Подземные горные работы

Подземные горные работы

1.Описание конструкций системы разработки

 

Сущность систем разработки с обрушением руды и вмещающих пород заключается в том, что в подготовленных к выемке блоках (панелях, зонах) производят обрушение руды, которую выпускают под налегающими породами, обрушающимися вслед за рудой. Отсюда и условия, в которых эта система может успешно применяться: неустойчивые, легкообрушающиеся (вслед за рудой) вмещающие породы; возможность обрушения поверхности; незначительная ценность руды; отсутствие включений пустых пород и различных сортов руд. Выпуск руды под налегающими породами является чрезвычайно важным технологическим процессом при рассматриваемых системах разработки. От качества выпуска зависят потери и разубоживание руды. Современные способы выпуска руды пока не обеспечивают высоких показателей извлечения. Наблюдаются большие потери руды и высокое ее разубоживание, а поэтому применять системы с обрушением руды и вмещающих пород целесообразно лишь при разработке руд невысокой ценности.

В настоящее время системы с обрушением руды и вмещающих пород нашли широкое применение при разработке рудных месторождений. Они применяются как самостоятельные при выемке отдельных рудных тел или же как вспомогательные при отработке целиков и потолочин в других системах разработки.

Системы разработки этого класса отличаются друг от друга высотой обрушаемого массива. Системы разработки с разделением этажа на подэтажи называются системами подэтажного обрушения, а системы разработки без разделения этажа на подэтажи - системами этажного обрушения. Наиболее гибкими в применении оказались системы под-этажного обрушения, с помощью которых успешно ведется разработка рудных месторождений в самых разнообразных условиях, в том числе и на больших глубинах с проявлением горного давления.

Следует отметить, что в определенных условиях достаточно лишь произвести подсечку и отрезку подлежащего к обрушению рудного массива, как он начинает постепенно самообрушаться.

Можно вести как этажное, так и подэтажное самообрушение. В зависимости от этого различают системы подэтажного самообрушения и системы этажного самообрушения.

Усилиями советских специалистов-горняков (М. В. Гуминский, В. Ф. Лавриненко и др.) разработаны методы управления самообрушением руды. Но темпы современной добычи руды иногда недостаточны для осуществления процесса самообрушения. По этой причине системы разработки с самообрушением руды в настоящее время применяются редко. Рассмотрим наиболее широко применяемые системы разработки этого класса.

Система подэтажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважинами применяется при разработке месторождений мощностью от 5 - 6 м до 150 - 200 м и более. Нижний предел мощности залежи ограничивается в основном возможностями скважинной отбойки и выпуска руды.

Система подэтажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважинами применяется в двух основных вариантах:с отбойкой руды на компенсационное пространство (горизонтальное, вертикальное, наклонное); с отбойкой руды на ранее обрушенные руды или пустые породы (в зажиме).

Вариант системы подэтажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважинами на горизонтальное компенсационное пространство применяется при разработке месторождений средней мощности и мощных.

Подготовка блоков как при этом, так и при других приведенных выше вариантах этой системы практически одинакова. Она включает проходку полевого откаточного штрека и ортов. Из откаточных ортов до отметки первого подэтажа проходят рудоспуски, ходовые и материальные восстающие. На каждом подэтаже проходят хозяйственные орты и штреки скреперования. На границах блока штреки скреперования соединяют вентиляционными ортами, из которых в лежачем боку проходят запасной ходовой восстающий.

Очистные работы начинают с подсечки, после выпуска руды из которой образуются горизонтальные компенсационные пространства (камеры). Для большой устойчивости этих пространств между ними оставляют целик.

Массив руды разбуривают глубокими скважинами из специальных буровых выработок. Взрывание скважин осуществляют короткозамедленным способом. При этом в первую очередь взрывают скважины, разбуренные в целиках.

