» » Система разработки горизонтальными слоями с закладкой

Система разработки горизонтальными слоями с закладкой

08.08.2016

Система разработки горизонтальными слоями с закладкой или, сокращенно, горизонтальные слои с закладкой это — система разработки с искусственным поддержанием очистного пространства, при которой выемку ведут горизонтальными (или слабонаклонными) слоями, начиная с нижнего слоя; каждый отработанный слой закладывают, поверхность закладки служит платформой для рабочих и оборудования, занятых на очистных работах.
Закладка поддерживает бока очистного пространства. Руду отбивают на поверхность закладки и доставляют механизированным способом.
Условие применения: 1) устойчивая руда, так как под обнаженным рудным массивом работают люди; при малой мощности залежи допустима пониженная устойчивость руды, в связи с малым пролетом обнажения; 2) боковые породы любой устойчивости, на крутых залежах применения данной системы разработки наиболее целесообразно при неустойчивых боках; 3) мощность и угол падения залежи могут быть любыми, но в пологих залежах мощность должка быть не ниже средней, иначе не потребуется деление на слои. Наиболее часто встречается эта система при высокой ценности, возгораемости руды или при наличии над рудным телом зданий, сооружений, водоемов и т. п.
Варианты с сыпучей закладкой применяются в маломощных крутых залежах, блоки располагаются по простиранию. Высота этажа от 35-40 до 50-60 м и в крутых залежах. Длина блока от 30 до 100 м по условию доставки руды скрепером или легкими погрузочно-доставочными машинами.
На горизонте откатки в залежах малой и средней мощности проходят рудный штрек. Блок подготавливают восстающим, пройденным на границе или посередине блока.
Очистную выемку начинают с уровня кровли штрека или оставляют над ним целик толщиной 2-5 м. Отбойка руды обычно шпуровая, доставка — механизированная в рудоспуски. На поверхности каждого слоя закладки (исключая плотную гидравлическую закладку) устраивают настил. На бурении и доставке используют оборудование переносное (перфораторы на колонках и скреперные установки) или самоходное. Последнее — преимущественно при гидравлической закладке или при бетонных настилах.
Увеличение высоты слоев повышает производительность работ, но, вместе с тем, увеличивает обнажение боковых пород и затрудняет контроль за состоянием кровли. Обычно высота слоя 2-2,5 м; верхний предел определяется правилами безопасности.
Обязательно соблюдение специальных мер по контролю за состоянием боков и кровли.
Отбивают руду вертикальными или горизонтальными шпурами; при вертикальных шпурах расширяется фронт бурения, но необходима устойчивая кровля во избежание заколов.
На отдельных зарубежных рудниках увеличивают высоту слоя до 4,5-5 м, высота открытого пространства достигает 7-8 м. Бурят шпуры (вверх под углом 70°) буровыми установками. Выравнивают кровлю «контурным» взрыванием горизонтальных шпуров, л. н. с. и расстояние между этими шнурами уменьшают в 1,5 раза против обычных величин, взрывание — детонирующим шпуром без патрона-боевика.
По окончании доставки руды из слоя разбирают настил, иногда зачищают в рудоспуск верхнюю часть закладки, обогащенную рудной мелочью, и производят закладку. Материал для нее подают с вышележащего горизонта по блоковому восстающему, Для разравнивания материала используют ту же скреперную установку, что и для доставки руды.
Применяют гидравлическую закладку обесшламленными хвостами обогатительных фабрик или природным песком. Песок и хвосты подают в забой по гибкому шлангу диаметром 55-100 мм.
При малоустойчивых боковых породах оставляют между кровлей забоя и закладкой пространство высотой только 0,4-0,5 м, а при более устойчивых породах — на высоту слоя.
В закладке по мере повышения ее поверхности наращивают рудоспуски стальными трубами (диаметром 500-ь 1200 мм с толщиной стенок от 54-7 до 10-15 мм при абразивной руде) или крепью, обычно срубовой, а в маломощных залежах — распорной. Трубы пропускают до износа 204-30 тыс. т. руды, их перекрывают рельсовым грохотом с просветами, равными 1/3 их диаметра. Иногда выкрепляют рудоспуски каменной кладкой на цементном растворе или железобетонными кольцами.
