» » Ограничения в выборе системы разработки по переменным факторам

Ограничения в выборе системы разработки по переменным факторам

10.08.2016

Возгораемость руд. Наиболее интенсивно разогревается отбитая руда в связи с большой поверхностью окисления.
В классе систем с естественным поддержанием очистного пространства может ограничиваться применение системы с отбойкой из магазинов и вариантов других систем разработки, предусматривающих магазинирование руды, но только при особенно высокой возгораемости руды, так как отбитая руда находится в очистном пространстве ограниченный срок.
Системы с обрушением руды и вмещающих пород, как правило, неприменимы. Отдельные исключения (кроме этажного самообрушения) возможны при малой возгораемости руды и при условии обязательного профилактического заиливания обрушенного пространства.
В классе систем с искусственным поддержанием очистного пространства слоевое обрушение, как правило, неприемлемо за исключением отдельных случаев при малой возгораемости руды и профилактическом заиливании.
Системы с закладкой и с креплением применимы при условии полной и плотной закладки инертным материалом.
Наиболее надежную гарантию от пожаров дает применение монолитной закладки, с которой сочетаются системы разработки камерная и камерно-столбовая в вариантах с последующей закладкой, горизонтальные слои с закладкой, нисходящая слоевая выемка с твердеющей закладкой. (Системы же с обрушением руды и вмещающих пород, а также слоевое обрушение в отечественной практике применяли при возгорающихся рудах преимущественно в те годы, когда еще не получила массового применения твердеющая закладка).
Слеживаемость руд ограничивает или исключает применение систем разработки, при которых в очистном пространстве скапливаются большие количества (в объеме подэтажа и больше) отбитой руды, выпуск которой занимает несколько недель. Нельзя применять магазинирование руды, этажное обрушение, а также выемку целиков массовым обрушением. При подэтажном обрушении ограничиваются высота подэтажа и размер обрушаемой секции.
Необходимость сохранения земной поверхности и вообще поддержания налегающих пород исключает системы разработки (и методы выемки целиков), предусматривающие обрушение вмещающих пород. При остальных системах разработки применяют постоянные целики увеличенных размеров или производят полную и плотную закладку выработанного пространства. В мощных залежах закладка должна быть твердеющей.
В отдельных случаях при необходимости сохранения земной поверхности допускается обрушение вмещающих пород. Это относится к большой глубине разработки при малой мощности залежей, особенно в случаях пологого и наклонного падения. Поверхность остается ненарушенной, если отношение глубины залегания Н к мощности залежи М превышает известный предел. В средних условиях при пологом залегании Н:М=200.
Особо стоит вопрос о сохранении водонепроницаемости и, следовательно, сплошности пород, отделяющих залежи от водоносного горизонта, что требуется, например, при разработке калийных месторождений. В этом случае предел Н:M может быть меньше. Например, на руднике ПО Беларуськалий Н:М>40 (Н — высота водоупорной толщи из каменной соли).
Большая глубина разработки. Наибольшая глубина очистных работ на рудниках России составляет около 1 км (рудник «Октябрьский» Норильского ГМК, рудники им. Ленина и им. К. Либкнехта производственного объединения «Кривбассруда», рудники СУБР и Дарасунского РУ — до 8004-850 м) и интенсивно возрастает.
В мировой практике имеются примеры ведения работ на более значительных глубинах: в Канаде — 2-2,6 км, в США — 2,5 км, в Индии — 3,5 км, в Южной Африке — 3,8 км, Чехия — 1,6 км.
Ограничения в выборе системы разработки связаны с горным давлением на больших глубинах. Особая опасность больших глубин — горные удары. Удароопасность в средних условиях возникает при глубине работ более 600 м.
Месторождения с удароопасными породами могут быть подразделены на следующие группы:
1) залежи небольших размеров, при которых опорное давление передается окружающему массиву за их пределами;
2) залежи значительных размеров на глубинах от 0,6-0,8 до 1-1,5 км;
3) залежи значительных размеров на глубинах более 1-1,5 км.
