» » Вводные замечания и краткие сведения о подготовке месторождений

Вводные замечания и краткие сведения о подготовке месторождений

08.08.2016

Понятием «система разработки» охватываются расположение очистных выработок, порядок и способ их образования, а также необходимые в связи с этим состав и расположение подготовительно-нарезных выработок. Способ образования очистных выработок определяют составом и технологией процессов очистных работ.
В последние годы на базе новой техники возникли новые системы разработки, которые лишь с большими условностями вписываются в имеющуюся классификацию систем разработки. Однако, они еще не успели оформиться конструктивно и определиться в части перспектив настолько отчетливо, чтобы вносить изменения в классификацию систем разработки. Такие системы рассматриваются как варианты традиционных систем разработки или вне классификации под рубрикой «Другие системы разработки».
Способ образования очистных выработок (способ очистной выемки) освещается на базе изложенных выше сведений об основных производственных процессах очистной выемки.
Расположение подготовительных и очистных выработок в блоках связано со схемой подготовки этажного горизонта (поскольку с него нарезают обслуживающие блок восстающие) и последовательностью отработки запаса шахтного поля. Поэтому предпосылаем изучению систем разработки минимально необходимые для этого сведения о схемах подготовки этажных горизонтов и последовательности отработки запаса шахтного поля. Одновременно уточним некоторые понятия и термины в рассматриваемой области.
Деление шахтного поля на этажи и блоки и схемы подготовки этажных горизонтов. В крутых и наклонных месторождениях шахтное поле разделяют горизонтальными подготовительными выработками на этажи (рис. XI.1). Горизонты, на которых расположены эти выработки, называют этажными, причем те из них, которые используют для откатки руды к стволу, называются откаточными или основными, а остальные — промежуточными.
Вводные замечания и краткие сведения о подготовке месторождений

Этаж по длине (а в пологих и очень мощных крутых залежах — по площади) разделяют на участки, называемые блоками (см. рис. XI.1). В пределах блока завершается весь комплекс подготовительно-нарезных и очистных работ, свойственный данной системе разработки. Размер блока по простиранию залежи изменяется от 30 до 100-150 м, обычно 40-60 м.
Нижнюю часть (основание) блоков, в которой размещают выработки для выпуска руды, доставки ее и погрузки на транспорт, отрабатывают лишь вместе с блоками нижележащего этажа, поэтому границы между выемочными блоками смежных этажей располагаются выше этажных горизонтов (рис. XI.2).
Чаще эти границы горизонтальны, но могут быть и наклонными, в сторону лежачего бока. В на клонных залежах, наоборот, границы блоков смежных этажей чаще бывают наклонными и реже горизонтальными (см. рис. XI.2).
Вводные замечания и краткие сведения о подготовке месторождений

По величине высота блоков в крутых и наклонных залежах обычно равна высоте этажа. Особо выделим наклонные залежи, в которых применяют донный выпуск руды, в том числе и весьма мощные залежи. Автором предложена безэтажная по мощности выемка наклонных залежей. Отличается она тем, что на этажи делят рудное тело не горизонтальными, как обычно, а вертикальными или крутонаклонными плоскостями, и все выработки для выпуска и доставки руды проходят у контакта лежачего бока; высота блоков равна полной вертикальной мощности залежи. По сравнению с обычной схемой работ, это резко сокращает объем подготовительно-нарезных работ и повышает извлечение руды за счет устранения междуэтажных целиков.
С этажными выработками соединяют выработки блока блоковыми восстающими, рудоспусками или наклонными заездами для самоходного оборудования.
В крутых (и наклонных) залежах применяют подготовку как штрековую, так и ортовую. В первом случае рудную массу выпускают из блоков в штрек, где и погружают ее на транспорт, во втором — в орты.
В крутых маломощных залежах подготовка штрековая: этажные горизонты подготовляют штреками рудным или рудным и полевым (рис. XI.3); блоковые восстающие и рудоспуски проходят из рудного штрека. Из этого штрека свежий воздух (от квершлага воздухопадающего ствола) поступает по блоковому восстающему в очистные выработки (сверху этот восстающий перекрывают лядами во избежание короткого тока воздуха). Вышележащий этажный штрек на участке, расположенном над блоком, обычно уже не используют для откатки, и он служит вентиляционным — для отвода загрязненного воздуха к квершлагу воздуховыдающего ствола. На этот вентиляционный горизонт загрязненный воздух выходит из блока по соседнему блоковому восстающему (которые перекрывают снизу во избежание короткого тока воздуха).
В крутых залежах мощных и средней мощности подготовка бывает как штрековой, так и ортовой.
При штрековой подготовке (см. рис. XI.3) рудоспуски проходят из штрека, обычно из рудного, расположенного у одного из блоков либо посередине мощности залежи. Часто имеется еще и полевой штрек в лежачем боку, соединенный с рудным штреком кольцевыми или косыми заездами.
При наличии только рудного штрека схема проветривания аналогична применяемой в маломощных залежах. Если же имеется полевой штрек, то блоковые восстающие часто проходят с этого штрека по породам лежачего бока. Свежий воздух в этом случае может поступать в блок с рудного штрека по какому-либо восстающему, загрязненный воздух отводят из блоков по полевому восстающему на полевой штрек вышележащего (вентиляционного) этажного горизонта.
Вводные замечания и краткие сведения о подготовке месторождений