Расстояние между рудоспусками от 20-60 м при скреперной доставке руды и до 100 м и более при самоходных машинах.
Настил сверху закладки укладывают в каждом слое из металлических листов, деревянных щитов или старых конвейерных лент, а при разработке радиоактивных руд иногда покрывают настил брезентом. При таких настилах самоходные ПДМ могут применяться только пневматические легкого типа. На ряде рудников России, США и Канады для снижения потерь ценных руд или для того, чтобы использовать в забое самоходное оборудование, настилы делают бетонные толщиной 250-300 мм. Для этого разравнивают поверхность закладки и торкретируют ее жидким раствором быстросхватывающегося бетона, например, цемент+песок (1:3)+добавка 5 % хлористого кальция или 1,5% алюмината натрия; другой состав — 8-15 % цемента, остальное — хвосты обогатительных фабрик. Бетонный настил вдвое дешевле деревянного и уже через двое суток на нем можно работать самоходным оборудованием и отбивать руду. При отсутствии или недостаточной плотности настила обогащенная рудная мелочь может теряться в закладке, потери металла достигают 20 %.
При набрызгбетонных настилах толщиной 10-12 см и прочностью не менее 1,5-2 МПа могут применяться средние самоходные и тяжелые машины.
Свежий воздух с откаточного горизонта поступает в очистное пространство по одному из восстающих или по рудоспуску, свободному от руды, а загрязненный отводят по восстающему с другой стороны блока на вентиляционный горизонт.
Варианты с монолитной закладкой применяются: в мощных и средней мощности залежах; если нельзя нарушать массив вышележащих пород; при возгорающейся или очень ценной руде; при высоком горном давлении.
Система разработки горизонтальными слоями с закладкой

Выемка этажа может быть сплошной, т. е. прямым или обратным ходом без давления на камеры и целики, или камерно-целиковой (рис. XIV.1). Сплошная выемка, по сравнению с оставлением целиков, снижает опорное давление, что особенно важно на больших глубинах. Этаж (панель, участок) отрабатывают подряд по длине, обычно от центра к флангам, вертикальными лентами, которые вынимают горизонтальными (точнее с наклоном 3-7°) слоями в восходящем порядке. На очистных работах используют самоходное оборудование, проводят уклон для заезда самоходного оборудования на все слои.
Высота этажа в крутых залежах при повсеместном применении твердеющей закладки и самоходной техники может быть резко увеличена — до 200-300 м. Объясняется это снижением роли факторов, сдерживающих рост высоты этажа, таких как затраты на вспомогательную доставку и на поддержание выработок.
В жильных месторождениях высота этажа ограничивается требованиями разведки.
Длина блока может быть существенно увеличена против обычных размеров и определяется эффективной длиной доставки самоходным оборудованием; на отдельных зарубежных рудниках достигает 200-300 м.
При использовании ПДМ целесообразно образовывать верхнюю часть слоя (0,3-0,5 м) из быстросхватывающихся смесей, обеспечивающих через 1-3 сут прочность не менее 0,7 МПа при легких ПДМ, 1 МПа при средних, 1,5 МПа при тяжелых ПДМ (типа ПД-12).
Сцепление закладочного массива с рудным обычно хорошее; рудный массив, подработанный снизу и имеющий боковой контакт с затвердевшей закладкой, достаточно устойчив. То же может относиться даже и к слою толщиной лишь около 4 м, подработанному снизу, сверху и контактирующего с закладкой по одну сторону.
Рассмотрим особенности системы разработки горизонтальными слоями с закладкой на примере рудников Норильского комбината.
Ра'боты ведутся на глубине 0,5-1,0 км. Рудные тела пологие, мощностью до 40 м, в среднем 20 м. Руды крепкие, устойчивые и средней устойчивости, легко возгорающиеся, очень ценные. Породы кровли в основном средней устойчивости и неустойчивые, обрушать их нельзя в связи с наличием над ними обводненных пород к неотработанных промышленных запасов руд. Закладка твердеющая, оборудование на очистных работах самоходное, дизельное, пневмоколесное.