В первой группе даже на больших глубинах возможны в основном такие же системы разработки, как и на меньших глубинах (но при уменьшении камер, увеличении целиков и т, п., если это требуется в связи с большим горным давлением). Так на Криворожском руднике им. Ленина, разрабатывающем на глубине до 1000 м крутые обособленные залежи руд средней мощности с коэффициентом крепости 7 и крепкими вмещающими породами вынимают камерной системой около половины запаса в этаже высотой 80 м.
Для второй группы, к которой относятся месторождения значительных размеров на глубинах от 0,6-0,8 до 1-1,5 км, главное требование — это сплошная выемка без оставления пустот и целиков, без образования таких участков массива, в которых может концентрироваться опорное давление. Соответственно исключается или жестко ограничивается применение всех систем разработки, при которых образуются камеры и целики,
В этой группе наибольшую сложность представляет разработка месторождений мощных и средней мощности. В соответствии с условием бесцеликовой выемки здесь исключаются все системы с естественным поддержанием очистного пространства. Системы с обрушением руды и вмещающих пород приемлемы лишь при крутом падении, дающем возможность перепуска обрушенных пород из верхних этажей. При пологом, наклонном и недостаточно крутом падении обрушение вмещающих пород намного отставало бы от очистной выемки, а это создавало бы высокие концентрации опорного давления. В качестве искусственного поддержания очистного пространства наиболее приемлема монолитная закладка, снижающая концентрацию напряжений в окружающем массиве пород. Система горизонтальных слоев с закладкой применима при достаточно устойчивой руде.
Для третьей группы месторождений (значительных размеров на глубинах более 1-1,5 км) ограничения еще более жесткие.
Системы с естественным поддержанием очистного пространства исключаются. По системам с обрушением руды и вмещающих пород мировая практика не дает примеров их применения в рассматриваемых условиях.
Из числа систем с искусственным поддержанием очистного пространства — система разработки горизонтальными слоями с закладкой, при которой люди работают под обнаженной кровлей, как правило, неприемлема, тем более в залежах мощных и средней мощности. Нисходящая слоевая выемка с твердеющей закладкой возможна в основном в вариантах с применением металлической арматуры.
Системы с креплением и последующим обрушением, как правило, неприемлемы по тем же соображениям, что и с обрушением руды и вмещающих пород.
Характер контактов рудного тела (т. е. степень их правильности и четкости) влияет тем существеннее, чем меньше мощность залежи. Неправильные контакты неблагоприятны для отбойки из магазинов и для выемки наклонными слоями с закладкой. В тонких жилах неправильные или нечеткие контакты исключают раздельную выемку руды и подрабатываемых вмещающих пород.
Четкие контакты менее благоприятны для систем разработки (и способов выемки целиков) с обрушением руды и вмещающих пород.
Наличие в налегающих породах плывунов, неосушенных песков, суглинков, карстов, заполненных водой или газом. При этих условиях Правилами безопасности запрещается применять системы разработки и методы выемки целиков, вызывающие обрушение вмещающих пород.
Особо остановимся на наличии плывунов или неосушенных песков и суглинков, могущих образовать плывун — насыщенный водой грунт, обладающий высокой подвижностью.
Плывун очень опасен. Он просачивается в обрушенные скальные породы, над ним на какое-то время образуется пустота, в ней обрушаются вышележащие породы и надавливают на плывун. В плывуне давление распространяется по закону, близкому к гидростатическому, т. е. примерно одинаково во все стороны, тогда как в обрушенных скальных породах боковое давление гораздо меньше. Поэтому плывун раздвигает себе канал в толще обрушенных пород и прорывается в горные выработки.
В практике рудников прорыв происходил через толщу отбитой руды и обрушенных пород высотой 40-60 м и более, а иногда до 250 м (Заводской рудник Зыряновского комбината). Плывун распространяется по выработкам подобно пасте, выжимаемой из тюбика, на расстояние до 100-150 м по горизонтали со скоростью около 7 км/час и более. По дороге срывает крепь и арматуру со стенок выработок, загибает концы штанговой крепи, скручивает составы вагонов и т. п.