После взрывания глубоких скважин приступают к массовому выпуску руды через дучки. Доставку руды производят с помощью скреперных установок, виброконвейеров или самоходных машин. В зависимости от применяемого способа доставки изменяется конструкция горизонта доставки.

Система разработки отличается высокой производительностью, экономичностью, хорошими условиями проветривания. Вместе с тем эта система имеет ряд недостатков, главными из которых являются: большой объем подготовительных работ и невозможность применения самоходной буровой техники. Горизонтальное направление отбойки снижает устойчивость выработок горизонта выпуска руды.

Система подэтажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважинами на вертикальное компенсационное пространство (щель). Подготовка блока при этой системе, как уже отмечалось, аналогична описанной выше. Выемка руды начинается с образования вертикального компенсационного пространства (щели), на которое встречно направленно отбивают маесив, разбуренный глубокими скважинами из буровой выработки.

При этой системе разработки значительно снижается динамическое воздействие взрыва на выработки приемного горизонта. Кроме того, такой способ отбойки позволяет улучшить качество дробления горной массы за счет соударения отдельных кусков.

Варианты системы подэтажного обрушения с отбойкой руды на наклонное компенсационное пространство показаны.

Разбуривание массива глубокими скважинами производится из буровых выработок, расположенных на уровне горизонта воронок. Толщина отбиваемого слоя по горизонтали, как правило, равна расстоянию между выработками выпуска руды (скреперования). Наклонные слои отбивают на наклонное компенсационное пространство. Выпуск отбитой руды производят через выпускные выработки (дучки или щели). Доставка отбитой руды производится скрепером в рудосвалочные восстающие.

При применении системы подэтажного обрушения также с отбойкой наклонных слоев руды на наклонную подсечку разбуривание массива производится непосредственно из выработок горизонта доставки (скреперования). Это позволяет исключить проходку специального бурового штрека и упростить конструкцию системы. При таком разбуривании массива устья глубоких скважин недозаряжают ВВ с целью предохранения штреков скреперования от разрушения в момент массового взрыва. Однако после взрывания скважин их недозаряженные части используются при образовании выпускных дучек или щелей.

Доставка отбитой руды производится скрепером с погрузкой непосредственно в вагоны через полки.

Система подэтажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважинами на зажатую среду разработана сравнительно недавно. Однако уже накоплен значительный положительный опыт применения этой системы разработки. Так, в условиях Криворожского бассейна, например, при отбойке на зажатую среду достигается лучшее дробление руды, чем при отбойке на компенсационные пространства.

Отличительная особенность этой системы разработки заключается в том, что отбойка слоев руды, разбуренных из буровых выработок глубокими скважинами, производится не на компенсационное пространство, выполненное в виде камеры (пустоты), а на ранее обрушенную руду или даже пустые породы. Таким образом, при отбойке руды на зажатую среду отпадает необходимость в трудоемкой операции по образованию компенсационного пространства.

Необходимое компенсационное пространство для размещения обрушаемой руды создается за счет уплотнения под действием энергии взрыва обрушенных ранее пород и их амортизационных свойств. Вместе с тем необходимо отметить, что выпуск обрушенной руды при таком способе отбойки следует производить с особым вниманием, не допуская преждевременных потерь и разубоживания.

При системе этажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважинами блок обрушают сразу на всю высоту этажа. В этом заключается основное отличие ее от системы подэтажного обрушения. Четкой границы между этими системами провести вообще невозможно. На одних рудниках высота этажа составляет 40 м и, естественно, на всю эту высоту (этажа) производят обрушение руды. Следовательно, применяют систему этажного обрушения. На других же рудниках высота этажа составляет 80 м и его делят на два подэтажа, в пределах которых и производят обрушение руды. В этих условиях система именуется уже системой подэтажного обрушения.

В практике наибольшее распространение получили системы этажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважинами на горизонтальные компенсационные пространства, вертикальные компенсационные пространства и на зажатую среду.