Систему разработки горизонтальными слоями с закладкой применяют в следующем виде. Выемка сплошная (по предложению работников ИФЗ АН России и Норильского комбината, разработанному под руководством чл.-кор. АН России Д.М. Бронникова). Залежь отрабатывают от центра к флангам, забой пересекает всю залежь по длине (рис. XIV.2). Перпендикулярно к линии забоя пройдены полевые откаточные штреки, которыми нарезаны панели шириной 120 м (по условию эффективного использования ПДМ). Панель разделяют на вертикальные ленты шириной В м и вынимают их горизонтальными слоями.
Система разработки горизонтальными слоями с закладкой
Система разработки горизонтальными слоями с закладкой

Угол наклона слоев в соответствии с углом растекания закладки около 3°. Разрезную ленту, а следовательно, и другие ленты, располагают в плане по возможности так, чтобы слои располагались параллельно контактам залежи. Однако, это не всегда возможно, поэтому во многих лентах верхний и нижний слои укорочены.
Опережение выемки по вертикали в соседних лентах не менее 35 м от почвы слоя в первой ленте до поверхности закладки в очередной ленте.
Вентиляционный горизонт в плане имеет ту же схему, что и откаточный. Рудоспуски располагают, как правило, в каждой второй ленте, их выкрепляют опалубкой с внутренним размером 1,4х1,9 м в подлежащем закладке пространстве.
Для перемещения самоходных машин проходят с каждой стороны залежи уклон от откаточного горизонта до ее почвы и затем рудный штрек по всей длине залежи. Из рудного штрека в каждой панели проходят уклон до кровли залежи, из которого нарезают заезды на слои. Сечение выработок для перемещения самоходного оборудования 4X3 м. По мере закладки панельные уклоны и слоевые заезды погашаются.
На очистных работах используют в основном бурильные самоходные установки «Буммер-135» (с тремя манипуляторами) и погрузочно-доставочные машины с ковшом грузоподъемностью 8-12 т.
Кондиционный кусок принят на руднике «Комсомольском», 500 мм, на «Октябрьском» — 300 мм (в обоих случаях это связано с условиями загрузки скипов), что не соответствует возможностям мощных ПДМ, Предполагается соорудить подземную дробильную установку и увеличить кондиционный кусок до 600-800 м.
К началу бурения высота слоя составляет 3,5 м, а высота свободного пространства 7 м, так как высота одного слоя недостаточна для работы буровой установки «Буммер-135» (рис. XIV.3). Бурят вертикальные или наклонные (под 70° в сторону отбойки) шпуры диаметром 42-56 мм глубиной 3,5 по сетке от 0,5х0,5 до 0,8х0,8 м, удельный расход BB 1,3 кг/м3. Производительность установки 3004-400 м/смену. Когда кровля обурена, подают в слой закладочную смесь через скважину диаметром 150 мм длиной до 120 м (для верх него слоя бурят и вторую скважину для отвода воздуха) и возводят закладку на высоту 3,5 м; высота оставшегося свободного пространства 3,5 м. Верхние полметра закладочного слоя выводят из смеси повышенной прочности — с расходом цемента 350 кг/м3 против 250 кг/м3 в основной части слоя. Через 2-3 дня по поверхности закладки могут передвигаться самоходные машины, А сбоку в очередной лейте можно вести штрека в каждой панели проходят уклон до кровли залежи, из которого нарезают заезды на слои. Сечение выработок для перемещения самоходного оборудования 4X3 м. По мере закладки панельные уклоны и слоевые заезды погашаются.
На очистных работах используют в основном бурильные самоходные установки «Буммер-135» (с тремя манипуляторами) и погрузочно-доставочные машины с ковшом грузоподъемностью 8-12 т.
Система разработки горизонтальными слоями с закладкой

Кондиционный кусок принят на руднике «Комсомольском», 500 мм, на «Октябрьском» — 300 мм (в обоих случаях это связано с условиями загрузки скипов), что не соответствует возможностям мощных ПДМ, Предполагается соорудить подземную дробильную установку и увеличить кондиционный кусок до 600-800 м.