Возможности прорыва плывуна особенно велики при обрушении руды и вмещающих пород, вызывающем резкое и неравномерное по площади опускание пород.
Пески относительно чистые (содержание илистых фракций до 10-20 %) и осушенные до состояния естественной влажности (содержание воды до 17 % по весу) не обладают текучестью; угол естественного откоса их не более 40-ь45°. Поэтому сами по себе они не представляют опасности.
Иначе обстоит дело в отношении глин, а также песков со значительной примесью глины. Осушить их полностью практически невозможно. Кроме того, поверхность слоя глин неровная или станет неровной в процессе опускания; в углублениях скопится вода и образуется плывун. Прорыву плывуна способствуют крупная кусковатость обрушенных пород и неравномерное опускание их поверхности. Последнее вызывается, в частности, обрушением целиков в открытые камеры. А если при этом, как бывает при относительно небольших глубинах, часть вытесняемого из камер воздуха прорывается через толщу порол вверх, то это сразу же образует канал, по которому может двигаться плывун.
Помимо плывунной опасности, наличие глин в покрывающих породах может резко ухудшить извлечение руды при выпуске; глина обгоняет в своем движении скальные породы и появляется в воронках вскоре после начала выпуска руды. Так происходит в нескольких этажах до глубины 200-300 м и более.
Наиболее жесткие ограничения относятся к крутым залежам, где глины опускаются вслед за понижением работ.
Особо следует выделить месторождения, над которыми глины и пески находятся под обводненной толщей наносов. Почти ни одно из таких месторождений в мировой практике не разрабатывали системами с обрушением руды и вмещающих пород, He может в большинстве случаев существенно изменить условия и предварительное осушение наносов, поскольку какой-то статический напор останется, тем более при неровной кровле прослоя глин. Причем при обводненных наносах опасны не только глины, но даже и чистые пески, так как при избыточной влажности (30 % влаги по весу) они приобретают плывунные свойства. Среди мощных месторождений указанные условия имеются на железорудных месторождениях (Белозерском, КМА, Соколовском), у части полиметаллических месторождений (Зыряновском) и др. Все эти месторождения разрабатываются или намечены к разработке с применением твердеющей закладки для того, чтобы предотвратить обрушение налегающих пород. При устойчивых рудах применяют камерно-столбовую или камерную систему, отработанные камеры заполняют твердеющей смесью, затем вынимают междукамерные целики как «вторичные камеры» и заполняют их твердеющей смесью полностью или в нижней части, а остальную часть тогда закладывают сыпучим материалом. Применяют и горизонтальные слои с закладкой (монолитной), При слабых рудах применяют нисходящую слоевую выемку с твердеющей закладкой.
Имеются однако исключения, согласовываемые с Госгортехнадзором. На одном из рудников месторождение залегает под 100-метровой толщей наносов, пески над рудой обводнены на высоту около 30 м. Месторождение осушают и затем отрабатывают сравнительно небольшими участками размером 250х250 м. Осушение ведут дренажными скважинами с поверхности по контуру участка и веерами восходящих скважин по сетке 5х5 м из подземных выработок. Залежь под осушенной площадью отрабатывают подэтажным обрушением с торцевым выпуском руды, т. е. без образования пустот и, следовательно, без резких опусканий поверхности отбитой руды. За длительный период (более 10 лет) такой работы прорывов плывуна не были. Рассматривалась возможность испытания такой схемы на Соколовском руднике, где применение твердеющей закладки встретило особые затруднения (камеры обрушаются в связи с недостаточной устойчивостью руды и вмещающих пород, а нисходящая слоевая выемка с твердеющей закладкой слишком дорога для сравнительно бедных железных руд).