 

2.Достоинства системы разработки

 

Системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород - являются самыми производительными и обеспечивают добычу руды при низкой себестоимости. Область применения - неустойчивые, легкообрушающиеся породы; руды средней ценности и неценные; возможность обрушения поверхности. Достоинства - высокая производительность труда; низкая стоимость добычи.

 

3.Недостатки системы разработки

 

Системы разработки с обрушением руды и вмещающих пород - являются самыми производительными и обеспечивают добычу руды при низкой себестоимости. Область применения - неустойчивые, легкообрушающиеся породы; руды средней ценности и неценные; возможность обрушения поверхности. Недостатки - большие потери руды, достигающие 30%; невозможность селективной (раздельной) добычи.

 

4.Условия и область применения системы разработки

 

Общими условиями применения систем разработки с обрушением руды и вмещающих пород являются: неустойчивые легкообрушающиеся вмещающие породы; возможность обрушения поверхности и вмещающих пород; незначительная ценность руды (системы с обрушением руды и вмещающих пород характеризуется высокими потерями и разубоживанием руды); отсутствие включений пустых пород и различных сортов руд (подземная сортировка и разделение руды по сортам при системах с обрушением руды и вмещающих пород исключены).

Системы разработки подэтажного обрушения без применения мата. Эти системы широко применяют при разработке железорудных месторождений и руд цветных металлов (рудники Кривого Рога, Урала, Алтая и других горнорудных районов). В основном применяют следующие варианты системы подэтажного обрушения: «камера над «дучками»; закрытый веер; с отбойкой руды глубокими скважинами; подэтажное самообрушение.

Системы с массовым обрушением применяют в залежах мощных и средней мощности. Очистное пространство не поддерживается (за исключением образования камер или щелей для обрушения остальной части блока в некоторых системах). Отбойка преимущественно скважинная, иногда самообрушением.

Эти системы применяют в мощных и средней мощности залежах при условии, что не требуется поддерживать земную поверхность. Ценность руды, ограниченная в связи с повышенными ее потерями.

Запрещается применять эти системы при наличии в налегающих породах плывунов, неосушенных песков и суглинков, а также карстов, заполненных водой или газом.

Ограничивает применение и большая (700-1200 м и более) глубина разработки, при которой обрушение висячего бока намного отстает от выемки, что угрожает породными взрывами и горными ударами, особенно при пологом или наклонном падении залежи.

При устойчивых породах висячего бока необходимо систематически наблюдать за состоянием и деформациями пород и оседанием земной поверхности с тем, чтобы заблаговременно вывести людей и убрать оборудование из опасных мест. Зона возможного обрушения пород на поверхности должна быть ограждена.

Возможность применения перекрытий. Для снижения потерь руды были предложения и попытки оградить отбитую руду от обрушенных пород каким-то искусственным перекрытием, которым служили бы: породных блок, отрезанный по границам от массива; толстая железобетонная плита; гибкие покрытия из металлической сетки. Обнадеживающих результатов на этом пути пока что не получено.

От качества выпуска зависят потери и разубоживание руды. Современные способы выпуска руды пока не обеспечивают высоких показателей извлечения. Наблюдаются большие потери руды и высокое ее разубоживание, а поэтому применять системы с обрушением руды и вмещающих пород целесообразно лишь при разработке руд невысокой ценности.

В настоящее время системы с обрушением руды и вмещающих пород нашли широкое применение при разработке рудных месторождений. Они применяются как самостоятельные при выемке отдельных рудных тел или же как вспомогательные при отработке целиков и потолочин в других системах разработки.

Системы разработки этого класса отличаются друг от друга высотой обрушаемого массива. Системы разработки с разделением этажа на подэтажи называются системами подэтажного обрушения, а системы разработки без разделения этажа на подэтажи - системами этажного обрушения.

Наиболее гибкими в применении оказались системы подэтажного обрушения, с помощью которых успешно ведется разработка рудных месторождений в самых разнообразных условиях, в том числе и на больших глубинах с проявлением горного давления.

