥ 100-150 м,

Комбинированное вскрытие чаще всего встречается на старых шахтах в результате неоднократной их реконструкции, а также при вскрытии нарушенных месторождений. Ниже представлена схема привязки вертикального ствола к наклонным в процессе реконструкции шахты с целью улучшения ее проветривания и выполнения вспомогательных функций.

19

 При рассмотрении стадий разработки месторождений полезных ископаемых было отмечено, что система разработки определяет порядок подготовки и очистной выемки, принятый для разработки всего месторождения или его части. К настоящему времени насчитываются сотни различных вариантов систем разработки только применительно к рудным месторождениям. Отсюда и значительные сложности в создании классификации систем разработки как основы для их изучения, сравнительной оценки и дальнейшего совершенствования. Акад. М. И. Агошков отмечает, что из большого числа известных в литературе классификаций систем разработки одни посвящены только пластовым месторождениям, другие - только рудным. Создать единую классификацию систем разработки для всех месторождений пока не удается. Поэтому существует так называемое отраслевое построение классификаций систем разработки. Применительно к рудным месторождениям в разное время предлагалось немало различных классификаций систем разработки, однако подавляющее их большинство не получило признания и применения. И только классификацией систем разработки, предложенной акад. М. И. Агошковым, пользуются не только в нашей стране, но и за рубежом. В основу этой классификации положен единый отчетливо выраженный признак - состояние очистного (выработанного) пространства в период разработки месторождения. Все системы разработки разделены на восемь классов. К I классу отнесены такие системы, при которых очистное пространство остается во время разработки выемочного участка открытым. Бока и кровля этого пространства поддерживаются только с помощью временных и постоянных рудных целиков. Становится понятным, что системы этого класса могут применяться в крепких и устойчивых рудах и вмешающих породах. Ко II классу отнесены такие системы разработки, при которых по мере выемки рудного массива очистное пространство заполняется отбитой рудой, служащей для поддержания вмешающих пород между целиками. Последние выполняют ту же роль, что и в системах разработки с открытым выработанным, пространством. Следовательно, системы разработки, отнесенные ко II классу, могут применяться при менее устойчивых вмещающих породах. К III классу отнесены системы разработки, при которых: очистное пространство по мере выемки полезного ископаемого заполняется специальным закладочным материалом, служащим для поддержания вмещающих пород. Системы этого класса могут применяться для разработки залежей с малоустойчивыми вмещающими породами и устойчивой рудой. Крепление ис¬пользуется лишь для поддержания призабойного пространства. К IV классу отнесены системы разработки, при которых выработанное пространство поддерживается специальной крепью, возводимой вслед за выемкой полезного ископаемого. Такие системы разработки применяются в рудах неустойчивых, склонных к вывалам. К V классу отнесены системы, в которых по мере выемки полезного ископаемого очистное пространство заполняется закладкой и регулярно возводимой крепью. Системы разработки этого класса отличаются высокой трудоемкостью и стоимостью работ, а поэтому могут рекомендоваться для применения лишь при разработке богатых руд, полнота извлечения которыхсможет окупить увеличенные расходы на очистную выемку. К VI классу отнесены системы, в которых заполнение очистного пространства по мере выемки полезного ископаемого-осуществляется обрушаемыми покрывающими и боковыми породами. Как видно, системы разработки этого класса существенно отличаются от вышеизложенных. Достаточно сказать, что для систем VI класса наличие склонных к самообрушению вмещающих пород является обязательным условием. К VII классу отнесены системы, в которых в процессе очистной выемки обрушению подвергаются не только вмешающие породы, как в предыдущем классе, но и массив руды, для которого предварительно создаются условия для обрушения. Таким образом, в очистном пространстве находится обрушенная (раздробленная) руда, покрытая вмещающими породами. В этом случае следует уделять особое внимание строгому соблюдению правил выпуска руды. К VIII классу относятся такие системы разработки, при которых в определенных условиях панель разделяется на регулярно чередуемые камеры и междукамерные целики, разрабатываемые последовательно в две стадии различными системами разработки. Следует отметить, что комбинированные системы - это не совместное и одновременное применение нескольких систем разработки. При комбинированных системах, как подчерк кивает акад. М. И. Агошков, подготовка, нарезка и очистная выемка в камере и междукамерном целике, которые составляют вместе выемочный блок, настолько связаны и конструктивно неотделимы друг от друга, что систему разработки блока следует рассматривать как новую. В рассматриваемой классификации имеется также разделение систем разработки внутри каждого, из восьми классов. Однако признаки такого разделения для различных классов неодинаковы.

Системы разработки с креплением и закладкой очистного пространства хотя и имеют много общего с рассмотренными системами с закладкой и системами с креплением, все же отличаются от них тем, что в процессе разработки поддержание руды и вмещающих пород производится сначала крепью, а затем - с помощью закладки. Если в системах с закладкой крепь применяется лишь для временного поддержания призабойного пространства, то в системах с креплением и закладкой крепь возводится регулярно и она навсегда остается в очистном пространстве. Системы разработки с креплением и закладкой применяются в месторождениях любой мощности с различными углами падения там, где требуется сохранить поверхность от обрушения. Несмотря на высокую себестоимость добычи, эти системы характеризуются незначительными потерями и разубоживанием руды и позволяют производить сортировку руды непосредственно в забое, что очень важно при разработке ценных руд. Так как в последние годы системы этого класса применяются сравнительно редко, ограничимся рассмотрением только системы разработки горизонтальными слоями со станковой крепью и закладкой. Как следует из рисунка, подготовительные работы сводятся к проходке откаточного штрека, центрального восстающего и боковых восстающих. Очистные работы начинаются у кровли откаточного штрека. Таким образом, выемка полезного ископаемого производится в направлении снизу вверх. Для крепления выработанного пространства применяют станковую крепь, ее используют и для крепления восстающих. Отбойку руды осуществляют горизонтальными шпурами. Руду отбивают на настил, уложенный непосредственно на крепь, а затем доставляют к рудоспускам. Закладочный материал подают через центральный восстающий. Из недостатков системы следует назвать большой расход крепежного материала, а также высокую трудоемкость работ.