При ортовой подготовке (см. рис. XI.3) на откаточном (транспортном) горизонте имеется штрек в лежачем боку и из него пройдены орты, которые соединены с очистными блоками эксплуатационными рудоспусками. Откатка может быть закольцована вторым штреком (полевым или рудным) со стороны висячего бока залежи. Блоковые восстающие проходят из ортов или из полевого штрека.
Свежий воздух поступает в блок всегда снизу с этажного горизонта. Загрязненный же воздух отводят либо на вышележащий вентиляционный горизонт, либо на специальный вентиляционный полевой штрек, который может быть размещен на каком-то промежуточном уровне или на этажном горизонте в лежачем боку за откаточным штреком. В последнем случае вентиляционный штрек отделяют от откаточного перемычками. Специальные вентиляционные штреки наиболее часто применяют при больших объемах работ по вторичному дроблению руды, что связано с постоянной загазованностью воздухоотводящих выработок.
Пологие залежи (рис. XI.4) разрабатывают как с делением на этажи (этажная разработка), так и без деления (безэтажная разработка),
Безэтажную разработку применяют при наличии одного рудного тела мощностью до 50-80 м или при сравнительно небольшой (не более обычной высоты этажа) разности отметок залегания нескольких рудных тел. В иных случаях разработка этажная.
Вводные замечания и краткие сведения о подготовке месторождений

Этажи (или все шахтное поле при безэтажной разработке) делят в плане пройденными на уровне этажного горизонта штреками на панели (рис. XI.5) шириной от 50 до 200-300 м, а каждую панель делят на блоки примерно так же, как этаж на крутых залежах.
Маломощные залежи часто отрабатывают непосредственно с транспортного горизонта, выработки которого проходят по залежи. Это типично для разработки пластов калийных солей и марганцевых руд. В этом случае вентиляционные (для отвода загрязненного воздуха) штреки расположены на уровне транспортного горизонта и соединены с его выработками кроссингами.
При большой и средней мощности залежей, а также при неправильной их форме, типичной для большинства рудных месторождений, в случае применения электровозного транспорта транспортный горизонт размещают полностью (см. рис. XI.5) или частично в подстилающих породах; блоковые восстающие, рудоспуски и наклонные заезды проходят с панельных штреков. При использовании самоходного оборудования транспортный горизонт располагается в рудном теле у его почвы. Свежий воздух поступает в блоки с откаточного горизонта, загрязненный воздух отводят по восстающим на вышележащий вентиляционный (в прошлом откаточный при этажной разработке) горизонт или на специальный вентиляционный горизонт, расположенный на промежуточной отметке.
Основные и промежуточные горизонты. Этажные горизонты часто разделяют на основные и промежуточные.
По основным горизонтам транспортируют руку к шахтному стволу; с промежуточных горизонтов перепускают руду по рудоспускам на основной горизонт, а их используют только для подготовки блоков и вспомогательных целей (сообщение, доставка материалов и оборудования, проветривание). Руду на промежуточных горизонтах доставляют до рудоспусков, расположенных в районе рудного тела (а не у ствола) и выходящих на основной горизонт. Такая схема работ создает взаимозависимость во времени доставки и транспорта руды, что позволяет до 2-3 раз поднять производительность каждого из этих процессов, и, кроме того, увеличивает срок службы транспортного горизонта, что дает возможность оборудовать его капитальнее.
Вводные замечания и краткие сведения о подготовке месторождений
Вводные замечания и краткие сведения о подготовке месторождений