Следует отметить, что в определенных условиях достаточно лишь произвести подсечку и отрезку подлежащего к обрушению рудного массива, как он начинает постепенно самообрушаться.

Можно вести как этажное, так и подэтажное самообрушение. В зависимости от этого различают системы подэтажного самообрушения и системы этажного самообрушения.

Усилиями советских специалистов-горняков (М.В. Гуминский, В.Ф. Лавриненко и др.) разработаны методы управления самообрушением руды. Но темпы современной добычи руды иногда недостаточны для осуществления процесса самообрушения. По этой причине системы разработки с самообрушением руды в настоящее время применяются редко.

Рассмотрим наиболее широко применяемые системы разработки этого класса. Система подэтажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважинами применяется при разработке месторождений мощностью от 5-6 м до 150-200 м и более. Нижний предел мощности залежи ограничивается в основном возможностями скважинной отбойки и выпуска руды.

Система подэтажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважинами применяется в двух основных вариантах:

с отбойкой руды на компенсационное пространство (горизонтальное, вертикальное, наклонное);

с отбойкой руды на ранее обрушенные руды или пустые породы (в зажиме).

Вариант системы подэтажного обрушения с отбойкой руды глубокими скважина ми на горизонтальное компенсационное пространство применяется при разработке месторождений средней мощности и мощных (Рис.1). Подготовка блоков как при этом, так и при других приведенных выше вариантах этой системы практически одинакова. Она включает проходку полевого откаточного штрека 1 и ортов 3. Из откаточных ортов до отметки первого подэтажа проходят рудоспуски 2, ходовые 8 и материальные 14 восстающие. На каждом подэтаже проходят хозяйственные орты 9 и штреки скреперования 7. На границах блока штреки скреперования соединяют вентиляционными ортами 4, из которых в лежачем боку проходят запасной ходовой восстающий 13.

 

Рис.

 

5.Технические характеристики системы разработки

 

По сравнению с системой слоевого обрушения система подэтажного обрушения имеет следующие преимущества: более безопасные условия труда в связи с тем, что выработки проходятся в рудном массиве; значительно лучшие условия проветривания забоев, так как устраняется или сводится к минимуму контакт с гниющим матом, выделяющим углекислый газ; меньший объем трудоемких нарезных работ; меньший расход ВВ и лесных материалов; более высокая (в два-три раза) производительность труда горнорабочих; меньшие расходы на поддержание и ремонт выработок.

К числу недостатков системы подэтажного обрушения относятся: значительные потери и разубоживание руды, особенно при выпуске руды под налегающими породами; невозможность раздельной выемки и сортировки руды в забое; опасность в пожарном отношении при разработке руд, склонных к самовозгоранию, а также при выпуске руды под защитой мата.

В связи с этим при добыче богатых руд применяют системы слоевого обрушения. Сопоставляя технико-экономические показатели различных вариантов системы подэтажного обрушения, необходимо отметить, что все варианты с выпуском руды под налегающими породами по сравнению с вариантом системы, где выпуск ведут под защитой гибкого деревянного щита из старого леса (мата), имеют следующие преимущества: более высокую производительность забоя и труда горнорабочих, занятых на очистной выемке; меньший расход материалов, особенно лесных; меньшую себестоимость добываемой руды.

Общим недостатком вариантов системы подэтажного обрушения с выпуском руды под налегающими породами являются потери и разубоживание руды, возрастающие в 1,2-1,5 раза на участках со значительным горным давлением вследствие уплотнения обрушенной руды.