К началу бурения высота слоя составляет 3,5 м, а высота свободного пространства 7 м, так как высота одного слоя недостаточна для работы буровой установки «Буммер-135» (рис. XIV.3). Бурят вертикальные или наклонные (под 70° в сторону отбойки) шпуры диаметром 42-56 мм глубиной 3,5 по сетке от 0,5х0,5 до 0,8х0,8 м, удельный расход BB 1,3 кг/м3. Производительность установки 3004-400 м/смену. Когда кровля обурена, подают в слой закладочную смесь через скважину диаметром 150 мм длиной до 120 м (для верх него слоя бурят и вторую скважину для отвода воздуха) и возводят закладку на высоту 3,5 м; высота оставшегося свободного пространства 3,5 м. Верхние полметра закладочного слоя выводят из смеси повышенной прочности — с расходом цемента 350 кг/м3 против 250 кг/м3 в основной части слоя. Через 2-3 дня по поверхности закладки могут передвигаться самоходные машины, А сбоку в очередной лейте можно вести на слои, подводят энергию, возводят закладочные перемычки, производят текущую дополнительную оборку кровли по мере необходимости (для этого на участке есть Кровлеоборочная машина). При глубине разработки 700 м и более в большинстве панелей предварительно отрабатывают 4-метровыми заходками подкровельный 3,5-метровый слой; закладывают его смесью с повышенной прочностью, с металлической арматурой в нижней двухметровой части. После этого ведут выемку горизонтальными слоями снизу вверх. Предварительной выемкой подкровельного слоя преследуют цель разгрузить нижележащий рудный массив, снизить удароопасмость его и уменьшить горное давление на подготовительные выработки. Дополнительные затраты на опережающую выемку не столь велики, так как в связи с устойчивостью кровли верхний слой в любом случае приходится вынимать за ходкам и шириной около 4 м.
Производительность труда забойного рабочего по системе разработки составляет 60-80 т/смену, расход подготовительно-нарезных выработок очень мал — только 2 м или 22 м3 на 1000 т руды.
Особенности системы разработки горизонтальными слоями с закладкой на слюдяных месторождениях. Из отбитой шпуровыми зарядами руды отбирают крупные кристаллы слюды, а крупные куски руды с видимыми кристаллами отсеивают в забое на виброгрохоте и доставляют отдельно на обогатительную фабрику. Применяется пока и менее механизированная схема работ: крупные слюдосодержащие куски дробят вручную для извлечения кристаллов, отсортированную породу оставляют в забое как закладку.
Охрана труда. Ширина лент или камер ограничивается по условию устойчивости кровли. Высота слоя принимается обычно 2,5 м, при использовании самоходного оборудования может быть увеличена до 3,5 м при обязательных специальных мерах контроля за состоянием кровли и боков очистного пространства.
Все ходки должны быть перекрыты лядами, а рудоспуски — решетками. Необходимы ежесменные осмотр и оборка кровли перед началом работ.
Технико-экономическая характеристика и сравнительная оценка системы разработки горизонтальными слоями с закладкой. При крепкой руде в месторождениях средней и большой мощности^
- производительность блока (камеры, ленты) от 1500-3000 до 4000-6000 т/мес при использовании самоходного оборудования;
- производительность труда забойного рабочего от l5-20 до 60-80 т/смену и больше при твердеющей закладке и самоходном оборудовании; потери руды (при плотном настиле или твердеющей закладке) от 1-2 до 5%; разубоживание руды от 1-3 до 10 % за счет подработки вмещающих пород при неправильных контурах и за счет засорения монолитной закладки; удельный расход подготовительно-нарезных выработок 2-5 м/1000 т.
Таким образом, эта система разработки при обычных способах закладки является более трудоемкой, чем системы предшествующих классов, а при твердеющей закладке и использовании самоходного оборудовании дает высокую производительность труда, но требует увеличенных затрат на твердеющую закладку. Потери и разубоживание руды небольшие,
К основным направлениям усовершенствования относятся: применение твердеющей закладки из дешевых местных материалов или гидравлической закладки с бетонными настилами; повышение использования самоходного оборудования.
Экономическое сравнение этой системы с рассмотренными выше может производиться по доходу из условия (XI.3).