Рудоспуск, служащий для перепуска руды с промежуточного на основной горизонт, может обслуживать либо часть блока, например два-три его вибропитателя или скреперных орта, либо весь блок или группу блоков, совмещенных по вертикали, а иногда и по несколько соседних блоков в каждом этаже. Последнее типично для работ с использованием самоходного оборудования на доставке руды. Рудоспуски, обслуживающие по несколько блоков, принято называть капитальными (в отличие от участковых или блоковых, обслуживающих только один блок или часть его).
Основной горизонт, на который перепускают руду с 3-4 этажей и больше, принято называть концентрационным горизонтом, чем подчеркивается возможность наиболее эффективной механизации транспорта в связи с высокой его концентрацией и длительным сроком службы горизонта — 810 лет и более.
При каждой из систем разработки блок может быть расположен как на основном, так и на промежуточном горизонтах; во втором случае доставляют руду в рудоспуски для перепуска на основной горизонт. Приводимые ниже иллюстрации систем разработки будут относиться частично к первому, частично ко второму случаю.
Подготовительные и нарезные выработки. Подготовкой шахтного поля называют разделение его на этажи или панели проведением откаточных штреков и ортов, а также разделение этажа на блоки проведением восстающих (рис. XI.6). К подготовительным выработкам относят еще штреки и орты, на которые выпускают руду для механизированной доставки и вторичного дробления, а также наклонные заезды для самоходного оборудования на подэтажи.
В блоке проводят нарезные выработки (которые вместе с подготовительными принято объединять названием подготовительно-нарезные выработки) с целью создать необходимые и благоприятные условия для очистной выемки. К нарезным выработкам относятся:
- рудоспуски, обслуживающие часть блока или один блок — вертикальные и наклонные выработки, служащие для спуска руды на основной горизонт из очистного пространства или из подготовительных и нарезных выработок, по которым доставляют руду;
- подэтажные штреки и орты, предназначенные для бурения скважин (шпуров), доставка руды на подэтажах и т. п. (с этажным горизонтом они связаны восстающим или наклонным заездом);
- подсечные выработки, предназначенные для отделения отбиваемого массива руды от основания блока, в котором расположены рудовыпускные выработки;
- отрезные восстающие и щели, которыми создается вертикальная или крутонаклонная обнаженная плоскость отрабатываемого массива руды для последующей отбойки;
- выпускные траншеи или воронки;
- выпускные выработки, которыми оканчиваются траншеи или воронки;
- вентиляционные восстающие, горизонтальные, наклонные и вертикальные ходки, вентиляционные сбойки, выработки для установки питателей, скреперных лебедок и т. п.
Штрекообразные выработки проходят без крепления или с креплением в зависимости от устойчивости пород и горного давления. Крепление применяют набрызгобетоном или штангами, или тем и другим вместе, а также применяют крепление металлическое, из податливой арочной крепи, либо жесткое, или деревянное. При податливой арочной крепи используют для затяжки железобетонные плитки, дерево, или, по разработкам НИГРИ Кривбасса, просечно-вытяжной лист, который прочнее, податливее, чем стальной лист, и в два раза менее металлоемок, Вместо крепления начинают применять смолоинъекционное упрочнение пород вокруг выработки.
Наклонные съезды (см. рис. XI.6) предназначаются для доставки на подэтажи самоходного оборудования, а также людей и материалов в самоходных машинах. Размеры поперечного сечения выработок для проезда самоходных машин освещены выше в связи с доставкой руды самоходным оборудованием. Трасса может быть различной, чаще — зигзагообразная («серпантин»)/
Угол наклона заезда при перевозке по нему руды 5+8°, в зависимости от применяемой машины, а при перевозке материалов и оборудования — 10-12°, на закруглениях — на 2-3° меньше. При более крутых уклонах машины быстро выходят из строя даже при единичных проездах.
Располагают съезды при крутом падении залежей в лежачем боку, а при наклонном — в рудном теле, под его кровлей, или в лежачем боку; последнее — главным образом при удароопасности рудного тела и наличии в нем пережимов, как например, на ряде шахт СУБРа.
Вводные замечания и краткие сведения о подготовке месторождений