Из всех вариантов системы подэтажного обрушения с выпуском руды под налегающими породами наиболее высокопроизводительным является вариант с отбойкой руды глубокими скважинами благодаря высокой эффективности буровзрывных работ и высокой интенсивности выпуска руды (обычно 0,6-0,8 т/м2 в сутки по сравнению с 0,2-0,3 т/м2 при других системах). Варианты системы подэтажного обрушения с отбойкой руды штанговыми шпурами менее производительны вследствие менее эффективных методов отбойки, а также в связи с большим удельным объемом подготовительных и нарезных работ. Отбойка руды глубокими скважинами характеризуется меньшей величиной потерь (12-15%) и разубоживания руды (10-12%) благодаря более эффективному ее дроблению и выпуску на большей площади. Наибольшие потери (15-25%) и разубоживание (20-25%) наблюдается при варианте «закрытый веер». Необходимо отметить, что все варианты системы подэтажного обрушения позволяют осуществлять хорошее проветривание рабочих забоев, причем наименьшее пылеобразование достигается при варианте с отбойкой руды глубокими скважинами.

Таким образом, при отбойке руды глубокими скважинами достигаются: 1) высокая эффективность буровзрывных работ; 2) высокая интенсивность выпуска; 3) возможность достижения высокой производительности труда горнорабочего; 4) низкая себестоимость руды; 5) уменьшение объема подготовительных и нарезных работ; 6) снижение пылеобразования в забое; 7) меньшие по сравнению с другими вариантами потери и разубоживание руды.

Применяя системы подэтажного обрушения, следует стремиться поэтому к максимально возможному по условиям разработки применению наиболее эффективных ее вариантов с отбойкой руды глубокими скважинами. При неустойчивых, хорошо об- рушающихся, хрупких и неслеживающихся рудах при их выпуске хорошие показатели дает вариант подэтажного самообрушения. В случае применения системы подэтажного обрушения целесообразно организовать выдачу на поверхность двух потоков руды, разделив выдачу кондиционных руд и руд разубоженных, требующих обогащения. За счет этого мероприятия эффективность системы подэтажного обрушения может быть значительно повышена. Дальнейшее развитие системы подэтажного обрушения будет направлено по пути усовершенствования варианта с отбойкой руды глубокими скважинами, который обеспечивает высокую интенсивность выпуска руды. Вариант можно широко использовать при значительном горном давлении, так как днище отрабатываемой панели (обычно 20 X 25 или 30 X 25 м) при этой системе разработки воспринимают меньшее горное давление, чем при отработке больших блоков (45 X 50 или 50 X 70 м) при системе этажного обрушения. Поэтому систему подэтажного обрушения следует рассматривать как основную при значительном горном давлении. Широкое применение податливой металлической крепи является одним из мероприятий, способствующих повышению эффективности системы разработки подэтажного.

 

6.Описание применяемого оборудования для системы разработки

 

Основным применяемым при этих работах оборудованием являются механические лопаты, драглайны, многочерпаковые отвальные экскаваторы (абзатцеры), консольные отвалообразователи, транспортно-отвальные мосты, бульдозеры, отвальные плуги и краны.

Транспортировка пород на внешние отвалы осуществляется преимущественно автомобильным или железнодорожным транспортом, формирование поверхности. отвалов - бульдозерами, механическими отвалами, абзатцерами и отвальными плугами.

Путевые работы на отвалах, производимые при железнодорожной и автомобильной транспортировке пород, заключаются в сооружении и реконструкции сети транспортных путей (на отвалах эксплуатируются постоянные и временные дороги, последние перемещают по мере изменения параметров отвала). Дорожные работы осуществляются с использованием бульдозеров, кранов и грейдеров.

Вскрытие месторождений. Задачей вскрытия является установление транспортной связи между рабочими площадками уступов и земной поверхностью. Основными выработками вскрытия являются, как уже отмечалось, траншеи (в некоторых случаях, впрочем, вскрывающими выработками могут служить и подземные выработки).

Траншеи, располагаемые вне проектируемого контура карьера, называют внешними, а внутри контура - внутренними.

Внешние траншеи проходят с земной поверхности до проектируемого на той или иной глубине борта карьера (вскрышных или добычных уступов).