20

Организация работ по вскрытию месторождения имеет два основных варианта. 1. Месторождение вскрывают на высоту одного-двух этажей и приступают к их подготовке и затем к очистной выемке. Одновременно с очистной выемкой ведут углубку ствола на нижележащие этажи. 2. Сразу вскрывают несколько этажей или даже все месторождение. Отставание подготовительных работ в этом случае компенсируется меньшими затратами на проходку ствола (на 30-50 %), а сокращение на руднике работ по углубке стволов упрощает процесс разработки месторождения. Вскрытие в начале разработки одного-двух этажей целесообразно только при большом сроке отработки этажа (до 8-10 лет) и недостаточной разведанности нижних горизонтов. Если вскрывающий ствол оборудован скиповым подъемом, то по условиям загрузки и улавливания просыпающейся руды он должен быть углублен на этаж ниже отрабатываемого горизонта. Околоствольные дворы (квершлаги) засекают в процессе проходки ствола во избежание нарушения его крепи. Сбойку главного и вентиляционного стволов производят несколькими забоями. Из выработок околоствольного двора в первую очередь проводят насосную камеру и камеру для электроподстанции. Календарный план вскрытия и подготовки должен предусматривать такое число одновременно действующих забоев, чтобы на длительное время была обеспечена работа постоянного числа рабочих. Прежде околоствольные дворы с полным комплектом выработок устраивали на каждом этаже, что создавало благоприятные условия для подземного транспортирования руды, доставки материалов и оборудования, вентиляции и подготовки. Однако ввиду значительных затрат на проведение квершлагов и околоствольных дворов на каждом этаже В последние 15-20 лет стали проводить квершлаги от ствола до рудного тела не на каждом этаже, а через два-три этажа (иногда более), т. е. применять вскрытие групповыми (или концентрационными) квершлагами. Связь между стволом и откаточными выработками этажа осуществляется через вертикальные и наклонные выработки, которые обеспечивают спуск (реже подъем) руды до главных откаточных выработок, перемещение людей, доставку материалов и оборудования, проветривание. Вскрытие крутопадающего месторождения вертикальным стволом с групповыми, квершлагами показано на рис. 24. Квершлаг 1 обслуживает три верхних этажа месторождения. Руда по ортам 2, откаточным штрекам 3 и коротким квершлагам доставляется к рудоспуску 4, через который поступает на групповой квершлаг. Для доставки материалов и оборудования, перемещения людей проходят полевые или рудные капитальные восстающие, которые оборудуют клетевым или лифтовым подъемом.

21

Правильный выбор систем разработки рудных месторождений имеет важное значение и в основном определяет эффективность их разработки. На большинстве рудных месторождений по горнотехническим условиям можно применять несколько разных систем разработки. Однако для каждого месторождения должна быть выбрана наиболее рациональная система, удовлетворяющая разным техническим и экономическим требованиям, среди которых самыми важными являются: -обеспечение безопасных и здоровых условий труда для работающих; -достижение минимальной себестоимости продукции; -выполнение заданной производительности рудника по добыче руды с соблюдением принятых кондиций по её качеству; -рациональное использование недр, экономически обоснованный минимум потерь и разубоживания руды, а также комплексная разработка полезных компонентов и месторождений. Выбор систем разработки производим по постоянным и переменным факторам. Все системы разработки рудных месторождений с экономической точки зрения могут быть разделены на две группы. К первой относятся системы разработки, у которых себестоимость добычи 1 тонны руды небольшая, но потери и разубоживание повышены: Это системы с естественным поддержанием очистного пространства при оставлении постоянных целиков и системы с обрушением руды и вмещающих пород. Вторая группа включает системы разработки с небольшими потерями и разубоживанием, но с большой себестоимостью 1 тонны руды. К ним относят системы с искусственным поддержанием очистного пространства. Для окончательного выбора системы разработки используем сравнение технико-экономический параметров систем. Так как в пределах месторождения рудное тело невыдержанное по мощности, средняя мощность равна 24 м, выдержанное по углу наклона 12, залегание пологое, устойчивость руды и вмещающих пород непостоянна и изменяется от средней до неустойчивой, а также резко снижается в местах тектонических нарушений, глубина залегания от 1000 до 1300 м, земная поверхность охраняется, руда ценная, сульфидная склонная к слёживанию и самовозгоранию, то для таких условий возможность выбора системы разработки весьма узка. Целесообразно выбрать систему разработки с минимальными потерями и разубоживанием (из-за высокой ценности руды), с закладкой выработанного пространства (из-за необходимости сохранения земной поверхности, так как (Н/m)‹200, большой глубины разработки и удароопасности месторождения) твердеющими смесями (из-за опасности самовозгорания руды). К таким системам относится сплошная (без оставления целиков) слоевая система разработки с закладкой выработанного пространства твердеющими смесями, потому что она обеспечивает необходимые параметры и технико-экономические показатели по системе разработки и сплошная камерная система разработки с закладкой выработанного пространства.