Каждый съезд обслуживает выемочный участок этажа длиной 250-400 м состоящий из 3-5 блоков в традиционном их понимании, но без своих восстающих для сообщения и доставки материалов и оборудования (рис. XI.7). Элементарной выемочной единицей здесь становится уже не блок, а выемочный участок, в котором завершается комплекс подготовительно-нарезных и очистных работ. Это приводит к увеличению объемов и сроков подготовки к очистной выемке. Для смягчения этого недостатка целесообразно: проходить съезды сверху вниз при нисходящем порядке погашения подэтажей (слоев) или снизу вверх в ином случае; проектировать систему разрядки в пределах всего выемочного участка, предусматривая начало и очередность подготовки и отработки подэтажей по мере проведения съезда.
Проходят съезды с помощью самоходных машин, крепят их так же, как штрекообразные выработки. При использовании пневматических ПДМ заезд может иметь уклон 25-30° для перемещения машины с помощью тягальной лебедки.
Рудоприемные траншеи и воронки в части конструкции, области применения и способов образования рассмотрены выше/
Восстающие. Необходимое их число сокращается до 4 раз в связи с применением наклонных заездов. Восстающие проходят из выработок этажного горизонта (из ниш глубиной 1,5-2,5 м) с металлической либо деревянной крепью (распорной или венцовой) или без крепления, в зависимости от устойчивости и назначения.
Восстающие могут иметь одно, два или три отделения. Одноотделенный восстающий может служить рудоспускным, ходовым, материальным (для спуска-подъема материалов и оборудования) вентиляционным или отрезным (для начала очистной выемки),
В восстающих из двух отделений одно служит ходовым и вентиляционным (сечение по обшивке изнутри от 0,8x0,8 до 1,2x1,2 м), а другое — рудоспускным (сечение обычно не менее 1,2x1,3 м).
В восстающих с тремя отделениями третье отделение — материальное, причем верхняя часть (выше рабочего подэтажа) рудоспускного или материального отделения может использоваться для спуска закладочного материала. Сечение этого отделения не менее 0,7x0,7 или 0,7x1,2 м.
Лестничные полки в ходовом отделении устанавливают через 5-6 м. Ходовое отделение отгораживают от рудоспускного и материального досками. Угол наклона лестниц не более 70-85°. В наклонных залежах, где проходят наклонные восстающие, для передвижения людей настилают трапы.
Для подъема-спуска грузов и материалов должна быть установлена пневматическая или электрическая лебедка.
Все шире применяются комбайны KB (на рельсовом ходу) для проходки бурением восстающих диаметром 1,5 и глубиной до 90-100 м по породам крепостью до 14-16 снизу вверх (1KB) и сверху вниз с пилотскважиной до нижележащего горизонта и последующим ее расширением (2КВ). Расходы на монтаж комбайна окупаются при длине восстающего примерно не менее 30 м. Эти комбайны становятся единственным средством проходки восстающих, соединяющих этажные горизонты. Комбайны 2КВ используются эффективнее, так как не заливаются промывочной водой. Создаются KB для бурения диаметром 1,8 м и модификация 1KB на гусеничном ходу для бурения восстающих диаметром 600 мм из подэтажных выработок.
Там, где способ проходки бурением не подходит или еще не обеспечен оборудованием, проходят восстающие с помощью самоходных полков КПВ, а короткие рудоспуски и отрезки восстающие образовывают взрыванием параллельных скважин, обычно секционным.
По правилам безопасности, все вертикальные и крутонаклонные выработки должны быть надежно перекрыты или огорожены сверху во избежание падения в них людей и перекрыты снизу, во избежание выпадения из них породы и предметов в выработки, где могут находиться люди. Если восстающий используется для вентиляции, то перекрытие его должно выполняться в виде прочной решетки или ограждения сверху прочным решетчатым барьером.
Очистную выемку в блоке можно начинать только после того, как проведены все предусмотренные проектом подготовительные и нарезные выработки, необходимые для безопасности. Особо следует сказать о проведении выработок в массиве твердеющей закладки. Выработки эти могут потребоваться для сообщения или проветривания в связи с тем, что первоначальная трасса выработок разорвана заложенными камерами. Буровзрывной способ проходки по твердеющей закладке на ряде рудников дает такие законтурные разрушения, что выработку приходится крепить. Ho есть и положительные примеры при мелком заполнителе. Так, на СУБРе используют для закладки дробленый известняк крупностью минус 20 мм с цементом. Проходка выработок и бурение шпуров под штанги по закладке ведутся так же, как по руде крепостью 4-6, выработка не требует крепления, стенки шпуров не осыпаются. Комбайновая проходка, как показали испытания, при песчано-цементной закладке обеспечивает гладкие стенки; но затраты на проходку и оборудование монтажной камеры, доставку и монтаж комбайнов не окупаются при небольшой длине выработок, типичной в рассматриваемом случае. Испытывается (под руководством проф. С.Г. Борисенко) образование выработок в закладочном массиве с помощью предварительного размещения надувных оболочек из полимерной пленки; применение этого способа возможно лишь при небольшом гидростатическом давлении закладки. Схему подготовки и отработки блока надо проектировать с таким расчетом, чтобы по возможности избежать проходок по твердеющей закладке.
При выборе схемы проветривания и сечения очистных выработок следует учитывать, что согласно правилам безопасности, по условию проветривания от газов и пыли скорость движения воздуха в очистных выработках должна быть не ниже 0,5 м/с. В виде исключения, если люди работают в очистных камерах, скорость движения воздуха в них допускается более низкая, но не меньше 0,15 м/с.