Внешней траншеей могут вскрываться один, несколько или все уступы карьера.

Выемка пород экскаваторами обычно совмещается с погрузкой горной массы на транспортные машины. Прямые механические лопаты применяют преимущественно для выемки мягких и плотных пород, они являются также основным оборудованием для погрузки скальных горных пород, предварительно отделенных от массива и разрыхленных с помощью взрывчатых веществ. Роторными экскаваторами осуществляется выемка различных пород - от рыхлых до трещиноватых полускальных.

Бульдозеры, колесные скреперы и погрузчики на крупных карьерах используются главным образом для выполнения различных вспомогательных операций.

Транспортировка горных пород. При разработке месторождений основными грузами в карьерах являются вскрышные породы и полезные ископаемые, перевозка горных пород - наиболее дорогостоящий и трудоемкий процесс. Грузопоток в карьере в зависимости от глубины залегания разрабатываемого месторождения или его части и интенсивности разработки меняется в значительных пределах, достигая десятков и даже сотен миллионов тонн в год. Расстояния перемещения пород составляют от нескольких десятков метров до 10-20 км.

Горная масса транспортируется от забоев рабочих уступов, причем вскрышные породы перемещают в отвалы, а полезное ископаемое направляют на приемные пункты или склады.

Основными видами карьерного транспорта являются железнодорожный, автомобильный и конвейерный.

На карьерах средней и большой производственной мощности при расстоянии перевозки горной массы более 2 км наиболее широко используется железнодорожный транспорт, характеризующийся экономичностью, длительным сроком службы и высокой надежностью. В качестве локомотивов обычно используют электровозы и тепловозы, горная масса транспортируется в металлических полувагонах большой грузоподъемности (перевозка вскрышных пород осуществляется в саморазгружающихся полувагонах, называемых думпкарами, полезное ископаемое чаще перевозится в полувагонах, разгружающихся в опрокидывателях). Среди карьерных железнодорожных путей выделяют стационарные и передвижные (первые сохраняют свое положение постоянно или в течение длительного периода разработки карьерного поля, вторые перемещают в процессе развития горных работ на уступах).

Автомобильный транспорт применяют в основном на карьерах с небольшой и средней производственной мощностью при расстоянии перевозок до 5 км.

Горная масса перевозится в автосамосвалах, грузоподъемность которых достигает 180 т и более и в автомобильных прицепах. Маневренность автотранспорта обеспечивает повышение производительности забойных экскаваторов, а уменьшенные по сравнению с железнодорожным транспортом радиусы закругления и увеличенные углы наклона трасс существенно сокращают расстояния перевозок. Тем не менее при значительных грузопотоках и больших расстояниях перевозок использование автомобильного транспорта становится неэкономичным. Впрочем, в комплексе с железнодорожным или конвейерным транспортом применение автомобилей большой грузоподъемности весьма эффективно и на крупных карьерах, при этом они используются преимущественно на нижних горизонтах или в качестве сборочного звена комбинированного автоконвейерного транспорта. Обязательным условием эффективной и экономичной работы автомобилей является надлежащее устройство и содержание карьерных дорог. Транспортировка горной массы из карьеров на поверхность осуществляется в основном полустационарными горизонтальными и стационарными наклонными конвейерами, рациональное расстояние транспортировки достигает 2-3 км. Для перемещения преимущественно вскрышных пород применяются передвижные и самоходные конвейеры типа транспортно-отвальных мостов, перегружателей, консольных отвалообразователей. Расстояние перемещения горной массы составляет от десятков до сотен метров.

Отвальные работы. Уже в начальном периоде горностроительных работ появляется необходимость в размещении на поверхности горного отвода породных отвалов, по мере развития вскрышных работ количество породы, выдаваемой из забоев горных выработок, возрастает. Отвалы вскрышных пород располагают или на поверхности, или в образующемся выработанном пространстве, первые отвалы называют внешними, вторые - внутренними.