Перейдем к системам с креплением и последующим обрушением, Отработка пологих маломощных залежей столбовой системой с обрушением вызывает сравнительно малое смещение налегающих пород и при известном соотношении между расстоянием до водоупорного горизонта и мощностью пласта (порядка 40:1) применяется и под обводненными наносами, о чем сказано выше в связи с требованием сохранения дневной поверхности.
Прошел опытно-промышленные испытания на шахтах Mapганецкого ГОКа способ электрохимического закрепления обводненных глинистых песков, суглинков и глин. В массив подают без давления соответствующие электролиты, катализаторы и добавки; при наложении поля постоянного электрического тока происходят необходимые изменения свойств обводненных пород: они практически перестают фильтровать воду и могут служить гидроизоляционными завесами. Расходы на применение этого способа умеренные.
Можно полагать, что в каких-то условиях электрохимическое закрепление обводненных пород позволит применить системы с обрушением руды и вмещающих пород и системы с креплением и последующим обрушением.
При наличии в рудном теле включений пустых пород и забалансовых руд оставление их в недрах не обеспечивают такие высокопроизводительные системы, как сплошная, камерная, с отбойкой из магазинов и этажного обрушения. Получаемое в результате совместной отработки безрудных включений так называемое конструктивное разубоживание руд достигает 20-30 %. Целесообразно или нет применять высокопроизводительные системы разработки, можно определить экономическим сравнением с обеспечивающими раздельную выемку более дорогими системами по условию максимального дохода (XI.3), Помимо очевидных статей дохода и убытков необходимо учитывать, что при более трудоемких системах, во-первых, также неизбежно конструктивное разубоживание, хотя и в меньшем объеме — порядка 5-10%; во-вторых, может сократиться производительность рудника не только по руде, но и по металлу; в-третьих, снизится концентрация работ, что дополнительно уменьшит производительность труда.
Отсутствие дешевых местных материалов для твердеющей закладки влияет на выбор системы разработки в тех случаях, когда применение твердеющей закладки не является единственным технически приемлемым решением, но другие возможные системы разработки повышают потери и разубоживание руды, как например, системы с обрушением руды и вмещающих пород, или имеют большую трудоемкость.
Одним из таких случаев является разработка мощных залежей руд рядовой ценности в условиях, когда допустимо обрушение земной поверхности. В этом и подобных случаях лишь при наличии дешевых местных материалов расходы, связанные с применением твердеющей закладки, могут окупиться за счет более полной и чистой выемки руды, снижения горного давления, улучшения вентиляционной схемы, более надежного управления качеством руды, сохранения земной поверхности, уменьшения длины квершлагов (в связи с приближением ствола к месторождению). Поэтому для правильного выбора системы разработки необходимо располагать сведениями о наличии поблизости хвостов обогатительных фабрик, песка и глины (инертных материалов), а также шлаков, зол, цемента (вяжущие материалы).
Обособленное залегание и небольшие размеры рудных тел по простиранию и падению. В этом случае рудное тело отрабатывают одним блоком. При небольшом запасе блока становится невыгодным использование самоходного оборудования на слоях (подэтажах). Поэтому невыгодными оказываются и те системы разработки со слоевой и подэтажной выемкой, которые дают лучшие результаты по сравнению с конкурирующими системами лишь при использовании самоходного оборудования. Примерами могут служить нисходящая слоевая выемка с твердеющей закладкой и подэтажное обрушение с торцевым выпуском руды.
В практике известны случаи, когда разрабатывая обособленные залежи неустойчивых руд при запасе залежи более 30-50 тыс. т применяют нисходящую слоевую выемку с твердеющей закладкой в варианте с самоходным оборудованием, а при меньшем запасе — слоевое обрушение (с переносным оборудованием).
Ценность руды. Из числа приемлемых по техническим факторам систем разработки отдают предпочтение при ценной руде системам, дающим более полное извлечение руды, а при бедной руде — дешевым системам (подробнее это рассмотрено ниже в связи с экономическим сравнением систем разработки).